เปิดคลิป "กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์" เหนือฟ้าเมืองไทย เตรียมสำรวจปริศนาของ "เอกภพ"

"สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ" เผยคลิปวิดีโอขณะ "กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์" ขณะเคลื่อนผ่านน่านฟ้าประเทศไทย ก่อนมุ่งหน้าสู่ตำแหน่งสังเกตการณ์ที่อยู่ห่างออกไป 1.5 ล้านกิโลเมตรจากโลก

เมื่อวันที่ 25 ธ.ค. ดร.มติพล ตั้งมติธรรม  นักวิชาการดาราศาสตร์ สดร. ได้โพสต์รูปภาพของ "กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์" พร้อมระบุข้อความลงในเพจ "NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ" มีใจความว่า

"นี่คือภาพสุดท้ายของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ ที่มนุษย์จะได้เห็น ก่อนมุ่งหน้าสู่ตำแหน่งสังเกตการณ์ที่อยู่ห่างออกไป 1.5 ล้านกิโลเมตรจากโลก

วันนี้ (25 ธันวาคม 2564) เวลา 19.20 น. ตามเวลาประเทศไทย จรวด Ariane 5 ได้ทะยานขึ้นจากฐานปล่อยจรวดในเฟรนช์เกียนา ทวีปอเมริกาใต้ และนำกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ ขึ้นสู่อวกาศ เปิดศักราชใหม่แห่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เพื่อทำการสังเกตการณ์ในช่วงคลื่นอินฟราเรด

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ คืออะไร?

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ หรือ #JWST (James Webb Space Telescope) คือกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นใหม่ล่าสุด ที่ถูกส่งขึ้นไปยังอวกาศเพื่อทำการสังเกตการณ์ในย่านคลื่นอินฟราเรด เดิมมีชื่อเรียกว่า Next Generation Space Telescope (NGST) หรือ “กล้องโทรทรรศน์อวกาศ gen ใหม่” ต่อมาเปลี่ยนชื่อเป็น James Webb Space Telescope เพื่อเป็นเกียรติแก่ James E. Webb อดีตผู้บริหารองค์การนาซาผู้มีส่วนเป็นอย่างมากในความสำเร็จของโครงการสำรวจอวกาศ Mercury และ Gemini ไปจนถึงโครงการ Apollo ยุคแรกๆ

แม้ว่าหลายๆ คนอาจจะมองว่า JWST นั้นถูกสร้างขึ้นมาทดแทนกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope: HST) แต่กล้อง JWST นั้นแค่มาแทนกล้อง HST ในสถานะ “เรือธง” ของนาซาเพียงเท่านั้น แท้จริงแล้วกล้องทั้งสองนี้แตกต่างกันพอสมควร และอาจจะต้องสังเกตการณ์วัตถุเดียวกันร่วมกันเสียด้วยซ้ำ

HST นั้นสังเกตการณ์ตั้งแต่ช่วงรังสียูวีไปจนถึงอินฟราเรดใกล้ (0.1 - 1.6 ไมครอน) ในขณะที่ JWST นั้นจะทำการสังเกตการณ์ในช่วงแสงที่ตามองเห็นเพียงช่วงแสงสีเหลืองแดง ไปจนถึงอินฟราเรด (0.6-28 ไมครอน) ถึงแม้ว่ากล้องทั้งสองจะมีช่วงที่คาบเกี่ยวกัน แต่กล้อง JWST นั้นมีช่วงความยาวคลื่นที่ทำการสังเกตยาวกว่าเป็นอย่างมาก ซึ่งช่วงความยาวคลื่นในช่วงอินฟราเรดนี้เอง ที่เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้กล้อง JWST มีความต้องการทั้งทางวิศวกรรมและเทคโนโลยีที่ท้าทายกว่ากล้องฮับเบิลเป็นอย่างมาก

ความท้าทายในการสังเกตการณ์ในช่วงอินฟราเรด

แม้ว่าระบบกระจกและเซ็นเซอร์รับแสงบนกล้อง HST จะสามารถตรวจวัดแสงอินฟราเรดใกล้ได้ แต่เมื่อเราพยายามจะสังเกตการณ์ในช่วงความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นไปอีกโดยเฉพาะในช่วงอินฟราเรดย่านกลาง เราจะพบว่ามันมีความท้าทายอีกเป็นอย่างมาก เราคุ้นเคยกับรังสีอินฟราเรดในรูปของรังสีความร้อน วัตถุทุกอย่างรอบตัวเราล้วนแล้วแต่ปล่อยรังสีอินฟราเรด เราคุ้นเคยกับการทำงานของเครื่องตรวจวัดอินฟราเรดกันเกือบทุกวันในการตรวจวัดอุณหภูมิก่อนเดินเข้าห้างหรืออาคาร แต่นั่นย่อมหมายความว่าหากกล้อง JWST ของเราอยู่ที่อุณหภูมิปกติ อุปกรณ์ทุกชิ้นก็จะปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมาไม่ต่างอะไรกับการเอาหลอดไฟมาประดับภายในกล้องโทรทรรศน์ ซึ่งจะทำให้การสังเกตการณ์วัตถุที่ห่างไกลและปล่อยแสงอันริบหรี่นั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้

ด้วยเหตุนี้กล้อง JWST จึงต้องอาศัยวิศวกรรมอวกาศชั้นสูงในการควบคุมอุณหภูมิ ให้คงความเย็นเอาไว้ที่เพียงประมาณ 50 องศาเหนือศูนย์องศาสัมบูรณ์ (50 K หรือ -223°C) และโดยเฉพาะส่วนของเครื่องตรวจวัดอินฟราเรดย่านกลาง (mid-infrared instrument หรือ MIRI) นั้นจะต้องใช้เทคโนโลยีใหม่ของการทำความเย็น ที่จะทำให้อุณหภูมิลดลงไปอีกเหลือเพียงแค่ 7 องศาจากอุณหภูมิที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในเอกภพ (7 K หรือ -266°C) ด้วยแสงอันริบหรี่ของวัตถุเป้าหมายและความยาวคลื่นที่ยาวกว่ามาก ทำให้ JWST นั้นจำเป็นต้องใช้พื้นที่รับแสงที่มากกว่ากล้องฮับเบิลเป็นอย่างมาก โดยกล้อง JWST นั้นจะใช้กระจกเบอริลเลียมน้ำหนักเบาเคลือบทองคำรูปหกเหลี่ยมจำนวนทั้งสิ้นกว่า 18 บาน รวมเส้นผ่านศูนย์กลางกว่า 6.5 เมตร ซึ่งคิดเป็นพื้นที่รับแสงมากกว่า 6 เท่าเมื่อเทียบกับกล้องฮับเบิล โดยระบบทั้งหมดนี้จะถูกนำไปวางเอาไว้ที่ระยะห่างกว่า 1.5 ล้านกิโลเมตรที่ตำแหน่ง L2 เลยออกไปจากวงโคจรของดวงจันทร์ และถูกปกป้องจากรังสีจากดวงอาทิตย์ด้วยโล่สะท้อนความร้อนขนาดเท่าสนามเทนนิส พร้อมระบบนำทาง เชื้อเพลิง และความสามารถที่จะอยู่โดยลำพังได้โดยไม่สามารถส่งนักบินอวกาศขึ้นไปซ่อมบำรุงได้ โดยทั้งหมดนี้อยู่ภายในน้ำหนักบรรทุกของยานที่คิดเป็นมวลเพียงแค่กว่าครึ่งหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเพียงเท่านั้น กล้อง JWST จึงเป็นการรวมที่สุดของที่สุดแห่งเทคโนโลยีอวกาศที่เรามีในปัจจุบัน

ภารกิจของ JWST ในย่านความถี่อินฟราเรด

วิศวกรรมอวกาศอันซับซ้อนเหล่านี้มีความจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อที่จะบรรลุภารกิจของ JWST เนื่องจากวัตถุที่ JWST ต้องการศึกษานั้นสามารถสังเกตได้เฉพาะในช่วงคลื่นอินฟราเรด ภารกิจหนึ่งของ JWST นั้นคือการค้นหากาแล็กซีที่อยู่ห่างออกไป ยิ่งวัตถุอยู่ห่างออกไปจากผู้สังเกตเท่าใด แสงที่ออกมาจากวัตถุนั้นก็ยิ่งจะต้องใช้เวลาเดินทางนานมากขึ้นเท่านั้น การสังเกตกาแล็กซีที่ห่างไกลออกไปจึงเทียบได้กับการย้อนอดีตไปเพื่อหากาแล็กซีแรกๆ ที่ถือกำเนิดขึ้นมาในเอกภพ เพื่อที่จะบอกเราได้ถึงการก่อกำเนิดและวิวัฒนาการของกาแล็กซีในเอกภพของเรา ซึ่งวัตถุที่ห่างไกลไปนั้น มาพร้อมกับแสงอันริบหรี่ที่สังเกตได้ยาก เป็นเหตุว่าเพราะเหตุใดกล้อง JWST จึงต้องมีกระจกขนาดใหญ่ถึง 18 บาน

แต่สิ่งที่ยิ่งทำให้การสังเกตการณ์กาแล็กซีเหล่านี้นั้นท้าทายขึ้นไปอีก นั่นก็คือปรากฏการณ์การเลื่อนทางแดงของแสง (redshift) ขณะที่แสงจากกาแล็กซีเดินทางข้ามอวกาศมาเป็นเวลาหลายพันล้านปี เอกภพได้เกิดการขยายตัวขึ้น และการขยายตัวนี้ก็จะทำให้คลื่นแสงจากกาแล็กซีเกิดการขยายออก ปรากฏเป็นการเลื่อนความถี่ไปในทางแสงสีแดง (เรียกว่า cosmological redshift) นั่นหมายความว่าแสงส่วนมากของกาแล็กซีนั้นจะถูกเลื่อนทางแดงออกจากช่วงแสงที่ตามองเห็นไปหมด การสังเกตการณ์กาแล็กซีที่ไกลออกไปเช่นนี้จึงทำได้ดีที่สุดในช่วงคลื่นอินฟราเรด โดยมีการคาดการณ์กันว่า JWST อาจจะเห็นกาแล็กซีได้ไกลออกไปถึงกว่า 13,600 ล้านปีแสง หรือแสงจากกาแล็กซีที่เพิ่งถือกำเนิดขึ้นขณะที่เอกภพมีอายุเพียง 1% ของอายุปัจจุบัน JWST จะสามารถสังเกตการณ์ทั้งภาพในอดีตอันไกลโพ้นของกาแล็กซีเก่าแก่ที่อยู่ห่างไกลออกไป และกาแล็กซีใกล้เคียงที่อยู่ในยุคปัจจุบัน ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญที่จะทำให้เราเข้าใจวิวัฒนาการของกาแล็กซี

นอกจากนี้ ดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ในกาแล็กซีนั้นก่อกำเนิดขึ้นท่ามกลางฝุ่นอันหนาทึบของเนบิวลาที่คอยบดบังแสงจากมันเอาไว้ การศึกษาวัตถุเหล่านี้จึงทำได้เพียงในช่วงคลื่นอินฟราเรดที่สามารถทะลุทะลวงกลุ่มฝุ่นอันหนาทึบออกมาได้ JWST จะสามารถส่องทะลุเนบิวลาก่อกำเนิดไปเห็นกระบวนการกำเนิดดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ที่เรายังไม่เคยเห็นมาก่อน JWST ยังอาจจะช่วยค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะอีกเป็นจำนวนมาก โดยเฉพาะด้วยอุปกรณ์ coronagraph ที่สามารถบดบังแสงจากดาวฤกษ์เพื่อเปิดเผยให้เห็นดาวเคราะห์อันริบหรี่ที่โคจรอยู่รอบๆ ได้ นอกจากนี้ โมเลกุลที่สำคัญต่อชีวิตหลายโมเลกุล เช่น ออกซิเจน และน้ำ นั้นจะมีแถบการดูดกลืนแสงที่เป็นเอกลักษณ์ในช่วงอินฟราเรด การสังเกตการณ์สเปกตรัมในช่วงคลื่นอินฟราเรดของ JWST จึงทำให้เราสามารถบอกได้ถึงองค์ประกอบของโลกต่างดาว และวันหนึ่งอาจจะนำไปสู่การค้นพบหลักฐานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตที่อยู่นอกโลกก็เป็นได้

การเดินทางเตรียมพร้อมเพื่อปฏิบัติภารกิจ

หลังจากที่จรวด Ariane 5 ได้นำ JWST ออกจากนอกโลกเป็นที่เรียบร้อยแล้ว แต่อันตรายต่อภารกิจก็ยังไม่ได้หมดไป หลังจากนี้ JWST จะต้องเดินทางไปอีกกว่า 1.5 ล้านกิโลเมตรเพื่อไปยังจุด L2 ที่อยู่เบื้องหลังโลกของเรา และ JWST จะเข้าสู่ post launch deployment stage ที่ซึ่ง sunshield ทั้ง 5 ชั้นที่ถูกพับเอาไว้จะถูกกางออก อุปกรณ์วิทยาศาสตร์ต่างๆ มากมายจะเริ่มถูกทดสอบ ซึ่งในจุดนี้หากเกิดข้อผิดพลาดอะไรขึ้นแม้แต่นิดเดียว จะไม่สามารถมีมนุษย์ หรือหุ่นยนต์ใดบนโลกที่จะสามารถไปช่วยแก้ไขได้ JWST จึงยังต้อรอคอยอีกถึงกว่า 6 เดือนกว่าขั้นตอนการทดสอบทั้งหมดจะสิ้นสุดลง ก่อนที่เราจะหยุดพักหายใจ และชื่นชมกับภาพอันงดงามของเอกภพที่ JWST นำมาให้เราได้

ทั้งหมดนี้ เป็นเพียงเรื่องราวส่วนหนึ่งของ JWST แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ล้ำสมัยที่สุดในปัจจุบันนี้ยังมีรายละเอียดอีกมาก ซึ่งผู้อ่านสามารถติดตามรายละเอียดเกี่ยวกับวงโคจร ความท้าทายทางวิศวกรรม การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ใหม่ที่ JWST อาจจะค้นพบ ไปจนถึงบทสัมภาษณ์จากนักดาราศาสตร์ชาวไทยที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของ JWST ได้ที่เพจนี้"

อ่านโพสต์ต้นฉบับ