Πλανητάριο

Οι απαρχές

Ο Αρχιμήδης κατείχε μια αρχέγονη συσκευή που μπορούσε να δείξει τις κινήσεις του Ηλίου, της Σελήνης και των πλανητών. Η ανακάλυψη του Μηχανισμού των Αντικυθήρων απέδειξε ότι τέτοιες και ακόμα πιο πολύπλοκες συσκευές υπήρχαν ήδη κατά την αρχαιότητα. Ο Ιωάννης Καμπάνος (1220-1296 μ.Χ.) περιέγραψε ένα πλανητάριο στο έργο του Theorica Planetarum, με οδηγίες για την κατασκευή του. Αυτές οι συσκευές είχαν μικρό μέγεθος. Μόλις στα τέλη του 18ου αιώνα ορισμένοι εκπαιδευτικοί επεχείρησαν να κατασκευάσουν μεγαλύτερης κλίμακας προσομοιώσεις των ουρανών. Οι προσπάθειες του Άνταμ Γουόκερ (1730-1821) και των γιων του είναι αξιοσημείωτες για την απόπειρα εισαγωγής θεατρικών ψευδαισθήσεων στο εκπαιδευτικό έργο. Το «Ειδουράνιον» (Eidouranion) του Γουόκερ αποτελούσε το επίκεντρο των δημόσιων διαλέξεών-θεατρικών παρουσιάσεών του. Ο γιος του περιγράφει αυτό τον μηχανισμό ως «20 πόδια (6 μέτρα) ψηλό, με διάμετρο 27 ποδών (8,2 μέτρων): στέκεται καθέτως ενώπιον των θεατών και οι σφαίρες του είναι τόσο μεγάλες ώστε να φαίνονται όλες από τα πιο απομακρυσμένα σημεία της θεατρικής αίθουσας. Ο κάθε πλανήτης και δορυφόρος φαίνεται να αιωρείται στον χώρο χωρίς υποστήριξη, εκτελώντας τις ετήσιες και ημερήσιες περιφορές τους χωρίς να διακρίνεται ο μηχανισμός». Κι άλλοι εκλαϊκευτές της Αστρονομίας προώθησαν δικές τους συσκευές: ο Λόυντ (R. E. Lloyd) το «Διοαστρόδοξον» (Dioastrodoxon) και το 1825 ο Γουίλιαμ Κίτσενερ (William Kitchener) την «Ουρανολογία» (Ouranologia), που είχε διάμετρο 42 πόδια (12,8 μέτρα). Αυτές όμως οι συσκευές μάλλον θυσίαζαν την αστρονομική ακρίβεια για θέαμα που εντυπωσίαζε τα πλήθη.
Το αρχαιότερο πλανητάριο που λειτουργεί ακόμα βρίσκεται στη μικρή ολλανδική πόλη Φράνεκερ. Κατασκευάσθηκε από τον Eise Eisinga (1744-1828) στο σαλόνι του σπιτιού του με επταετή εργασία και ολοκληρώθηκε το 1781.
Το 1905 ο Γερμανός Όσκαρ φον Μίλερ (1855-1934) του Deutsches Museum στο Μόναχο παρήγγειλε όλο και πιο βελτιωμένα μοντέλα ενός μηχανικού πλανηταρίου από τον M. Sendtner. Αργότερα, συνεργάσθηκε με τον Φραντς Μάγιερ, αρχιμηχανικό στην εταιρεία οπτικών Carl Zeiss (Τσάις), στην Ιένα, για να κατασκευάσουν το μεγαλύτερο μηχανικό πλανητάριο στην Ιστορία, ικανό να δείχνει τόσο την ηλιοκεντρική όσο και τη γεωκεντρική κίνηση. Αυτό επιδείχθηκε τελικά στο Deutsches Museum το 1924, αφού η κατασκευή είχε διακοπεί από τον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο. Οι πλανήτες του κινούνταν πάνω σε σιδηροτροχιές με τη βοήθεια ηλεκτρικών κινητήρων: η τροχιά του Κρόνου είχε διάμετρο 11,25 μέτρα. Επιπλέον, 180 αστέρες προβάλλονταν στους τοίχους από ηλεκτρικούς λαμπτήρες.
Στο μεταξύ ο φον Μίλερ συνεργαζόταν στο εργοστάσιο της Τσάις με τον Γερμανό αστρονόμο Μαξ Βολφ, διευθυντή στο αστεροσκοπείο του Πανεπιστημίου της Χαϊδελβέργης, πάνω σε ένα εντελώς νέο σχέδιο, επηρεασμένο από τις ιδέες του Βάλτερ Μπάουερσφελντ της Τσάις. Το τελικό σχέδιο ήταν ένα πλανητάριο στο οποίο όλες οι κινήσεις των αστέρων και πλανητών θα παράγονταν μέσα σε ένα μηχανισμό οπτικής προβολής, ο οποίος θα ήταν εγκατεστημένος στο κέντρο της αίθουσας και θα προέβαλλε τα είδωλά τους πάνω σε ημισφαιρική λευκή επιφάνεια στην οροφή. Τον Αύγουστο του 1923, το πρώτο (Model I) πλανητάριο της Zeiss προέβαλε εικόνες του νυκτερινού ουρανού πάνω στη σοβαντισμένη επιφάνεια ενός τσιμεντένιου ημισφαιρικού θόλου 16 μέτρων που ανεγέρθηκε στην οροφή του εργοστασίου της. Η πρώτη επίσημη δημόσια προβολή έγινε στο Deutsches Museum στο Μόναχο, στις 21 Οκτωβρίου 1923.
Πριν τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο σχεδόν όλα τα πλανητάρια στον κόσμο κατασκευάζονταν από την Zeiss.

Μετά τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο

Με τη μεταπολεμική διαίρεση της Γερμανίας σε Ανατολική και Δυτική, η εταιρεία Zeiss διασπάσθηκε. Το ένα μέρος παρέμεινε στην Ιένα (Ανατολική Γερμανία), ενώ ένα άλλο επανιδρύθηκε στη Δυτική Γερμανία. Ο κατασκευαστής των πρώτων πλανηταρίων, ο Βάλτερ Μπάουερσφελντ, παρέμεινε στην Ιένα μέχρι τον θάνατό του το 1959.
Ο δυτικογερμανικός κλάδος της Τσάις ξανάρχισε την κατασκευή μεγάλων πλανηταρίων το 1954, ενώ ο ανατολικογερμανικός κλάδος άρχισε να κατασκευάζει μικρά πλανητάρια λίγα χρόνια αργότερα. Στον υπόλοιπο κόσμο υπήρχε ακόμα έλλειψη κατασκευαστών πλανηταρίων. Πρωτοπόροι στις ΗΠΑ υπήρξαν οι αδελφοί Korkosz, που είχαν ασχοληθεί με το θέμα ήδη προπολεμικά. Μετά τον πόλεμο έφτιαξαν ένα μεγάλο προβολέα για το Μουσείο Επιστήμης της Βοστώνης, που ήταν ο πρώτος στην ιστορία (και για πολλά χρόνια μετά ο μοναδικός) που έδειχνε και τον πλανήτη Ουρανό (τα περισσότερα πλανητάρια δείχνουν τους πλανήτες μέχρι και τον Κρόνο, αφού ο Ουρανός είναι μόλις ορατός με γυμνό μάτι και οι άλλοι δύο αόρατοι). Επίσης, ένα πρωτοπόρο διαφορετικό μοντέλο κατασκευάσθηκε από την Ακαδημία Επιστημών της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο και λειτούργησε από το 1952 ως το 2003.
Η μεγάλη ώθηση στη δημοτικότητα του πλανηταρίου παγκοσμίως δόθηκε από την «κούρσα του διαστήματος», μετά το 1960. Η Ιαπωνία εγκαινίασε τότε την κατασκευή πλανηταρίων με τις εταιρείες Goto και Minolta, που σημείωσαν επιτυχία με αρκετά διαφορετικά μοντέλα. Το ιαπωνικό Υπουργείο Παιδείας εγκατέστησε τα μικρότερα μοντέλα της δεύτερης εταιρείας, τα E-3 και E-5 (οι αριθμοί υποδηλώνουν τη διάμετρο του θόλου σε μέτρα), σε κάθε δημοτικό σχολείο της χώρας. Εκείνη τη δεκαετία εγκαινιάσθηκε και το μεγαλύτερο μέχρι σήμερα πλανητάριο στις ΗΠΑ, που είναι το Πλανητάριο Χέυντεν στη Νέα Υόρκη, με διάμετρο θόλου 20 μέτρα.
Τη δεκαετία του 1970, το σύστημα κινηματογραφικής προβολής OmniMax (σήμερα γνωστό ως IMAX θόλου) επινοήθηκε ειδικά για οθόνες πλανηταρίου.
Στην Ελλάδα το πρώτο σύγχρονο πλανητάριο, και μέχρι πρόσφατα το μοναδικό, λειτούργησε για πρώτη φορά το 1966 στο Ευγενίδειο Ίδρυμα, στο Παλαιό Φάληρο, με προβολέα Zeiss Mark IV. Σταμάτησε τη λειτουργία του μετά τον σεισμό του Σεπτεμβρίου 1999. Το 2003 προστέθηκαν δύο νέες πτέρυγες στο οικοδομικό συγκρότημα του Ιδρύματος Ευγενίδου εκ των οποίων η μία περιλαμβάνει το νέο Ευγενίδειο Πλανητάριο με θόλο προβολής 25 μέτρων (τον μεγαλύτερο θόλο πλανηταρίου σε όλη την Ευρώπη και Αμερική, αν και ορισμένα πλανητάρια στην Ασία έχουν μεγαλύτερο θόλο) με προβολές ψηφιακών παραστάσεων και ταινιών ντοκιμαντέρ OmniMax. Το δεύτερο πλανητάριο στην Ελλάδα με θόλο προβολής 18 μέτρων άνοιξε το 2005 στο Κέντρο Διάδοσης Επιστημών και Τεχνικό Μουσείο ΝΟΗΣΙΣ της Θεσσαλονίκης.

Η χρήση υπολογιστών στο πλανητάριο

Το 1983 η εταιρεία Evans & Sutherland εγκατέστησε τον πρώτο προβολέα πλανηταρίου που μπορούσε να δείχνει γραφικά υπολογιστή (το Πλανητάριο Hansen στο Σολτ Λέικ Σίτυ) — τον Digistar I που χρησιμοποιούσε σύστημα διανυσματικών γραφικών.
Η τελευταία γενιά πλανηταρίων προσφέρει πλήρως ψηφιακό σύστημα προβολής με τεχνολογία «βίντεο πλήρους θόλου», που δίνει στον χειριστή μεγάλη ευελιξία στο να δείχνει όχι μόνο τον γήινο ουρανό, αλλά και όποια άλλη εικόνα επιθυμεί (συμπεριλαμβανομένου του νυκτερινού ουρανού όπως φαίνεται από άλλους πλανήτες).
Μία νέα γενιά οικιακών πλανηταρίων (ορθότερα: φορητών συστημάτων προβολής) δημιουργήθηκε (περ. 2004) στην Ιαπωνία από τη συνεργασία δύο εταιρειών: το «Πλανητάριο Homestar» μπορεί να μεταφερθεί σε μία τσάντα και προορίζεται για οικιακή χρήση, ωστόσο η ικανότητά του να προβάλλει 10.000 αστέρες στην οροφή το καθιστά ημιεπαγγελματικό

Παραδοσιακοί προβολείς

Ο παραδοσιακός προβολέας πλανηταρίου είναι ο μηχανοοπτικός. Διαθέτει μία κοίλη σφαίρα με ισχυρή πηγή φωτός στο κέντρο της και μία πολύ μικρή τρύπα για κάθε απλανή αστέρα («σφαίρα των άστρων»). Για τους φωτεινότερους αστέρες (όπως ο Σείριος, ο Κάνωπος και ο Βέγας), η οπή πρέπει να είναι μεγαλύτερη ώστε να αφήνει αρκετό φως, οπότε υπάρχει ένας μικρός φακός σε αυτή που εστιάζει το φως σε ένα σημείο του θόλου. Σε μεταγενέστερες «σφαίρες των άστρων», οι φωτεινότεροι αστέρες έχουν συχνά τον δικό του προβολέα ο καθένας με τη μορφή μικρών στύλων με φακούς. Αυτόματοι διακόπτες σβήνουν τους προβολείς όταν στρέφονται κάτω από τον ορίζοντα.
Η «σφαίρα των άστρων» έχει στήριξη τέτοια ώστε να μπορεί να περιστρέφεται για να προσομοιώνει την ημερήσια περιστροφή της ουράνιας σφαίρας, καθώς και να μεταβάλλει το προσομοιούμενο γεωγραφικό πλάτος. Συνήθως υπάρχει και μία άλλη περιστροφική κίνηση για το φαινόμενο της μεταπτώσεως των ισημεριών. Συνήθως, η σφαίρα στηρίζεται πάνω στον νότιο εκλειπτικό πόλο της, πράγμα που απαγορεύει τη θέαση του νότιου τμήματος της ουράνιας σφαίρας. Οι πλήρεις προβολείς πλανηταρίου έχουν δύο «σφαίρες των άστρων» σε αντίθετα άκρα ενός άξονα στηρίξεως και μπορούν να δείξουν όλους τους αστέρες.
Οι μικρότεροι προβολείς πλανηταρίου προβάλλουν λίγες χιλιάδες απλανείς, τον Ήλιο, τη Σελήνη, τους πλανήτες μέχρι και τον Κρόνο και μερικά νεφελώματα. Οι μεγαλύτεροι μπορούν να προβάλουν και κομήτες, όπως και πολλούς περισσότερους απλανείς αστέρες. Πρόσθετοι προβολείς μπορεί να δείχνουν το λυκαυγές-λυκόφως, τον Γαλαξία, γραμμές συντεταγμένων, αστερισμούς και φωτογραφικές διαφάνειες (σλάιντς).
Ο κάθε πλανήτης προβάλλεται από ένα προβολέα «σποτ» ακριβούς εστιάσεως ως μία κηλίδα φωτός στον θόλο. Ο προβολέας αυτός περιστρέφεται πάνω σε ένα μηχανισμό με γρανάζια ώστε να δείχνει τις κινήσεις του πλανήτη του.
Παρά την ακρίβεια των παραστάσεων που αποδίδουν, οι παραδοσιακοί προβολείς με «σφαίρα των άστρων» έχουν από τη φύση τους αρκετούς περιορισμούς. Από πρακτική άποψη, τα χαμηλά επίπεδα φωτός απαιτούν αρκετά λεπτά προσαρμογής των ματιών του κοινού στο σκοτάδι. Από εκπαιδευτική άποψη, περιορίζεται από την έλλειψη δυνατότητας για μια άποψη του Σύμπαντος από ένα σημείο του μακριά από τη Γη. Τέλος, μία επιπλέον αδυναμία των περισσότερων παραδοσιακών προβολών είναι ότι τα διάφορα ανεξάρτητα συστήματα προβολέων δεν μπορούν να αναπαραστήσουν με ακρίβεια μία επιπρόσθηση. Αυτό σημαίνει ότι το είδωλο ενός πλανήτη προβαλλόμενο πάνω π.χ. από ένα αστρικό πεδίο αφήνει να φαίνονται μέσα του οι αστέρες που θεωρητικά αποκρύπτει από εμάς. Ακόμα χειρότερα, σε κάποια πλανητάρια μπορεί να φαίνονται αστέρες κάτω από τον ορίζοντα, να προβάλλονται στους τοίχους κάτω από την οθόνη, ή ακόμα και στο πάτωμα, με το πρόσθετο πρόβλημα η ακτίνα φωτός που τα παράγει να πέσει στο μάτι κάποιου θεατή.
Ωστόσο, η νέα γενιά μηχανοοπτικών προβολέων που χρησιμοποιεί τεχνολογία οπτικών ινών για την προβολή των αστέρων, δείχνει μια πολύ ρεαλιστικότερη εικόνα του ουρανού και είναι πολύ ανώτερη από τους ψηφιακούς προβολείς ως προς το θέμα αυτό.

Ψηφιακοί προβολείς

Ολοένα και περισσότερα πλανητάρια χρησιμοποιούν ψηφιακή τεχνολογία για την αντικατάσταση ολόκληρου του συστήματος προβολέων. Οι υπέρμαχοί της επικαλούνται μειωμένο κόστος για συντήρηση και αυξημένη αξιοπιστία από τέτοια συστήματα σε σύγκριση με τις παραδοσιακές «σφαίρες των άστρων», καθώς έχουν λιγότερα κινούμενα μέρη και δεν απαιτούν γενικά συγχρονισμό των κινήσεων μεταξύ αρκετών διαχωρισμένων συστημάτων. Κάποια πλανητάρια συνδυάζουν την παραδοσιακή μηχανοοπτική προβολή με τις ψηφιακές τεχνολογίες πάνω στον ίδιο θόλο.
Σε ένα πλήρως ψηφιακό πλανητάριο κάθε εικόνα στον θόλο παράγεται από έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή και μετά προβάλλεται πάνω στην οθόνη με κάποια τεχνολογία όπως οι CRT, LCD, DLP ή λέιζερ. Σε κάποια μοντέλα ένας μοναδικός προβολέας στο κέντρο της αίθουσας διαθέτει ένα φακό τύπου «μάτι ψαριού» που απλώνει το φως του σε ολόκληρη την επιφάνεια του θόλου, ενώ σε άλλα πλανητάρια αρκετοί προβολείς κατά μήκος της περιφέρειας του θόλου είναι διατεταγμένοι με τρόπο ώστε το φως τους να σμίγει χωρίς να διακρίνονται τα όρια του φωτός του καθενός.
Τα ψηφιακά συστήματα προβολής δημιουργούν όλα μια εικόνα του νυκτερινού ουρανού ως ένα σύνολο από πίξελ: όσο περισσότερα τα πίξελ, τόσο καλύτερη η εικόνα. Η πρώτη γενιά ψηφιακών προβολέων δεν είχαν αρκετά πίξελ για να φθάσουν την ποιότητα της εικόνας των καλύτερων μηχανοοπτικών προβολέων με «σφαίρα των άστρων», αλλά τα σημερινά ψηφιακά συστήματα προσφέρουν πλέον διακριτική ικανότητα που πλησιάζει το όριο της οξύτητας της ανθρώπινης όρασης, καθιστώντας τις εικόνες τους ισάξιες με εκείνες των άριστων μηχανοοπτικών προβολέων για τα περισσότερα μάτια.
Ωστόσο, οι ψηφιακοί προβολείς δεν δείχνουν ποτέ σημειακά είδωλα αστέρων, όπως αυτά που βλέπουμε στον αληθινό ουρανό, ενώ και τα χρώματα των αστέρων δεν αποδίδονται σωστά. Οι προβολείς LCD έχουν σοβαρούς θεμελιώδεις περιορισμούς στην ικανότητα να δείχνουν το πραγματικό μαύρο και λευκό φως, πράγμα που περιορίζει τη χρήση τους σε πλανητάρια. Οι προβολείς με LCOS έχουν βελτιωμένους λόγους αντιθέσεων σε σχέση με τις LCD, ενώ απουσιάζουν και τα μικρά κενά ανάμεσα σε γειτονικά πίξελ των LCD. Καθώς η τεχνολογία ωριμάζει και μειώνονται οι τιμές, η προβολή με λέιζερ μοιάζει να υπόσχεται πολλά για την προβολή σε θόλο, αφού προσφέρει φωτεινές εικόνες με μεγάλη αντίθεση, και πολύ ευρύ χρωματικό χώρο.

Περιεχόμενο των παραστάσεων πλανηταρίου

Τα περισσότερα πλανητάρια στον κόσμο κάνουν παραστάσεις για το γενικό κοινό. Μεγάλη δημοτικότητα έχουν θέματα απλά, όπως του τύπου «Τι είναι στον ουρανό απόψε;» (για τις πιο νεφοσκεπείς χώρες), ή παραστάσεις που συνδέονται με τοπικά θέματα, όπως μια θρησκευτική εορτή (με κλασικότερη ανάμεσά τους αυτή για το Άστρο των Χριστουγέννων). Η εκφώνηση μπορεί να είναι είτε ζωντανή, είτε προηχογραφημένη.
Από τις αρχές της δεκαετίας του 1990, τριδιάστατα ψηφιακά πλανητάρια έχουν δώσει ένα πρόσθετο βαθμό ελευθερίας στον παρουσιαστή, επειδή επιτρέπουν την προσομοίωση του ουρανού όπως φαίνεται από οποιοδήποτε σημείο του διαστήματος. Αυτή η νέα δυνατότητα εικονικής πραγματικότητας προσφέρει σημαντικά εκπαιδευτικά οφέλη, καθώς μεταδίνει ζωντανά τη γνώση ότι ο χώρος γύρω από τη Γη έχει βάθος, βοηθώντας έτσι το κοινό να εγκαταλείψει την αρχαία εντύπωση ότι οι αστέρες είναι «κολλημένοι» στο εσωτερικό μιας γιγάντιας ουράνιας σφαίρας και να κατανοήσει την πραγματική δομή του Ηλιακού Συστήματος και του πέραν αυτού χώρου. Π.χ. ένα πλανητάριο μπορεί σήμερα να «πετάξει» το κοινό του προς ένα γνωστό αστερισμό όπως ο Ωρίων και να του αποκαλύψει ότι τα άστρα που εμφανίζονται να αποτελούν ένα συγκεκριμένο σχήμα από τη Γη βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις μεταξύ τους και δεν συνδέονται παρά μόνο στην ανθρώπινη φαντασία και τη μυθολογία.
Η μουσική αποτελεί επίσης ένα σημαντικό στοιχείο για τη συμπλήρωση της εμπειρίας που αποκομίζει ο θεατής από μία καλή παράσταση πλανηταρίου. Συχνά ανήκει στα είδη της διαστημικής μουσικής, του διαστημικού ροκ ή της κλασικής μουσικής.