LSST:7 φωτογραφίες της κάμερας που θα μπορούσαν να αλλάξουν την άποψή μας για το Σύμπαν

Οι εικόνες μας βοηθούν να κατανοήσουμε τον κόσμο γύρω μας. Από ζωγραφιές σπηλαίων, doodles και διαγράμματα, μέχρι χάρτες, σκίτσα και φωτογραφίες, καθώς τα εργαλεία μας για την απεικόνιση του κόσμου έχουν βελτιωθεί, το ίδιο και η κατανόησή μας γι' αυτόν. Και η συσκευή που βλέπετε σε αυτό το άρθρο μπορεί να είναι το πιο προηγμένο εργαλείο απεικόνισης.

Είναι το εστιακό επίπεδο της κάμερας Legacy Survey of Space and Time (LSST) και είναι το μεγαλύτερο και πιο εξελιγμένο κομμάτι φωτογραφικού εξοπλισμού εντός ή εκτός του πλανήτη. Αναπτύσσεται στο SLAC National Accelerator Laboratory στην Καλιφόρνια για μια από τις πιο φιλόδοξες έρευνες αστρονομίας που έχουν πραγματοποιηθεί ποτέ.

Δείτε περισσότερες εκπληκτικές επιστημονικές γκαλερί εικόνων:

• Ο Φωτογράφος της Χρονιάς Wildlife παρουσιάζει το βραβείο People's Choice
• Ένα πλήθος από ακτίνες Mobula κερδίζει τα Ocean Photography Awards 2020
• Απίστευτα διατηρημένα πτώματα δύο ανδρών ανακαλύφθηκαν στην Πομπηία

«Θα είναι μια έρευνα 10 ετών», λέει ο καθηγητής Aaron Roodman, ο επιστήμονας που είναι υπεύθυνος για τη συναρμολόγηση της κάμερας. «Θα τραβήξουμε εικόνες από κάθε μέρος του ουρανού του νότιου ημισφαιρίου που είναι ορατό από μια κορυφή βουνού στη Χιλή. Και το κάνουμε αυτό για να επιτρέψουμε μια ολόκληρη σειρά επιστημονικών έργων.»

Ωστόσο, η κάμερα LSST δεν θα λαμβάνει απλώς μια χούφτα εικόνων. Θα παίρνει περίπου 1.000 κάθε βράδυ. Και οι εικόνες θα είναι μεγάλες. Το εστιακό επίπεδο της κάμερας LSST είναι 64 x 64 cm, δίνοντας σε κάθε εικόνα οπτικό πεδίο 9,6 τετραγωνικών μοιρών – αρκετό για να περιέχει 40 πανσέληνους.

Καθένας από τους αισθητήρες εικόνας στην κάμερα LSST είναι 40 x 40 mm και 189 από αυτούς έχουν συνδεθεί μεταξύ τους για να δημιουργήσουν το εστιακό επίπεδο. Για να το θέσουμε σε προοπτική, μια τυπική κάμερα DSLR χρησιμοποιεί έναν μόνο αισθητήρα εικόνας 36 x 24 mm.

Αλλά το μέγεθος και ο αριθμός των εικόνων δεν είναι τα μόνα εντυπωσιακά πράγματα που προσφέρει η κάμερα LSST. Η λεπτομέρεια στις εικόνες θα είναι επίσης άνευ προηγουμένου, επειδή το εστιακό επίπεδο περιέχει 3,2 δισεκατομμύρια pixel.

Όταν τελικά εγκατασταθεί στο τηλεσκόπιο Simonyi Survey (το ίδιο μια εξίσου εξαιρετική συσκευή που κατασκευάστηκε γύρω από έναν τεράστιο πρωτεύοντα καθρέφτη διαμέτρου 8,4 μέτρων) στο Παρατηρητήριο Vera C Rubin στη Χιλή, θα είναι σε θέση να ανιχνεύει το φως από αντικείμενα που είναι πολύ αμυδρά και μακρινά για να αλλιώς να φανεί.

Περισσότερες λεπτομέρειες από ποτέ

Κατά τη διάρκεια της δεκαετούς έρευνάς της, η κάμερα LSST θα απεικονίσει περισσότερο τον ουρανό με περισσότερες λεπτομέρειες από ποτέ.

«Θα δούμε 20 δισεκατομμύρια γαλαξίες», λέει ο Ρούντμαν. «Θα μπορούμε επίσης να μελετήσουμε τον Γαλαξία μας, τον Γαλαξία μας, με απίστευτη λεπτομέρεια. Θα παρατηρήσουμε δισεκατομμύρια αστέρια και θα λάβουμε πληροφορίες για το πόσο μακριά βρίσκονται και αν κινούνται. Θα μελετήσουμε επίσης το Ηλιακό Σύστημα… Αναμένουμε να δούμε εκατομμύρια αντικείμενα. Εάν υπάρχει ο Πλανήτης Εννέα, έχουμε μια καλή ευκαιρία να τον δούμε."

Όλα όσα εντοπίζει η κάμερα LSST θα μελετηθούν και θα χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ενός νέου καταλόγου αστρονομικών αντικειμένων, ο οποίος θα είναι ο πιο ολοκληρωμένος μέχρι σήμερα. Όμως, όπως εξηγεί ο Roodman, ο στόχος δεν είναι μόνο να δημιουργηθεί μια μεγαλύτερη και πιο εμπεριστατωμένη εικόνα των αντικειμένων στο Σύμπαν:είναι επίσης να μας δείξει πώς αυτά τα αντικείμενα αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου.

«Το γεγονός ότι θα τραβήξουμε εικόνες του ουρανού τόσο γρήγορα και επανειλημμένα σημαίνει ότι μπορούμε να μελετήσουμε τα χρονικά μεταβλητά φαινόμενα με έναν εντελώς νέο τρόπο. Κανείς δεν το έχει κάνει πραγματικά πριν. [Προηγούμενες] έρευνες έχουν συνήθως κοιτάξει τον ουρανό μόνο μερικές φορές. Έτσι, ένα έργο [που το απεικονίζει 1.000 φορές τη νύχτα] είναι πραγματικά πρωτοποριακό», εξηγεί ο Roodman.

Επιτρέποντάς μας να παρακολουθούμε τον τρόπο με τον οποίο αλλάζουν τα αντικείμενα, η κάμερα LSST θα πρέπει να μας δώσει ένα νέο παράθυρο για τη θεμελιώδη φύση του Σύμπαντος. Συγκεκριμένα, το 95 τοις εκατό που δεν μπορούμε να δούμε αποτελείται από τις μυστηριώδεις οντότητες που είναι γνωστές ως σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια.

Η σκοτεινή ύλη δεν απορροφά ούτε αντανακλά το φως, αλλά υπάρχει τόσο πολύ που έχει βαρύτητα. Και αυτή η βαρύτητα είναι αρκετή για να παραμορφώσει το φως από τα αντικείμενα γύρω του, αλλάζοντας την εμφάνισή τους ή κάνοντάς το να φαίνεται σαν να βρίσκονται σε διαφορετικό μέρος. Η κάμερα LSST θα ανιχνεύσει αυτές τις παραμορφώσεις και θα τις χρησιμοποιήσει για να χαρτογραφήσει την κατανομή της σκοτεινής ύλης.

Η σκοτεινή ενέργεια είναι ένα άλλο μυστήριο και, δεδομένου ότι αποτελεί σχεδόν το 70 τοις εκατό του Σύμπαντος, έχει μεγαλύτερες επιπτώσεις. Γνωρίζουμε πολύ λίγα για τη σκοτεινή ενέργεια εκτός από το ότι προκαλεί την επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος, σε αντίθεση με την αντίληψή μας γι' αυτήν.

Η κάμερα LSST θα επιτρέψει στους επιστήμονες να μετρήσουν με ακρίβεια τα κενά μεταξύ των γαλαξιών και να μετρήσουν πώς αυτά τα κενά έχουν μεγαλώσει, ελπίζουμε να ρίξει νέο φως στη σκοτεινή ενέργεια που συνεχίζει να τους κάνει να μεγαλώνουν.

Αγωνίζομαι με το Starlink

Η κατασκευή μιας συσκευής με τέτοιες δυνατότητες δεν είναι εύκολη υπόθεση. Αφήνοντας κατά μέρος το τηλεσκόπιο στο οποίο θα συνδεθεί, η κάμερα LSST περιέχει μόνο πάνω από 5.000 εξαρτήματα, πολλά από τα οποία είναι ειδικά κατασκευασμένα, εξαιρετικά ακριβά και συσκευασμένα σε έναν άβολα στενό χώρο. Επομένως, περιττό να πούμε ότι η κατασκευή του εστιακού επιπέδου ήταν νευρική και πραγματοποιήθηκε με εξαιρετική προσοχή.

Το εστιακό αεροπλάνο ολοκληρώθηκε τον Ιανουάριο του 2020 και από τότε υποβάλλεται σε δοκιμές και τελειοποίηση. Η πανδημία COVID σταμάτησε την πρόοδο για μερικούς μήνες, αλλά βρίσκεται σε εξέλιξη και πάλι τώρα και ελπίζουμε ότι η ολοκληρωμένη κάμερα LSST θα είναι έτοιμη να αποσταλεί στη Χιλή το 2021 πριν ξεκινήσει η έρευνα το 2022.

Αλλά ο COVID δεν είναι το μόνο πρόβλημα που αντιμετωπίζει το έργο. Η ομάδα λέει ότι ο αυξανόμενος αστερισμός των δορυφόρων Starlink που ανήκουν στην εταιρεία SpaceX του Elon Musk απειλεί τις δυνατότητές της για πρωτοποριακές παρατηρήσεις.

Οι δορυφόροι προορίζονται να παρέχουν πρόσβαση στο Διαδίκτυο υψηλής ταχύτητας σε όλο τον κόσμο. Για να το κάνουν αυτό, πρέπει να πετούν σε τροχιές χαμηλής γης και να είναι ιδιαίτερα ανακλαστικοί, δίνοντας σε κάθε δορυφόρο τη δυνατότητα να εκπέμπει μια ευρεία και φωτεινή γραμμή στις εικόνες της κάμερας LSST.

Δεδομένου πόσο μακριά στο βάθος του διαστήματος θα κοιτάζει η κάμερα, τυχόν εμπόδια στο προσκήνιο θα κρύβουν πολλές λεπτομέρειες στο βάθος. Ένας μόνο δορυφόρος θα μπορούσε να κρύψει έναν αριθμό από μακρινά αντικείμενα και ο αστερισμός Starlink θα περιέχει χιλιάδες δορυφόρους, για να μην αναφέρουμε τους χιλιάδες άλλους που πρόκειται να εκτοξευθούν από άλλες δορυφορικές εταιρείες Διαδικτύου.

Είναι μια τεράστια ανησυχία για τον Roodman και όλους όσους συμμετέχουν στο έργο. "Στην καλύτερη περίπτωση θα είναι μια σοβαρή ενόχληση και στη χειρότερη θα επηρεάσει πραγματικά την παρατήρησή μας", λέει.

«Δουλεύουμε με το SpaceX για να τους ενημερώσουμε για το τι χρειαζόμαστε και έχουν κάνει κάποια πράγματα για να σκοτεινιάσουν τους δορυφόρους. Πιστεύω ότι ένας ή δύο από τους πιο σκοτεινούς δορυφόρους έχουν ανοίξει τώρα, αλλά η φωτεινότητα δεν έχει πέσει όσο θα θέλαμε."

Ενώ το Starlink και παρόμοιοι δορυφόροι δεν θέτουν σε κίνδυνο ολόκληρο το έργο, με τη σημερινή τους μορφή περιορίζουν τις φιλόδοξες δυνατότητές του. Ακόμα κι έτσι, η εικόνα του Σύμπαντος που μας δίνει η κάμερα LSST θα εξακολουθεί να είναι μεγαλύτερη από οτιδήποτε άλλο πριν. Ίσως όχι τόσο μεγάλο όσο θα μπορούσε να ήταν, αλλά αρκετά μεγάλο για να αλλάξει ενδεχομένως την κατανόησή μας για τον κόσμο.

• Αυτή η συνέντευξη εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τεύχος 357 του BBC Science Focus Magazine – μάθετε πώς να εγγραφείτε εδώ