กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ เดินทาง 1.5 ล้านกิโล เพื่อไขปริศนาจักรวาล

เครดิตภาพ ESA / ATG Medialab

25 ธ.ค.2564 คือกำหนดการเดินทางของ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ผู้ที่จะเดินทางสู่อวกาศกว่า 1.5 ล้านกิโลเมตร เพื่อไปเฝ้ามองจักรวาล ไขปริศนาห้วงลึกในอวกาศ และตีแผ่จักรวาลสู่สายตาชาวโลก

วันคริสต์มาส 25 ธ.ค. 2564 นอกจากเป็นเวลาที่เป็นผู้ที่ผู้คนทั่วโลกได้สังสรรค์อยู่ร่วมกันพร้อมหน้ากับครอบครัว ในเทศกาลแห่งความสุขแล้ว ยังเป็นอีก 1 วันที่นักดาราศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ นักวิจัย วิศวกร และเจ้าหน้าที่เทคนิค ของหน่วยงานอย่าง นาซา อีซ่า ซีซา แอเรียนสเปซ ต่างเผ่ารอ และจับตาดู สำหรับการเดินทางครั้งนี้ เจมส์ เวบบ์ จะเดินทางไปอวกาศ โดยจรวดแอเรียน 5 อันเป็นจรวดขนส่งที่มีกำลังขับและระวางบรรทุกใหญ่ที่สุด ของยุโรปจากฐานปล่อยใน เฟรนช์ เกียนา ส่ง กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ กล้องโทรทรรศน์ยุคต่อไปที่จะเปิดทางในการสำรวจจักรวาล และไขปริศนาเกี่ยวกับกำเนิดของจักรวาลที่อยู่ห่างไกลหลายล้านปีแสง หลังจากที่ต้องนั่งรออยู่บนโลกจากความล่าช้าของโครงการมาอย่างยาวนานหลายปี 

เจมส์  เวบบ์ คืออะไร

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope) หรือ JWST เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่สังเกตการณ์ในช่วงแสงสีส้มที่ตามองเห็นจนถึงช่วงรังสีอินฟราเรด เพื่อใช้เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อไป (Next Generation Space Telescope) ถัดจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) เกิดขึ้นโดยความร่วมมือระหว่าง องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐอเมริกา หรือองค์การนาซา องค์การอวกาศยุโรป ESA และองค์การอวกาศแคนาดา CSA ซึ่งคาดการณ์ว่าเครื่องมือทรงพลังนี้จะสำรวจเข้าไปในจักรวาลห้วงลึก ตั้งแต่ภายในระบบสุริยะของเราไปจนถึงกาแล็กซีที่สังเกตได้ไกลที่สุดในจักรวาลยุคแรก เรียกว่าช่วยให้มองเห็นประวัติศาสตร์ของจักรวาลก็ว่าได้ มนุษยชาติก็จะเข้าใจที่มาของจักรวาลและที่มาของพวกตนเองเช่นกัน

JWST มีส่วนประกอบสำคัญ คือ กระจกหลักมีความกว้าง 6.5 เมตร ประกอบขึ้นจากกระจกหลายชิ้น และอุปกรณ์อื่นๆ ได้แก่ กล้องถ่ายภาพและเครื่องวัดสเปกตรัมรวมกัน 4 ชิ้น กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ถือเป็นความหวังอย่างมากของนักดาราศาสตร์รวมถึงนักวิทยาศาสตร์ด้านดวงดาว ที่ต้องการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา เพื่อย้อนกลับไป ศึกษาช่วงเวลากว่า 13,500 ล้านปีก่อน เป็นช่วงที่ดาวฤกษ์และดาราจักรหรือกาแล็กซีกลุ่มแรกก่อตัวขึ้นเมื่อ 200-300 ล้านปีหลังจากเหตุการณ์บิ๊กแบง (Big Bang) โดยคุณลักษณะสำคัญของกล้องคือความสามารถในการตรวจจับช่วงรังสีอินฟราเรดที่ดีกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ จะช่วยเร่งการค้นพบโลกที่อาจมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่แบบเดียวกับโลกของเรา เพื่อยืนยันว่าพวกเราไม่ได้อยู่ลำพังในจักรวาล ทั้งนี้ มีการตรวจพบดาวเคราะห์ดวงแรกที่โคจรรอบดาวดวงอื่นในทศวรรษที่ 1990 และจนถึงขณะนี้มีดาวเคราะห์นอกระบบมากกว่า 4,000 ดวงที่ได้รับการยืนยันแล้ว ซึ่งไม่แน่ว่าการมาถึงของกล้องเจมส์ เวบบ์ อาจค้นพบสิ่งที่น่าตื่นตะลึงแก่มนุษยชาติก็เป็นได้

กล้องโทรทรรศน์ในอวกาศที่ใช้ปัจจุบัน

ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ และนักวิทยาศาสตร์ พึ่งพาอาศัยภาพที่ถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล ที่เริ่มใช้งานมาตั้งแต่ปี 1990 ที่ได้ทำให้เกิดการเปิดมุมมองและความเข้าใจเกี่ยวกับเอกภาพและจักรวาลใหม่ๆ มากมาย โดยยังทำให้สาธารณชนสนใจดาราศาสตร์จากภาพที่ถ่ายมาอีกด้วย โดยภาพจากฮับเบิลได้ให้รายละเอียดต่างๆ มากมาย ในการไขปริศนาของจักรวาลที่รอการค้นพบอีกมากมายทั้งการกำเนิดของกาแล็กซี ดวงดาว เนบิวลา ดาวหางและ เอกภาพอื่นๆ

ฮับเบิล ได้ยืนยันถึงการมีอยู่ของหลุมดำในแกนกลางของกาแล็กซี วัดองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ พบดาราจักรที่ห่างไกลที่สุดจนถึงปัจจุบัน และตรวจสอบการขยายตัวอย่างรวดเร็วของเอกภพ นับเป็นเวลากว่า 30 ปีที่ฮับเบิลกระตุ้นจินตนาการของเรา และสร้างแรงบันดาลใจให้เกิดการเรียนรู้เพิ่มเติม

อุปกรณ์สำคัญของ กล้องโทรทรรศน์ เจมส์ เวบบ์ ผู้ตีแผ่จักรวาล

กล้องโทรทรรศน์ เจมส์ เวบบ์ ไม่ได้มาแทนที่ ฮับเบิลที่เป็นตำนานอวกาศ แต่มาเสริมในสิ่งที่มันถูกออกแบบมาด้วยความสามารถในสิ่งที่ฮับเบิลทำไม่ได้ แม้ว่ามันจะทำหน้าที่เหมือนกัน ใช้หลักการกระจกสะท้อนแสง เหมือนกัน แต่รูปร่างหน้าตาและขนาดแตกต่างกันสิ้นเชิง ตำนานนักส่องดาวอย่างฮับเบิลที่อยู่มาว่า 30 ปี ออกแบบมาในรูปทรงกระบอก ขนาดเท่ารถบัสรับส่งนักเรียน มันมีกระจกสะท้อนแสงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตร บนวงโคจรระดับต่ำ เหนือโลกที่ความสูง 547 กิโลเมตรเหนือพื้นโลก เพื่อใช้โลกบังแสงจากดวงอาทิตย์ มีโล่สะท้อนแสงทำจากอะลูมิเนียมเทฟลอน สะท้อนแสงจากโลกและดวงจันทร์ เพื่อใช้ส่องดวงดาวโดยสามารถจับภาพในแถบคลื่นแสงตั้งแต่ 90-2,500 นาโนเมตร หรือ ที่ตามองเห็น ใกล้อินฟราเรดและอัลตราไวโอเลตได้

ในขณะที่ กล้องเวบบ์ ออกแบบมาให้มีโล่ป้องกันแสงอาทิตย์หลายชั้น ที่ออกแบบมาให้ป้องกันแสงจากดวงอาทิตย์ที่จะรบกวนกล้อง และยังป้องกันความร้อนของอุปกรณ์ภายใน ระบบหล่อเย็น พร้อมกระจกสะท้อนแสงขนาดใหญ่ที่มีขนาด 6.5 เมตร ออกแบบมาโดยนำเอากระจกสะท้อนทรงหกเหลี่ยม 18 อัน มาต่อกัน กระจกเหล่านี้ทำจากแร่แบริเลี่ยม ที่แข็งแรงแต่น้ำหนักเบา ทำให้กล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์มีพื้นที่ในการเก็บแสงมากกว่าฮับเบิล 6 เท่า กระจกของยังถูกเคลือบด้วยทองทำให้เก็บแสงอินฟราเรดได้ดี ทำให้มองเห็นแสงที่ความยาวคลื่น ที่ยาวขึ้นและแสงหรี่ได้ดีกว่าเดิม มองได้ไกลกว่าฮับเบิล 100 เท่า แต่ว่าจะถ่ายได้แต่ภาพอินฟราเรดเท่านั้นที่ความยาวคลื่น 600-28,500 นาโนเมตร

ตำแหน่งการวางกล้องโทรทรรศน์ เจมส์ เวบบ์ และฮับเบิล

เพื่อให้สามารถจับภาพและรับคลื่นอินฟราเรดได้นานและเต็มที่ มันต้องการที่ที่มีความเย็นมากๆ ขนาด -220 องศาเซลเซียส และต้องอยู่ในจุดที่รังสีอินฟราเรดของดวงอาทิตย์ไปไม่ถึง นั่นจำเป็นจะต้องส่งมันไปอยู่ที่ที่ไกลกว่าฮับเบิล นั่นคือ บริเวณหลังดวงจันทร์ เพื่อให้โลกและดวงจันทร์บังแสงอาทิตย์ นั่นคือ จุด Lagrangian Point 2 หรือ จุดลากรางจ์ 2 หรือ L2 ที่อยู่ห่างโลกออกไป 1 ล้านไมล์ หรือ 1.5 ล้านกิโลเมตร จุดที่ดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์จะอยู่ที่เดิมเพื่อให้บังแสงและความร้อนจากดวงอาทิตย์นั่นเอง ตรงจุด L2 นี้ กล้องโทรทรรศน์ เจมส์ เวบบ์ ต้องการเพียงแรงขับจรวดเพียงเล็กน้อยเป็นครั้งคราวเพื่อรักษาวงโคจรให้คงที่

เนื่องจากวงโคจรของฮับเบิลอยู่เหนือชั้นบรรยากาศของโลก จึงมีความสามารถในการปรับปรุง ซ่อมแซมแก้ไข โดยนักบินอวกาศ รวมทั้งการนำกลับสู่พื้นโลก ที่เป็นส่วนหนึ่งของแผนระยะยาว ด้วยเหตุนี้ การออกแบบของกล้องโทรทรรศน์จึงสะท้อนถึงมิติด้านนี้ ด้วยการทำให้ขนาดพอดีกับระวางบรรทุกของกระสวยอวกาศ แต่ปัจจุบันนาซาเลิกใช้กระสวยอวกาศแล้ว จึงไม่สามารถไปซ่อมบำรุงฮับเบิลได้อีก แต่ก็จะยังใช้งานต่อไปตราบที่ตัวอุปกรณ์ยังทำงาน ส่วน เจมส์ เวบบ์ ที่ห่างประมาณหนึ่งล้านไมล์จากโลก ตรงนั้นไม่มีความสามารถในการส่งมนุษย์อวกาศไปบำรุงรักษา ดังนั้นการออกแบบกล้องโทรทรรศน์ จึงไม่ได้ทำมาให้รองรับการซ่อมบำรุง

ทะยานสู่อวกาศ เดินทาง 1.5 ล้านกิโลเมตร ไปให้ถึง L2

การเดินทางของ เจมส์ เวบบ์ เรียกได้ว่าเป็นความตื่นเต้นและท้าทายมากที่สุดอีกครั้งหนึ่งของวงการอวกาศ เริ่มต้นจากการที่ นาซา ส่งเจมส์ เวบบ์ เดินทางลงเรือจากอเมริกาไปยังฐานปล่อยจรวดของอาเรียนสเปซ เฟรนช์ เกียนา เมืองคูรู ที่นั่นเจมส์ เวบบ์ ในสภาพที่พับไว้เรียบร้อย จะถูกบรรจุอยู่ในส่วนระวางบรรทุก บนสุดของจรวดแอเรียน 5 และประกบฝาครอบ หรือ แฟริ่ง ให้เหมือนอยู่ในแคปซูล เตรียมพร้อมที่จะเดินทาง 29 วันไปยังจุด L2

สำหรับจรวดขนส่ง เอเรียน 5 (Ariane 5) เป็นจรวดขนส่งขนาดหนักใช้เชื้อเพลิงเหลวและมีจรวดขับดันเชื้อเพลิงแข็งประกบข้างซ้ายและขวา ขั้นตอนการปล่อยหลังจากจรวดทะยานขึ้นสู่ท้องฟ้าจะใช้เวลาประมาณ 26 นาที เมื่อจรวดขั้นที่ 1 เชื้อเพลิงหมด จะสลัดท่อที่ 1 ออก ต่อจากนั้นฝาแฟริ่งที่ครอบ เจมส์ เวบบ์ ไว้จะถูกสลัดออก และจรวดขั้นที่ 2 จะช่วยผลักดัน เจมส์ เวบบ์ ออกจากแรงดึงดูดของโลก หลังจากเดินเครื่องเรียบร้อย และจรวดขั้นที่ 2 แยกตัวออก เจมส์ เวบบ์ ก็จะเริ่มเดินทางไปยังเป้าหมายในสภาพที่ยังพับเก็บทุกอย่างไว้ หลังจากผ่านไป 33 นาที ทุกอย่างเป็นไปตามโปรแกรมอัตโนมัติที่วางไว้ แผงโซลาร์เซลล์ จะกางออกเพื่อเริ่มสร้างพลังไฟฟ้าในตัว ก่อนที่จะเริ่มติดเครื่องจรวดขับดัน เพื่อปรับวงโคจร หลังจากเดินทางไปได้ 1 วัน เสาอากาศพร้อมกิมบอลจะกางออก เพื่อรับคำสั่งจากสถานีภาคพื้นดิน

เมื่อการเดินทางผ่านไปได้ 3-5 วัน เจมส์ เวบบ์ จะกางแผงป้องกันแสงอาทิตย์ทั้ง 2 ข้างออก โดยแต่ละแผงจะมีโล่แสงอาทิตย์ที่เป็นเหมือนแผ่นใย 5 ชั้นติดอยู่พร้อมที่จะกาง ตามคำสั่งโดยจะปลดล็อกและคลี่แผ่นใยแต่ละชั้นออกทีละข้างจนครบทั้ง 2 ข้างครบสมบูรณ์ภายใน 8 วัน เมื่อเข้าวันที่ 10 กระจกสะท้อนบานที่ 2 ที่ยึดกับขายาว จะกางลงมาในตำแหน่งของมัน ขณะที่กระจกสะท้อนหลังจะมีอุปกรณ์ต่างๆ ติดตั้งไว้ที่ด้านหลัง และเมื่อเข้าสู่วันที่ 12 กระจกปีกซ้ายจะเริ่มกางมาประกบกระจกแผ่นหลัก วันที่ 13 กระจกปีกขวาจะกางมาประกบกระจกหลัก มาถึงตรงนี้ เจมส์ เวบบ์ จะกางอุปกรณ์ต่างๆ ครบทุกอย่าง พร้อมที่จะเดินทางต่อไปยังจุด L2 ตรงนี้จะมีการปรับแต่งข้อมูล และปรับค่าความเที่ยงตรงของอุปกรณ์ต่างอีกรอบ จากนั้นอีก 16 วัน มันถึงจะไปถึงจุด L2 ด้านหลังดวงจันทร์ จรวดขับดันจะปรับวงโคจรและปรับท่าให้หันด้านที่ติดโล่กันแสงอาทิตย์ เข้าหาดวงอาทิตย์ เมื่อเข้าตำแหน่งแล้ว จะเริ่มกระบวนการลดอุณหภูมิให้กับอุปกรณ์เปิดระบบต่างๆ โดยสมบูรณ์ โดยจากตรงนี้ก็จะเป็นกระบวนการปรับแต่ง ตั้งค่าทดสอบระบบต่างๆ ต่อไป

การเดินทางสู่ความเวิ้งว้างที่รอคอย

ทั้งหมดนี้ คือ การเดินทางที่ยาวไกลของ กล้องโทรทรรศน์ เจมส์ เวบบ์ ที่หลังจากรอขึ้นสู่อวกาศมาอย่างยาวนานในที่สุดก็จะได้ ขึ้นสู่อวกาศแล้ว แน่นอนว่า นักดาราศาสตร์ทั่วโลก จะเฝ้ารอข้อมูลและภาพที่จะได้จาก เจมส์ เวบบ์ อย่างใจจดใจจ่อ โดยต้องมาลุ้นกันว่า การเดินทางครั้งนี้จะราบรื่น เรียบร้อยดีทุกอย่างตามที่วางแผนไว้หรือไม่ เพราะจากเส้นทางหลังจากนี้ ไม่มีโอกาสหันหลังกลับ หรือ พักซ่อมอีกแล้ว ทุกอย่างต้องเดินหน้าไปยังจุดหมายเท่านั้น ในจักรวาลอันกว้างใหญ่ ยังมีเรื่องราวอีกมากมายที่รอการค้นพบ หาคำตอบ รวมทั้งไขปริศนากำเนิดจักรวาลที่เกิดขึ้นเมื่อหลายล้านปีก่อน ห่างออกไปหลายล้านปีแสง.

เรียบเรียงโดย : จุลดิส รัตนคำแปง

ที่มาของภาพและข้อมูล : นาซา hubble-vs-webb , นาซา deploymentExplorer , พิมพ์เขียว เจมส์ เวบบ์ , วิกิพีเดีย กล้องโทรทรรศน์ ฮับเบิล , CSA ความสำเร็จของ webb-hubble , 

เครดิตภาพ

ESA Webb Telescope
NASA Webb Telescope
Copyright: ESA, NASA, ESA / ATG Medialab.