กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเป็นกล้องชนิดใด

หลังจากที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ ทายาทของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้ฤกษ์ปล่อยตัวขึ้นสู่อวกาศและเข้าสู่ขั้นตอนการทดสอบระบบต่าง ๆ ก่อนที่จะเริ่มทำภารกิจในการไขความลับจักรวาลต่อจากกล้องฮับเบิล แต่ในอีกไม่เกิน 5 ปีข้างหน้า NASA ก็มีแผนที่จะส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศอีกชิ้นขึ้นไปช่วยกล้อง เจมส์ เวบบ์ในการทำภารกิจในการไขความลับจักรวาล โดยกล้องโทรทรรศน์ตัวใหม่ที่จะถูกส่งขึ้นไปทำการสำรวจอวกาศนี้มีชื่อว่า Nancy Grace Roman Space Telescope (ชื่ออย่างเป็นทางการ “WFIRST” ซึ่งย่อมาจาก Wide Field Infrared Survey Telescope) เป็นกล้องโทรทรรศน์สำหรับการสำรวจอวกาศในมุมกว้างโดยรับภาพในย่านคลื่นแสงที่ตามองเห็นและคลื่นอินฟราเรด

โดยข้อดีของการมองภาพในย่านความถี่อินฟราเรดนี้คือจะทำให้กล้องโรมันสามารถมองเห็นวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำและแสงน้อยได้ เช่น กลุ่มแก๊ส ฝุ่น และดาวที่ซ่อนอยู่ด้านหลังภาพที่ปกติถูกบดบังด้วยฝุ่นหมอกแก็สทึบแสงที่อยู่ด้านหน้า

สำหรับชื่อ Nancy Grace Roman นี้ตั้งขึ้นเพื่อเป็นเกียรติให้กับ ดร. Nancy Roman (1925-2018) หัวหน้าทีมนักดาราศาสตร์คนแรกของ NASA ผู้ที่ได้ฉายา “Mother of Hubble” ซึ่งเป็นผู้ที่มีส่วนสำคัญในการผลักดันโครงการพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลจากแนวคิดสู่การสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศชิ้นแรกของโลก ซึ่งก็ได้ช่วยเบิกเนตรให้กับมนุษยชาติด้วยการมองลึกเข้าไปในจักรวาลอันกว้างใหญ่ไร้สิ้นสุดมาจวบจนปัจจุบันซึ่งก็ยังไม่ปลดระวาง

โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศใหม่ทั้ง 2 ชิ้นนี้จะมีความสามารถที่โดดเด่นต่างกันโดย กล้อง เจมส์ เวบบ์ นั้นเน้นมองไกลลึกเข้าไปยังช่วงเวลาไม่นานหลังจากเกิด Bigbang (เหตุการณ์การก่อกำเนิดจักรวาลตามทฤษฏีที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดในปัจจุบัน) แต่กล้องโทรทรรศน์โรมันนี้จะสามารถมองท้องฟ้าในมุมมองที่กว้างกว่ากล้องฮับเบิลและกล้องเจมส์ เวบบ์ เป็นร้อยเท่าซึ่งจะช่วยให้นักดาราศาสตร์ไม่พลาดเหตุการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นบนฟากฟ้า

ทายาทสายตรงของกล้องฮับเบิล

กล้องโรมันนั้นจะมมีตัวโครงสร้างหน้าตาที่จะดูไม่ต่างจากกล้องฮับเบิลมากนัก รวมถึงรูปแบบและขนาดของกระจกรวมแสงที่เหมือนกันราวกับฝาแฝด จนมันควรจะเรียกได้ว่าเป็นทายาทโดยตรงของกล้องฮับเบิล(เมื่อเปรียบเทียบกับกล้องเจมส์ เวบบ์)

แต่แม้หน้าตาคล้ายกันแต่ความสามารถนั้นแตกต่างกันมาก โดยกล้องโรมันนั้นแม้จะมีกระจกรวมแสงขนาดเท่ากับกล้องฮับเบิลแต่ด้วยเทคโนโลยีการผลิตที่พัฒนาขึ้นทำให้มีน้ำหนักเบากว่ากระจกรวมแสงที่อยู่ในกล้องฮับเบิลถึง 4  เท่า และถึงแม้ว่าพื้นที่ของกระจกรวมแสงน้อยกว่ากล้องเจมส์ เวบบ์ เยอะ แต่ด้วยจำนวนเซนเซอร์รับภาพที่มากกว่า 18 ตัวและเซนเซอร์แต่ละชิ้นก็มีขนาดใหญ่กว่าของกล้องเจมส์ เวบบ์ 4 เท่า ทำให้กล้องโรมันนั้นมีความสามารถในการถ่ายภาพมุมกว้างด้วยความละเอียดสูงที่เหนือกว่ากล้องฮับเบิลและกล้องเจมส์ เวบบ์ มาก

เปรียบเทียบง่าย ๆ กล้องโรมันเหมือนกล้องที่ใช้เลนส์ไวด์ ส่วนกล้องเจมส์ เวบบ์ ก็เป็นกล้องที่ใช้เลนส์ซูม โดยกล้องโรมันสามารถให้ภาพความละเอียดสูงเท่ากล้องฮับเบิลแต่มีมุมมองภาพกว้างกว่าเป็น 100 เท่า โดยที่เป็นการถ่ายภาพด้วยความละเอียดสูงเท่ากัน

ดังนั้นแล้วกล้องโรมันที่แม้จะดูว่ามีกำลังขยายในการมองไปในระยะไกลได้น้อยกว่าแต่ก็มีประโยชน์ในการสำรวจอวกาศแบบมองกวาดมากกว่า ซึ่งถ้าหากใช้กล้องโรมันเพื่อสำรวจท้องฟ้าในพื้นที่เท่ากันกับที่กล้องฮับเบิลเคยใช้เวลาประมาณ 21 วันในการสำรวจ แต่กล้องโรมันสามารถทำเสร็จได้ภาพที่ต้องการได้ในเวลาเพียงครึ่งชั่วโมงโดยได้ความละเอียดภาพเท่ากัน

เมื่อเซนเซอร์ใหญ่กว่ามาก ข้อมูลก็ย่อมมหาศาลตามด้วย

โดยข้อมูลที่ส่งจากกล้องฮับเบิลกลับมายังโลกนั้นอยู่ที่ประมาณวันละ 2.7 GB แต่ข้อมูลที่ได้จากกล้องโรมันในแต่ละวันนั้นจะมีมากกว่า 1.375 Tb เลยทีเดียว เพราะแน่นอนว่าด้วยการถ่ายภาพมุมกว้างความละเอียดสูงย่อมจะมีข้อมูลที่ได้รับขึ้นมาเป็นปริมาณมากด้วย

ซึ่งแน่นอนว่า NASA ก็ได้เตรียมอัพเกรดระบบรับ-ส่งข้อมูล รวมถึงได้มีการพัฒนาระบบ Cloud เพื่อให้สามารถรองรับการแชร์ข้อมูลไปยังเครือข่ายนักดาราศาสตร์ทั่วโลกเพื่อช่วยกันประมวลผลและวิเคราะห์ภาพถ่ายหรือเหตุการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในทุก ๆ วันบนฟากฟ้า

ทีเด็ดที่ไม่ใช่แค่ความสามารถในการเก็บภาพมุมกว้าง 

ความสามารถที่น่าสนใจอีกอย่างของกล้องโรมันนั้นคือการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้โดยตรงด้วยชุดอุปกรณ์ที่เรียกกว่า Coronagraph ซึ่งจะทำการลบแสงจากดาวฤกษ์ที่ดาวเคราะห์เหล่านั้นโคจรอยู่โดยรอบออกไปและทำให้เราสามารถมองเห็นดาวเคราะห์ได้โดยตรง

ปัจจุบันเราสามารถถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้แล้ว แต่ก็ได้แต่กับดาวเคราะห์เกิดใหม่ขนาดใหญ่ที่ร้อนจัดซึ่งโคจรอยู่ใกล้กับดาวแม่ เพราะการจะถ่ายภาพดาวเคราะห์เหล่านี้ได้เราต้องอาศัยการถ่ายภาพในช่วงคลื่นอินฟราเรดซึ่งแผ่รังสีออกมาจากวัตถุที่ร้อนมาก ๆ รวมกับการใช้เทคนิคบังแสงดาวเข้าช่วยเราถึงจะถ่ายภาพดาวเคราะห์เหล่านี้ได้ แต่ด้วยชุดอุปกรณ์ Coronagraph ที่อยู่ในกล้องโรมันนี้จะทำให้เราสามารถถ่ายภาพของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในช่วงแสงปกติออกมาให้เราได้เห็นกันได้เป็นครั้งแรก

โดยหลักการนั้นจะอาศัยเทคนิคการลบแสงดาวที่คล้ายกับตอนที่เกิดสุริยุปราคาแบบเต็มดวง ซึ่งจะทำให้เราสามารถมองเห็นแสงจากดาวเคราะห์อื่นที่โคจรอยู่โดยรอบที่ไม่อาจมองเห็นได้ในเวลาปกติ

ทั้งนี้การถ่ายภาพดาวเคราะห์ในช่วงแสงปกติขณะที่โคจรรอบดาวแม่ก็เหมือนกับการพยายามถ่ายรูปหิ่งห้อยที่บินอยู่หน้าแผงโคมไฟสปอตไลท์ในสนามกีฬายามค่ำคืนนั่นเอง การถ่ายภาพตรง ๆ คงไม่มีวันได้เห็นยกเว้นเราจะมีที่บังแสงดาวหรืออุปกรณ์พิเศษที่จะสามารถลบแสงดาวออกไปได้จากภาพ

ซึ่งอุปกรณ์ Coronagraph นั้นไม่ได้บังแสงดาวเหมือนกับตอนเกิดสุริยุปราคาแต่เป็นการใช้ฟิลเตอร์พิเศษใส่เข้าไประหว่างลำแสงที่ส่งต่อไปยังเซนเซอร์รับภาพ ซึ่งฟิลเตอร์พิเศษนี้จะทำหน้าที่การสร้างคลื่นที่มีคลื่นความถี่ตรงกันข้ามกับแสงของดาวฤกษ์ที่เมื่อนำมารวมกันก็จะทำให้เกิดการหักล้างจนทำให้แสงของดาวนั้นหายไปจากภาพ

แต่ทั้งนี้การลบแสงดาวไม่ได้ทำได้ง่ายขนาดนั้น เพราะเมื่อแสงมีการเดินทางผ่านชุดอุปกรณ์ในทางเดินแสงก่อนจะไปถึงเซนเซอร์รับภาพก็จะเกิดการบิดเบือนเล็กน้อยจากการเลี้ยวเบนผ่านชิ้นเลนส์ต่าง ๆ ทำให้การสร้างคลื่นมาลบแสงดาวไม่สามารถทำได้อย่างสมบูรณ์ ยังคงมีแสงดาวที่ยังเหลืออยู่รบกวนและบดบังภาพดาวเคราะห์

ทำให้ต้องมีการออกแบบแผ่นกระจกสะท้อนแสงชนิดพิเศษที่ไม่ได้เป็นกระจกแผ่นเรียบธรรมดา โดยจะมีการติดตั้งลูกสูบที่ด้านหลังของแผ่นกระจกที่มีความยืดหยุ่นเพื่อให้สามารถปรับความโค้งของกระจกและเป็นการบังคับลำแสงเพื่อชดเชยการบิดเบือนแสงที่เกิดขึ้นจนทำให้สามารถลบแสงดาวได้เกือบหมด

ก่อนที่จะนำภาพที่ได้มาทำการปรับแต่งเพื่อดึงข้อมูลแสงที่ได้มาจากดาวเคราะห์ให้เด่นชัดขึ้นจนทำให้เราสามารถมองเห็นดาวเคราะห์ที่ลอยอยู่ใกล้กับดาวแม่ของพวกมัน

และด้วยการทำแบบนี้ก็จะทำให้เราสามารถมองเห็นวัตถุที่สลัวกว่าดาวแม่ของมันเป็นล้าน ๆ เท่าได้ด้วยกล้องโทรทัศน์อวกาศตัวใหม่นี้

เป้าหมายในการสำรวจแรกได้ถูกกำหนดไว้แล้ว

กล้องโรมันนั้นมีแผนการปล่อยขึ้นปฏิบัติการในปี 2025 โดยจะถูกส่งไปประจำการที่จุด L2 ในการเฝ้าสำรวจท้องฟ้าเหมือนกับกล้องเจมส์ เวบบ์ (แต่ก็คาดว่าจะมีความล่าช้ากว่าแผน เพราะอย่างรุ่นพี่ก็ล่าช้าไปร่วมสิบปี)

โดยในการทดสอบถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะกลับมาให้เราได้ชมกันนั้น NASA ได้มีการกำหนดเป้าหมายเอาไว้เป็นที่เรียบร้อยแล้วกับดาวเคราะห์แก็สในระบบดาว Upsilon Andromedae ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าดาวพฤหัสของระบบสุริยะเรา อยู่ห่างออกไปจากโลก 44 ปีแสงและดาวเคราะห์ดวงนี้ยังอยู่ในเขตบริเวณที่อยู่อาศัยได้(habitable zone) ของระบบดาวนี้เสียด้วย

ภารกิจหลักของกล้องโรมัน

นอกจากการกวาดตาสำรวจไปทั่วท้องฟ้าด้วยความสามารถการถ่ายภาพมุมกว้างด้วยความละเอียดสูงและถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะแล้วกล้องโรมันยังมีภารกิจหลักอื่นอีกคือ

1. ค้นหาดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลจากโลกด้วยการสังเกตปรากฏการณ์ microlensing

2. การศึกษาและพิสูจน์การมีอยู่ของ Dark Matter และ Dark Energy สสารและพลังงานมืดที่เรายังคงค้นหา โดยอาศัยการสังเกตปรากฏการณ์ microlensing ที่อาจจะเกิดจาก Dark Matter หรือ Dark Energy

Microlensing 101 กับการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ

microlensing หรือเลนส์ความโน้มถ่วงคือ ปรากฏการณ์ที่สนามแรงโน้มถ่วงนั้นทำหน้าที่บิดงอทางเดินของแสงเมื่อผ่านสนามแรงโน้มถ่วงความเข้มสูง ทำให้เสมือนว่าแสงนั้นวิ่งผ่านเลนส์นูนนั่นเอง ทำให้เราสามมารถมองย้อนอดีตได้ไกลมากขึ้นเมื่อมองผ่านเลนส์แรงโน้มถ่วงนี้

โดยความพิเศษของ microlensing นั้นนอกจากจะช่วยให้เรามองย้อนอดีตได้ไกลมากขึ้นแล้ว มันยังช่วยให้เราค้นหาดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลจากโลกได้ด้วย

ซึ่งในระบบดาวคู่ที่ดาว 2 ดวงโคจรผ่านหน้ากัน คลื่นความโน้มถ่วงจะบิดให้เกิดภาพฉากหลังของดาวอีกดวงโค้งงอเห็นเป็นวงแสงเหมือนกับกลดรอบดาวด้านหน้า

แต่หากมีดาวเคราะห์โคจรอยู่รอบดาวดวงข้างหน้าที่โคจรมาบังแล้วนั้นจะเกิดเหตุการณ์พิเศษคือ จะเกิดแสงสว่างวาบเป็นเวลาสั้น ๆ ซึ่งสาเหตุเป็นเพราะสนามโน้มถ่วงของดาวแม่และดาวเคราะห์เสริมกันจนทำให้เกิดการรวมแสงมากกว่าปกติ

โดยช่วงเวลาเกิดแสงวาบสั้น ๆ นั่นคือวินาทีที่เรารอสังเกต เพราะนั่นหมายถึงว่าเราเจอดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงใหม่เข้าให้แล้ว ซึ่งวิธีนี้เราสามารถมองหาดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลออกไปได้ดีกว่าวิธีอื่น ๆ เพราะสัญญานนั้นแรงกว่าวิธีอื่น ๆ มาก

เมื่อรวมเข้ากับความสามารถในการเฝ้าดูท้องฟ้าในมุมกว้างด้วยความละเอียดสูงของกล้องโรมันจะทำให้เราสามารถตรวจจับปรากฏการณ์ microlensing และใช้ในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้กว้างและรวดเร็วมากขึ้น

และด้วยความสามารถในการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้โดยตรงของกล้องโรมันแล้ว เชื่อได้ว่ากล้องโทรทัศน์อวกาศตัวใหม่ของ NASA นี้จะช่วยให้เราค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้อีกมากมายเมื่อได้เข้าประจำการ ซึ่งไม่แน่ว่าอาจมีหลายดวงที่อาจจะเป็นบ้านหลังที่สองของมนุษย์ในอนาคตก็เป็นได้

*******************************************************************************************************************

อ้างอิง:

https://solarsystem.nasa.gov/people/225/nancy-roman-1925-2018

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasas-roman-mission-could-snap-first-image-of-a-jupiter-like-world

https://www.blockdit.com/posts/5e8f5d5dd3d4281322c3d156?id=5e8f5d5dd3d4281322c3d156&series=5dcea917501c277604c32bcb

https://www.blockdit.com/posts/5e187aedc2cbf83709304f9e?series=5dcea917501c277604c32bcb

https://www.blockdit.com/posts/5d7a68540aae495e4c8458ff?series=5dcea917501c277604c32bcb

https://svs.gsfc.nasa.gov/13583