Η Αστροφυσική στην Καθημερινότητα: Από την Κουζίνα ως τη Selfie

Αστροφυσική… η επιστήμη που μελετά το διάστημα, που μας αποσπά από την καθημερινότητα και μας ταξιδεύει σε μακρινούς ανεξερεύνητους κόσμους. Μας κάνει να ονειρευόμαστε. Και λίγο να ξεχνάμε τα προβλήματα μας. Ειλικρινά, ποιος δεν ξεφεύγει όταν κοιτάει τον νυχτερινό ουρανό και βλέπει τα αστέρια να λαμπυρίζουν! Και ενώ όλα αυτά είναι πολύ ρομαντικά, ένας ρεαλιστής θα ρώταγε πολύ σωστά: και τι έκανε ποτέ η έρευνα στην Αστροφυσική για εμένα; Και έτσι τα ερωτήματα γεννιούνται. Μπορεί η Αστροφυσική να κάνει την καθημερινή μας ζωή καλύτερη; Υπάρχουν πρακτικές εφαρμογές για να βελτιώσουν το επίπεδο βιωσιμότητάς μας;

Η απάντηση είναι: ΝΑΙ! Φυσικά και υπάρχουν!

Η έρευνα στην αστροφυσική κάνει την καθημερινή μας ζωή πιο εύκολη. Πώς; Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας. Για να παρατηρήσω εγώ σαν αστροφυσικός μια μαύρη τρύπα ή ένα γαλαξία δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά χρειάζομαι τηλεσκόπια. Μεγάλα τηλεσκόπια, σε Γη και σε διάστημα. Δημιουργώ δηλαδή μια αγορά εργασίας και κάνω την τεχνολογία να αναπτύσσεται.  Αν δεν ήμουν εγώ δε θα υπήρχε λόγος να δημιουργηθούν αυτά τα εργαλεία.

Κάθε φορά που θα βγάζετε μια φωτογραφία με το κινητό σας και θα την ανεβάζετε στο προφίλ σας, να σκέφτεστε ότι αυτό είναι εφικτό επειδή κάποιοι αστροφυσικοί ήθελαν να μελετήσουν το διάστημα. Μας ευχαριστείτε αργότερα!

Για να μελετήσω το Σύμπαν δημιουργώ ηλεκτρονικά, υλικά, ψυκτικά, υπολογιστές και συσκευές αποθήκευσης δεδομένων, αλγορίθμους, τεχνικές και άλλα πολλά. Και τα κάνω προσιτά στο κοινό. Για να μελετήσω το κέντρο του Γαλαξία μας για παράδειγμα δημιουργώ ένα τηλεσκόπιο στο μέγεθος της Γης, που από μόνο του ακούγεται εντυπωσιακό. Αλλά ταυτόχρονα έρχεται με πολλές πρακτικές εφαρμογές. Ας δούμε λοιπόν μερικές εφαρμογές της αστροφυσικής που κατέληξαν να κάνουν τη ζωή μας πιο εύκολη και που χωρίς αυτές δε μπορούμε πια να διανοηθούμε την καθημερινότητα μας. 

Ceran

Για να παρατηρήσω εγώ ένα μακρινό γαλαξία και να το κάνω με πολύ καλή διακριτική ικανότητα, ώστε να διακρίνω λεπτομερώς τα χαρακτηριστικά του και να κατανοήσω πώς δημιουργήθηκε, πρέπει να στείλω ένα τηλεσκόπιο στο διάστημα. Ο λόγος είναι ότι θέλω να αποφύγω την ατμόσφαιρα της Γης, γιατί μου δημιουργεί πολλά προβλήματα. Μέρος της ακτινοβολίας από το γαλαξία που θέλω να παρατηρήσω απορροφάται από την ατμόσφαιρά της. Επίσης δε μπορώ να παρατηρήσω κατά τη διάρκεια της ημέρας ή αν ο ουρανός έχει σύννεφα, ομίχλη, καταιγίδα… εκτός αν παρατηρώ με ραδιοτηλεσκόπια, που και πάλι έχουν μερικούς περιορισμούς. 

Πρέπει  λοιπόν να στείλω το τηλεσκόπιο στο διάστημα! Το πρόβλημα με το διάστημα είναι ότι το κάτοπρο του τηλεσκοπίου είναι πολύ ευαίσθητο στις αλλαγές θερμοκρασίας: όταν το βλέπει ο ήλιος βράζει και όταν δεν το βλέπει παγώνει. Αυτές οι μεγάλες αλλαγές στη θερμοκρασία χαλούν την επιφάνεια του καθρέπτη. Δεν είναι πια λεία αλλά γεμάτη λακούβες… φανταστείτε τη σαν τους ελληνικούς δρόμους μετά από έντονη καταιγίδα! Αλλά εγώ, σαν επιστήμονας, πάω σε μια εταιρεία και λέω, θέλω να μου φτιάξεις ένα υλικό να προστατέψει τον καθρέπτη του τηλεσκοπίου μου για να μην καταστραφεί, ώστε να μπορέσω να δω καθαρά το μακρινό γαλαξία και να μάθω πώς δημιουργήθηκε. 

Η εταιρεία παίρνει τα πιο δημιουργικά και εφευρετικά μυαλά και φτιάχνει ένα μοναδικό υλικό, το σεράν (ceran)! Το ceran κάνει ακριβώς αυτό που θέλω: αντιστέκεται στις απότομες μεταβολές της θερμοκρασίας. Το τοποθετεί λοιπόν κάτω από το κάτοπτρο του τηλεσκοπίου, δημιουργώντας μια ασπίδα προστασίας. Έτσι η επιφάνεια του καθρέπτη παραμένει λεία και δεν καταστρέφεται από τις ραγδαίες αλλαγές θερμοκρασίας στο διάστημα. Οι παρατηρήσεις μου είναι ασφαλείς και ακριβείς. 

Αλλά πού κολλάει αυτό στην καθημερινή μου ζωή; Κολλάει στα κεραμικά μάτια της κουζίνας που έχουμε στα σπίτια μας. Αυτό είναι το ίδιο ακριβώς υλικό που πρωτοδημιουργήθηκε για τα τηλεσκόπια στο διάστημα το 1960 από τη γερμανική εταιρεία SCHOTT και από τότε μας βοηθά καθημερινά στις μαγειρικές μας δημιουργίες. Η ίδια η εταιρεία αναγνώρισε τις τεράστιες δυνατότητες αυτού του υλικού και το προσέφερε στο ευρύ κοινό με τη μορφή της κεραμικής κουζίνας, όλα χάρη στην έρευνα στην Αστροφυσική! Και όπως λέει και η ίδια η SCHOTT, ένα μικρό βήμα για τον άνθρωπο – ένα μεγάλο βήμα για το γκουρμέ!

WiFi 

Δεν ξέρω για εσάς, αλλά εμένα η καθημερινότητα μου φαντάζει αδύνατη χωρίς WiFi. Με βοηθάει στην επικοινωνία με οικογένεια, φίλους, συνεργάτες, στην ενημέρωσή μου, στη δουλειά μου και στη διασκέδασή μου. 

Ποιον πρέπει να ευχαριστήσουμε για αυτή την εφεύρεση; Μα τους ραδιοαστρονόμους  φυσικά! Από το ινστιτούτο CSIRO της Αυστραλίας, που το 1990 εφηύραν το WiFi και το πατένταραν το 1996. Αυτή η πατέντα κατάφερε να παρέχει μεγάλες ταχύτητες στη μετάδοση δεδομένων χωρίς να χάνεται το σήμα, καθώς τα ραδιοκύματα ανακλούν πάνω σε σκληρές επιφάνειες. Αυτό ήταν και ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα με τις άλλες πατέντες. Η επιτυχία των Αυστραλών αστροφυσικών έγκειται στο ό,τι δημιούργησαν ένα προϊόν που είναι εύκολο στην εφαρμογή, με αποτέλεσμα να υιοθετηθεί παγκοσμίως. Η πρώτη εφαρμογή της πατέντας έγινε το 1999 και είναι η ίδια που χρησιμοποιούμε σήμερα.

GPS

Σας έχει τύχει ποτέ να πηγαίνετε μια επίσκεψη και να χρειαστείτε λίγη βοήθεια για να βρείτε το δρόμο; Στις μέρες μας αυτή τη βοήθεια μας την προσφέρει το παγκόσμιο σύστημα Στιγματοθέτησης ή GPS που δουλεύει με τις κινητές μας συσκευές. Πώς γίνεται όμως να μας δείξει το δρόμο;

Πρώτον, για να μπορέσει να λειτουργήσει με ακρίβεια και συγχρονισμό το GPS και να δείτε πώς θα φτάσετε στον προορισμό σας, πρέπει να έχουμε ακριβή γνώση της παγκόσμιας ώρας. Αυτό το πετυχαίνουμε με ατομικά ρολόγια. Δεύτερον και πολύ σημαντικό, να ξέρουμε με ακρίβεια πόσο χρόνο κάνει η Γη για μια περιστροφή γύρω από τον εαυτό της. Και αυτό γιατί μια μέρα δεν είναι ακριβώς 24 ώρες. Αυτή τη γνώση την προσφέρει η ραδιοαστρονομία και το παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων VLBI (Very Large Baseline Interferometry), το οποίο αποτελείται από ραδιοτηλεσκόπια που βρίσκονται σε διαφορετικές χώρες σε όλη τη Γη.

Το δίκτυο αυτό τηλεσκοπίων χρησιμοποιείται από ραδιοαστρονόμους για να κάνουν παρατηρήσεις με μεγάλη διακριτική ικανότητα, όπως για παράδειγμα να ζουμάρουν στο κέντρο του ενός γαλαξία. Χάρη στο VLBI μπορούμε να υπολογίσουμε με ακρίβεια τη διάρκεια κάθε μέρας. Όπως είπαμε, η Γη περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό της, δηλαδή περιστρέφονται και τα τηλεσκόπια σε σχέση με τον γαλαξία που παρατηρούμε. Έτσι οι παρατηρήσεις πρέπει να συγχρονιστούν μεταξύ τους και χρειαζόμαστε πιο ακριβή γνώση της ώρας από αυτή που προσφέρουν τα ατομικά ρολόγια. Για αυτό το λόγο αναπτύχθηκαν τα μέιζερ υδρογόνου (hydrogen maser) από τα Smithsonian Astrophysical Observatory και NASA/Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, τα οποία έχουν ακρίβεια μεγαλύτερη από τα ατομικά ρολόγια και καθιστούν το παγκόσμιο σύστημα GPS εφικτό. Χωρίς αυτές τις τεχνολογίες που προσφέρει η αστροφυσική, καθώς και τους πολύπλοκους υπολογισμούς που πρέπει να γίνονται βάσει της ραδιοαστρονομίας, το παγκόσμιο σύστημα GPS θα καταρρεύσει και δε σας βλέπω να φτάνετε σύντομα στον προορισμό σας! 

Εφαρμογές στην ιατρική

Ένα πολύ γνωστό παράδειγμα που έρχεται να ενώσει την έρευνα στην αστροφυσική με τις εφαρμογές στην ιατρική είναι η μαγνητική τομογραφία (MRI). Στόχος είναι να διακρίνουμε λεπτομέρειες πάνω στον ανθρώπινο ιστό και γι’ αυτό χρειαζόμαστε πολύ μεγάλη διακριτική ικανότητα, αλλά και η διαδικασία να είναι γρήγορη. Τη λύση προσφέρουν τεχνικές που χρησιμοποιούνται στην αστροφυσική με σκοπό να διακρίνουμε με μεγάλη ακρίβεια αντικείμενα στο διάστημα! Η μέθοδος που χρησιμοποιείται στη μαγνητική τομογραφία για απεικόνιση του ανθρώπινου ιστού αναπτύχθηκε από τον αστροφυσικό και ραδιοαστρονόμο Martin Ryle και βασίζεται σε τεχνικές σύνθεσης και ανάλυσης εικόνας στα ραδιοκύματα. 

Και πώς δουλεύει; Η μαγνητική τομογραφία χρησιμοποιεί ισχυρούς μαγνήτες και παλμούς στα ραδιοκύματα. Οι πυρήνες από τα άτομα νερού στον ανθρώπινο ιστό προσανατολίζονται παράλληλα στο μαγνητικό πεδίο του τομογράφου και διεγείρονται. Όταν επανέλθουν στην φυσική τους κατάσταση εκπέμπουν ακτινοβολία στα ραδιοκύματα, η οποία ανιχνεύεται από τον μαγνητικό τομογράφο. Εδώ έρχονται οι τεχνικές συμβολομετρίας που εφαρμόζονται στη ραδιοαστρονομία ώστε να γίνει σωστά η επεξεργασία και σύνθεση σήματος και να καταλήξουμε σε μια εικόνα υψηλής ανάλυσης του ανθρώπινου ιστού.

Γλώσσες προγραμματισμού

Η ανάγκη των αστροφυσικών για ανάλυση δεδομένων οδήγησε στη δημιουργία πολλών γλωσσών προγραμματισμού αναλόγως του πεδίου έρευνας και τις ανάγκες του κάθε ερευνητή. Πολλές από αυτές τις γλώσσες προγραμματισμού και προγράμματα που δημιουργήθηκαν και εφαρμόστηκαν λόγω της έρευνας στην αστροφυσική χρησιμοποιούνται στις μέρες μας από μεγάλες εταιρίες. Για παράδειγμα, η General Motors χρησιμοποιεί τη γλώσσα προγραμματισμού IDL για να αναλύει δεδομένα από συγκρούσεις αυτοκινήτων. Εγώ προσωπικά τη χρησιμοποιώ, για παράδειγμα, για την  απεικόνιση ενός γαλαξία στα ραδιοκύματα. Επίσης, η γλώσσα προγραμματισμού FORTH, που αναπτύχθηκε από τον Charles Moore για το τηλεσκόπιο Kitt Peak, χρησιμοποιείται από την FedEx για να ξέρει που βρίσκονται τα πακέτα σας κάθε χρονική στιγμή. Το πακέτο επεξεργασίας και ανάλυσης αστρονομικών δεδομένων IRAF χρησιμοποιείται από την εταιρία τηλεπικοινωνιών ΑΤ&Τ για την ανάλυση των δεδομένων τους. Αλλά οι IDL και IRAF χρησιμοποιούνται και σε ιατρικές εφαρμογές. 

Κλιματική αλλαγή

Πολλές φορές η μελέτη πλανητών εκτός της Γης μας βοηθά να κατανοήσουμε καλύτερα τον πλανήτη μας και το κλίμα του. Έτσι και εδώ, η αστροφυσική μοιράζεται τεχνικές που εφαρμόζονται στη μελέτη άλλων κόσμων ώστε να γνωρίσουμε καλύτερα τον δικό μας. Μια τέτοια εφαρμογή προέρχεται από τη μελέτη της ατμόσφαιρας του πλανήτη Αφροδίτη, ο οποίος έχει ένα έντονο φαινόμενο θερμοκηπίου και πυκνή ατμόσφαιρα, 90 φορές πιο πυκνή από τη δική μας και λίαν επικίνδυνη για τη ζωή. Αστροφυσικοί μελέτησαν τον τρόπο με τον οποίο η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μεταδίδεται μέσα στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης και εφάρμοσαν αυτές τις τεχνικές ώστε να δημιουργήσουν μοντέλα για τις επιπτώσεις αερίων και αερολυμάτων (αεροζόλ) στο κλίμα της Γης. Με προγράμματα όπως το SPEX (Spectropolarimeter for Planetary EXploration), που μελετά την ατμόσφαιρα εξωπλανητών, δηλαδή πλανητών σε άλλο αστρικό σύστημα εκτός του δικού μας, μπορούμε να μελετήσουμε τις επιπτώσεις που έχουν τα σωματίδια  που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα της Γη στο κλίμα καθώς και στην υγεία μας.

CCDs και κάμερες στο κινητό

Λοιπόν αυτή είναι μια από τις αγαπημένες μου ιστορίες! Κάτι που δεν εφευρέθηκε για την αστροφυσική, αλλά έγινε προσιτό και εφαρμόστηκε παγκοσμίως λόγω της αστροφυσικής και της ανάγκης των ερευνητών να βελτιώσουν τον τρόπο που παίρνουμε μια φωτογραφία ενός γαλαξία. 

Μια από τις πιο εφαρμοσμένες τεχνολογίες αυτή τη στιγμή είναι αυτή η μικροσκοπική κάμερα στο κινητό μας! Γι’ αυτό μπορείτε να ευχαριστείτε τους ερευνητές στη NASA που έκαναν την τεχνολογία της ψηφιακής φωτογραφίας προσιτή και φτηνή. Και αυτό φυσικά είναι το κλειδί ώστε μια τεχνολογία να γίνει ευρέως γνωστή. 

Πώς το έκαναν; Υιοθέτησαν την τεχνολογία ψηφιακής κάμερας CCD για να μπορούν να παίρνουν φωτογραφίες γαλαξιών στο Σύμπαν. Αν και η πρώτη φορά που χρησιμοποιήθηκαν οι CCD στην αστροφυσική ήταν το 1976, η χρήση τους απογειώθηκε χάρη στο διαστημικό τηλεσκόπιο Χαμπλ. Το Χαμπλ εκτοξεύτηκε το 1990 και μετράει 30 χρόνια ανακαλύψεων. Χάρη στη χρήση των CCD με σκοπό τις αστρονομικές παρατηρήσεις, αυξήθηκε η παραγωγή τους και έπεσε η τιμή πώλησης με αποτέλεσμα να είναι πιο φτηνές και να μπορούν να γίνουν ευρέως εφαρμόσιμες. Οπότε, κάθε φορά που θα βγάζετε μια φωτογραφία με το κινητό σας και θα την ανεβάζετε στο προφίλ σας, να σκέφτεστε ότι αυτό είναι εφικτό επειδή κάποιοι αστροφυσικοί ήθελαν να μελετήσουν το διάστημα. Μας ευχαριστείτε αργότερα!

ΑΡΘΡΟΓΡΑΦΟΣ
Rogue Astrophysics
Rogue Astrophysics

Γεννήθηκε το 1980 στην Αθήνα. Την κέρδισε ο μαγευτικός χώρος της επιστήμης από μικρή ηλικία. Σπούδασε Φυσική στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων με κατεύθυνση την Αστροφυσική. Είναι κάτοχος διδακτορικού από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης και συνέχισε την ακαδημαϊκή της πορεία ως μεταδιδακτορική ερευνήτρια στην Αστροφυσική σε Πόρτο (Πορτογαλία), Κρήτη και Βόννη (Γερμανία), όπου και βρίσκεται από το 2015. Είναι μέλος διεθνών συνεργασιών (COSMOS, EMU) σε Ευρώπη, Αμερική και Αυστραλία. Η έρευνα της επικεντρώνεται στη μελέτη ενεργών γαλαξιακών πυρήνων, το πως γεννιούνται και εξελίσσονται οι γαλαξίες και τα αστέρια που τους αποτελούν, καθώς και την αλληλεπίδραση γαλαξιών και περιβάλλοντος, με χρήση δεδομένων από το ευρύ φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Η αστροφυσική είναι μια από τις μεγάλες της αγάπες και προσπαθεί να τη μεταδώσει σε όλο τον κόσμο. Είναι πολύ ενεργή στην επικοινωνία της επιστήμης στο ευρύ κοινό, όπου μέσω εκλαϊκευμένων βίντεο και άρθρων προσπαθεί να φτιάξει μια γέφυρα μεταξύ έρευνας και καθημερινότητας. Εκτός των βίντεο στο κανάλι της στο ΥouΤube, Rogue Astrophysics, προσφέρει ένα καθημερινό astroquiz στο Instagram. Τέλος είναι η ιδρύτρια του "Astronomy on Tap Bonn", μιας μηνιαίας εκδήλωσης με σκηνικό μια παμπ, όπου επαγγελματίες αστροφυσικοί μιλούν με απλά λόγια στο ευρύ κοινό για την επιστήμη τους. <p><a href="https://www.youtube.com/c/RogueAstrophysics" target="_blank">YouTube Channel</a> // <a href="https://www.facebook.com/aotbonn" target="_blank">Astronomy on Tap Bonn</a></p>

ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ

Τα σημαντικότερα νέα της ημέρας, στο inbox σου κάθε μεσημέρι!

ΕΓΓPΑΦΕΙΤΕ ΣΤΟ NEWSLETTER