Ραδιοτηλεσκόπιο “ΑΡΓΟΣ”: Το ΙΤΕ ανοίγει ένα νέο παράθυρο στο Σύμπαν

Μια ευρωπαϊκή σύμπραξη, της οποίας ηγείται το Ινστιτούτο Αστροφυσικής του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ITE), κατάφερε να εξασφαλίσει σημαντική ευρωπαϊκή χρηματοδότηση ύψους 3 εκ. ευρώ, για τον σχεδιασμό ενός νέου υπερσύγχρονου ραδιοτηλεσκοπίου και την ανάπτυξη τεχνολογιών αιχμής για την ανάλυση αστρονομικών δεδομένων. 

Το υπό σχεδίαση ραδιοτηλεσκόπιο θα ενισχύσει σημαντικά τις δυνατότητες των υπαρχόντων υποδομών αστρονομίας διεθνώς, συμβάλλοντας καθοριστικά στη μελέτη του πρώιμου Σύμπαντος και στην κατανόηση  φαινομένων όπως οι μελανές οπές, τα βαρυτικά κύματα, οι αστέρες νετρονίων και οι υπερκαινοφανείς εκρήξεις.  

Το διεπιστημονικό πρόγραμμα, διάρκειας τριών ετών, αναμένεται να δημιουργήσει σημαντικό αριθμό θέσεων εργασίας και να συνδράμει αποφασιστικά στην εκπαίδευση νέων επιστημόνων σε άκρως ανταγωνιστικά πεδία όπως η αστρονομία βαρυτικών κυμάτων, οι ψηφιακές επικοινωνίες και η επιστήμη δεδομένων. Η μελέτη θα κορυφωθεί με την εγκατάσταση ενός πρότυπου ραδιοτηλεσκοπίου αποτελούμενου από 16 παραβολικές κεραίες στο Αστεροσκοπείο του Σκίνακα. Το όργανο θα χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη και τον έλεγχο των καινοτόμων τεχνολογιών που απαιτούνται για το “ΑΡΓΟΣ”, ενώ επίσης θα ενισχύσει σημαντικά το ερευνητικό και εκπαιδευτικό έργο του Ινστιτούτου Αστροφυσικής.  

Ξεκλειδώνοντας το Βίαιο Σύμπαν 

Τα τελευταία χρόνια, η μεγάλη πρόοδος που έχει σημειωθεί στην επιστήμη των υπολογιστών έχει καταστήσει δυνατή την κατασκευή καινοτόμων αστρονομικών τηλεσκοπίων “επισκόπησης”, που μπορούν να παρατηρούν ταυτόχρονα ένα μεγάλο μέρος του ουρανού με υψηλή ταχύτητα και ευαισθησία. 

“Τα όργανα αυτά έχουν φέρει πραγματική επανάσταση στην αστροφυσική” αναφέρει ο Δρ. Γιάννης Αντωνιάδης, ερευνητής του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του ΙΤΕ και επιστημονικά υπεύθυνος του ΑΡΓΟΣ: “Μέχρι σήμερα, η ραδιοαστρονομία, ο κλάδος δηλαδή της αστρονομίας που ασχολείται με την καταγραφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ραδιοσυχνοτήτων, δε συμμετέχει ακόμα πλήρως σε αυτή την επανάσταση. Παρόλο που η ανάγκη ενός ραδιοτηλεσκοπίου με δυνατότητες επισκόπησης είναι επιτακτική, οι τεχνολογικές προκλήσεις που πρέπει να υπερκεραστούν  για την κατασκευή του είναι μεγάλες”.

Η χρηματοδότηση που εξασφάλισε η ομάδα, θα επιτρέψει τον λεπτομερή σχεδιασμό ενός τέτοιου οργάνου, την ανάπτυξη των ψηφιακών τεχνολογιών που απαιτούνται για τη λειτουργία του, αλλά και την κατασκευή ενός λειτουργικού πρότυπου ραδιοτηλεσκοπίου συστοιχίας 16 κεραιών στην Κρήτη.

Εφόσον το ΑΡΓΟΣ κατασκευαστεί στην πλήρη του μορφή, θα έχει τη δυνατότητα να ανιχνεύει άμεσα αστρονομικά γεγονότα μεγάλου ενδιαφέροντος – όπως υπερκαινοφανείς και μαγνητικές εκρήξεις, συγχωνεύσεις αστέρων νετρονίων και ραδιοφωνικές αναλαμπές (fast radio bursts) –  και να παρέχει αυτοματοποιημένες ειδοποιήσεις και δεδομένα στους επιστήμονες, σε πραγματικό χρόνο.

Συμβολομετρία 

Για να πετύχει τους επιστημονικούς του στόχους το ΑΡΓΟΣ, θα πρέπει να μπορεί να παρακολουθεί ταυτόχρονα ένα μεγάλο μέρους του ουρανού, με μεγάλη διακριτική ικανότητα και ευαισθησία. 

“Αυτές οι δυνατότητες δεν είναι εύκολο να συνδυαστούν”, εξηγεί η Δρ. Βασιλική  Παυλίδου, καθηγήτρια αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο Κρήτης και μέλος της ομάδας. “Για να αυξηθεί η ευαισθησία και η διακριτική ικανότητα, χρειάζονται τηλεσκόπια μεγάλου διαμετρήματος. Παρολ’ αυτά, όσο μεγαλύτερο είναι ένα τηλεσκόπιο τόσο μικρότερο είναι και το εύρος πεδίου του, η περιοχή δηλαδή του ουρανού που παρακολουθεί κάθε χρονική στιγμή.”

Για να καμφθεί αυτό το εμπόδιο, η ομάδα θα βασιστεί σε μια τεχνική που ονομάζεται “συμβολομετρία”. Η μέθοδος αυτή επιτρέπει λειτουργήσουν πολλά μικρά τηλεσκόπια ως ένα ενιαίο όργανο. Το πλεονέκτημα είναι πως ενώ το μεγάλο εύρος πεδίου καθορίζεται από τη διάμετρο του κάθε, μικρού σε μέγεθος, τηλεσκοπίου, η ευαισθησία του οργάνου προσδιορίζεται απ’ τον αριθμό τους, και η διακριτική ικανότητα από τη μεταξύ τους απόσταση. Η δυσκολία έγκειται στον μεγάλο όγκο δεδομένων που πρέπει να αναλύονται σε πραγματικό χρόνο. 

Η αρχιτεκτονική αυτή προσφέρει και επιπλέον προτερήματα όπως το χαμηλό κόστος κατασκευής, συντήρησης και λειτουργίας, η επεκτασιμότητα και το μικρό περιβαλλοντικό αποτύπωμα. “Ευελπιστούμε πως τα χαρακτηριστικά αυτά, σε συνδυασμό με το λεπτομερές σχέδιο που θα αναπτύξουμε, θα καταστήσουν την κατασκευή του ΑΡΓΟΣ στην πλήρη του μορφή με εκατοντάδες κεραίες, μια θελκτική επένδυση για διεθνείς φορείς χρηματοδότησης”, αναφέρει ο Δρ. Βασίλης Χαρμανδάρης, καθηγητής του Πανεπιστημίου Κρήτης και διευθυντής του Αστεροσκοπείου Σκίνακα και του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του ΙΤΕ.  

Το γεγονός ότι η κορυφή του Σκίνακα στην Κρήτη έχει επιλεγεί ως ο τόπος όπου θα αναπτυχθεί το πρότυπο αυτό ραδιοτηλεσκόπιο, στηρίζεται στην υποστήριξη που έχει από τους θεσμικούς φορείς του νησιού. “Η Κρήτη γενικότερα, αλλά και ο Δήμος Ανωγείων συγκεκριμένα, υποστηρίζουν διαχρονικά τις αναπτυξιακές πρωτοβουλίες του Αστεροσκοπείου Σκίνακα”, επεσήμανε ο Δήμαρχος Ανωγείων Σωκράτης Κεφαλογιάννης. “Γνωρίζουμε τα σημαντικά οφέλη που έχει για τον τόπο μας η ανάπτυξη της εκπαίδευσης, της έρευνας, και της τεχνολογίας αιχμής και είμαστε συνοδοιπόροι στο έργο των επιστημόνων.”

Διεπιστημονική συνεργασία 

Το ΑΡΓΟΣ θα αποτελέσει μια Ευρωπαϊκή ερευνητική υποδομή διεθνούς ενδιαφέροντος που αναμένεται να δώσει απαντήσεις σε καίρια ερωτήματα της σύγχρονης αστρονομίας. Το πρόγραμμα θα υλοποιηθεί από μια διεθνή ομάδα με σημαντική διεπιστημονική εμπειρία. 

Το Ινστιτούτο Αστροφυσικής, εκτός από τον συντονισμό του προγράμματος, θα ηγηθεί των απαιτούμενων επιστημονικών μελετών και προσομοιώσεων που απαιτούνται για τον σχεδιασμό και τη βελτιοποίηση του ΑΡΓΟΣ, καθώς και την ανάπτυξη νέων αλγορίθμων για την ανάλυση των δεδομένων που  θα συλλέγει.   

Το εργαστήριο τηλεπικοινωνιών και δικτύων του Ινστιτούτου Πληροφορικής (ΙΠ) του ΙΤΕ, με υπεύθυνο τον Δρ. Νικόλαο Πετρουλάκη θα συντονίσει τον χαρακτηρισμό του περιβάλλοντος των υποψήφιων τοποθεσιών για την εγκατάσταση του τηλεσκοπίου, εστιάζοντας στη συστηματική καταγραφή των γήινων ραδιοφωνικών παρεμβολών που μπορεί να επηρεάσουν σημαντικά τις μετρήσεις του τηλεσκοπίου. Σημειώνεται πως προτεραιότητα θα δοθεί σε τοποθεσίες στην Κρήτη που, λόγω της θέσης και της γεωγραφίας της, αποτελεί το πλέον ιδανικό μέρος για την εγκατάσταση μιας τέτοιας διεθνούς υποδομής. 

Τον σχεδιασμό των υπολογιστικών δομών και της βάσης δεδομένων του ΑΡΓΟΣ, θα αναλάβει το εργαστήριο ανάλυσης ψηφιακών σημάτων του ΙΠ-ΙΤΕ με υπεύθυνο τον Δρ. Γεώργιο Τσαγκαράκη, ενώ το ινστιτούτο Max-Planck για τη ραδιοαστρονομία (Max-Planck Institute for Radio Astronomy) στη Βόννη, με υπεύθυνους τους Δρ. Ewan Barr και Δρ. Gundolf Wieching, θα αναπτύξει το λογισμικό για τον συμβολομετρικό συνδυασμό των σημάτων και θα συμμετέχει στον σχεδιασμό των οργάνων μέτρησης. 

Το εργαστήριο τηλεπικοινωνιακών συστημάτων του Τμήματος Ψηφιακών Συστημάτων στο Πανεπιστήμιο Πειραιά, θα σχεδιάσει τους δέκτες και τις κεραίες του ΑΡΓΟΣ και θα συντονίσει την ανάπτυξη του λογισμικού για τον έλεγχο του τηλεσκοπίου. Την ομάδα θα επιβλέπει ο καθηγητής Δρ. Θανάσης Κανάτας, Διευθυντής του εργαστηρίου. 

Τέλος, η ομάδα του διακεκριμένου ερευνητή  Δρ. Jean-Luc Starck στο CEA/Saclay της Γαλλίας,  θα αναπτύξει πρότυπους αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης για την έγκαιρη και αυτοματοποιημένη ανίχνευση φαινομένων στα δεδομένα που θα συλλέγει το τηλεσκόπιο. Αξίζει να σημειωθεί ότι στον Δρ. Starck έχει ήδη απονεμηθεί η «έδρα ERA» (European Research Area) για να ηγηθεί της ανάπτυξης μιας νέας επιστημονικής κατεύθυνσης στο Ινστιτούτο Πληροφορικής του ΙΤΕ στον αναδυόμενο τομέα της Αστροπληροφορικής, σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Αστροφυσικής, γεγονός που θα λειτουργήσει καταλυτικά στην ανάπτυξη μιας παράλληλης δραστηριότητας σε κοινά με το “ΑΡΓΟΣ” θέματα.