Η ενεπίγραφη στήλη της Ελευσίνας και ο έλεγχος ποιότητας στην Αρχαιότητα, The inscribed stele of Eleusis and Control of the Materials in Antiquity

Εικ. 1. Η επιγραφή της Ελευσίνας του 4ου αι. π.Χ. Αναγράφονται ένα από τα αρχαιότερα ευρωπαϊκά πρότυπα και οι προδιαγραφές για τη σύνθεση των μπρούντζινων συνδέσμων, που θα έμπαιναν ανάμεσα στους σπόνδυλους των κιόνων της Φιλώνειας Στοάς (Αρχαιολογικό Μουσείο Ελευσίνας). In the museum of Elefsis a stele of the 4th century BC is kept, discovered by D. Philios in 1894 and studied by the Professor of the University of Athens and for many years chairman of the Administrative Council of ELOT G. Varoufakis. “ Its text refers to a decree concerning the manufacture of bronze fittings known as “empolia” and “poloi” to be used for the assembly of the column drums (as shown in this picture) and the erection of the Philonian Stoa, named after the architect Philon, a portico in front of the much older building, the Telestirion. The decree comprises strict technical specifications, and, therefore, constitutes one of the oldest European standards. It is worth noting the part of the decree concerning the chemical composition of bronze fittings: “…He (the contractor) will use copper from Marion, the alloy being made of twelve parts, eleven of copper to one of tin …” It should be noted that chemical composition is expressed on the basis of the Babylonian arithmetical system, since the number 12 is a sub-multiple of 60. Regarding the origin of the copper alloy, i.e. the bronze, the latter should be imported from Marion of Cyprus, a very important commercial and metallurgical centre at that remote time. Ostensibly the inspector was directed to apply an empirical procedure of quality control, in order to check whether the bronze composition was in conformity with the requirements of the said specifications. We must bear in mind that according to another inscription referring to the Anthemion of Goddess Athina at the Parthenon (420 B.C.),  the price of copper was 35 drachmas per talent (a talent was equal to about 25 kg), while the price of tin was 230 drs per talent, i.e. over 6.5 times higher than that of copper. The supplier would therefore be tempted to cast a cheaper and consequently poorer in tin and thus more profitable copper- tin alloy, if he knew that no control existed. It was for this reason that the required quality was so precisely dictated and a system of quality control should have put in place. Had control been relaxed, the contractor stood to make an illegal profit. Based on the number of columns, the number of drums per column, the exact sizes given by the inscription and the density of the copper alloy to be used, I calculated that the total mass of the ordered alloy was 3300 kg. Had the contractor been allowed to cheat, he would have made an illegitimate profit of between 500 and more than 700 drachmas; sums very high for the time rendering quality control indispensable. ” This study leads to the conclusion that the Elefsis stele is the oldest European Standard.

Το 1863 ο Δ. Φίλιος ανακάλυψε στην Ελευσίνα την ενεπίγραφη στήλη του 4ου αιώνα π.Χ. (εικ. 1). Η μελέτη του κειμένου της από τον γράφοντα οδήγησε σε ένα πολύ ενδιαφέρον συμπέρασμα:

Εικ. 2. Η Φιλώνεια Στοά, ένα ωραίο κτίσμα του 4ου αι. π.Χ. χτισμένο μπροστά στο παλαιότερο, το Τελεστήριο της Ελευσίνας (μακέτα Ιωάν. Τραυλού. Αρχαιολογικό Μουσείο Ελευσίνας).

Η εν λόγω επιγραφή αποτελεί το αρχαιότερο πρότυπο με αυστηρές προδιαγραφές για την κατασκευή των μπρούντζινων πόλων και εμπολίων, που θα συνέδεαν τους σπονδύλους των κιόνων της Φιλώνειας Στοάς, ενός πανέμορφου κτίσματος, το οποίο θα αναγειρόταν μπροστά από έναν αρχαιότερο ναό, το γνωστό Τελεστήριο της Ελευσίνας (εικ. 2).

Εικ. 3. Ομοίωμα πόλων (β) και εμπολίων (α) ανάμεσα σε δύο σπονδύλους.

Οι προδιαγραφές αφορούσαν στη χημική σύνθεση και στην κατασκευή των πόλων και εμπολίων (εικ. 3) και ιδιαίτερα εκείνη των πόλων. Σε κάποιο σημείο, η επιγραφή αναφέρει τα ακόλουθα ενδιαφέροντα:

«Τους δε πόλους τορνεύση κατά το παράδειγμα…». Δηλαδή, να διαμορφώσει στον τόρνο σκληρό μπρούντζο προς τους κυλινδρικούς πόλους (β) σύμφωνα προς ένα ορισμένο δείγμα.

Το πιο σημαντικό όμως είναι η αναφορά στην προέλευση της πρώτης ύλης και τη σύνθεσή της: «χαλκού δε εργάσεται Μαριέως, κεκραμένου την δωδεκάτην, τα ένδεκα μέρη χαλκού, το δε δωδέκατον καττιτέρου».

Σε ελεύθερη απόδοση σήμαινε: «ο χαλκός θα έπρεπε να παραχθεί στο Μάριον της Κύπρου (μεγάλο εμπορικό και μεταλλουργικό κέντρο της αρχαιότητας) και στα δώδεκα μέρη να περιέχει έντεκα χαλκό και το ένα δωδέκατο κασσίτερο». Δηλαδή, 8,33% με 8,50%.

Στο σημείο αυτό θα πρέπει να αναφερθεί ότι οι αρχαίοι, όταν αναφέρονταν στο χαλκό, εννοούσαν το μέταλλο αυτό, αλλά και το κρατέρωμα (κ. μπρούντζο), δηλαδή το κράμα χαλκού και κασσιτέρου. Το ίδιο ισχύει και για το σίδηρο. Εννοούσαν τον μαλακό σίδηρο, αλλά και τον σκληρό χάλυβα, δηλαδή το κράμα σιδήρου και μιας ανθρακούχου ένωσης σιδήρου-άνθρακα (με τη μορφή του σεμεντίτη, Fe3C).

Η μελέτη του κειμένου της επιγραφής οδήγησε στο συγκλονιστικό συμπέρασμα ότι οι αρχαίοι Έλληνες εφήρμοζαν πρότυπα με αυστηρές προδιαγραφές σε κάθε περίπτωση. Που σημαίνει ότι θα υπήρχε οπωσδήποτε και έλεγχος ποιότητας. Διαφορετικά, οι προδιαγραφές της επιγραφής (όπως φυσικά και άλλων προδιαγραφών) δεν θα είχαν καμιά αξία και ο κίνδυνος νοθείας θα ήταν μεγάλος.

Στο σημείο αυτό θα ήταν σκόπιμο να αναφερθεί ότι η τιμή του χαλκού ήταν 35 δραχμές το τάλαντο, ενώ του κασσιτέρου 230 δραχμές, δηλαδή 7 φορές υψηλότερη. Με βάση τον αριθμό των κιόνων της Φιλώνειας Στοάς, τον αριθμό των σπονδύλων, των διαστάσεων των εμπολίων και πόλων, που δίνει με ακρίβεια η επιγραφή, ο ερευνητής διαπίστωσε ότι η μάζα τους θα ξεπερνούσε τους 3.300 τόνους. Μπορεί η περιεκτικότητα του κασσιτέρου να ήταν 8,33%, η μάζα όμως του χρησιμοποιηθέντος μετάλλου αυτού θα αντιπροσώπευε το 37% της συνολικής αξίας του κράματος, αφού, όπως ελέχθη, η τιμή του ήταν 7 φορές μεγαλύτερη του χαλκού.

Όλα αυτά ενισχύουν την άποψη ότι οπωσδήποτε θα υπήρχε ένας εμπειρικός τρόπος ελέγχου ποιότητας. Ένας από τους πιθανούς τρόπους θα ήταν η σύγκριση ανάμεσα στο χρώμα του έτοιμου κράματος και μιας σειράς προτύπων δειγμάτων. Ο ίδιος ο ερευνητής της παρούσας εργασίας χύτευσε μια σειρά δειγμάτων κρατερώματος (μπρούντζου) που διέφεραν κατά 2% σε κασσίτερο. Έχοντας λοιπόν τη σειρά αυτή, συνέκρινε ένα άγνωστο δοκίμιο με τα πρότυπα της τελευταίας και πράγματι η σύγκριση ήταν επιτυχής. Να σημειωθεί ότι, αν υπήρχε νοθεία, αυτή δεν θα ήταν της τάξεως του 1-2% (που θα οφειλόταν στη διαδικασία του χυτηρίου), αλλά πάνω από 3-4%.

Ενδιαφέρον, τέλος, αποτελεί και το γεγονός ότι στις δύο τελευταίες σειρές της επιγραφής αναφέρεται το όνομα του αναδόχου του έργου και, το πιο σημαντικό, το όνομα του εγγυητή που θα παρακολουθούσε την όλη διαδικασία της κατασκευής, αλλά και η καταβολή της εγγύησης για την καλή εκτέλεση της παραγγελίας.

Η πολύχρονη έρευνα του παρόντος ερευνητή καταλήγει στο συμπέρασμα ότι στην αρχαιότητα υπήρχε έλεγχος ποιότητας όχι μόνο στα μέταλλα, αλλά και όλων των παραγόμενων και διατιθέμενων στην αγορά προϊόντων. Παράδειγμα αποτελεί ο οίνος, τον οποίο έπιναν στα συμπόσια κεκραμένον. Στο εμπόριο όμως έπρεπε να είναι άκρατος και σύμφωνα με το νόμο του «ύδατος της παραχύσεως» το πρόστιμο που θα κατέβαλλε ο έμπορος σε μια τέτοια νοθεία ήταν πολύ μεγάλο.

Τέλος, αξίζει να αναφερθεί ο έλεγχος της γνησιότητας των αθηναϊκών νομισμάτων, ο οποίος επίσης θα μπορούσε να ενταχθεί στον έλεγχο ποιότητάς τους.

Εικ. 4. Ενεπίγραφη στήλη από τη Στοά του Αττάλου. Αναφέρεται στον αθηναϊκό νόμο του 375 π.Χ. για τον έλεγχο ποιότητας των αργυρών αττικών νομισμάτων.

Η εικονιζόμενη ενεπίγραφη στήλη του 375 π.Χ. βρέθηκε στη Στοά του Αττάλου και αναφέρεται στον έλεγχο ποιότητας των αθηναϊκών νομισμάτων από ειδικευμένους κρατικούς ελεγκτές.

Εικ. 5. Αθηναϊκό νόμισμα καθαρού αργύρου του 5ου αι. π.Χ. (Νομισματικό Μουσείο Αθηνών).

Εικ. 6. Κίβδηλο αθηναϊκό νόμισμα του 6ου αι. π.Χ. Ήταν επαργυρωμένο χάλκινο νόμισμα, το οποίο χαράχτηκε ως κίβδηλο από τον αρχαίο δοκιμαστή (Νομισματικό Μουσείο Αθηνών).

Στην εικόνα 5 παρουσιάζεται ένα γνήσιο αθηναϊκό νόμισμα του 5ου αι. π.Χ., ενώ στην εικόνα 6 ένα κίβδηλο νόμισμα του 6ου αι. π.Χ., χαραγμένο πέρα για πέρα. Να σημειωθεί ότι όλα τα κίβδηλα νομίσματα, μετά τη χάραξή τους, αφιερώνονταν στο ιερό της Μητέρας των θεών, την Κυβέλη.

Πώς θα γινόταν ο έλεγχος των νομισμάτων

Εικ. 7. Μικρός φορητός ζυγός χρησιμοποιούμενος την εποχή της Οθωμανικής Αυτοκρατορίας για τον έλεγχο της γνησιότητας των αργυρών νομισμάτων.

Ένας πρακτικός τρόπος ελέγχου θα μπορούσε να γίνει με τη χρήση ενός φορητού ζυγού, όπως αυτού της εικόνας 7. Βέβαια, ο εικονιζόμενος ζυγός δεν είναι αρχαίος αλλά ανήκει στην οθωμανική περίοδο. Ωστόσο ο παρών ερευνητής υποστηρίζει ότι κάποιος παρόμοιος ζυγός θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί και στην αρχαιότητα.

Όπως δείχνει η εικόνα 7, στο ένα τμήμα της ήταν ενσωματωμένα αντίβαρα, ενώ στο άλλο υπάρχουν υποδοχές για τα υπό εξέταση νομίσματα, ορισμένης διαμέτρου και ορισμένου βάθους. Με τον τρόπο αυτό θα μπορούσαν:

α) Να ελέγχουν τις διαστάσεις και τη μάζα του νομίσματος.

β) Εάν η μάζα του νομίσματος ισορροπούσε, τότε το νόμισμα θα χαρακτηριζόταν ως γνήσιο.

γ) Εάν το υπό εξέταση νόμισμα ήταν ελαφρύτερο, γιατί θα ήταν επαργυρωμένο χάλκινο νόμισμα ή βαρύτερο στην περίπτωση που θα ήταν επαργυρωμένο μολύβδινο. Τότε θα έπρεπε να θεωρηθεί κίβδηλο. Στην περίπτωση αυτή, ο δοκιμαστής το χάραζε πέρα για πέρα (εικ. 6), για να το αχρηστέψει και στη συνέχεια θα προχωρούσε στην κατάσχεσή του.

Πέραν όμως από τον αναφερθέντα τρόπο, σύμφωνα με σύγχρονο δοκιμαστή της Τράπεζας της Ελλάδος, ο έλεγχος θα μπορούσε να γίνει στη βάση των τριών αισθήσεων: 1) Στην όραση, 2) στην αφή και 3) στον ήχο.

Ιδού λοιπόν τι κάνει ένας έμπειρος δοκιμαστής:

1) Παρατηρεί με πολλή προσοχή το νόμισμα (αργυρό ή χρυσό), 2) το ψηλαφεί με τα πολύ ευαίσθητα δάχτυλά του, 3) κρατώντας μέσα στην παλάμη του, υπολογίζει το βάρος του και τέλος το αφήνει να πέσει πάνω σε μια σκληρή επιφάνεια και ακούει τον ήχο. Όπως μου είπαν και άλλοι ειδικοί στο θέμα, π.χ. κοσμηματοπώλες, μπορούν εύκολα να διαπιστώσουν με τη μέθοδο αυτή τη γνησιότητα του αργυρού ή χρυσού νομίσματος.

Αξίζει να αναφερθεί ότι στο έργο του Αριστοφάνη Οι Βάτραχοι, ο ήχος του γνήσιου νομίσματος, όταν πέσει σε μια σκληρή επιφάνεια, τα χαρακτηρίζει ως «κεκωδωνισμένα», δηλαδή γνήσια. Με συνδυασμό επομένως των αισθήσεων, ο έμπειρος δοκιμαστής θα μπορούσε να ελέγξει με βεβαιότητα τη γνησιότητα των αργυρών αττικών νομισμάτων. Σε περίπτωση και της παραμικρής αμφιβολίας θα μπορούσαν οι αρχαίοι δοκιμαστές να εφαρμόσουν ένα συνδυασμό της χρήσης του φορητού ζυγού και της μεθόδου των τριών αισθήσεων, που αναφέρθηκαν.

Γιώργος Βαρουφάκης. Επίκουρος Καθηγητής Πανεπιστημίου Αθηνών.

Πώς διάβασαν την «υπογραφή» της Μεγάλης Έκρηξης, How read the "signature" of the Big Bang

The bottom part of this illustration shows the scale of the universe versus time. Specific events are shown such as the formation of neutral Hydrogen at 380,000 years after the big bang. Prior to this time, the constant interaction between matter (electrons) and light (photons) made the universe opaque.

Τα βαρυτικά κύματα είναι η τελευταία από τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας που δεν έχει ακόμη επαληθευθεί πειραματικά και ο πληθωρισμός είναι μια θεωρία που ερμηνεύει την ομοιομορφία του Σύμπαντος με την υπόθεση ότι λίγο μετά τη δημιουργία του αυτό διαστελλόταν με ταχύτητες μεγαλύτερες από την ταχύτητα του φωτός. Την περασμένη Δευτέρα αμερικανοί αστρονόμοι ανακοίνωσαν ότι παρατήρησαν τα ίχνη της εκπομπής βαρυτικών κυμάτων κατά τη διάρκεια της πληθωριστικής φάσης του Σύμπαντος, αμέσως μετά τη στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης. Η ανακάλυψη αυτή έχει ιστορική σημασία, όχι τόσο επειδή επιβεβαιώνει την ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων όσο επειδή είναι η πρώτη χειροπιαστή ένδειξη - αν όχι απόδειξη - της θεωρίας του πληθωριστικού Σύμπαντος. Και μπορεί επιπλέον να έχει ανοίξει ένα παράθυρο ελέγχου των θεωριών που προσπαθούν να ενοποιήσουν τις τρεις από τις τέσσερις βασικές δυνάμεις της φύσης, καθώς και αυτών που προσπαθούν να συνδέσουν τη βαρύτητα με την κβαντομηχανική.

Την περασμένη Δευτέρα η ερευνητική ομάδα του προγράμματος BICEP2 ανακοίνωσε μια ανακάλυψη εξαιρετικής σημασίας: την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων κατά τις πρώτες στιγμές της δημιουργίας του Σύμπαντος. Τα νέα προκάλεσαν μεγάλη αίσθηση αφού, όπως έγραψε ο αμερικανός κοσμολόγος Σον Κάρολ (Sean Carroll): «Πέρα από την ανακάλυψη ζωής σε άλλους πλανήτες ή την άμεση ανίχνευση σκοτεινής ύλης, δεν μπορώ να σκεφθώ κάποια άλλη ανακάλυψη αστρονομικής φύσης πιο σημαντική στην κατανόηση του Σύμπαντος από αυτήν που μόλις ανακοινώθηκε». Είναι λοιπόν φυσικό να προεξοφλείται η επιβράβευση αυτής της ανακάλυψης με το βραβείο Νομπέλ Φυσικής. Στη συνέχεια θα δούμε αναλυτικά τόσο το τι ακριβώς παρατηρήθηκε και ποια σημασία έχει στο πλαίσιο της Γενικής Θεωρίας Σχετικότητας και της Κοσμολογίας όσο και το πώς ακριβώς επιτεύχθηκε αυτή η ανίχνευση, δηλαδή το όργανο που χρησιμοποιήθηκε και ο τρόπος με τον οποίο αναλύθηκαν οι παρατηρήσεις.

Τι είναι τα βαρυτικά κύματα

Από τις αρχές της δεκαετίας του 1930 είχε γίνει κατανοητό ότι η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, που είχε διατυπωθεί από τον Αϊνστάιν 15 χρόνια νωρίτερα, προέβλεπε την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων, δηλαδή διαταραχών του χώρου και του χρόνου που διαδίδονται στο Σύμπαν με την ταχύτητα του φωτός. Η προσπάθεια ανίχνευσης αυτών των κυμάτων έχει ξεκινήσει από τη δεκαετία του 1960, αλλά ως σήμερα δεν έχει επιτευχθεί η άμεση παρατήρησή τους, παρά την κατασκευή ολοένα και πιο ευαίσθητων ανιχνευτών, επειδή το πλάτος τους είναι πολύ μικρό. Η άμεση παρατήρηση βαρυτικών κυμάτων σίγουρα θα επιβραβευθεί με ένα βραβείο Νομπέλ, αλλά σχεδόν κανείς δεν αμφιβάλλει για την ύπαρξή τους, αφού υπάρχουν πάρα πολλές έμμεσες παρατηρήσεις που επιβεβαιώνουν την ύπαρξή τους. Έτσι η άμεση παρατήρησή τους δεν θα αλλάξει κάτι σημαντικό στην αντίληψή μας για το Σύμπαν. Αντίθετα, οι πρώτες στιγμές του Σύμπαντος είναι σήμερα ένα αντικείμενο έντονης ερευνητικής προσπάθειας και με πολλές εναλλακτικές θεωρίες, επειδή δεν υπάρχουν αρκετά πειραματικά δεδομένα που θα μας βοηθήσουν να απορρίψουμε μερικές από αυτές προς όφελος των υπολοίπων.

Ο αστραπιαίος πληθωρισμός

Diagram showing the history of the universe at the Big Bang, followed by the headlong acceleration powered by inflation nanoseconds later, and the eventual formation of neutral atoms(around the 300,00o year mark) and finally stars and galaxies. Credit: CERN

Η επικρατέστερη θεωρία για τα πρώτα στάδια του Σύμπαντος είναι αυτή του πληθωρισμού, η οποία διατυπώθηκε το 1980 για να ερμηνεύσει το γεγονός ότι για αποστάσεις πολύ μεγαλύτερες από τις αποστάσεις μεταξύ των γαλαξιών το Σύμπαν είναι ομογενές και ισότροπο. Αυτό σημαίνει ότι το Σύμπαν έχει τις ίδιες ιδιότητες σε όλα τα σημεία του, καθώς και ότι δεν υπάρχει κάποια κατεύθυνση σε αυτό που να έχει ιδιαίτερες ιδιότητες.

Alan Guth was one of the first physicists to hypothesize the existence of inflation, which explains how the universe expanded so uniformly and so quickly in the instant after the Big Bang 13.8 billion years ago. Credit: Rick Friedman for The New York Times

Επιπλέον η θεωρία του πληθωρισμού εξηγεί γιατί το Σύμπαν είναι πρακτικά επίπεδο, ιδιότητα που έχει πολλές συνέπειες, μία από τις οποίες είναι το γνωστό συμπέρασμα του Ευκλείδη ότι το άθροισμα των γωνιών ενός τριγώνου είναι 180 μοίρες.

The currently favoured theory of the early Universe involves a concept called "inflation". This describes a very brief, but very important moment in the first tiny fraction of the Universe's existence. Theories of inflation describe a hugely rapid exponential expansion of the Universe by a factor of around 1050 (that's a 100 million million million million million million million million times!) within the first 10-30 seconds (that's a hundred million million million million millionth of a second!). These numbers are not precisely known at all, and could be wrong by factors of millions. Inflation does not describe a single theory, but a whole collection of them, with many variables having many values. Only gathering further data will allow us to work out which one theory (if any!) is correct.  Inflation has solved various conundrums which existed with previous theories, and the theories can be twisted and morphed to explain the vast majority of observations to date.  However, we are still not much closer to narrowing down on which of the many theories is correct. The image below shows the expansion of the Universe as currently understood, which is supported by existing measurements such as those from the WMAP mission. Image credit: Rhys Taylor, Cardiff University

Σύμφωνα λοιπόν με τη θεωρία του πληθωριστικού Σύμπαντος, μία μόλις στιγμή μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και για ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα, μόλις 10-32 δευτερόλεπτα (δηλαδή, δέκα δισεκατομμυριοστά του τρισεκατομμυριοστού του τρισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου), το Σύμπαν διεστάλη με ασύλληπτη ταχύτητα, πολύ μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός. Η αιτία και οι λεπτομέρειες αυτής της ταχύτατης διαστολής, που ονομάστηκε πληθωρισμός, δεν είναι ξεκάθαρες, μια και υπάρχουν πολλές διαφορετικές θεωρίες. Θα ήταν λοιπόν πολύ σημαντικό να βεβαιωθούμε, πρώτον, αν υπήρξε κατ' αρχάς εποχή πληθωρισμού κατά τη νεαρή ηλικία του Σύμπαντος και, στην περίπτωση που η απάντηση είναι θετική, να δούμε ποιες από τις θεωρίες που προτείνουν τον πληθωρισμό συμφωνούν με τις παρατηρήσεις.

Το ίχνος της παγωμένης λάμψης

Διάγραμμα της διεύθυνσης της πόλωσης συναρτήσει της θέσεως που δείχνει τη μορφή πόλωσης του τρόπου-Β. Mode-B polarisation detected by BICEP2 in the Cosmic Microwave Background on a 20° section of the sky. The small segments show the orientation of the polarisation and the colours indicate the degree of torsion in a clockwise (red) or anti-clockwise (blue) direction. According to researchers, the appearance of this polarisation corresponds to the imprint left by the gravitational waves caused by the so-called inflation phase of the Big Bang. Credit: BICEP2 Collaboration

Στόχος των παρατηρήσεων της ομάδας BICEP2 ήταν η καταγραφή με απαράμιλλη λεπτομέρεια της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, όπως ονομάζεται ο «απόηχος» της Μεγάλης Έκρηξης τη σημερινή εποχή. Η «λάμψη» εκείνης της εποχής ψύχθηκε λόγω της διαστολής του Σύμπαντος και από το ελάχιστο μήκος κύματος των ακτίνων-γ έφτασε σήμερα να έχει μήκος κύματος της τάξεως του ενός εκατοστόμετρου, στην περιοχή των μικροκυμάτων. Η ακτινοβολία αυτή είναι η μοναδική πληροφορία που έχουμε για τις απαρχές του Σύμπαντος, αλλά δυστυχώς έχει εκπεμφθεί 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, οπότε θα έλεγε κανείς ότι δεν μας επιτρέπει να «δούμε» τις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος. Αυτό όμως δεν είναι σωστό επειδή στις πρώτες εκείνες στιγμές υπήρχαν και έντονα βαρυτικά κύματα, πέρα από τα φωτόνια, με αποτέλεσμα τα φωτόνια να «συγκρούονται» με τα βαρυτικά κύματα και να αποκτούν ιδιότητες χαρακτηριστικές αυτών των «συγκρούσεων».

Η πιο σημαντική από αυτές τις ιδιότητες είναι η πόλωση του φωτός, δηλαδή η ταλάντωση των φωτεινών κυμάτων σε μια προτιμητέα διεύθυνση. Αν λοιπόν καταγράψουμε την πόλωση της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, θα μπορέσουμε να δούμε αν συμφωνεί με την ύπαρξη πληθωριστικής περιόδου στο Σύμπαν, καθώς και με τα ποσοτικά χαρακτηριστικά της, για παράδειγμα την ταχύτητα διαστολής και τη διάρκεια του φαινομένου. Σήμερα υπάρχουν αρκετές ερευνητικές ομάδες που εργάζονται σε αυτή την κατεύθυνση χρησιμοποιώντας όργανα όπως είναι η «οικογένεια» των τηλεσκοπίων BICEP, το Τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου (South Pole telescope, SPT), το τηλεσκόπιο Polarbear και το διαστημόπλοιο Planck. Όλα αυτά τα όργανα έχουν διαπιστώσει ότι η μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου είναι ασθενώς πολωμένη και μάλιστα με έναν ειδικό τρόπο που ονομάζεται «τρόπος-B» (B-mode), κατά τον οποίο η διεύθυνση πόλωσης αλλάζει με τη διεύθυνση παρατήρησης έτσι ώστε να δίνει την εικόνα ενός «στροβίλου». Αλλά η ύπαρξη του τρόπου-Β μπορεί να οφείλεται και σε άλλες αιτίες, πέρα από την παρουσία βαρυτικών κυμάτων. Η πρώτη ερευνητική ομάδα που ανακοίνωσε πόλωση που οφείλεται σε βαρυτικά κύματα είναι η ομάδα του BICEP2.

Γιατί στον Νότιο Πόλο;

The BICEP2 telescope at twilight, which occurs only twice a year at the South Pole. Here BICEP2 is seen in the foreground. In the background is the South Pole Telescope, an instrument that observes in the millimetre and sub-millimetre ranges. Credit: Steffen Richter (Harvard University)

Το ερευνητικό πρόγραμμα BICEP άρχισε παρατηρήσεις το 2006 με το τηλεσκόπιο πρώτης γενιάς, που λειτούργησε ως το 2008. Στη συνέχεια τη σκυτάλη πήρε το BICEP2, δέκα φορές πιο ευαίσθητο, που λειτούργησε για τρία χρόνια, από την αρχή του 2010 ως το τέλος του 2012. Αυτή τη στιγμή βρίσκονται σε λειτουργία άλλα δύο όργανα της ίδιας ομάδας, με ευαισθησία δέκα φορές καλύτερη από αυτήν του BICEP2. Όλα τα όργανα είναι εγκατεστημένα στην αμερικανική βάση Amundsen-Scott, που βρίσκεται πάνω στον γεωγραφικό Νότιο Πόλο. Η επιλογή της τοποθεσίας έγινε κατ' αρχάς επειδή στη θέση αυτή η υγρασία της ατμόσφαιρας είναι ελάχιστη, αφού όλο το νερό υπάρχει σε μορφή πάγου. Έτσι η απορρόφηση των μικροκυμάτων που προκαλούν οι υδρατμοί της ατμόσφαιρας είναι ασήμαντη και η ποιότητα παρατήρησης είναι συγκρίσιμη με αυτήν από ένα διαστημόπλοιο, όπως είναι η αποστολή Planck. Υπάρχουν όμως και άλλα τρία σημαντικά πλεονεκτήματα: (α) οι ατμοσφαιρικές συνθήκες είναι εξαιρετικά σταθερές, γεγονός που ελαχιστοποιεί τις πηγές πιθανών σφαλμάτων της παρατήρησης, (β) η περιοχή παρατήρησης δεν αλλάζει ανάλογα με την ώρα της ημέρας, αφού τα ορατά αστέρια ούτε ανατέλλουν ούτε δύουν, και (γ) στη χαμηλή θερμοκρασία που επικρατεί εκεί είναι ευκολότερο να διατηρηθούν τα όργανα παρατήρησης στην εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία που απαιτείται, μόλις 0,25 του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν, δηλαδή στους -272,9 βαθμούς Κελσίου.

BICEP2: υπερευαίσθητο και ευέλικτο

Here, Justus Brevik, a student involved in BICEP2 tests the electronics on the telescope responsible for measuring the mode B polarisation of the Cosmic Microwave Background. Credit: Steffen Richter (Harvard University)

Το τηλεσκόπιο του BICEP2 έχει διάμετρο φακού μόλις 20 εκατοστά, ελάχιστη σε σύγκριση με τα όργανα παρατήρησης των άλλων ερευνητικών ομάδων που εργάζονται στο ίδιο αντικείμενο. Για παράδειγμα, το τηλεσκόπιο του προγράμματος SPT έχει διάμετρο 10 μέτρα, αυτό του προγράμματος Polarbear 2,5 μέτρα, ενώ το τηλεσκόπιο της διαστημικής αποστολής Planck έχει διάμετρο 1,7 μέτρα. Αλλά λόγω της μικρής διαμέτρου του τηλεσκοπίου BICEP2 αυτό έχει τη δυνατότητα να παρατηρεί πολύ μεγαλύτερο τμήμα του ουρανού από αυτό που παρατηρούν τα υπόλοιπα. 

Έτσι μπόρεσε να ανιχνεύσει διακυμάνσεις που έχουν μεγάλο μήκος κύματος και εκτείνονται σε μεγάλες αποστάσεις στον ουρανό, όπως είναι αυτές που οφείλονται στην αλληλεπίδραση βαρυτικών κυμάτων και πληθωριστικής διαστολής. Θα έλεγα όμως ότι σημαντικό ρόλο έπαιξε και η εξαιρετική ευαισθησία των ανιχνευτών της πόλωσης, οι οποίοι είναι αναπτυγμένοι επάνω στην εστία του τηλεσκοπίου και καταγράφουν την πόλωση της ακτινοβολίας σε δύο συχνότητες, 100 και 150 MHz (δηλαδή, περίπου όση είναι η συχνότητα εκπομπής των ραδιοφωνικών σταθμών FM).

Πόλωση με «βαρυτική» υπογραφή

Proof of gravitational waves created by cosmic inflation is shown here in this image of the cosmic microwave background radiation collected by the BICEP2 experiment at the South Pole. The proof comes in the form of a signature called B-mode polarization, a curling of the orientation, or polarization, of the light, denoted by the black lines on the image. The color indicates small temperature fluctuations in the cosmic microwave background that correspond to density fluctuations in the early universe. BICEP2 Collaboration

Τα δεδομένα από τα τρία χρόνια παρατηρήσεων αναλύθηκαν με μεγάλη προσοχή και βρέθηκε ότι η πόλωση εμφανίζεται στην αναμενόμενη γωνιώδη απόσταση στον ουρανό και έχει εμφανή «στροβιλισμό», ο συνδυασμός των οποίων αποτελεί την υπογραφή της αλληλεπίδρασης του πληθωρισμού με βαρυτικά κύματα. Στη συνέχεια έγινε και ο απαραίτητος έλεγχος της σημαντικότητας αυτού του αποτελέσματος που κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η πιθανότητα να οφείλεται το παρατηρούμενο αποτέλεσμα σε στατιστικές διακυμάνσεις και όχι στο ζητούμενο φυσικό φαινόμενο είναι μικρότερη από μία στις 2.000.000. Αυτό στη φιλοσοφία της επιστήμης θεωρείται βεβαιότητα.

Για τι πληθωρισμό μιλάμε;

Timeline of the inflationary Universe. Credit:NASA/WMAP SCIENCE TEAM

Πέρα όμως από το γεγονός της πρώτης επιβεβαιωμένης στατιστικά ανίχνευσης του αποτυπώματος των βαρυτικών κυμάτων στην πόλωση της ακτινοβολίας μικροκυμάτων, που τονίζω ότι επιβεβαιώνει την υπόθεση ότι το Σύμπαν πέρασε από μια φάση πληθωριστικής διαστολής, πολύ σημαντικά είναι και τα ποσοτικά αποτελέσματα του πειράματος. Με άλλα λόγια, πόσο μεγάλο είναι το πλάτος των βαρυτικών κυμάτων και πώς αυτό εξαρτάται από το μήκος κύματός τους; Ειδικά το δεύτερο έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον επειδή συνδέεται με τις λεπτομέρειες του «είδους» πληθωρισμού για τον οποίον υπάρχουν σήμερα πολλά θεωρητικά μοντέλα. Εδώ θα πρέπει να σημειώσουμε ότι παραδοσιακά το πλάτος των βαρυτικών κυμάτων, AT,  μετρείται με την τιμή μιας παραμέτρου r = AT/AS , όπου το πλάτος των διαταραχών της πυκνότητας του Σύμπαντος, AS, έχει ήδη μετρηθεί από τη διαστημική αποστολή Planck.

Η απροσδόκητα υψηλή τιμή

Η πληθωριστική διαστολή του σύμπαντος σε κόμικ. Το κόμικ δημιουργήθηκε από τους Jon Kaufman και Jorge Cham. Η ιδέα ήταν του Jon Kaufman (σύντομα θα γίνει Dr. Jon Kaufman) που είναι μέλος της ομάδας BICEP2. Jon Kaufman (soon to be Dr. Jon Kaufman) is a member of the BICEP2 team that made the discovery described above. As one of the Ph.D. students in the project, Jon spent many months in the South Pole (there is an actual pole), recharging the liquid Helium on the telescope, for which he received a medal. It was his idea to draw this comic.

Η τιμή r = 0,2 που μέτρησε η ομάδα BICEP2  θεωρείται εξαιρετικά υψηλή και δεν συμφωνεί ούτε με τις ως σήμερα παρατηρήσεις ούτε με τα θεωρητικά μοντέλα του πληθωρισμού που θεωρούνται σήμερα πιο αποδεκτά. Για παράδειγμα, η αποστολή Planck είχε θέσει ως ανώτερο όριο του πλάτους των βαρυτικών κυμάτων την τιμή r = 0,11. Πέρα όμως από αυτή την ασυμφωνία μεταξύ παρατηρήσεων, οι κοσμολόγοι αιφνιδιάστηκαν με την ανακοίνωση της τιμής r = 0,2 για έναν ακόμη θεωρητικό λόγο. Τα περισσότερα μοντέλα του πληθωρισμού δίνουν τιμές του r μικρότερες από 0,01!  Επομένως η τιμή r = 0,2 που μετρήθηκε αποτελεί μια μεγάλη πρόκληση για τους θεωρητικούς, υπό την  έννοια ότι θα πρέπει να προχωρήσουν σε μια γενναία αναθεώρηση των μοντέλων τους για τον πληθωρισμό, εφόσον βέβαια τα αποτελέσματα του BICEP2 επιβεβαιωθούν και από άλλες παρατηρήσεις.

Άλμα στον δρόμο για τη «θεωρία των Πάντων»

Πέρα από τα παραπάνω, οι παρατηρήσεις του BICEP2 έδωσαν δύο σημαντικά στοιχεία και στους φυσικούς των στοιχειωδών σωματιδίων. Το πρώτο είναι ότι και μόνη η νέα παρατήρηση δίνει στοιχεία για τη διασύνδεση της βαρύτητας με την κβαντομηχανική, κάτι που αναζητεί ακόμη μια σωστή θεωρητική προσέγγιση. Το δεύτερο είναι ότι βαρυτικά κύματα τόσο μεγάλου πλάτους συνεπάγονται ενέργειες στην περιοχή των οποίων αναμένεται η ενοποίηση των ηλεκτρικών με τις ασθενείς και τις ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις. Έτσι έχουμε μπροστά μας ένα φυσικό εργαστήριο που μας επιτρέπει να μελετήσουμε αυτή την ενοποίηση χωρίς την ανάγκη να κατασκευάσουμε έναν επιταχυντή πολύ μεγαλύτερο από αυτόν του CERN. Η κατάσταση με την εξάρτηση του πλάτους των βαρυτικών κυμάτων από το μήκος κύματος φαίνεται πιο πολύπλοκη αυτή τη στιγμή και απαιτεί μάλλον μια αναλυτικότερη μελέτη της ανακοίνωσης της ομάδας BICEP2.

Μια ανακοίνωση, πολλά ερωτηματικά

Η ανακοίνωση των αποτελεσμάτων ενός πειράματος μέσω συνέντευξης Τύπου αποτελεί μια εντελώς ασυνήθιστη πρακτική στη διεθνή επιστημονική κοινότητα. Μια παρατήρηση αυτής της σημασίας θα περίμενε κανείς ότι θα είχε σταλεί για δημοσίευση σε ένα από τα δύο πιο έγκριτα επιστημονικά περιοδικά, είτε στο «Nature» είτε στο «Science». Τα περιοδικά αυτά έχουν πολύ αυστηρούς κανόνες για τη δημοσίευση επιστημονικών εργασιών και συγκεκριμένα απαιτούν την έγκριση της δημοσίευσης από τρεις ανεξάρτητους κριτές και την απαγόρευση οποιασδήποτε επίσημης ανακοίνωσης των αποτελεσμάτων πριν από την κυκλοφορία του τεύχους του περιοδικού στο οποίο αυτή δημοσιεύεται. Επομένως θα έλεγε κανείς ότι με την ανακοίνωση των αποτελεσμάτων σε μια συνέντευξη Τύπου οι συντελεστές του πειράματος «έκαψαν» την ανακάλυψή τους, υπό την έννοια ότι δεν θα μπορούσε να δημοσιευθεί σε κανένα από αυτά. Ο λόγος που ακολούθησαν τον συγκεκριμένο δρόμο δεν είναι προφανής αυτή τη στιγμή, αλλά θα πρέπει να σημειώσουμε τρία στοιχεία. Το πρώτο είναι ότι ο επικεφαλής του πειράματος John Kovac, καθηγητής του Πανεπιστημίου Harvard, δεν είναι ένας τυχαίος επιστήμονας στον χώρο. Το διδακτορικό του, πριν από 12 χρόνια, είχε για θέμα ακριβώς την πρώτη ανίχνευση πόλωσης στη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Επομένως η διεθνής επιστημονική κοινότητα λαμβάνει υπόψη πολύ σοβαρά τα αποτελέσματά του και τις απόψεις του. Το δεύτερο είναι ότι την περασμένη Τρίτη το περιοδικό «Nature», σε μια εντελώς ασυνήθιστη κίνηση, δημοσίευσε ένα «πακέτο» βίντεο και έντυπης ενημέρωσης με το οποίο στηρίζει θερμά τις ανακοινώσεις της ομάδας BICEP2. Επομένως είναι πιθανό για ένα θέμα αυτής της σημασίας το περιοδικό να θέσει σε δεύτερη μοίρα τους κανόνες δημοσίευσης που παραδοσιακά ακολουθεί. Το τρίτο είναι ότι αυτή τη στιγμή υπάρχουν καμιά δεκαριά ερευνητικές ομάδες που εργάζονται στην ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων μέσα από τη μελέτη της πόλωσης της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου. Είναι πιθανό μία από αυτές να έχει καταλήξει στο ίδιο αποτέλεσμα ή ακόμη και να έχει στείλει ήδη για δημοσίευση σε κάποιο περιοδικό μια παρόμοια ανακάλυψη, οπότε τίθεται θέμα προτεραιότητας στην περίπτωση ενός μελλοντικού βραβείου Νομπέλ.

Χάρης Βάρβογλης, καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ.

Πηγή: ΤΟ ΒΗΜΑ

Γυναίκες της Επιστήμης 2014. Women in Science 2014

Αν και ανδροκρατούμενος, ο ακαδημαϊκός στίβος έχει «διαμάντια» γένους θηλυκού. L'Oréal-UNESCO For Women in Science 2014 with Jean-Paul Agon.

Προέρχονται από τις πέντε γωνιές του πλανήτη και τα ερευνητικά επιτεύγματά τους έχουν ρίξει φως σε μάστιγες της εποχής μας όπως ο εθισμός, η κατάθλιψη και ο καρκίνος. Είναι οι εφετινές τιμώμενες με το Βραβείο L'Oréal-UNESCO Για τις Γυναίκες στην Επιστήμη, το οποίο παρέλαβαν την περασμένη Τετάρτη 19 Μαρτίου κατά τη διάρκεια ειδικής τελετής που διοργανώθηκε στη Σορβόννη.

Έτσι, από την Ευρώπη τιμήθηκε η Brigitte Kieffer, καθηγήτρια Νευροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Στρασβούργου στη Γαλλία, από τη Βόρεια Αμερική η Laurie Glimcher, καθηγήτρια Ανοσολογίας και Ιατρικής στο Πανεπιστήμιο Cornell στη Νέα Υόρκη των ΗΠΑ, από τη Λατινική Αμερική η Cecilia Bouzat, καθηγήτρια Βιοφυσικής και ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Βιοχημικής Ερευνας Bahia Bianca (INIBIBB) στην Αργεντινή, από την Ασία και τον Ειρηνικό η Kayo Inaba, καθηγήτρια Ανοσολογίας και Ιατρικής στο Πανεπιστήμιο του Κιότο στην Ιαπωνία και από την Αφρική και τις Αραβικές Χώρες η Segenet Kelemu, καθηγήτρια Βιολογίας και Παθολογίας των Φυτών και γενική διευθύντρια στο Διεθνές Κέντρο Φυσιολογίας και Οικολογίας Εντόμων (ICIPE) στο Ναϊρόμπι της Κένυας.

Βόρεια Αμερική

Laureate for North America, Professor Laurie Glimcher. Stephen and Suzanne Weiss Dean, Weill Cornell Medical College, New York, NY, USA; Provost for Medical Affairs, Cornell University, Ithaca, New York, USA. She is honored for her discovery of key factors controlling immune response and their role in allergies and in autoimmune, infectious or malignant diseases. Credit: Julian Dufort

Η κυρία Laurie Glimcher είναι καθηγήτρια Ανοσολογίας και Ιατρικής αλλά και κοσμήτορας στο Πανεπιστήμιο Cornell στη Νέα Υόρκη των ΗΠΑ. Έχει επίσης υπάρξει η πρώτη γυναίκα πρύτανης ιατρικής σχολής στη Νέα Υόρκη. Τα ερευνητικά ενδιαφέροντα της καθηγήτριας Glimcher αφορούν βασικούς μηχανισμούς ανταπόκρισης του ανοσοποιητικού συστήματος σε ποικίλες προκλήσεις.

Prof. Laurie Glimcher, 2014 L'Oréal-UNESCO Awards Laureate for North America. Credit: Julian Dufort

Επιλέχθηκε για το βραβείο προκειμένου να τιμηθεί για την ανακάλυψη καθοριστικών μοριακών παραγόντων που εμπλέκονται στον έλεγχο της ανοσολογικής απόκρισης σε αλλεργίες και αυτοάνοσα, μολυσματικά και κακοήθη νοσήματα. Τα ευρήματά της ανοίγουν τον δρόμο για την ανάπτυξη νέων θεραπειών για τις αλλεργίες, το άσθμα, τη σκλήρυνση κατά πλάκας, τον παιδικό διαβήτη και τον καρκίνο.

Λατινική Αμερική

Laureate for Latin America, Professor Cecilia Bouzat. Member of the National Scientific and Technical Research Council (CONICET); Professor, Universidad Nacional del Sur, Bahia Bianca; Deputy Director, Institute of Biochemical Research of Bahia Bianca (INIBIBB), Argentina. She is honored for her work on understanding the basis of how brain cells communicate among themselves and with the muscles. Credit: Julian Dufort

Εκτός από καθηγήτρια Βιοφυσικής και ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Βιοχημικής Έρευνας Bahia Bianca (INIBIBB) στην Αργεντινή η Cecilia Bouzat είναι επίσης μέλος του Εθνικού Συμβουλίου Επιστημονικής και Τεχνικής Έρευνας της Αργεντινής (CONICET). Πρόκειται δε για ένα παλαιό μέλος της ομάδας των γυναικών που υποστηρίζει το πρόγραμμα L'Oréal-UNESCO Για τις Γυναίκες στην Επιστήμη, καθώς το 2007, ως νεαρή ερευνήτρια, είχε λάβει από αυτό υποτροφία για να συνεχίσει τις έρευνές της. Σήμερα είναι διεθνώς αναγνωρισμένη για τα ευρήματά της που αφορούν τη φαρμακολογία των νευροδιαβιβαστών.

Cecilia Bouzat, 2014 L'Oréal-UNESCO Awards Laureate for Latin America. Credit: Julian Dufort

Έλαβε το βραβείο για τη συνεισφορά της στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο επικοινωνούν τα εγκεφαλικά κύτταρα μεταξύ τους και με τους μυς. Οι ανακαλύψεις της αυτές συνέβαλαν στον εντοπισμό ενός προβλήματος επικοινωνίας ανάμεσα στον εγκέφαλο και στους μυς, το οποίο προκαλεί σημαντικές νευρολογικές διαταραχές. Όπως σημειώνεται στην ανακοίνωση της επιτροπής που επέλεξε τις εφετινές τιμώμενες, «το έργο της καθηγήτριας Bouzat δημιούργησε προοπτικές για νέες θεραπείες για τη νόσο του Αλτσχάιμερ, την κατάθλιψη και ορισμένες εθιστικές συμπεριφορές».

Ασία, Ειρηνικός Ωκεανός

Laureate for Asia-Pacific, Professor Kayo Inaba. Professor, Graduate School of Biostudies, Kyoto University, Japan; Vice-President for Gender Equality and Director of the Center for Women Researchers, Kyoto University, Japan. She is honored for her discoveries concerning the decisive role of dendritic cells in the immune system of healthy and diseased subjects.

Εκτός από καθηγήτρια Ανοσολογίας και Ιατρικής στο Πανεπιστήμιο του Κιότο στην Ιαπωνία, η κυρία Kayo Inaba είναι επίσης αντιπρόεδρος Φυλετικής Ισότητας και διευθύντρια του Κέντρου για τις Γυναίκες Ερευνήτριες στο ίδιο πανεπιστήμιο και έχει αναλάβει τη δέσμευση να εντάξει περισσότερες γυναίκες στην επιστημονική έρευνα. Η επιτροπή των βραβείων L'Oreal-UNESCO επέλεξε να τιμήσει την κυρία Inaba για τις ανακαλύψεις της που αφορούν τους μηχανισμούς που ενεργοποιούνται από το ανοσοποιητικό σύστημα όταν αυτό έρχεται αντιμέτωπο με απειλές όπως οι ιοί, τα βακτήρια, αλλά και τα καρκινικά κύτταρα.

Prof. Kayo Inaba, 2014 L'Oréal-UNESCO Awards Laureate for Asia-Pacific. Credit: Julian Dufort

Ειδικότερα η ιάπωνας ερευνήτρια κατέδειξε πρώτη ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τα δενδριτικά κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος για την περαιτέρω διέγερσή του. Η ανακάλυψη αυτή αποτέλεσε σημείο καμπής στον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε το ανοσοποιητικό σύστημα και έχει ήδη οδηγήσει σε έναν νέο τύπο αντικαρκινικής θεραπείας.

Αφρική και Αραβικές Χώρες

Laureate for Africa and the Arab States, Doctor Segenet Kelemu Director General, International Center for Insect Physiology and Ecology (ICIPE), Nairobi, Kenya. She is honored for improving the resistance and productivity of tropical and sub-tropical forage grasses via the use of microorganisms. Credit: Julian Dufort

Η δρ Segenet Kelemu είναι καθηγήτρια Βιολογίας και Παθολογίας των Φυτών και γενική διευθύντρια στο Διεθνές Κέντρο Φυσιολογίας και Οικολογίας Εντόμων (ICIPE) στο Ναϊρόμπι της Κένυας και όλα δείχνουν ότι έχει την πρωτοπορία στο αίμα της: υπήρξε η πρώτη γυναίκα από την περιοχή της που φοίτησε στο τότε μοναδικό πανεπιστήμιο της Αιθιοπίας! Συνέχισε τις σπουδές της στις Ηνωμένες Πολιτείες και αφού εργάστηκε στην Κολομβία επέστρεψε στην Αφρική.

Prof. Segenet Kelemu, 2014 L'Oréal-UNESCO Awards Laureate for Africa & the Arab States. Credit: Julian Dufort

Η τιμητική διάκριση της απονεμήθηκε για την έρευνα του τρόπου με τον οποίο οι μικροοργανισμοί που ζουν συμβιωτικά με τα καλλιεργήσιμα φυτά βελτιώνουν την ικανότητά τους να ανθίστανται στις αρρώστιες και να προσαρμόζονται στην περιβαλλοντική και κλιματική αλλαγή. Το έργο της δρος Kelemu προσφέρει νέες λύσεις για οικολογικά υπεύθυνη καλλιέργεια τροφίμων, ιδίως από αγροτικές καλλιέργειες μικρής κλίμακας.

Ευρώπη

Laureate for Europe, Professor Brigitte Kieffer. Professor, University of Strasbourg, France; Research Director, Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC), Illkrich, France; Scientific Director, Douglas Institute Research Center, McGill University, Montreal, Canada. She is honored for her work on the brain mechanisms involved in pain, mental illness and drug addiction. Credit: Julian Dufort

Εκτός από καθηγήτρια Νευροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Στρασβούργου στη Γαλλία, η κυρία Brigitte Kieffer είναι επίσης διευθύντρια Ερευνών στο Ινστιτούτο Illkrich Γενετικής, Μοριακής και Κυτταρικής Βιολογίας (IGBMC) της Γαλλίας αλλά και επιστημονική διευθύντρια στο Ερευνητικό Κέντρο Douglas του Πανεπιστημίου McGill στο Μόντρεαλ του Καναδά.

Brigitte Kieffer, 2014 L'Oréal-UNESCO Awards Laureate for Europe. Credit: Julian Dufort

Η καθηγήτρια Kieffer, που εξελέγη μέλος της Γαλλικής Ακαδημίας Επιστημών τον Δεκέμβριο του 2013, επιβραβεύεται για το ερευνητικό έργο της σχετικά με τους μηχανισμούς του εγκεφάλου που εμπλέκονται στον πόνο, στα ψυχικά νοσήματα και στον εθισμό στα ναρκωτικά. Το 1992 ήταν η πρώτη επιστήμονας που πέτυχε να απομονώσει το γονίδιο για τον υποδοχέα οπιοειδών στον εγκέφαλο. Ο υποδοχέας αυτός παίζει καθοριστικό ρόλο στην ανακούφιση του πόνου και αποτελούσε στόχο των ερευνητών για περισσότερο από δεκαπέντε χρόνια. Τα ευρήματα της γαλλίδας βιολόγου άνοιξαν τον δρόμο για νέες θεραπείες καταπολέμησης του πόνου, του εθισμού και της κατάθλιψης.

Πώς το φυτοπλαγκτόν μπορεί να φέρει Εποχή των Παγετώνων, Iron Fertilization Helped Plankton Thrive During The Last Ice Age

Σκόνη από τη Νότιο Αμερική (η κοκκινωπή ροή στα αριστερά) μεταφέρεται με τον άνεμο και λιπαίνει τους ωκεανούς. A team of researchers led by scientists at Princeton University and ETH Zurich have confirmed that dust brought iron to the Subantarctic zone in the northern part of the Southern Ocean. This region lies in the path of the winds that blow off South America, South Africa and Australia. During the last ice age, an increase in the supply of dust to the Subantarctic region fertilized the ocean, stimulating marine productivity and causing nitrogen to be drawn down to low levels. The associated increase in the efficiency of carbon sequestration into the deep ocean can explain part of the atmospheric CO2 decrease observed during the last ice age. The image shows the emission and transport of dust and other important aerosols to the Southern Ocean on Dec. 30, 2006. Dust is represented with orange to red colors, sea salt with blue, organic and black carbon with green to yellow, and sulfates with ash brown to white. In the image, a plume of dust has been emitted from southern South America and is being transported eastward over the Subantarctic Atlantic Ocean. Credit: Image courtesy of William Putman and Arlindo da Silva, NASA/Goddard Space Flight Center

Έρευνα στα ιζήματα του βυθού έξω από τη Νότιο Αφρική δείχνει να επιβεβαιώνει τις υποψίες για το ρόλο του φυτοπλαγκτού στο παγκόσμιο κλίμα: σίδηρος και άλλα θρεπτικά συστατικά που μεταφέρονται με τον άνεμο από την ξηρά στους ωκεανούς μπορούν να προκαλέσουν εκρηκτική αύξηση των μονοκύτταρων φυτών, τα οποία με τη σειρά τους απορροφούν το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και ρίχνουν τη θερμοκρασία του πλανήτη.

Η μεταφορά

Nitrogen is a critical building block for marine algae, yet the plankton in the Southern Ocean north of Antarctica leave much of it unused partly because they lack another needed nutrient, iron. The late John Martin hypothesized that dust-borne iron carried to the region by winds during ice ages may have fertilized the marine algae, allowing more of the Southern Ocean nitrogen to be used for growth and thus drawing CO2 into the ocean. To confirm Martin's hypothesis, the researchers measured isotopes of nitrogen in a sediment sample collected from a site that lies within the path of the winds that deposit iron-laden dust in the Subantarctic zone of the Southern Ocean (labeled ODP Site 1090). They found that the ratios of the types of nitrogen in the sample coincided with the predictions of Martin's hypothesis. The colors indicate simulated ice-age dust deposition from low to high (blue to red). The black contour lines show the concentrations of nitrate (a form of nitrogen) in modern surface waters. (Image courtesy of Alfredo Martínez-García of ETH Zurich and Science/AAAS)

Η τελευταία μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Science», δείχνει ότι η μεταφορά σιδήρου και άλλων θρεπτικών συστατικών μέσω των ανέμων μπορεί να επιταχύνει τη μετάβαση του πλανήτη σε παγετώδεις περιόδους. Η λίπανση της θάλασσας με σίδηρο έχει εξάλλου προταθεί ως μέθοδος γεωμηχανικής για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής.

Η ιδέα ότι η θρεπτική σκόνη που φτάνει στους ωκεανούς τροφοδοτεί το φυτοπλαγκτό προτάθηκε τη δεκαετία του 1980, μέχρι σήμερα όμως οι ενδείξεις ήταν λιγοστές. Διεθνής ερευνητική ομάδα παρουσιάζει τώρα τα αποτελέσματα των μετρήσεων σε ιζήματα που ανασύρθηκαν από το βυθό έξω από τη νοτιοδυτική ακτή της Νοτίου Αφρικής.

Οι ερευνητές μέτρησαν το ρυθμό απόθεσης ιζημάτων, καθώς το άζωτο στα οργανικά υλικά των ιζημάτων, το οποίο είναι βασικό θρεπτικό συστατικό για το φυτοπλαγκτό και θεωρείται δείκτης μικροβιακής δραστηριότητας: όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία αζώτου στα δείγματα, τόσο πλουσιότερα πρέπει να ήταν τα νερά σε μικροοργανισμούς όταν αποτέθηκαν τα ιζήματα.

Σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα της ραδιοχρονολόγησης με άνθρακα-14, οι ερευνητές μπόρεσαν να σχηματίζουν μια εικόνα για τις μεταβολές στους πληθυσμούς του φυτοπλαγκτού τα τελευταία 160.000 χρόνια.

Η σχέση

Microscopic image of a live planktonic foraminifera species Globigerina bulloides. A team led by Princeton and ETH Zurich researchers analyzed the organic nitrogen trapped within the walls of the fossil shells of this organism in order to reconstruct past ocean nutrient changes. For scale, the spines radiating away from the shell are 1 to 1.5 millimeters long. (Photo courtesy of Howard Spero, University of California-Davis)

Πράγματι, η ανάλυση αποκάλυψε μια στενή σχέση ανάμεσα στο ρυθμό απόθεσης σκόνης, τη βιολογική παραγωγικότητα και το ποσό του αζώτου στα δείγματα. Η σχέση αυτή ήταν εμφανής στη διάρκεια των τελευταίων δύο παγετωδών περιόδων, καθώς και σε άλλες περιόδους χαμηλών θερμοκρασιών.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι, σε εποχές σχετικά υψηλών θερμοκρασιών, ο ωκεανός έξω από τη Νότιο Αφρική δεχόταν θρεπτική σκόνη που μετέφεραν οι άνεμοι από της ερήμους της Παταγονίας.

Όταν η θερμοκρασία έπεφτε, η μεταφορά σκόνης από τη Νότιο Αφρική επιταχυνόταν: η συσσώρευση πάγων στους πόλους έριχνε τη στάθμη της θάλασσας και αποκάλυπτε έτσι μεγάλες εκτάσεις που σήμερα βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια του νερού. Οι εκτεθειμένες εκτάσεις σταδιακά ξηραίνονταν, οπότε ο άνεμος μπορούσε να μεταφέρει ακόμα μεγαλύτερες ποσότητες σκόνης στη θάλασσα, λιπαίνοντας περισσότερο το φυτοπλαγκτό.

Το φυτοπλαγκτό πολλαπλασιαζόταν, απορροφούσε περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, ως πρώτη ύλη για τη φωτοσύνθεση, και όταν πέθαινε βυθιζόταν στο βυθό, παρασύροντας μαζί του όλο αυτόν τον άνθρακα. Η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας τελικά έπεφτε και επιτάχυνε τη μετάβαση σε μια εποχή των παγετώνων.

Οι ερευνητές αναγνωρίζουν πάντως ότι η αύξηση του φυτοπλαγκτού από τη λίπανση εξηγεί μόνο το ήμισυ της αλλαγής στα επίπεδα του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα κατά τη μετάβαση από μια μεσοπαγετώδη σε μια παγετώδη περίοδο. Με άλλα λόγια, η σκόνη ίσως επιτάχυνε την ψύξη του πλανήτη, δεν θα μπορούσε όμως από μόνη της να βάλει τον πλανήτη στην κατάψυξη. Όπως φαίνεται όμως οι μικροοργανισμοί της θάλασσας παίζουν σημαντικό ρόλο στο παγκόσμιο κλίμα.