Οι πρώτες εντυπωσιακές φωτογραφίες του James Webb Space Telescope

ΕΙΣΑΓΩΓΗ / ΠΕΡΙ ΤΟΥ JAMES WEBB. Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) ξεκίνησε το ταξίδι του στις 25/12/2021 (https://fkp2100.blogspot.com/2021/12/james-webb.html). Ένα τηλεσκόπιο από το οποίο, όπως έχουμε δει και σε παλαιότερες αναρτήσεις μας, υπάρχουν πολλές προσδοκίες και δικαίως. Θα «βλέπει» στο κοντινό και μέσο υπέρυθρο φάσμα, κάτι που θα του επιτρέψει να δει πολύ μακρύτερα (και πολύ πιο «πίσω» στο χρόνο) από ότι τα υπόλοιπα τηλεσκόπια που έχουμε χρησιμοποιήσει μέχρι σήμερα. Πιο πίσω από 13.5 δισεκατομμύρια έτη πριν το σήμερα, σε μια εποχή όπου στο Σύμπαν σχηματίζονταν οι πρώτοι γαλαξίες και τα πρώτα άστρα.

Για κάτι τέτοιο, το James Webb (που έλαβε το όνομά του από τον πρώην διευθυντή της NASA, την περίοδο 1961-68) θα έπρεπε να είναι εξοπλισμένο με ένα αρκούντως μεγάλο κάτοπτρο και να διατηρείται σε αρκετά χαμηλές θερμοκρασίες προστατευμένο από την ηλιακή ακτινοβολία. Αυτές οι δυο απαιτήσεις από μόνες τους, ήταν αρκετές για να θέσουν μεγάλες προκλήσεις στους μηχανικούς της NASA, για το πώς να «πακετάρουν» μια ιδιαίτερα εύθραυστη αλλά και μεγάλη κατασκευή, σε έναν πύραυλο που θα την πάει στο διάστημα και στη συνέχεια να «ξεδιπλωθεί» βήμα-βήμα χωρίς κανένα πρόβλημα. Το συνολικό εγχείρημα είχε περίπου 400 «κρίσιμα» σημεία-βήματα, όπου αν έστω και σε ένα από αυτά, κάτι πήγαινε στραβά, τότε ολόκληρη η αποστολή θα βρισκόταν σε κίνδυνο. Τελικώς, πήγαν όλα καλά! 

 

Το τηλεσκόπιο βρίσκεται στο L2 (σημείο Lagrange 2, ένα από τα 5 σημεία Lagrange, στο σύστημα Γης – Ήλιου, τα οποία αποτελούν σημεία ισορροπίας ανάμεσα στις βαρυτικές δυνάμεις από το σύστημα και τη φυγόκεντρο δύναμη που έχει ο δορυφόρος, δηλαδή ιδανικά σημεία για τοποθέτηση δορυφόρων, καθώς η θέση τους παραμένει σταθερή, με τις ελάχιστες δυνατές διορθώσεις στην τροχιά τους). Βλέπε και επεξηγηματικό σχήμα με τα σημεία Lagrange.

 

 

Πώς έμοιαζε το πρώιμο σύμπαν; Πώς και πότε σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες; Από τι αποτελείται η ατμόσφαιρα των εξωπλανητών και ποιοι πλανήτες (μπορεί να) φιλοξενούν ζωή; Το JWST θα αντιμετωπίσει αυτά τα θεμελιώδη και συναρπαστικά όπως και πολλά άλλα ερωτήματα που στηρίζουν τις απαρχές του ίδιου του σύμπαντος. 

 

Η ΠΡΩΤΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ ΒΑΘΕΟΣ ΠΕΔΙΟΥ. Μια πρώτη ματιά από τις δυνατότητές του, πήραμε σήμερα 12/7/2022. Η φωτογραφία που κυκλοφόρησε το ξημέρωμα (ώρα Ελλάδας) της 12ης Ιουλίου, αποτελεί την λεπτομερέστερη, μέχρι σήμερα, φωτογραφία ενός μικροσκοπικού τμήματος του πρώιμου Σύμπαντος. Είναι η 1η φωτογραφία βαθέος πεδίου του JWST και ελήφθη με δεδομένα 12.5 ωρών από το τηλεσκόπιο (όταν το Hubble, για σύγκριση, σε ανάλογες φωτογραφίες βαθέος πεδίου, χρειαζόταν βδομάδες). Απεικονίζει το γαλαξιακό σμήνος SMACS 0723, περίπου στο κέντρο της φωτογραφίας, όπως ήταν 4.6 δισεκατομμύρια έτη πριν το σήμερα (καθώς βρίσκεται τόσα έτη φωτός μακριά από εμάς, άρα τόσο χρόνο χρειάζεται το φως για να φτάσει σε εμάς), ενώ υπάρχουν γαλαξίες σε αυτήν που «χρονολογούνται» ως και παραπάνω από 13 δισεκατομμύρια έτη πριν το σήμερα (βλέπε εδώ: https://www.esa.int/.../Webb_spectra_identify_galaxies_in... ). 

 

 

Τι είναι όμως αυτοί οι «παραμορφωμένοι» γαλαξίες; Η μάζα αυτού του σμήνους (SMACS 0723), είναι αρκούντως μεγάλη, ώστε να δρα ως «βαρυτικός φακός». Αυτός αποτελεί ένα φαινόμενο που έχουμε δει και σε παλαιότερες αναρτήσεις μας και συνίσταται στην οπτική παραμόρφωση αστρικών αντικειμένων που βρίσκονται πίσω από το σμήνος (στη συγκεκριμένη περίπτωση), λόγω της εκτροπής της πορείας του φωτός από το σμήνος που βρίσκεται ανάμεσα σε εμάς και αυτά, κάτι που, στη φωτογραφία, διακρίνεται ως παραμόρφωση σε διάφορα αντικείμενα, κυρίως σε γαλαξίες. Παρατηρήστε ότι κάποιοι γαλαξίες φαίνονται «τεντωμένοι» σχηματίζοντας τόξα ή ακόμη και «δαχτυλίδια» κάποιες φορές, γύρω από το σμήνος. Βλέπε και επεξηγηματικό σχήμα περί «δαχτυλιδιών του Einstein», για το πώς λειτουργούν οι «βαρυτικοί φακοί». 

 

 

Η ΔΕΥΤΕΡΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ / ΛΕΠΤΟΜΕΡΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΕΞΩΠΛΑΝΗΤΗ. Πρόκειται για τον εξωπλανήτη WASP-96 b, ο οποίος βρίσκεται στον Γαλαξία μας και σε απόσταση 1150 ετών φωτός μακριά από εμάς, στον αστερισμό του Φοίνικα (ορατός από το νότιο ημισφαίριο). Πρόκειται για έναν θερμό «αέριο γίγαντα» (συγκρίσιμο σε διαστάσεις με τον Δία), με θερμοκρασία επιφανείας άνω των 1000 βαθμών Κελσίου, ολοκληρώνοντας μια περιφορά γύρω από το άστρο του σε μόλις 3.5 μέρες. Βρίσκεται πολύ κοντά στο άστρο του (περίπου το 1/9 της απόστασης του Ερμή από τον Ήλιο μας, για σύγκριση). Το JWST ανίχνευσε υδρατμούς μαζί με νέφη και ομίχλη στον συγκεκριμένο εξωπλανήτη, αναδεικνύοντας την ανεπανάληπτη δυνατότητα που έχουμε πλέον, να αναλύουμε δεδομένα από ατμόσφαιρες εξωπλανητών σε αποστάσεις εκατοντάδων και χιλιάδων ετών φωτός μακριά, ώστε να ανιχνεύουμε δυνητικά κατοικήσιμους εξωπλανήτες (ερευνώντας για στοιχεία-«κλειδιά», όπως νερό, μεθάνιο, διοξείδιο του άνθρακα, οξυγόνο, κ.α.). Το φάσμα ελήφθη καθώς ο εξωπλανήτης έκανε διέλευση μπροστά από το άστρο του (βλέπε επεξηγηματικό σχήμα φωτομετρίας διέλευσης).

 

 

Η ΤΡΙΤΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ / Ο «ΘΑΝΑΤΟΣ» ΕΝΟΣ ΑΣΤΡΟΥ. Πρόκειται για ένα πλανητικό νεφέλωμα, με όνομα NGC 3132 το οποίο βρίσκεται περίπου 2500 έτη φωτός μακριά. Στο κέντρο του νεφελώματος, βρίσκεται ένα διπλό σύστημα αστέρων πολύ κοντά το ένα στο άλλο. Το πιο αμυδρό από αυτά, έχασε τμήματα της μάζας του μετά από διαδοχικές εκρήξεις που σήμαναν και το τέλος της «ζωής» του. Αυτό το υλικό, απομακρύνεται σε διαδοχικά κελύφη, ακτινικά προς τα έξω, δημιουργώντας αυτό το εντυπωσιακό σκηνικό. Το JWST μπορεί να ανιχνεύσει τη σύσταση αυτών των στρωμάτων υλικού, ώστε να κατασκευαστεί ένα ακριβές χρονοδιάγραμμα της διαδικασίας, με ανεπανάληπτη λεπτομέρεια. Το άλλο άστρο του διπλού συστήματος, βρίσκεται σε πιο πρώιμο στάδιο της αστρικής του εξέλιξης και είναι πιθανό να συνεισφέρει και αυτό, με τη σειρά του, σε ένα ακόμη πλανητικό νεφέλωμα στο μέλλον. Όλο αυτό το υλικό, διασκορπίζεται στον μεσοαστρικό χώρο, με το πέρασμα του χρόνου, και κάποια στιγμή θα αποτελέσει την πρώτη ύλη για τη δημιουργία ενός νέου άστρου ή πλανήτη, κάπου αλλού.

 

 

Η ΤΕΤΑΡΤΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ / ΕΞΕΛΙΞΗ ΓΑΛΑΞΙΩΝ ΚΑΙ ΜΕΛΑΝΕΣ ΟΠΕΣ. Σε αυτήν την φωτογραφία, βλέπουμε 5 γαλαξίες (λέγεται Stephan’s Quintet ή HCG 92) εκ των οποίων μόνο οι 4 είναι «μαζί» στην πραγματικότητα, αλληλεπιδρώντας βαρυτικά, και βρίσκονται περίπου 290 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Ο πέμπτος (πιο αριστερά από όλους) βρίσκεται πολύ πιο μπροστά και πιο κοντά σε εμάς, απέχοντας 40 εκατομμύρια έτη φωτός. Χαρακτηριστικό της λεπτομέρειας της φωτογραφίας είναι το ότι μπορεί κάποιος να διακρίνει και πολλά άστρα σε αυτόν τον γαλαξία. Από τους άλλους 4 γαλαξίες, αυτός που βρίσκεται στην κορυφή (NGC 7319), φιλοξενεί έναν ενεργό γαλαξιακό πυρήνα (μια υπερμαζική μελανή οπή με μάζα 24 εκατομμύρια φορές αυτής του Ήλιου) η οποία ακτινοβολεί ενέργεια ίση με εκείνη 40 δισεκατομμυρίων Ήλιων. Η ανεπανάληπτη λεπτομέρεια με την οποία μπορούμε να παρατηρήσουμε τέτοια συστήματα, θα μας επιτρέψει, εκτός των άλλων, να κατανοήσουμε περισσότερα για το ρυθμό με τον οποίο «τρέφονται» και μεγαλώνουν οι υπερμαζικές μελανές οπές όπως η προαναφερθείσα. 

 

 

Η ΠΕΜΠΤΗ ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ / ΓΕΝΝΗΣΗ ΤΩΝ ΑΣΤΡΩΝ. Σε αυτή τη φωτογραφία, βλέπουμε μια λεπτομέρεια από το νεφέλωμα της Τρόπιδος (Carina nebula) και πιο συγκεκριμένα, μια περιοχή γέννησης αστέρων (με όνομα NGC 3324, 7600 έτη φωτός μακριά). Η σκόνη και τα αέρια που βλέπουμε εδώ, αποτελούν πρώτη ύλη για τη δημιουργία αστέρων. Για πρώτη φορά βλέπουμε με τέτοια λεπτομέρεια μια τέτοια περιοχή, κάτι που μας αποκαλύπτει πάρα πολλές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα εκεί. Αυτό συμβαίνει χάρη στο υπέρυθρο φάσμα του JWST, που μπορεί να διαπεράσει την κοσμική σκόνη και να αποκαλύψει «μυστικά» που δεν μπορούσαμε να δούμε σε αντίστοιχες φωτογραφίες στο ορατό φάσμα. Με αυτόν τον τρόπο, αναμένεται να κατανοήσουμε περισσότερα σχετικά με την αστρογένεση και τις ισορροπίες που καθορίζουν τον αριθμό των άστρων που θα δημιουργηθούν σε τέτοιες περιοχές.

 

 

-----------------------------------------

 

Φωτογραφίες: JWST / NASA, ESA, CSA, STScI.

 

Φωτογραφία σύγκρισης Hubble/Webb: Jason Major (https://twitter.com/JPMajor)

 

Περισσότερα: https://www.nature.com/articles/d41586-022-01906-6

 

Φωτογραφίες (NASA site): https://www.nasa.gov/.../first-images-from-the-james-webb...

 

Φωτογραφίες (ESA site): https://www.esa.int/.../Webb_First.../(result_type)/images

 

Περισσότερα για τη διαστημική εξερεύνηση, τις προκλήσεις που θα κληθούμε να αντιμετωπίσουμε, αλλά και το μέλλον της ανθρωπότητας και του Σύμπαντος, στον τόμο ΙΙΙ, τον πιο συναρπαστικό τόμο της τριλογίας «Τα φυσικά φαινόμενα», τον οποίο μπορείτε να αποκτήσετε από τη σελίδα μας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής με ένα μήνυμα! Ρωτήστε μας!

 

Περισσότερα για τους βαρυτικούς φακούς, τη Γενική αλλά και την Ειδική Σχετικότητα, όπως και την Κοσμολογία, θα βρείτε στον τόμο ΙΙ του έργου «Τα φυσικά φαινόμενα», τον οποίο μπορείτε να αποκτήσετε από τη σελίδα μας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής με ένα μήνυμα! Ρωτήστε μας!

Τα ίχνη του ηφαιστείου Bezymianny

Η τελευταία έκρηξη του ηφαιστείου Bezymianny, στις 28/5/2022, άφησε αυτό το «σκοτεινό» ίχνος στάχτης στο χιονοσκεπές έδαφος της χερσονήσου Kamchatka στην ανατολική Ρωσία. Το ηφαίστειο, σε αυτήν την εικόνα που ελήφθη στις 3/6 από τον δορυφόρο Sentinel 2, βρίσκεται πάνω αριστερά και δεν φαίνεται ολόκληρο.

 

Το ηφαίστειο αυτό δημιουργήθηκε πριν από 4700 έτη και είναι ενεργό κατά περιόδους, τα τελευταία 3000 έτη. Θεωρήθηκε ανενεργό μέχρι που ξεκίνησε μια νέα περίοδος δραστηριότητας από το 1955 και μετά. Η κορυφή του ηφαιστείου βρίσκεται σε ύψος 3000 m περίπου. Η έκρηξη του φετινού Μαΐου, δημιούργησε μια στήλη στάχτης, η οποία έφτασε τα 15 km σε ύψος. 

 

Φωτογραφία: Copernicus – Sentinel 2 – ESA / Iban Ameztoy (https://twitter.com/i_ameztoy/status/1533697574351380480)

 

 

Το νέφος της Κασπίας

Το μεγαλύτερο τμήμα της Κασπίας θάλασσας (η μεγαλύτερη «κλειστή» θάλασσα του πλανήτη), συνήθως είναι καλυμμένο από νέφη. Ωστόσο, στις 28/5, ένας ιδιαίτερος νεφικός σχηματισμός, που συνελήφθη από τον δορυφόρο Terra της NASA, απέκτησε τα δικά του «15 λεπτά δημοσιότητας» στο διαδίκτυο. Η ευδιάκριτη «κοφτή» συνοριακή γραμμή του, το έκανε να ξεχωρίζει από το περιβάλλον του. Αυτού του είδους τα ευδιάκριτα και «κοφτά» σύνορα, δημιουργούνται συνήθως όταν συναντώνται δυο αέριες μάζες με τελείως διαφορετικά ποιοτικά χαρακτηριστικά. 

 

Στη συγκεκριμένη περίπτωση, θερμή και ξηρή αέρια μάζα από τα Βαλκάνια, συνάντησε την ψυχρότερη και υγρή αέρια μάζα πάνω από την Κασπία. Η ανάμειξή τους, οδήγησε τοπικά σε συμπύκνωση δημιουργώντας αυτό το νέφος (λέγεται στρωματο-σωρείτης ή strato-cumulus, με το ύψος του συγκεκριμένου να εκτιμάται γύρω στο 1.5 km πάνω από την υδάτινη επιφάνεια), το οποίο αργότερα κινήθηκε προς την ξηρά στα βορειοδυτικά και διαλύθηκε.

 

Φωτογραφία: NASA / Terra (MODIS)

 

 

Κεραυνοί με διπλό ουράνιο τόξο

Μια εντυπωσιακή φωτογραφία του Παναγιώτη Τσούρα από τη Βοιωτία, σε μια από τις καταιγίδες του Ιουνίου με διπλό ουράνιο τόξο και κεραυνό. Όταν μια καταιγίδα απομακρύνεται σε πλευρά αντίθετη από τον Ήλιο (π.χ. προς τα ανατολικά, ενώ ο Ήλιος είναι στη δύση ή το αντίστροφο), τότε τα σταγονίδια της βροχής που βρίσκεται στην «ουρά» της καταιγιδοφόρας νέφωσης, δημιουργούν το διπλό ουράνιο τόξο (το «κανονικό» ή πρωτεύον που είναι και πιο έντονο, από απλή ανάκλαση του ηλιακού φωτός στα σταγονίδια βροχής και το δευτερεύον και πιο αμυδρό από διπλή ανάκλαση που είναι και σπανιότερη). Αν τύχει και η καταιγίδα δώσει κάποιες τελευταίες εκκενώσεις στο πίσω μέρος της, καθώς απομακρύνεται, κάτι που μπορεί να συμβεί, όπως εδώ, τότε έχουμε αυτό το υπέροχο θέαμα που συνέλαβε ο Παναγιώτης.

 

https://www.facebook.com/photo/?fbid=10159521977906234&set=a.10150598816026234

 

Στον τόμο Ι του έργου «Τα φυσικά φαινόμενα», μπορείτε να δείτε φωτογραφίες με αυτά και άλλα εντυπωσιακά, σπάνια αλλά και άγνωστα φαινόμενα, από την Ελλάδα και το εξωτερικό, με λεπτομερείς εξηγήσεις και σχήματα για το πώς δημιουργούνται αλλά και πώς να τα αναζητάτε. Πιο συγκεκριμένα θα δείτε πόσα είδη εκκενώσεων υπάρχουν και πώς μπορείτε να προστατευτείτε από τους κεραυνούς. Αποκτήστε τον τόμο αυτό από τη σελίδα μας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής!

 

 

Εντυπωσιακοί ιριδισμοί σε pileus στη νότια Καρολίνα

Το σχεδόν ψυχεδελικό αυτό σκηνικό, αντίκρυσαν όσοι κοιτούσαν στον ουρανό, στις 3/6, στην περιοχή Myrtle Beach, στη νότια Καρολίνα των ΗΠΑ. Το έχουμε δει και σε παλαιότερες αναρτήσεις μας και πρόκειται για ιριδισμό ο οποίος συμβαίνει στην κορυφή ενός αναπτυσσόμενου καταιγιδοφόρου νέφους και συγκεκριμένα στο νέφος pileus* (το νέφος που μοιάζει με ιριδίζον «καπέλο» πάνω από το σκούρο νέφος) το οποίο έχει δημιουργηθεί στην κορυφή του. Η κατάλληλη θέση του ήλιου πίσω από το νέφος, σε σχέση με τον παρατηρητή, βοηθά στη δημιουργία των ιριδισμών σε αυτό το νέφος-«καπέλο» (Pileus).

 

Οι συγκεκριμένοι ιριδισμοί είναι ένα φαινόμενο περίθλασης που προκαλείται από μικροσκοπικά σταγονίδια ή παγοκρυστάλλους που διασκορπίζουν το φως. Αν οι κρύσταλλοι του νέφους είναι μεγαλύτεροι, τότε οδηγούμαστε στην κατηγορία των οπτικών φαινομένων που ανήκει η άλως, τα παρήλια και άλλα αντίστοιχα φαινόμενα διάθλασης που έχουμε δει κατά καιρούς σε αναρτήσεις μας.

 

*Τα νέφη pileus είναι βραχύβια και δημιουργούνται πάνω από αναπτυσσόμενα, εν δυνάμει καταιγιδοφόρα νέφη. Το ισχυρό ανοδικό ρεύμα των τελευταίων ωθεί σε ανύψωση την αέρια μάζα πάνω από αυτά, μέχρι να συμπυκνωθεί, δημιουργώντας αυτό το, εντυπωσιακό πολλές φορές, «καπέλο». Η εμφάνισή του, είναι συχνά, αλλά όχι απόλυτα, οιωνός ισχυρών καταιγίδων, καθώς «μαρτυρά» την ύπαρξη ισχυρών ανοδικών ρευμάτων.

 

Φωτογραφία: Hillary Anne – Πηγή: https://twitter.com/EdPiotrowski

 

Στον τόμο Ι του έργου «Τα φυσικά φαινόμενα», μπορείτε να δείτε φωτογραφίες με αυτά και άλλα εντυπωσιακά, σπάνια αλλά και άγνωστα φαινόμενα, από την Ελλάδα και το εξωτερικό, με λεπτομερείς εξηγήσεις και σχήματα για το πώς δημιουργούνται αλλά και πώς να τα αναζητάτε. Αποκτήστε τον από τη σελίδα μας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής!

 

 

Η μεγαλύτερη φυσική "δεξαμενή" αλατιού στον πλανήτη

Στη δορυφορική αυτή φωτογραφία βλέπουμε ένα πολύ μικρό τμήμα της μεγαλύτερης φυσικής «δεξαμενής αλατιού» στον πλανήτη, της Salar de Uyuni στη Βολιβία. Η συνολική έκτασή της είναι 10000 τετραγωνικά χιλιόμετρα και βρίσκεται σε ύψος 3.7 km, δίπλα στις Άνδεις. Αυτή η έκταση δημιουργήθηκε από τη σταδιακή εξάτμιση λιμνών που υπήρχαν περίπου 40000 έτη πριν το σήμερα, στην περιοχή. Τώρα καλύπτεται από ένα στρώμα αλατιού με πάχος μερικών μέτρων. Το εξωπραγματικό τοπίο της περιοχής, έχει χρησιμοποιηθεί για το γύρισμα ταινιών όπως “Star Wars: The Last Jedi”, “The Fall”, κ.α.

 

Όσο για τα ορθογώνια που φαίνονται αριστερά στη φωτογραφία, οι αναγνώστες μας γνωρίζουν από παλαιότερες αναρτήσεις μας, ότι πρόκειται για δεξαμενές εξάτμισης αλμυρού νερού και η διαφορά στο χρώμα υποδηλώνει διαφορά στην αλατότητα του νερού. Το χρώμα εξαρτάται από τους μικροοργανισμούς που υπάρχουν σε κάθε μία από αυτές τις ρηχές λίμνες με το εξατμιζόμενο νερό. Σε γενικές γραμμές, τα πορτοκαλί-κόκκινα άλγη απαντώνται σε ύδατα μεσαίας ως μεγάλης αλατότητας ενώ τα γαλάζια-πράσινα σε ύδατα μικρής αλατότητας. Επομένως, από τη φωτογραφία, αντιλαμβανόμαστε, λόγω του χρώματος, ότι βρισκόμαστε στην 2η περίπτωση.

 

Φωτογραφία: Copernicus – Sentinel 2 – ESA / Πηγή: https://twitter.com/i_ameztoy/status/1533359395576365056

 

 

Καταγραφή νευρωνικής δραστηριότητας ποντικών

Σε αυτό το βίντεο, βλέπουμε τη διαρκή πυροδότηση νευρώνων, όπως καταγράφηκε σε εγκέφαλο ποντικού, σε μια πρωτοποριακή έρευνα, η οποία δημοσιεύτηκε στις 19/5 στο κορυφαίο επιστημονικό περιοδικό Nature. Μοιάζει με τα άστρα που «τρεμοπαίζουν» στον νυχτερινό ουρανό. Γιατί όμως αυτή η έρευνα είναι τόσο σημαντική;

 

Στη συγκεκριμένη έρευνα, καταγραφήκε η νευρωνική δραστηριότητα χιλιάδων νευρώνων ταυτόχρονα, από 8 διαφορετικές περιοχές εγκεφάλων ποντικών για αρκετές μέρες. Τα ποντίκια εκτελούσαν ασκήσεις οπτικής αναγνώρισης μοτίβων και δράσης ανάλογα με τα μοτίβα που έβλεπαν. Τα ποντίκια είχαν τροποποιηθεί γενετικά για να εκφράζουν μια φθορίζουσα πρωτεΐνη σε μια συγκεκριμένη κατηγορία νευρώνων του εγκεφαλικού φλοιού, έτσι ώστε όταν ένας νευρώνας πυροδοτείται, να λάμπει πιο έντονα, επιτρέποντας στους ερευνητές να απεικονίσουν τη δραστηριότητά του (βλέπε βίντεο της ανάρτησης).

 

Αυτό που προκύπτει, είναι μια λεπτομερής εικόνα του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλος επεξεργάζεται οπτικά ερεθίσματα. Από την αντίληψη έως τη διάκριση/αναγνώριση και τη συμπεριφορική απόκριση. Ένας πλούτος πληροφοριών που θα επηρεάσει τεχνολογίες όπως οι διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή (BMIs ή BCIs) και η μηχανική όραση (machine vision). Επίσης, αυτή είναι η πρώτη έρευνα στην οποία έχει καταγραφεί η νευρωνική δραστηριότητα σε ολόκληρο τον οπτικό φλοιό σε ανάλυση κυττάρου (ή σε κυτταρικό επίπεδο, όπως λέγεται). 

 

Στα πρώτα 0.2 δευτερόλεπτα, από τη στιγμή που ο ποντικός βλέπει ένα μοτίβο, διαπιστώθηκε ότι πολλοί εγκεφαλικοί νευρώνες ενεργοποιούνται ταυτόχρονα για το ίδιο πράγμα. Αυτό αποτελεί μεν «πλεονασμό», όμως βοηθά στην αρχική αναγνώριση ενός αντικειμένου. Όταν εμείς βλέπουμε ένα αντικείμενο, π.χ. ένα βιβλίο, θα χρειαστούμε λίγο χρόνο για να διαπιστώσουμε αν είναι δικό μας, αν το έχουμε διαβάσει ή άλλες λεπτομέρειες για αυτό, όμως σχεδόν «αυτόματα», ο εγκέφαλός μας θα αναγνωρίσει ότι πρόκειται για βιβλίο και όχι για κάτι άλλο. 

 

Σε 0.5 δευτερόλεπτα, οι ερευνητές πλέον μπορούσαν να καταλάβουν, μόνο μέσω των εγκεφαλικών καταγραφών, τι έβλεπε ο ποντικός. Σε αυτό βοηθά και ο ρόλος του λεγόμενου «νευρωνικού θορύβου». Ο «νευρωνικός θόρυβος» αναφέρεται σε, φαινομενικά τυχαίες διακυμάνσεις, στην ηλεκτρική δραστηριότητα εντός των νευρωνικών δικτύων του εγκεφάλου. Αυτές οι διακυμάνσεις δεν σχετίζονται με την κωδικοποίηση μιας απόκρισης σε εσωτερικά ή εξωτερικά ερεθίσματα. Ωστόσο, ο «νευρωνικός θόρυβος», έχει μοτίβα. Δεν είναι τυχαίος. Υπάρχει συσχέτιση στις διακυμάνσεις της πυροδότησης ανάμεσα σε ζευγάρια νευρώνων από μέρα σε μέρα και αυτό που διαπιστώθηκε είναι ότι, όταν το μοντέλο λάμβανε αυτόν τον «θόρυβο» υπόψη, ήταν πολύ αποτελεσματικότερο και ακριβές. 

 

Ωστόσο, τα σημαντικά ευρήματα της έρευνας δεν σταματούν εκεί. Στο 1 δευτερόλεπτο, οι ερευνητές μπορούσαν να προβλέψουν πλέον τι θα κάνει ο ποντικός (ως αντίδραση σε αυτό που είδε), από την εγκεφαλική του δραστηριότητα. Ο οπτικός φλοιός λαμβάνει την πληροφορία και τη «μοιράζεται» με τις υπόλοιπες περιοχές του εγκεφάλου. Αυτές «συναποφασίζουν» για το τι θα γίνει και στη συνέχεια «κοινοποιούν» την απόφαση σε όλες τις περιοχές του εγκεφάλου (και στον οπτικό φλοιό, κάτι που δεν ήταν προφανές ή αναμενόμενο για αρκετούς). Αυτό το τελευταίο εύρημα, υποστηρίζει ότι ο οπτικός φλοιός δραστηριοποιείται περισσότερο και δεν συνεισφέρει/ενεργοποιείται αποκλειστικά και μόνο στην όραση.

 

Τα παραπάνω, θα μπορούσαν να επιλύσουν προβλήματα και τεχνικές δυσκολίες σε ασθενείς που χρησιμοποιούν BCIs (μέσω της συμπερίληψης του νευρωνικού θορύβου) προσφέροντας πολύ μεγαλύτερη αυτονομία, ενώ στον τομέα της τεχνητής νοημοσύνης και συγκεκριμένα της μηχανικής όρασης, η έρευνα ανοίγει το δρόμο για μηχανές που θα μπορούσαν να ενσωματώσουν και συνδυάσουν αποτελεσματικά, οπτικά και μη-οπτικά ερεθίσματα, κάτι που αποτελεί ένα βασικό πρώτο βήμα προς την κατασκευή μηχανών που θα μπορούν να σχεδιάζουν, να φαντάζονται και να σκέφτονται.

 

Δημοσιευμένη Έρευνα: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04724-y

 

Video: Από την παραπάνω έρευνα (Ebrahimi et al, Nature 2022).

 

Μάθετε πολλά περισσότερα για την τεχνητή νοημοσύνη, τα νευρωνικά δίκτυα, τα BCIs/BMIs, και τις εξελίξεις που θα μπορούσαμε να δούμε στο μέλλον, όπως επίσης και τις προκλήσεις που θα κληθούμε να αντιμετωπίσουμε, στον τόμο ΙΙΙ του έργου «Τα φυσικά φαινόμενα» τον οποίο μπορείτε να προμηθευτείτε από τη σελίδα μας με έκπτωση και μηδενικά έξοδα αποστολής με ένα μήνυμα! Ρωτήστε μας!