Γιατί οι επιστήμονες δημιουργούν «τεχνητά άστρα» στον ουρανό της Χιλής;

Τις νύχτες πάνω από την έρημο Ατακάμα της Χιλής, ένα θέαμα που θυμίζει ταινία επιστημονικής φαντασίας εκτυλίσσεται στον σκοτεινό ορίζοντα.

Ισχυρές, καταπράσινες δέσμες λέιζερ εκτοξεύονται από την κορυφή του βουνού Παρανάλ και διαπερνούν την ατμόσφαιρα. Πίσω από αυτό το εντυπωσιακό φαινόμενο βρίσκεται το Very Large Telescope (VLT) του Ευρωπαϊκού Νότιου Αστεροσκοπείου (ESO), το οποίο χρησιμοποιεί πλέον έως και επτά γιγαντιαία λέιζερ για να «καθαρίσει» την εικόνα του Σύμπαντος.

Ωστόσο, τα λέιζερ αυτά δεν στοχεύουν μακρινούς γαλαξίες ούτε εξωπλανήτες. Ο σκοπός τους είναι να «διεγείρουν» την ίδια τη γήινη ατμόσφαιρα σε υψόμετρο 90 χιλιομέτρων, δημιουργώντας συνθετικά φωτεινά σημεία αναφοράς — δηλαδή «τεχνητά άστρα».

Το μεγάλο εμπόδιο της ατμόσφαιρας και η «προσαρμοστική οπτική»

Για τη ζωή στη Γη, η ατμόσφαιρα είναι η απαραίτητη ασπίδα μας. Για τους αστρονόμους, όμως, αποτελεί έναν εφιάλτη. Τα κινούμενα θερμά και ψυχρά στρώματα αέρα παραμορφώνουν το φως των μακρινών αστέρων, κάνοντάς τα να τρεμοπαίζουν και να φαίνονται θολά στα επίγεια τηλεσκόπια.

Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν την τεχνολογία της προσαρμοστικής οπτικής (Adaptive Optics). Το παραμορφωμένο φως που φτάνει στον κύριο καθρέφτη του τηλεσκοπίου κατευθύνεται σε έναν μικρότερο, ειδικό καθρέφτη με πιεζοηλεκτρικά υλικά, ο οποίος παραμορφώνεται με ασύλληπτες ταχύτητες χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο, «διορθώνοντας» σε πραγματικό χρόνο τις αλλοιώσεις της ατμόσφαιρας.

Πώς τα λέιζερ δημιουργούν άστρα από το μηδέν

Για να λειτουργήσει η προσαρμοστική οπτική, το σύστημα χρειάζεται ένα εξαιρετικά φωτεινό άστρο ως σταθερό σημείο αναφοράς. Επειδή όμως δεν υπάρχει πάντα ένα κατάλληλο φυσικό άστρο στο πεδίο παρατήρησης, αναλαμβάνουν δράση τα λέιζερ:

• Διέγερση ατόμων νατρίου: Οι δέσμες λέιζερ στοχεύουν ένα ατμοσφαιρικό στρώμα πλούσιο σε νάτριο στα 90 km υψόμετρο.
• Εκπομπή φωτός: Τα άτομα νατρίου διεγείρονται και εκπέμπουν φωτόνια, δημιουργώντας μια λαμπερή κουκκίδα στον ουρανό.
• Το «τεχνητό άστρο»: Αυτό το τεχνητό σημείο φωτός χρησιμοποιείται από τους υπολογιστές του τηλεσκοπίου για να υπολογιστεί η ατμοσφαιρική παραμόρφωση και να προσαρμοστούν οι καθρέφτες αναλόγως.

Κάθε δέσμη έχει ισχύ 22 Watt (περίπου 4.000 φορές ισχυρότερη από έναν κοινό δείκτη λέιζερ) και πάχος 30 εκατοστών.

Η ισχύς των επτά λέιζερ και η σύνδεση με τον Ψυχρό Πόλεμο

Η ιδέα της χρήσης λέιζερ για τη διόρθωση της εικόνας δεν είναι καινούργια. Οι ρίζες της βρίσκονται στον Ψυχρό Πόλεμο, όταν ο αμερικανικός στρατός ανέπτυσσε παρόμοιες τεχνικές για την παρακολούθηση σοβιετικών δορυφόρων. Σήμερα, η τεχνολογία αυτή έχει εξελιχθεί θεαματικά.

Με τις πρόσφατες αναβαθμίσεις, τα τέσσερα γιγαντιαία τηλεσκόπια του συγκροτήματος VLT (Antu, Kueyen, Melipal και Yepun) μπορούν να εκπέμπουν ταυτόχρονα έως και επτά λέιζερ, λειτουργώντας συνδυαστικά μέσω συμβολομετρίας. Το αποτέλεσμα είναι ένα τεράστιο «εικονικό» τηλεσκόπιο που προσφέρει εικόνες με ευκρίνεια που ανταγωνίζεται —ή και ξεπερνά— τα διαστημικά τηλεσκόπια.

Τι συμβαίνει όταν περνάει αεροπλάνο;
Η εκπομπή τόσο ισχυρών δεσμών στον αέρα εγείρει εύλογα ερωτήματα ασφαλείας για την αεροπλοΐα. Το αστεροσκοπείο ESO έχει εγκαταστήσει ένα αυτοματοποιημένο σύστημα προστασίας: εάν τα ραντάρ ανιχνεύσουν οποιοδήποτε αεροσκάφος να πλησιάζει την τροχιά των λέιζερ, οι δέσμες απενεργοποιούνται ακαριαία.

Χάρη σε αυτά τα «τεχνητά άστρα», το VLT έχει ήδη προσφέρει ιστορικές ανακαλύψεις, όπως την πρώτη απευθείας φωτογραφία εξωπλανήτη και την επιβεβαίωση της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία μας. Σήμερα, η ίδια τεχνολογία ξεκλειδώνει ακόμη βαθύτερα μυστικά του Σύμπαντος.