Παρατηρώντας το διάστημα

Μετά τον Γαλιλαίο, ο επόμενος σπουδαίος πρωτοπόρος στη σχεδίαση και στη χρήση τηλεσκοπίων ήταν ο Φρίντριχ Βίλχελμ Χέρσελ, ο οποίος γεννήθηκε στο Ανόβερο το 1738. Ξεκίνησε την επαγγελματική του σταδιοδρομία ως μουσικός, ακολουθώντας το επάγγελμα του πατέρα του που ήταν μουσικός στη Φρουρά του Ανόβερου.

Στη μάχη του Χάστενμπεκ, στην κορύφωση του Επταετούς Πολέμου*, η στρατιωτική μπάντα δέχτηκε καταιγιστικά πυρά, στοιχείο καταλυτικό υπέρ της απόφασης του Φρίντριχ να αλλάξει σταδιοδρομία παρατώντας τη δουλειά και την πατρίδα του για χάρη της πιο ήσυχης ζωής ως μουσικού στο εξωτερικό. Διόλου τυχαία επέλεξε να εγκατασταθεί στη Βρετανία.

Το 1714 ο Γεώργιος Λουδοβίκος του Ανόβερου είχε ανεβεί στο βρετανικό θρόνο ως Γεώργιος Α', εγκαθιδρύοντας τη δυναστεία του Ανόβερου, κι έτσι ο Χέρσελ σκέφτηκε ότι θα ήταν καλοδεχούμενος. Μετέτρεψε το όνομά του σε Ουίλιαμ Χέρσελ, αγόρασε ένα σπίτι στο Μπαθ και εξασφάλισε μια άνετη ζωή ως βιρτουόζος του όμποε, συνθέτης, διευθυντής ορχήστρας και καθηγητής μουσικής. Με την πάροδο των ετών, ο Χέρσελ έδειξε συστηματικό ενδιαφέρον για την αστρονομία, η οποία από χόμπι εξελίχθηκε σε κύρια απασχόληση. Τελικά έγινε επαγγελματίας παρατηρητής του ουρανού, αφοσιωμένος αποκλειστικά στην επιστήμη του, και αναγνωρίστηκε από τους συναδέλφους του ως ο σπουδαιότερος αστρονόμος του 18ου αιώνα.

Ο Χέρσελ έκανε τη σπουδαιότερη ανακάλυψή του το 1781, καθώς παρατηρούσε τον ουρανό από τον κήπο του με ένα τηλεσκόπιο που είχε φτιάξει μόνος του. Ο Χέρσελ εντόπισε ένα νέο αντικείμενο που κινείτο αργά επί αρκετές νύχτες. Υπέθεσε ότι επρόκειτο για κάποιον κομήτη που δεν είχε ανακαλυφθεί μέχρι τότε, μέχρι που διαπίστωσε ότι το αντικείμενο δεν διέθετε ουρά και ουσιαστικά ήταν ένας νέος πλανήτης: μια κοσμοϊστορική αύξηση των μελών του Ηλιακού Συστήματος. Για χιλιάδες χρόνια οι αστρονόμοι γνώριζαν μόνο πέντε πλανήτες (Ερμής, Αφροδίτη, Άρης, Δίας, και Κρόνος) που ήταν ορατοί με γυμνό μάτι, αλλά τώρα ο Χέρσελ είχε ανακαλύψει έναν εντελώς νέο κόσμο. Τον ονόμασε Αστέρα του Γεωργίου (Georgium Sidus) προς τιμήν του μονάρχη του, βασιλιά Γεωργίου Γ', επίσης από το Ανόβερο, όμως οι Γάλλοι αστρονόμοι προτίμησαν να αποκαλούν το νέο πλανήτη Χέρσελ προς τιμήν του ανθρώπου που τον ανακάλυψε. Τελικά, ο πλανήτης ονομάστηκε Ουρανός, από τον πατέρα του Κρόνου και παππού του Δία, σύμφωνα με τη μυθολογία.

Ο Ουίλιαμ Χέρσελ, με συστηματική εργασία στην αυλή του σπιτιου του, πέτυχε εκεί όπου είχαν αποτύχει τα πλούσια, βασιλικά αστεροσκοπεία της Ευρώπης. Η αδελφή του, Κάρολάίν —η βοηθός του-, έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην επιτυχία του. Αφιερώθηκε στην υποστήριξη του Ουίλιαμ, και ως λαμπρή αστρονόμος η ίδια, ανακάλυψε οκτώ κομήτες στη διάρκεια της σταδιοδρομίας της. Βοηθούσε τον αδελφό της στην κοπιαστική κατασκευή νέων τηλεσκοπίων, ενώ τις παγωμένες νύχτες, άγρυπνη, κατέγραφε τις παρατηρήσεις του. Όπως σημείωσε χαρακτηριστικά: «Εκμεταλλευόμασταν κάθε λεπτό προκειμένου να συνεχίσουμε την εργασία που βρισκόταν σε εξέλιξη· δεν χάναμε στιγμή ούτε για να αλλάξουμε ρούχα. Πολλά δαντελένια φουστάνια μου σκίστηκαν ή λερώθηκαν απο την πίσσα... μάλιστα έπρεπε να τον ταΐζω με το κουταλάκι ενόσω εκείνος συνέχιζε τη δουλειά του».

Η πίσσα που αναφέρει η Κάρολάϊν Χέρσελ χρησιμοποιούνταν από τον αδελφό της στην κατασκευή εργαλείων για λείανση των κατόπτρων. Μάλιστα, ο Χέρσελ ήταν πολύ υπερήφανος που κατασκεύαζε ο ίδιος τα τηλεσκόπιά του. Αν και αυτοδίδακτος, εκείνη την εποχή κατασκεύαζε τα καλύτερα τηλεσκόπια του κόσμου. Ένα από αυτά έδινε μεγέθυνση 2.010 φορές, ενώ το καλύτερο τηλεσκόπιο ενός Βασιλικού Αστρονόμου έφθανε μόνο μέχρι τις 270 φορές.

Η μεγέθυνση έχει ευεργετικά αποτελέσματα για κάθε τηλεσκόπιο, αλλά ακόμη πιο σημαντική είναι η ικανότητά του να συλλέγω φως, κι αυτό εξαρτάται αποκλειστικά από το άνοιγμά του, δηλαδή από τη διάμετρο του πρωτεύοντος κατόπτρου ή του αντικειμενικού φακού. Μόνο λίγες χιλιάδες αστέρες είναι αρκετά λαμπροί ώστε να παρατηρούνται με γυμνό μάτι, όμως ένα τηλεσκόπιο με ευρύ άνοιγμα ανοίγει εντελώς νέες προοπτικές. Ένα πολύ μικρό τηλεσκόπιο, όπως εκείνο που χρησιμοποίησε ο Γαλιλαίος, εμφανίζει εκείνους τους αστέρες που βρίσκονται ελαφρώς κάτω από το όριο της ορατότητας με γυμνό οφθαλμό, αλλά όχι τους πιο αμυδρούς. Ένα τηλεσκόπιο με ευρύτερο άνοιγμα συλλέγει, εστιάζει και ενισχύει πολύ μεγαλύτερη ποσότητα αστρικού φωτός, οπότε οι αμυδρότεροι, πιο απομακρυσμένοι, αόρατοι αστέρες γίνονται τελικά ορατοί.

Το 1789 ο Χέρσελ κατασκεύασε ένα τηλεσκόπιο με κάτοπτρο διαμέτρου 1,2 μέτρων, δηλαδή για εκείνη την εποχή, το μεγαλύτερο άνοιγμα στον κόσμο. Δυστυχώς, το μήκος του ήταν 12 μέτρα. Ήταν τόσο δύσχρηστο ώστε ο πολύτιμος χρόνος παρατήρησης αναλωνόταν σε ελιγμούς μέχρι να το φέρουν στην κατάλληλη θέση ώστε να «βλέπει» στη σωστή διεύθυνση. Ένα άλλο πρόβλημα ήταν ότι το κάτοπτρο έπρεπε να «δεθεί» με χαλκό προκειμένου να ενισχυθεί και να στηρίζει το ίδιο του το βάρος. Ως αποτέλεσμα, το όργανο μαύριζε γρήγορα, ακυρώνοντας την κατά τα άλλα εξαιρετική δυνατότητα συλλογής φωτός. Το 1815 ο Χέρσελ εγκατέλειψε αυτό το τέρας, και κατασκεύασε ένα μέτριο τηλεσκόπιο για τις περισσότερες παρατηρήσεις του, το οποίο είχε άνοιγμα 0,475 μέτρα και μήκος 6 μέτρα. Επρόκειτο για ένα συμβιβασμό μεταξύ ευαισθησίας και πρακτικότητας.

Ενα από τα κύρια ερευνητικά σχέδια του Χέρσελ ήταν να μετρήσει τις αποστάσεις εκατοντάδων αστέρων. Χρησιμοποιώντας τα υπέροχα τηλεσκόπιά του, αξιοποίησε τη χονδροειδή υπόθεση της εποχής ότι όλοι οι αστέρες εκπέμπουν την ίδια ποσότητα φωτός, και ως γεγονός ότι η λαμπρότητα ελαττώνεται ανάλογα με το τετράγωνο της απόστασης. Για παράδειγμα, εάν ένας αστέρας απέχει τρεις φορές περισσότερο απ’ ό,τι ένας άλλος αστέρας με την ίδια λαμπρότητα, τότε η λαμπρότητα του πρώτου θα φαινόταν ίση με το 1/32 (ή 1/9) εκείνης του άλλου αστέρα. Αντίστροφα, ο Χέρσελ υπέθεσε ότι ένας αστέρας που είχε λαμπρότητα ίση με το 1/9 εκείνη* ενός άλλου αστέρα, απείχε περίπου τρεις φορές περισσότερο από τον δεύτερο. Χρησιμοποιώντας ως αστέρα αναφοράς τον Σείριο, το λαμπρότερο αστέρα στο νυχτερινό ουρανό, όρισε όλες τις αστρικές* μετρήσεις του συναρτήσει πολλαπλασίων της απόστασης από τον Σείριο, μια μονάδα που ονόμασε σειριόμετρο. Έτσι, ένας αστέρα, που φαίνεται ότι έχει λαμπρότητα ίση με το 1/49 (ή 1/72) εκείνη, του Σείριου, πρέπει να απέχει από τη Γη περίπου επτά σειριόμετρο ή επτά φορές περισσότερο απ’ ότι ο Σείριος. Αν και ο Χέρσελ γνιωριζε ότι πιθανότατα όλοι οι αστέρες δεν είναι εξίσου λαμπροί και, συνεπώς, η μέθοδός του δεν ήταν ακριβής, ήταν πεπεισμένος ότι κατασκεύαζε έναν κατά προσέγγιση σωστό, τρισδιάστατο χάρτη του ουρανού.

Θα ήταν λογικό να περιμένει κανείς ότι οι αστέρες είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι προς όλες τις διευθύνσεις και όλες τις αποστάσεις, όμως τα δεδομένα του Χέρσελ σχηματοποιούσαν μια συγκέντρωση των αστέρων σε ένα δίσκο που έμοιαζε με επίπεδη, στρογγυλή τηγανίτα. Αυτή η γιγαντιαία τηγανίτα είχε διάμετρο 1.000 σειριόμετρα και πάχος 100 σειριόμετρα. Αντί να καταλαμβάνουν ένα κομμάτι χωρίς όρια μέσα στο χώρο, οι αστέρες στο σύμπαν του Χέρσελ έμοιαζαν με πυκνοκατοικημένη κοινότητα. Φανταστείτε την κατανομή των αστέρων σαν μια τηγανίτα γεμάτη σταφίδες, όπου η κάθε σταφίδα αναπαριστά έναν αστέρα.

Αυτή η θεώρηση του σύμπαντος ήταν απόλυτα συμβατή με ένα από τα πλέον εμφανή χαρακτηριστικά του νυχτερινού ουρανού. Αν φαντασθείτε ότι βρισκόμαστε κάπου στο εσωτερικό αυτής της αστρικής τηγανίτας, τότε θα δούμε ένα σωρό αστέρες αριστερά, δεξιά, εμπρός και πίσω μας, αλλά λιγότερους αστέρες πάνω και κάτω, επειδή η τηγανίτα είναι λεπτή. Άρα, σύμφωνα με τη δική μας οπτική γωνία μέσα στο σύμπαν, θα περιμέναμε να δούμε γύρω μας μια συγκέντρωση αστρικού φωτός, και πράγματι μια τέτοια ζώνη φωτός διαγράφεται σαν τόξο μέσα στο νυχτερινό ουρανό (μπορούμε να την δούμε μόλις βρεθούμε μακριά από τα φώτα της πόλης). Αυτό το χαρακτηριστικό του ουρανού ήταν γνωστό στους αρχαίους αστρονόμους. Στα λατινικά, αυτή η ζώνη ονομαζόταν Via Lactea, δηλαδή γαλαξίας», επειδή φαίνεται θολή και γαλακτώδης. Αν και δεν ήταν γνωστό στους αρχαίους, η πρώτη γενιά αστρονόμων που χρησιμοποίησαν τηλεσκόπια, κατάφερε να διαπιστώσει ότι η γαλακτώδης ζώνη ήταν στην πραγματικότητα μια συγκέντρωση από μεμονωμένους αστέρες, πολύ απομακρυσμένους για να παρατηρηθούν με γυμνό μάτι. Οι αστέρες είναι τοποθετημένοι γύρω μας ορίζοντας το πλάγιο επίπεδο της τηγανίτας. Λίγο μετά την αποδοχή του μοντέλου της τηγανίτας για το σύμπαν, η τηγανίτα με τους αστέρες μέσα στην οποία ζούμε κι εμείς, έγινε γνωστή ως ο Γαλαξίας.

Επειδή ο Γαλαξίας, υποθετικά, περιείχε όλους τους αστέρες στο σύμπαν, το μέγεθος του ήταν ουσιαστικά ίσο με το μέγεθος του σύμπαντος. Αν και ο Χέρσελ είχε υπολογίσει κατά προσέγγιση τη διάμετρο και το πάχος του Γαλαξία σε 1.000 και 100 σειριόμετρα αντίστοιχα, πέθανε το 1822 χωρίς να μάθει πόσα χιλιόμετρα αντιστοιχούσαν σε ένα σειριόμετρο. Έτσι δεν είχε την παραμικρή ιδέα για το απόλυτο μέγεθος του Γαλαξία. Η μετατροπή των σειριομέτρων σε χιλιόμετρα απαιτούσε τον προσδιορισμό της απόστασης του Σείριου. Ένα σπουδαίο βήμα προς την επίτευξη αυτού του σκοπού έγινε το 1838, όταν ο γερμανός αστρονόμος Φρίντριχ Βίλχελμ Μπέσελ μέτρησε για πρώτη φορά πόσο απέχουμε από έναν αστέρα.

* Στ. Μ.: Στρατιωτική σύρραξη (1756-1763) μεταξύ Αγγλίας και Πρωσίας από τη μία πλευρά και Γαλλίας, Αυστρίας, Ρωσίας, Σουηδίας, Ισπανίας και γερμανών πριγκίπων από την άλλη.

 ~ Από το βιβλίο BIG BANG Simon Singh

ΠΗΓΗ: antikleidi.com