ΒΡΑΒΕΙΑ ΝΟΜΠΕΛ ΦΥΣΙΚΗΣ (ΜΕΡΟΣ 2ο)

στις

Η αναδρομή που ξεκινήσαμε στην προηγούμενη εκπομπή συνεχίζεται! Ξετυλίγουμε σιγά σιγά το κουβάρι, κάνοντας ένα άκρως ενδιαφέρον ταξίδι στο χρονικό των βραβεύσεων Νόμπελ στο πεδίο της Φυσικής. Ξεκινήσαμε με αφετηρία το σήμερα και μάθαμε για τους Ράινερ Βάις, Μπόρι Μπόρις και Κιπ Θορν και τη συνεισφορά τους στην ανακάλυψη των βαρυτικών κυμάτων. Στη συνέχεια μελετήσαμε τον “Πατέρα” και εμπνευστή των βραβείων, του Άρθρουρ Μπερνάρντ Νόμπελ και αναλύσαμε το έργο και τη βιογραφία μεγάλων επιστημόνων που βραβεύθηκαν, όπως ο Βίλχεμ Ρέντγκεν, το ζεύγος Κιουρί και ο Μαξ Πλανκ.

Στη σημερινή εκπομπή θα συνεχίσουμε, αφού η λίστα είναι ατελείωτη (υπήρξαν 206 βραβεύσεις απ’ το 1901 που θεσμοθετήθηκαν) και θα σταθούμε στους σημαντικότερους επιστήμονες και στο καινοτόμο έργο που άφησαν πίσω του, αφού είναι αδύνατο να τους δούμε όλους.

Το 1887 ο Χέρτζ παρατήρησε εντελώς τυχαία ότι ότι ένας σπινθήρας μπορούσε να προκληθεί ευκολότερα μεταξύ δυο ηλεκτρικά φορτισμένων σφαιρών αν οι επιφάνειες τους φωτίζονται από την λάμψη κάποιου άλλου σπινθήρα. Η ύπαρξη του φράγματος δυναμικής ενέργειας ήταν ήδη γνωστή από το 1883, όταν ο Τόμας Έντισον ανακάλυψε την Θερμιονική εκπομπή και αποκάλυψε ότι χρειάζεται μια ελάχιστη ενέργεια που καλείται Έργο εξαγωγής και συμβολίζεται με το αγγλικό σύμφωνο b. Το φαινόμενο μελετήθηκε λεπτομερώς από τους Βίλχελμ Χάλβακς και Φίλιπ Λέναρντ από το 1886 ώς το 1900.

Οι Χάλβακς και Λέναρντ έκαναν τότε ένα πείραμα!  Δημιούργησαν μια φωτολυχνία με δύο ηλεκτρόδια την άνοδο και την κάθοδο και τα τοποθέτησαν σε ένα γυάλινο σωλήνα στο εσωτερικό του οποίου επικρατούσε κενό. Τα συνέδεσαν με μια πηγή διαφοράς δυναμικού δημιουργώντας ηλεκτρικό πεδίο με κατεύθυνση από την άνοδο προς την κάθοδο. Έριξαν φως στο σωλήνα και η φωτοευαίσθητη κάθοδος προκάλεσε ρεύμα στο εξωτερικό κύκλωμα.

Μετά την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου το 1897  από τον Τζόζεφ Τομ Τόμσον, κατέστη σαφές πως το φως προκαλεί εκπομπή ηλεκτρονίων που ωθούνται προς την άνοδο λόγω:

του ηλεκτρικού πεδίου

της αρκετά μεγάλης ταχύτητας που αναπτύσσουν.

Οι έρευνες του Φίλιπ Λέναρντ οδήγησαν στην ανακάλυψη του γεγονότος ότι η κινητική ενέργεια που παρουσιάζουν τα απελευθερούμενα ηλεκτρόνια είναι ανεξάρτητη από την ένταση του φωτός.

Ας δούμε λίγο πιο αναλυτικά όμως τι είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Το φαινόμενο αυτό συνίσταται στην εξής συμπεριφορά ενός φωτιζόμενου μετάλλου:

Το μέταλλο φορτίζεται μόνο όταν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία έχει συχνότητα μεγαλύτερη ή ίση από μια ορισμένη τιμή. Η τιμή αυτή ονομάζεται οριακή συχνότητα.

Αν η συχνότητα της ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερη η ίση της οριακής συχνότητας ο αριθμός των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται είναι ανάλογος της έντασης της προσπίπτουσας ακτινοβολίας.

Η εκπομπή φωτοηλεκτρονίων από το μέταλλο γίνεται σχεδόν ταυτόχρονα με το φωτισμό της επιφάνειάς του (για την ακρίβεια ο χρόνος από το φωτισμό του μετάλλου μέχρι την εκπομπή φωτοηλεκτρονίων είναι μικρότερος του 10 στην – 9 s).

Η μέγιστη κινητική ενέργεια με την οποία τα φωτοηλεκτρόνια εγκαταλείπουν το μέταλλο είναι ανάλογη της συχνότητας της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, και ανεξάρτητη από την έντασή της.

Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο όμως ήταν αδύνατο να εξηγηθεί απ’ την κλασσική φυσική που έκανε λόγο για απορρόφηση ή εκπομπή ενέργειας από ένα σώμα κατά τρόπο συνεχή.

Η συγκεκριμένη αδυναμία προκάλεσε σύγχυση στους επιστήμονες της εποχής. Και τότε ήρθε στο προσκήνιο ο Άλμπερτ Αινστάιν. Το 1905, ο 26χρονος τότε φέρελπις επιστήμονας, δημοσίευσε τέσσερα άρθρα στον 17 τόμο του γερμανικού περιοδικού “τα χρονικά της Φυσικής”, καθώς και τη διατριβή του, με την οποία αποφοίτησε απ’ το πανεπιστήμιο της Ζυρίχης. Τα άρθρα του ασχολήθηκαν και ανέλυσαν το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, την κίνηση Μπράουν και τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας.

Ο περισσότερος κόσμος έχει τη λανθασμένη εντύπωση ότι ο Αινστάιν παρέλαβε το βραβείο Νόμπελ για τη διάσημη θεωρία της σχετικότητας. Η αλήθεια όμως είναι ότι η ανάλυση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου ήταν εκείνη που έκανε την Σουηδική βασιλική ακαδημία να τον βραβεύσει το 1921 με το Νόμπελ Φυσικής.

Για να ερμηνεύσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ο Αϊνστάιν υπέθεσε ότι η ενέργεια ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος δεν είναι ισοκατανεμημένη στο κυματικό μέτωπο αλλά μεταφέρεται σε διακριτές ποσότητες που ονομάζονται φωτόνια. Η διαπίστωση αυτή αποτέλεσε, μαζί με την ερμηνεία της ακτινοβολίας του μέλανος σώματος από τον Πλανκ και την παρατήρηση του φαινομένου Κόμπτον το θεμέλιο της θεωρίας για τον κυματοσωματιδιακό δυϊσμό του φωτός αλλά και της πρώιμης Κβαντικής Μηχανικής.

Ο Αϊνστάιν θεώρησε ότι κάθε φωτόνιο, όταν δίνει την ενέργειά του, τη δίνει ολόκληρη και μόνο σε ένα ηλεκτρόνιο κάθε φορά. Αν αυτή είναι αρκετή για να αντισταθμίσει την έλξη που δέχεται το ηλεκτρόνιο από τον πυρήνα, το ηλεκτρόνιο απελευθερώνεται. Διαφορετικά, εκπέμπει την ακτινοβολία που απορροφήθηκε στο περιβάλλον. Το τελευταίο εξηγεί γιατί αν η ακτινοβολία έχει συχνότητα μικρότερη της συχνότητας κατωφλίου, το μέταλλο δεν φορτίζεται, όσο και αν το φωτίσουμε.

Με πιο απλά λόγια: Το φως μπορεί να είναι και σώμα, δηλ το φωτόνιο, αλλά και ενέργεια!

Έξι χρόνια αργότερα, το 1927, το βραβείο μοιράστηκε στους Τσάρλς Τόμσον Ρις Γουίλσον και Άρθουρ Χόλι Κόμπτον. Ο πρώτος για τη μέθοδο που κάνει ορατές τις τροχιές φορτισμένων σωματιδίων μέσω υγροποίησης σταγονιδίων και ο δεύτερος για την ανακάλυψη του φαινομένου που πήρε το όνομα του. Του φαινομένου Κόμπτον!

Οι πληροφορίες που γνωρίζουμε για τη ζωή του Κόμπτον είναι ελάχιστες. Γεννήθηκε στις 10 Σεπτεμβρίου το 1892 στο Γούστερ της πολιτείας Οχάιο και άνηκε σε ακαδημαϊκή οικογένεια, αφού ο πατέρας του ήταν πρύτανης πανεπιστημίου και ο ίδιος όπως και τα αδέρφια του πήραν PHD απ’ το πενεπιστήμιο του Πρίστον!

Γνωρίζουμε όμως πολλά περισσότερα για το φαινόμενο Κόμπτον, το οποίο αναφέρεται στη σκέδαση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από φορτισμένα σωματίδια (συνήθως ελαφρώς δέσμια ηλεκτρόνια). Ήταν ένα από τα φαινόμενα που αδυνατούσε να εξηγήσει η κλασική φυσική και μία από τις πρώτες επιτυχίες της κβαντικής θεωρίας.

Ήδη από το 1922, ο Κόμπτον και οι συνεργάτες του είχαν αποδείξει πως η σκέδαση ακτίνων Χ από ηλεκτρόνια δεν μπορούσαν να εξηγηθούν με τη βοήθεια της κλασικής φυσικής. Σύμφωνα με την κλασική ερμηνεία, οι ακτίνες Χ θέτουν σε ταλάντωση το ηλεκτρόνιο όταν προσπίπτουν πάνω του. Αυτό στη συνέχεια επιταχύνεται και εκπέμπει με τη σειρά του ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η ακτινοβολία αυτή θα έχει συχνότητα που θα εξαρτάται από τον χρόνο έκθεσης του ηλεκτρονίου στην ακτινοβολία, καθώς και από την ένταση της τελευταίας. Το πείραμα, όμως, έδειχνε πως η συχνότητα της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας εξαρτάται μόνο από τη γωνία σκέδασης.[1] Η κλασική θεωρία ήταν κατά συνέπεια ανεπαρκής για την εξήγηση του φαινομένου.

Ο Κόμπτον εκτέλεσε το πείραμα για διάφορες γωνίες σκέδασης και μετρώντας τα μήκη κύματος και την ένταση των σκεδαζόμενων δεσμών, παρατήρησε ότι υπήρχαν δύο κορυφές στην γραφική παράσταση της έντασης, συναρτήσει του μήκους κύματος.

Οι υποθέσεις που εισήχθησαν στην θεωρητική της εξαγωγή ήταν:

Η προσπίπτουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αποτελείται από φωτόνια με ενέργεια που δίνεται από τον τύπο του Πλανκ

Τα φωτόνια, όντας σωματίδια, σκεδάζονται από ελαφρώς δέσμια ατομικά ηλεκτρόνια

Τα ηλεκτρόνια κινούνται με σχετικιστικές ταχύτητες

Η ενέργεια και η ορμή πριν και μετά την σκέδαση είναι διατηρούμενες ποσότητες

Για τους λόγους αυτούς το φαινόμενο αυτό υπήρξε ένας από τους πρώτους θριάμβους της κβαντικής θεωρίας.

Και φτάνουμε στο 1932. Οι έννοιες κβαντομηχανική και κβαντοφυσική ήταν πλέον διαδεδομένες μέσω του Μαξ Πλανκ. Περίμεναν απλά κάποιον να τις πάρει απ’ το χέρι και να τις πάει ένα βήμα παραπέρα. Και το όνομα αυτού: Βέρνερ Χάιζενμπεργκ! Ο Χάιζενμπεργκ βραβεύτηκε τη χρονιά εκείνη “για τη δημιουργία της κβαντομηχανικής”. Η Αρχή της απροσδιοριστίας του ατόμου ήταν εκείνη που τον έκανε διάσημο και το όνομα του μνημονεύεται ακόμη και σήμερα!

Ας τα πάρουμε απ’ τη αρχή!

O Βέρνερ Χάιζενμπεργκ γεννήθηκε στο Βίρτσμπουργκ της Γερμανίας στις 5 Δεκεμβρίου του 1901 και ήταν διάσημος φυσικός. Ο Χάιζενμπεργκ σπούδασε από το 1920 Θεωρητική Φυσική στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου. Μπήκε στο πνεύμα της Κβαντικής Φυσικής — η οποία απαρτιζόταν τότε από ασύνδετα θεωρήματα — τόσο γρήγορα, ώστε μετά από μερικούς μήνες έδωσε λύσεις σε σημαντικά προβλήματα, όπως το Φαινόμενο Ζέεμαν. Επειδή απαιτείτο μία ελάχιστη σπουδή έξι εξαμήνων, μόλις το 1923 μπόρεσε ο Χάιζενμπεργκ να ανακηρυχθεί διδάκτορας. Το 1924 έγινε βοηθός του Μαξ Μπορνστο Γκέτινγκεν.

Σε προκαταρκτικές εργασίες τού Χάιζενμπεργκ στηρίχθηκαν οι Μαξ Μπορν και Pascual Jordan και διατύπωσαν τις αρχές γνωστές σαν «Goettinger Matrizenmechanik» που αποτελεί μία περιγραφή για την Κβαντική Μηχανική.

Το 1927 ήταν μια χρονιά ορόσημο για τη φυσική, καθώς άλλαξε άρδην ο τρόπος που βλέπουμε και κατανοούμε τον μικρόκοσμο. Η κβαντική φυσική όπως ξεκίνησε απ’ τις εργασίες του Μαξ Πλανκ, πήγε ένα μεγάλο βήμα παραπέρα μέσω του Χάιζενμπεργκ.

Τι είναι όμως η Αρχή της Απροσδιοριστίας του ατόμου, ή Αρχή της αβεβαιότητας για την οποία μίλησε ο Γερμανός φυσικός; Ποιος ήταν ο Νιλς Μπορ που συνεργάστηκε στενά με τον Χάιζενμπεργκ για της διατύπωση της; Πως είναι δυνατόν σε μια επιστήμη αιτιότητας όπως είναι η φυσική να μπει τυχαιότητα των γεγονότων;

Η απλή διατύπωση της αρχής της απροσδιοριστίας είναι ότι είναι αδύνατο να μετρηθεί ταυτόχρονα και με ακρίβεια, ούτε θεωριτικά ούτε πρακτικά, η θέση και η ταχύτητα ή η ορμή ενός σωματιδίου στο υποατομικό ή κβαντικό επίπεδο της ύλης.

Η απροσδιοριστία αυτή δεν αναφέρεται στην ανικανότητα του ανθρώπου να παρατηρήσει ορισμένα φαινόμενα στον μικρόκοσμο αλλά σε μία πραγματική ιδιότητα του Φυσικού Κόσμου, η οποία εμφανίζεται και πειραματικά. Ο λόγος που δεν βλέπουμε αυτή την αβεβαιότητα στην καθημερινότητα είναι ότι εμφανίζεται σε πολύ μικρή κλίμακα και γίνεται κυρίως εμφανής στον μικρόκοσμο.

O τύπος της αρχής της αβεβαιότητας, όπως διατυπώθηκε το 1927, είναι ο εξής:

και ο ορισμός της είναι: Εάν μετράμε τη θέση ενός σωματίου με αβεβαιότητα Δχ και ταυτόχρονα μετράμε την ορμή του με αβεβαιότητα Δp, τότε το γινόμενο των δύο μεγεθών δεν μπορεί να είναι μικρότερο από έναν αριθμό της τάξης του , όπου  (προφέρεται “h-bar”) η ανηγμένη σταθερά του Πλανκ, h-bar=h/2π.

Οι αβεβαιότητες των μεγεθών θέσης και ορμής  Δχ και Δp ισούνται με τη διασπορά τους γύρω από τη μέση τους τιμή. Ο ίδιος ο Χάιζενμπεργκ εξήγησε ότι η ελάχιστη αβεβαιότητα στη μέτρηση των Δχ και Δp δεν είναι πειραματικό σφάλμα, δεν οφείλεται δηλαδή στις ατέλειες των πειραματικών συσκευών, αλλά προκύπτει από τη δομή της ύλης καθεαυτήν. Πιο συγκεκριμένα, η σχέση αβεβαιότητας είναι άμεση συνέπεια του κυματοσωματιδιακού δυϊσμού της ύλης. Σε θεωρητικό επίπεδο, είναι αποτέλεσμα των μεταθετικών σχέσεων ανάμεσα στους κβαντομηχανικούς τελεστές θέσης και ορμής.

Η σχέση αβεβαιότητας ισχύει για μεγέθη που μετρούνται στον ίδιο άξονα, για παράδειγμα για το ζευγάρι Δχ, Δp. Όλα τα υπόλοιπα ζεύγη μεγεθών σε διαφορετικούς άξονες μπορούν να μετρηθούν ταυτόχρονα με απόλυτη ακρίβεια.

Ας δούμε όμως ποιος ήταν ο Νιλς Μπορ με τον οποίο συνεργάστηκε στενά ο Χάιζενμπεργκ.

Ο Νιλς Μπορ ήταν επίσης βραβευμένος με νόμπελ Δανός φυσικός. Μεγαλύτερος του Χάιζενμπεργκ κατά 16 χρόνια, αφού ήταν γεννημένος το 1885. Θεωρείται ο μεγαλύτερος θεωρητικός φυσικός, μετά τον Αινστάιν, του 20 αιώνα. Είχε θεμελειώδεις συνεισφορές στην κατανόηση της ατομικής δομής και της κβαντομηχανικής, την οποία υπηρέτησε για πάνω από 50 χρόνια. Το έργο του ήταν σπουδαίο και τιμήθηκε με πάμπολες διακρίσεις και βραβεία.

Το 1911 δούλεψε με τον Έρνεστ Ράδερφορντ και το 1913 σκέφτηκε να συνδυάσει το μοντέλο του τελευταίου για τη δομή του ατόμου (όπου τα αρνητικά φορτισμένα και ελαφρά ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τον θετικά φορτισμένο και βαρύ πυρήνα) με τη Κβαντική Θεωρία του Μαξ Πλανκ. Ο Μπορ υπέθεσε στη θεωρία του ότι (α) το ηλεκτρόνιο μπορεί να ακολουθεί μόνον ορισμένες τροχιές, και όχι οποιεσδήποτε, και (β) το ηλεκτρόνιο ακτινοβολεί όχι συνεχώς, όπως ήταν η ως τότε κρατούσα άποψη, αλλά μόνο όταν αλλάζει τροχιά.

Ερμήνευσε όλες τις φασματικές γραμμές που εκπέμπει το υδρογόνο με αυτή την θεωρία, και για τη θεωρητική του αυτή εργασία τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1922.

Διάσημες στο χώρο της φυσικής είναι οι αντιπαραθέσεις του με τον Άλμπερτ Αϊνστάιν σχετικά με την τότε νέα κβαντική μηχανική. Ήταν επίσης μέλος της ομάδας των φυσικών που εργάζονταν στο πρόγραμμα Μανχάταν για την κατασκευή της πρώτης ατομικής βόμβας.

Είχε πάθος με το ποδόσφαιρο και είχε παίξει μερικά παιχνίδια με την Ακαντέμισκ Μπόλντκλουμπ.

Ο γιος του, Όε Μπορ, ήταν επίσης φυσικός και τιμήθηκε με Νόμπελ το 1975 για τις έρευνές του σχετικά με τη δομή του πυρήνα των ατόμων.

Και επιστρέφουμε στον Χάιζενμπεργκ και το 1932 όπου ο σπουδαίος αυτός Γερμανός φυσικός βραβεύθηκε με τον νόμπελ φυσικής. Μετά τον πόλεμο συνέβαλε σημαντικά στην επιστημονική ανόρθωση της Γερμανίας, της οποίας τα πανεπιστημιακά εργαστήρια είχαν υποστεί καταστροφές και είχαν αποψιλωθεί από τεράστιο αριθμό επιστημόνων στο εξωτερικό. Πέθανε στο Μόναχο στις 1 Φεβρουαρίου το 1976. σε ηλικία 75 ετών. Ήταν πατέρας επτά παιδιών.

Στα χρόνια που περάσαν βρεβεύθηκαν και άλλοι σπουδαίοι φυσικοί όπως οι Έρβιν Σρέντιγκερ, Ενρίκο Φέρμι και Ρόμπερτ Χοφστάντερ. Επίσης δεν απονεμήθηκαν βραβεία απ’ το 1940 μέχρι το 1942 λόγω του δευτέρου παγκοσμίου πολέμου.

Θα αφήσουμε μερικές δεκαετίες πίσω μας και θα φτάσουμε στο όχι και τόσο μακρινό 2002. Την χρονιά εκείνη το βραβείο μοιράστηκε σε τρεις επιστήμονες. Στον Αμερικάνο Ρέιμοντ Ντέιβις και τον Ιάπωνα Μασατόσι Κοσίμπα για την πρωτότυπη συμβολή τους στην αστροφυσική και ειδικότερα στην ανίχνευση των κοσμικών νετρίνων και στον Ρικάρντο τζιακόνι για την ανακάλυψη των πηγών των κοσμικών ακτίνων Χ.

Όπως είδαμε λεπτομερώς στην προηγούμενη εκπομπή οι ακτίνες Χ ή αλλιώς ακτίνες Ρέντγκεν είναι ένα τμήμα του Ηλεκτρομαγνητικού Φάσματος με σημαντική συμβολή στην Ιατρική τη φυσική και τη Χημεία. Οι ακτίνες Χ ανήκουν στις ιονίζουσες ακτινοβολίες, αφού η ενέργειά τους είναι ικανή να προκαλέσει τον ιονισμό ατόμων και μορίων από αριθμό εσωτερικών τους ηλεκτρονίων. Επομένως παρουσιάζει κινδύνους βλαβών σε ζωντανούς οργανισμούς και όχι μόνο.

Οι ακτίνες Χ διαχωρίζονται σε 2 υποπεριοχές μήκους κύματος, συχνότητας και ενέργειας, τις Μαλακές Ακτίνες Χ και τις Σκληρές Ακτίνες Χ.

Ο πιο συνηθισμένος τρόπος παραγωγής ακτίνων Χ είναι μέσω της επιτάχυνσης ηλεκτρονίων από δυναμικό τάξης μεγέθους των δεκάδων χιλιάδων βολτ και πρόσπτωσή τους σε στόχο ο οποίος αποτελείται από μεταλλικό υλικό μεγάλου ατομικού αριθμού, συνήθως βολφράμιο ή μολυβδένιο για τις ακτινογραφίες. Τα ηλεκτρόνια προσπίπτοντας στο στόχο χάνουν σταδιακά την ενέργεια τους, εφ’ όσον υφίστανται επιβραδύνσεις από τα άτομα του υλικού του στόχου.

O Βρεβευμένος το 2002, Ρικάρντο Τζιακόνι, είναι Ιταλοαμερικάνος φυσικός γεννημένος στην Γένοβα το 1931. Η Συμβολη του στην εξέλιξη της Αστροφυσικής είναι θεμελιώδης και τα βραβεία και οι διακρίσεις, πέρα από το Νόμπελ φυσικής πολλά, όπως: Βραβείο Αστρονομίας Helen B. Warner (1966)

Μετάλλιο Μπρους της Αστρονομικής Εταιρείας του Ειρηνικού (1981)[2]

Βραβείο Χάινεμαν για την Αστροφυσική (1981)

Χρυσό Μετάλλιο της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας (1982)

Βραβείο Βολφ Φυσικής (1987)

Εθνικό Μετάλλιο Επιστήμης (2003)

Επίσης προς τιμήν του δόθηκε το όνομα του στον αστεροειδή 3371 που ανακαλύφθηκε το 1955.

Ο Τζιακόνι ασχολήθηκε ενεργά με τις κοσμικές ακτίνες Χ. Οι ακτίνες αυτές που προέρχονταν απ’ τις ουράνιες πηγές απορροφούνται απ’ την ατμόσφαιρά της Γης πριν φτάσουν στην επιφάνειά της.

Ο Ιταλοαμερικάνος μελετώντας αυτό το πρόβλημα εργάσθηκε για την ανάπτυξη κατάλληλων ελαφρών οργάνων που θα μπορούσαν να καταγράψουν αστρονομικές πηγές ακτίνων Χ από το διάστημα. Αυτά εκτοξεύθηκαν με υποτροχιακές πτήσεις πυραύλων από το 1957 μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1960, και στη συνέχεια με τον πρώτο τεχνητό δορυφόρο έρευνας στην αστρονομία ακτίνων Χ, τον Uhuru (1970-1973). Η πρωτοποριακή έρευνα του Τζιακόνι συνεχίσθηκε το 1978 με το «Αστεροσκοπείο Αϊνστάιν» (HEAO-2), το πρώτο τηλεσκόπιο ακτίνων Χ με πλήρεις δυνατότητες απεικονίσεως που τοποθετήθηκε στο διάστημα (1978-1982), και αργότερα με το Αστεροσκοπείο ακτίνων Χ Τσάντρα, που εκτοξεύθηκε το 1999 και λειτουργεί ακόμα. Ο Τζιακόνι έθεσε την εμπειρία του στην υπηρεσία και της οπτικής αστρονομίας, καθώς υπήρξε ο πρώτος ιστορικά διευθυντής του Επιστημονικού Ινστιτούτου Διαστημικού Τηλεσκοπίου, που είναι το κέντρο επιστημονικών παρατηρήσεων για το Διαστημικό τηλεσκόπιο Χαμπλ, καθώς και γενικός διευθυντής στο Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο (ESO) από το 1993 μέχρι το 1999.

Υπάρχουν πολλά ουράνια αντικείμενα που εκπέμπουν, ανακλούν ή φθορίζουν τις ακτίνες Χ, όπως οι δίσκοι προσαύξησης γύρω από υπερσυμπυκνωμένα αντικείμενα, οι οποίες είναι παλμικές πηγές ακτίνων Χ. Η ποικιλία αντικειμένων που εκπέμπουν ακτίνες Χ είναι μεγάλη, από τα αστέρια όπως ο Ήλιος, ο οποίος είναι η φαινομενικά φωτεινότερη πηγή ακτίνων Χ, μέχρι τους ενεργούς γαλαξίες, τα υπολείμματα υπερκαινοφανών και το θερμό αέριο στα γαλαξιακά σμήνη. Ακόμη και οι πλανήτες παρουσιάζουν εκπομπή ακτίνων Χ, αν και αυτή είναι αποτέλεσμα ανάκλασης.

Σχεδόν όλα τα αστέρια εκπέμπουν ακτίνες Χ, με αυτά που έχουν μεγαλύτερη θερμοκρασία να είναι πιο φωτεινά. Μια πηγή ακτίνων Χ είναι το ηλιακό στέμμα, όπου επικρατούν θερμοκρασίες εκατομμυρίων βαθμών, όμως η εκπομπή ακτίνων Χ από τον ίδιο τον Ήλιο παρουσιάζει μεταβλητότητα. Από την άλλη, οι ερυθροί γίγαντες, όπως ο Μπετελγκέζ, δεν εκπέμπουν ακτίνες Χ.

Η εκπομπή ακτίνων Χ γίνεται από αντικείμενα με μεγάλη θερμοκρασία, από 1 εκατομμύριο μέχρι εκατοντάδες εκατομμύρια βαθμοί Κέλβιν. Αν και η εκπομπή ακτίνων Χ από τον Ήλιο ήταν γνωστή από τη δεκαετία του 1940, η ανακάλυψη της πρώτης κοσμικής πηγής ακτίνων Χ το 1962 ήταν μία έκπληξη. Η πηγή αυτή ονομάστηκε Σκορπιός Χ-1, και ήταν η πρώτη πηγή ακτίνων Χ που βρέθηκε στον αστερισμό του Σκορπιού. Η εκπομπή ακτίνων Χ από το Σκορπιός Χ-1 είναι 10.000 φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη στο ορατό φάσμα.

Αντίστοιχα, η εκπομπή ακτίνων Χ στον Ήλιο είναι 1 εκατομμύριο φορές μικρότερη. Εξαιτίας, των ανακαλύψεων στο πεδίο των ακτίνων Χ λοιπόν, ο Ρικάρντο Τζιακόνι βραβεύτηκε με το βραβείο Νόμπελ φυσικής το 2002. Σήμερα είναι γνωστό ότι πηγές ακτίνων Χ είναι αστέρες νετρονίων και μαύρες τρύπες. Η εκπομπή προκαλείται όταν αντικείμενα βρεθούν σε ισχυρά βαρυτικά πεδία και θερμανθούν.

Χιλιάδες πηγές ακτίνων Χ έχουν ανακαλυφθεί. Μια ιδιαίτερη πηγή είναι το υπέρθερμο αέριο που βρίσκεται στα γαλαξιακά και στα αστρικά σμήνα με θερμοκρασίες μεταξύ 10 και 100 εκατομμυρίων βαθμών Κέλβιν.

Όσο αναφορά τα όργανα παρατήρησης, το κύ\υριότερο απ’ αυτά σήμερα είναι το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ. Η σχεδίασή του διαφέρει πολύ από αυτή του κοινού αντανακλαστικού τηλεσκοπίου επειδή οι ακτίνες χ έχουν τόση ενέργεια που μπορούν να διαπεράσουν το κάτοπτρο. Έτσι για να ανακλαστούν οι ακτίνες πρέπει να το κάτοπτρο να έχει πολύ μικρή γωνία σε σχέση με την πορεία τους. Συνηθισμένα υλικά που χρησιμοποιούνται στα κάτοπτρα είναι το ιρίδιο, ο χρυσός και το νικέλιο. Μια άλλη τεχνική ανάκλασης ακτίνων Χ που χρησιμοποιείται είναι η εναλλαγή στρωμάτων με άτομα μικρού και μεγάλου ατομικού αριθμού, η λεγόμενη εποικοδομητική συμβολή.

Η εφαρμογή της ανάκλασης επιτρέπει στα τηλεσκόπια να εστιάζουν τις ακτίνες Χ από ένα αντικείμενο τόσο ώστε να μπορεί να παραχθεί εικόνα ηλεκτρονικά. Η τεχνική αυτή αυξάνει το λόγο σήματος προς θόρυβο και επιτρέπει την παρατήρηση αντικειμένων που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση ή είναι αχνότερα. Επίσης αυξάνει και την ανάλυση και μειώνεται η ασάφεια θέσης ενός αντικειμένου, διευκολύνοντας τον εντοπισμό του στο ορατό φάσμα.

Υπάρχουν τρεις τύποι τηλεσκοπίων που χωρίζονται ανάλογα με τη διάταξη των κατόπτρων, αλλά μόνο δύο χρησιμοποιούνται για τα αστρονομικά τηλεσκόπια.

Τα σημερινά τηλεσκόπια ακτίνων Χ αντικατέστησαν παλιότερες τεχνολογίες. Στα πρώτα παρατηρητήρια χρησιμοποιήθηκαν αρκετά όργανα ανίχνευσης ακτίνων Χ, όπως μετρητές Γκάιγκερ και οι αναλογικοί απαριθμητές. Αυτά τα όργανα χρειάζονται μεγάλη επιφάνεια συλλογής επειδή η εκπομπή από τις πηγές είναι ασθενής λόγω απόστασης, ενω απαιτείται και υψηλή διακριτική ικανότητα ώστε να ξεχωρίζουν το σήμα από τις μαλάκες ακτίνες Χ του υποβάθρου και από τη ακτινοβολία που οφείλεται στην κοσμική ακτινοβολία.

O τομές της αστροφυσικής ήταν και θα είναι ένα πεδίο που απασχολεί καθημερινά μεγάλο αριθμό φυσικών και όχι μόνο. Η προσπάθεια κατανόησης του Σύμπαντος έφερε στο φως σπουδαίες μελέτες και ανακαλύψεις που πολλές φορές βραβεύθηκαν με Νόμπελ. Η Κβαντική μηχανική επίσης. Ένα είναι σίγουρο: Οτι οι προσπάθειες της επιστημονικής κοινότητας δεν θα σταματήσουν ποτέ και κάθε μέρα που περνάει η ανθρωπότητα κάνει ένα ακόμη αποφασιστικό βήμα στο άπειρο του Διαστήματος. Τα μυστικά βρίσκονται εκεί έξω και μας περιμένουν στωικά να τα ανακαλύψουμε!

Σκάναρε και προχώρησε την έρευνα:Έρευνα, Κώστας Καμπάκης

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *