Ο αστροφυσικός Γιάννης Ζουγανέλης είναι συνεπής στο ραντεβού μας. Έχει φτάσει στα ιστορικά κτίρια του Εθνικού & Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών ακριβώς στην ώρα του και πριν καν μου συστηθεί έχω καταλάβει ότι μπροστά μου στέκεται ο Έλληνας επιστήμονας που κυριολεκτικά...“άγγιξε” τον Ήλιο.
Το μαρτυράει άλλωστε και το μπλε μπλουζάκι που φοράει, το οποίο φέρει τα διακριτικά του ESA (Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος) και της αποστολής Solar Orbiter στην οποία είναι επιστημονικά υπεύθυνος.
Το Solar Orbiter είναι ο πιο περίπλοκος επιστημονικός ανιχνευτής που έχει σταλεί ποτέ για να μελετήσει τον Ήλιο.
Η αποστολή, υπό την ηγεσία της Ευρώπης και με τη συνεργασία της NASA, σχεδιάστηκε για μελετήσει όσο πιο κοντά γίνεται τον Ήλιο και την εσωτερική ηλιόσφαιρα – τις αχαρτογράφητες εσωτερικές περιοχές του ηλιακού μας συστήματος – προκειμένου οι επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα, ακόμη και να προβλέψουν, την απείθαρχη συμπεριφορά του άστρου από το οποίο εξαρτάται η ζωή μας.
Την ίδια ώρα σκέφτομαι πως είναι εκπληκτικό το γεγονός πως αυτή η εμβληματική αποστολή παρατήρησης του Ήλιου συντονίζεται από ελληνικά χέρια, παρότι απασχολεί ενεργά περισσότερους από 3000 επιστήμονες από ολόκληρο τον κόσμο, ανάμεσά τους και περίπου 40-50 Έλληνες.
Ο Γιάννης Ζουγανέλης που είναι ο μοναδικός Έλληνας από το επιστημονικό τμήμα του ESA, έχει την ευθύνη για τον σχεδιασμό των παρατηρήσεων που κάνει το Solar Orbiter, αλλά και για το συντονισμό των επιστημόνων που δουλεύουν πάνω στα δεδομένα.
Ο ίδιος, μέσα στην επόμενη ώρα θα δώσει μια διάλεξη για την αποστολή στο πλαίσιο του επιστημονικού συνεδρίου της Ελληνικής Αστρονομικής Εταιρείας, η οποία φέτος γιορτάζει τα 30 της χρόνια. Για αυτό έχει έρθει εξάλλου από τη Μαδρίτη όπου έχει την έδρα του μέσα σε ένα από τα επιστημονικά κέντρα του ESA.
{https://www.youtube.com/watch?v=wme2KpMuI8U&ab_channel=SciTechDaily}
«Σήμερα θα πω για αποτελέσματα που δεν έχουν δημοσιευτεί ακόμη» μού λέει και μου εξάπτει την περιέργεια για όλα τα συναρπαστικά που κάνει. Εκμεταλλεύομαι την ευκαιρία να του «κλέψω» μερικές πληροφορίες λίγο πριν μπει στο αμφιθέατρο…
Προβλέποντας τη συμπεριφορά του απείθαρχου Ήλιου
Το διαστημόπλοιο από τις 20 Φεβρουαρίου του 2020 προσεγγίζει περιοδικά (ανά 6μηνο) τον Ήλιο σε απόσταση λιγότερη από το ένα τρίτο της απόστασης Ήλιου-Γης (που είναι μια αστρονομική μονάδα=150 εκατομμύρια χλμ). Στο πλησιέστερο σημείο του θα βρίσκεται εντός της τροχιάς του Ερμή, αντέχοντας την «άγρια» ζέστη για να δώσει μοναδικά δεδομένα και γκρο πλαν όψεις του Ήλιου.
Σε αυτές τις αποστάσεις, το Solar Orbiter θα εκτεθεί στο ηλιακό φως που είναι 13 φορές πιο έντονο από αυτό που αισθανόμαστε στη Γη. Το διαστημόπλοιο πρέπει επίσης να αντέξει ισχυρές εκτινάξεις ύλης από την ηλιακή ατμόσφαιρα και εκροή ενεργητικών σωματιδίων.
Από τον Μάρτιο του 2022 μέχρι τον Απρίλιο του 2023 ο ανιχνευτής έχει σχεδόν «κοιτάξει» κατάματα τον Ήλιο τρεις φορές, πλησιάζοντας από τις 0,32 αστρονομικές μονάδες στις 0,29. «Θα πάμε ακόμη λίγο πιο κοντά στις 0,28 αστρονομικές μονάδες και θα σταματήσουμε εκεί. Αυτό είναι το όριο, γιατί οι θερμοκρασίες που αναπτύσσονται είναι τεράστιες», μου λέει ο κ. Ζουγανέλης.
Μέχρι τώρα διαστημικοί ανιχνευτές παρατήρησαν τον Ήλιο από την τροχιά της Γης και μερικοί τόλμησαν ακόμη περισσότερο να ρίξουν μια πιο προσεκτική ματιά. «Όμως, μέχρι πρόσφατα, ήταν δύσκολο να πλησιάσουμε τον Ήλιο, καθώς η τεχνολογία που απαιτείτο για να αντέξει την υψηλή θερμότητα δεν ήταν ακόμη έτοιμη.
Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν ακόμη πολλά αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με τη συμπεριφορά του, η οποία επηρεάζει όλο και περισσότερο τον εξαρτώμενο από την τεχνολογία τρόπο ζωής μας στη Γη.
Ο διαστημικός καιρός, ο οποίος προκαλείται από τις αλληλεπιδράσεις του ηλιακού ανέμου με το μαγνητικό πεδίο της Γης και την ανώτερη ατμόσφαιρά της, μπορεί να χτυπήσει δορυφόρους τηλεπικοινωνιών και άμυνας και να τους βγάλει από την τροχιά, να διαταράξει το σύστημα GPS και να επηρεάσει τα δίκτυα διανομής ηλεκτρικής ενέργειας», εξηγεί ο Έλληνας αστροφυσικός, φέρνοντας ως παράδειγμα τη γεωμαγνητική καταιγίδα του περσινού Σεπτέμβρη, η οποία προκλήθηκε από μία μεγάλη ηλιακή έκλαμψη και κατέστρεψε τουλάχιστον 40 από τους 49 δορυφόρους της SpaceX για το σύστημα Starlink, το οποίο παρέχει δορυφορική ευρυζωνική σύνδεση στο διαδίκτυο.
Μια μικρότερη ηλιακή καταιγίδα τον Μάρτιο του 1989 διέκοψε το ρεύμα στο Κεμπέκ του Καναδά για εννέα ώρες, ενώ μόλις πριν από λίγα χρόνια, η Γη στάθηκε τυχερή, όταν στις 23 Ιουλίου 2012, το διαστημόπλοιο Stereo-A της NASA χτυπήθηκε από μια γιγάντια στεφανιαία μαζική εκτίναξη σωματιδίων.
Αν η Γη ήταν εκεί που ήταν το διαστημόπλοιο, τότε θα ζούσαμε μια πολύ ενδιαφέρουσα μέρα.
Η αποστολή του Solar Orbiter θα βοηθήσει τους επιστήμονες να κάνουν μεγάλα άλματα στην κατανόηση των διεργασιών στο εσωτερικό του Ήλιου και των επιπτώσεών τους σε ολόκληρο το ηλιακό σύστημα. «Αν προβλέψουμε, για παράδειγμα πότε έρχεται μια ηλιακή καταιγίδα, μπορούμε να λάβουμε τα μέτρα μας.
Συνήθως κάνει 2-3 μέρες για να φτάσει στη Γη», εκτιμά ο επιστήμονας συμπληρώνοντας πως έτσι κι αλλιώς πρόκειται για βασική έρευνα, όπου οι νέες γνώσεις, ιδέες και θεωρίες που θα παραχθούν μπορεί να μην είναι άμεσα χρήσιμες, αλλά θα αποτελέσουν σίγουρα τη βάση για να αναπτυχθούν περαιτέρω διάφορα επιστημονικά πεδία.
Κορυφαία επιστημονικά ερωτήματα που ζητούν απαντήσεις
Αν και η ανθρωπότητα κοιτάζει τον ήλιο με περιέργεια από τότε που συνειδητοποίησε την ύπαρξή της, υπάρχουν ακόμα πολλά που δεν γνωρίζουμε για το αστέρι που κάνει δυνατή τη ζωή στον πλανήτη Γη.
{https://www.youtube.com/watch?v=9RB-5p8VsaI&ab_channel=VideoFromSpace}
«Έχουν περάσει τέσσερις αιώνες από την πρώτη παρατήρηση των ηλιακών κηλίδων με το τηλεσκόπιο του Γαλιλαίου και πάνω από 60 χρόνια από την ανακάλυψη του ηλιακού ανέμου και ακόμη έχουμε σημαντικά ερωτήματα για την ηλιακή φυσική, τα οποία δεν έχουν απαντηθεί», μού λέει ο Γιάννης Ζουγανέλης, με πρώτο το: «τι οδηγεί τον ηλιακό κύκλο;»
Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμα τι καθοδηγεί τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου του Ήλιου και τις διακυμάνσεις του, οι οποίες αντανακλώνται στον αριθμό των ηλιακών κηλίδων (ψυχρότερων περιοχών στην επιφάνεια του Ήλιου), των εκρήξεων και ηλιακών εκλάμψεων.
«Γνωρίζουμε ότι το μαγνητικό πεδίο είναι υπεύθυνο για όλη την ηλιακή δραστηριότητα, αλλά δεν ξέρουμε πώς παράγεται. Πιστεύουμε ότι είναι ένα δυναμό μέσα στον Ήλιο, αλλά πραγματικά δεν γνωρίζουμε πώς λειτουργεί.
Οι πόλοι του μαγνητικού πεδίου του Ήλιου αλλάζουν περιοδικά κάθε 11 χρόνια, αλλά γιατί ακριβώς συμβαίνει αυτό είναι μυστήριο. Επίσης, οι ηλιακοί κύκλοι ποικίλλουν σε ένταση από τον έναν στον άλλο, κάτι που οι επιστήμονες επίσης δεν μπορούν να εξηγήσουν», λέει ο αστροφυσικός.
Γιατί το στέμμα του Ήλιου είναι τόσο καυτό; Οι επιστήμονες επίσης προβληματίζονται από την υπερβολική ζέστη της εξωτερικής ατμόσφαιρας του Ήλιου, δηλαδή του ηλιακού στέμματος:
«Σε περισσότερους από 1 εκατομμύριο βαθμούς C, η ατμόσφαιρα του στέμματος είναι πολύ πιο καυτή από την επιφάνεια του Ήλιου, κάτι που δεν εξηγείται, καθώς το στέμμα είναι πιο μακριά από την πηγή της θερμότητας.
Πιστεύουμε ότι το πρόβλημα της επιτάχυνσης του ηλιακού ανέμου (η εξάτμιση του στέμματος) και η θέρμανση του στέμματος είναι αλληλένδετα», υποθέτει ο κ. Ζουγανέλης, εξηγώντας ο ηλιακός άνεμος που είναι μια ύλη που εκρέει από τον Ήλιο συνεχώς και με μεγάλες ταχύτητες που φτάνουν τα 800 χλμ το δευτερόλεπτο, αρχικά προβλέφθηκε το 1958 και για πρώτη φορά μετρήθηκε το 1962.
«Δεν μπορούμε να εξηγήσουμε γιατί πάει τόσο γρήγορα και γιατί αποκτά ενέργεια καθώς εκρέει».
Στην πραγματικότητα, οι εκλάμψεις του Ήλιου και η εκτόξευση στεμματικού υλικού που ανακαλύφθηκαν στις πρώτες εικόνες του Solar Orbiter μπορεί να εξηγήσουν πώς συμβαίνει αυτή η μεταφορά ενέργειας.
Αλλά και εδώ υπάρχει ακόμη ένα μυστήριο: «Δεν γνωρίζουμε με σαφήνεια πως προκαλούνται οι ηλιακές εκρήξεις και η εκτίναξη του στεμματικού υλικού. Το στέμμα εκρήγνυται, αλλά δε ξέρουμε το γιατί, το πως εξελίσσεται η έκρηξη και πως στη συνέχεια μεταφέρεται το στεμματικό υλικό μέσα στο ενδοπλανητικό διάστημα»
Πώς εξαπλώνεται ο διαστημικός καιρός σε όλο το ηλιακό σύστημα; «Τα φορτισμένα σωματίδια που προέρχονται συνεχώς από τον Ήλιο με τη μορφή του ηλιακού ανέμου και μερικές φορές εκρήγνυνται με ισχύ, εξαπλώνονται σε ολόκληρο το ηλιακό σύστημα και επιταχύνονται με έναν τρόπο που δεν ξέρουμε.
Όταν μεταδίδονται μέσα στον ενδοπλανητικό χώρο συγκρούονται με άλλα σωματίδια που βρίσκονταν εκεί, τα οποία επίσης επιταχύνονται. Άρα έχουμε δυο υποθέσεις να διερευνήσουμε: σωματίδια που φεύγουν απευθείας από τον Ήλιο κατά τις εκλάμψεις και σωματίδια που επιταχύνονται από το ωστικό κύμα που δημιουργείται από τις εκτοξεύσεις στεμματικού υλικού», λέει ο ερευνητής.
Τι συμβαίνει στους πόλους; Με το Solar Orbiter, που ακολουθεί μια ελλειπτική τροχιά γύρω από τον ήλιο, οι επιστήμονες θα έχουν για πρώτη φορά καλή θέα στην κορυφή και στο κάτω μέρος του Ήλιου.
Μέχρι τώρα, σχεδόν όλα τα διαστημόπλοια που παρακολουθούν τον Ήλιο περιφέρονται σε ελλειπτική τροχιά στο ίδιο επίπεδο που ταξιδεύουν οι πλανήτες γύρω του. Το Solar Orbiter θα βγει από αυτό το επίπεδο, και θα αλλάξει οπτική γωνία για να βοηθήσει στην επίλυση μυστηρίων σχετικών με το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου.
«Στους πόλους δε συμβαίνουν πολλές εκρήξεις και αυτοί δείχνουν λίγο πιο σκοτεινοί από τον υπόλοιπο ηλιακό δίσκο, γεγονός που σημαίνει ότι είναι λίγο πιο ψυχροί. Ωστόσο, παρότι είναι ψυχροί παράγεται ταχύς ηλιακός άνεμος που είναι ακόμη ανεξήγητο», λέει ο αστροφυσικός, υπενθυμίζοντας την αποστολή Ulysses, μια παλαιότερη συνεργασία μεταξύ της NASA και του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος που εκτοξεύτηκε το 1990 και που πέρασε πάνω από τους πόλους του Ήλιου, αλλά σε πολύ πιο μακρινές αποστάσεις και χωρίς να φέρνει κάμερες.
«Οι πόλοι του Ήλιου διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη διαδικασία που οδηγεί τη δημιουργία του μαγνητικού του πεδίου, το οποίο με τη σειρά του οδηγεί τον 11χρονο κύκλο της ηλιακής δραστηριότητας, την άμπωτη και τη ροή στη δημιουργία ηλιακών κηλίδων και εκρήξεων».
Το διαστημόπλοιο
Το διαστημόπλοιο Solar Orbiter κατασκευάστηκε από μια ευρωπαϊκή κοινοπραξία με επικεφαλής τον «γίγαντα» της αεροδιαστημικής Airbus.
Έχει μάζα περίπου 1800 κιλά και κόστισε 1,5 δισεκατομμύριο ευρώ. Η στραμμένη προς τον Ήλιο πλευρά του δορυφόρου προστατεύεται με μια θερμική ασπίδα 40 εκατοστών κατασκευασμένη από μονωτικά στρώματα τιτανίου σε δομή κηρήθρας, που αντέχει στους 520 βαθμούς C.
Οι κάμερες του Solar Orbiter (συνολικά διαθέτει 27 όργανα, τηλεσκόπια, κάμερες και διάφορους ανιχνευτές) κρυφοκοιτάζουν μέσα από στενά παράθυρα αυτής της ασπίδας, τα οποία ανοίγουν μόνο κατά τις περιόδους παρατήρησης, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η θερμική πίεση.
Συγκεκριμένα, το διαστημικό σκάφος φέρει έξι όργανα τηλεπισκόπησης, που κοιτάζουν την επιφάνεια του Ήλιου σε διαφορετικά μήκη κύματος, και τέσσερα in situ όργανα που μετρούν τις ιδιότητες του περιβάλλοντος γύρω από το Solar Orbiter.
Ο στόχος είναι να συνδεθούν τα φαινόμενα που παρατηρούνται στην επιφάνεια του άστρου με αυτό που συμβαίνει γύρω από το διαστημόπλοιο, όπως η μέτρηση των ιδιοτήτων των σωματιδίων που εκτοξεύονται από αυτό με τη μορφή ηλιακού ανέμου σε ορατές εκρήξεις.
Τα όργανα τηλεπισκόπησης προκάλεσαν στους σχεδιαστές τον μεγαλύτερο πονοκέφαλο, καθώς έπρεπε να κοιτούν τον Ήλιο στα μάτια αλλά και να διατηρούνται δροσερά. Εκτός από τη θερμική ασπίδα, οι μηχανικοί έπρεπε να δοκιμάσουν κάθε δυνατή λύση για τη διατήρηση της θερμοκρασίας μέσα στο διαστημόπλοιο αρκετά χαμηλή ώστε να μπορούν αυτά τα όργανα να κάνουν σωστά τη δουλειά τους.
Δεδομένου ότι δεν υπάρχει ατμόσφαιρα στο διάστημα και τίποτα που να μεταφέρει θερμότητα, τα κρυμμένα από τον Ήλιο μέρη του διαστημικού σκάφους εκτίθενται σε ψύχος που φτάνει στους μείον 200 βαθμούς C. Μέρος της θερμότητας που εισέρχεται μέσω της θερμικής ασπίδας μπορεί επομένως να διοχετευθεί μακριά από το εσωτερικό του διαστημικού σκάφους.
Οι δύο ηλιακές συστοιχίες μήκους 6 μέτρων του Solar Orbiter γέρνουν ανάλογα με την απόσταση από τον Ήλιο για να διατηρούν τη θερμοκρασία τους κάτω από τους 300 βαθμούς C, καθώς σε υψηλότερες θερμοκρασίες τα πάνελ θα μπορούσαν να αρχίσουν να καταρρέουν.
Επιπλέον η κλίση του Solar Orbiter σε σχέση με τον Ήλιο ελέγχεται αυτόνομα από ένα έξυπνο λογισμικό καθώς αυτό περνά τακτικές περιόδους εκτός επαφής με τη Γη όταν βρίσκεται στην αντίθετη πλευρά του Ήλιου.
Τι παρατηρήθηκε μέχρι τώρα
Στις πρώτες εικόνες που κυκλοφόρησε η Solar Orbiter τον Ιούνιο του 2020, οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν εντελώς νέο τύπο ηλιακού φαινομένου, τις ηλιακές εκλάμψεις μινιατούρες τις οποίες ονόμασαν “campfires” (φωτιές στην κατασκήνωση).
«Αυτές τις μικρές, πολλές σε αριθμό και διάσπαρτες παντού εκλάμψεις δεν τις είχαμε δει παλιότερα και δε ξέρουμε σε τι οφείλονται», εξηγεί ο κ. Ζουγανέλης, προσθέτοντας πως το επόμενο που έχουν τώρα οι επιστήμονες στα χέρια τους είναι διαφορετικές δομές του ηλιακού στέμματος σε μεγάλη ανάλυση (νήματα που τυλίγονται και ξετυλίγονται, θηλειές, υλικό που μετακινείται προς τυχαίες κατευθύνσεις, «καταρράκτες» που κάνουν επανασύνδεση, κ.α).
«Αν και είμαστε σε πολύ αρχική φάση, δεν τα έχουμε ξαναδεί όλα αυτά με τόση λεπτομέρεια», συμπληρώνει. Οι επιστήμονες ολοκλήρωσαν επίσης και τη πρώτη παρατήρηση του νότιου πόλου του Ήλιου και αναμένεται να δημοσιεύσουν τα αποτελέσματα σύντομα
«Το Solar Orbiter από τον Νοέμβριο του 2021 που εισήλθε στην πλήρη επιστημονική του φάση προσφέρει μια σταθερή ροή από εικόνες του Ήλιου που προκαλούν δέος.
Η αποστολή κατά την οποία ο ανιχνευτής έχει προγραμματιστεί να διαγράψει 22 τροχιές γύρω από τον Ήλιο, θα διαρκέσει τουλάχιστον μέχρι το 2027, αλλά ενδέχεται να επεκταθεί μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 2030», μού λέει ο Έλληνας επιστήμονας κοιτάζοντας το ρολόι του για τη διάλεξη.
Λίγο πριν τελειώσει η κουβέντα μας μαθαίνω πως από μικρός ήθελε να γίνει αστροφυσικός και αφορμή στάθηκε το «Χρονικό του χρόνου», βιβλίο του Hawking που του χάρισε η αδερφή του.
Περπατώντας προς το αμφιθέατρο προλαβαίνω να τον ρωτήσω:
«Τι κάνει κάποιον αστροφυσικό;». Μου απαντάει: «Η γνώση».
Και τον ξαναρωτώ: «Τι κάνει κάποιον έναν καλό αστροφυσικό;»
«Η φαντασία και το να μη μένεις μόνο στη λεπτομέρεια. Να βλέπεις πάντα τη μεγάλη εικόνα, αλλιώς κινδυνεύεις να χάσεις το ενδιαφέρον σου!».
Δείτε εικόνες
ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI & Metis Teams and D. Telloni et al. (2022)
ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI & STIX Teams
ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI Team
ESA & NASA/Solar Orbiter/SPICE team; Data processing: G. Pelouze (IAS)
Ο Γιάννης Ζουγανέλης
*Ο Γιάννης Ζουγανέλης έχει μακρά πορεία και εμπειρία στην εξερεύνηση του διαστήματος. Είναι απόφοιτος του Τμήματος Φυσικής του ΕΚΠΑ και διδάκτορας του πανεπιστημίου Ντενί Ντιντερό της Γαλλίας στην αστροφυσική.
Εργάστηκε σε διάφορα ερευνητικά κέντρα όπως στο αστεροσκοπείο του Meudon της Γαλλίας και στο Μπέρκλεϊ της Καλιφόρνια ως μεταδιδακτορικός ερευνητής, και στη συνέχεια ως καθηγητής αστροφυσικής στο πανεπιστήμιο της Σορβόννης στο Παρίσι από όπου μεταπήδησε στον ESA.
