บทความภาพถ่ายดาราศาสตร์

        การศึกษาและวิจัยที่จะเกิดจากโครงการแรงดี ( RANGD: Radio Astronomical Network and Geodesy for Development ) จะหมุนเปลี่ยนในสาขาต่าง ๆ ด้านล่างนี้

• การศึกษากล้องโทรทรรศน์วิทยุและเครือข่าย VLBI (Very Long Baseline Interferometry) ครั้งแรกในประเทศไทย
• Geodetic VLBI หรือ VLBI เพื่องานยีออเดซี เพื่อทำการหาตำแหน่งพิกัดความแม่นยำสูง ตัวแปรต่าง ๆ ของกรอบพื้นฐานอ้างอิงยีออเดซี และใช้ในติดตามผลทางธรณีวิทยา

รูปที่ 1 แผนผังการทำงานด้วยเทคนิค VLBI
(ที่มา: https://www.gfz-potsdam.de/en/section/space-geodetic-techniques/topics/geodetic-and-astrometric-vlbi/)

• เทคโนโลยีไมโครเวฟและดิจิตัลขั้นสูง
• สิ่งก่อสร้างดาราศาสตร์วิทยุและยีออเดซี่ ของสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ

1. หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ (The Thai National Radio Observatory)

1.1 กล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางจานรับสัญญาณ 40 เมตร ที่มีเครื่องรับสัญญาณความถี่ 10-18 GHz และ 18-26GHz ด้วยการพัฒนาเครื่องรับสัญญาณ Quasi-optics tri-band ที่ 18-100 GHz

1.2 กล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางจานรับสัญญาณ 13 เมตร สำหรับการวิจัยทางยีออเดซี่ ด้วยการติดตามและบอกตำแหน่งจากเครื่องรับสัญญาณความถี่ 2-14 GHz ด้วยความเร็วเชิงมุมของกล้องสูงสุด 12 องศาต่อวินาที ตามแนวคิดการพัฒนา VLBI2010 และ VLBI Geodetic Observing System (VGOS, วีกอส)

1.3 สถานีฐานรับสัญญาณดาวเทียม GNSS (Global Navigation Satellite System) สำหรับใช้เป็นสถานีอ้างอิงทางตำแหน่ง เชื่อมโยงระหว่างเครือข่ายสถานีฐานของประเทศไทย เข้ากับกรอบพื้นฐานอ้างอิงตำแหน่งสากล (International Terrestrial Reference Frame, ITRF)

1.4 ศูนย์บริการข้อมูลดาราศาสตร์วิทยุ เพื่อสร้างแรงบันดาลใจและให้ความรู้แก่สาธารณชน

1.5 กล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดเล็ก 4.5 เมตร ซึ่งถือเป็นการนำร่องการพัฒนาเครื่องรับสัญญาณ และงานวิจัยทางดาราศาสตร์วิทยุของ สดร. (ตั้งอยู่ที่อุทยานดาราศาสตร์สิรินธร อ.แม่ริม จ.เชียงใหม่)

2. ศูนย์วิศวกรรมขั้นสูง ประกอบด้วยห้องทดลองสำหรับการพัฒนาและซ่อมแซมอุปกรณ์ ที่ถูกออกแบบและพัฒนาขึ้นมาสำหรับโครงการแรงดี เพื่อสนับสนุนงานของกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาด 40 และ 13 เมตร อีกทั้งมุ่งหวังให้เกิดความเข้าใจในศาสตร์ทางวิศวกรรมขั้นสูง สำหรับการประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ต่อประเทศชาติและสาธารณะต่อไป

        หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติจะถูกสร้างขึ้น ในพื้นที่ของ ศูนย์ศึกษาการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้อันเนื่องมาจากพระราชดำริ อ. ดอยสะเก็ด จ. เชียงใหม่ ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีสภาพภูมิประเทศ และสภาพแวดล้อมที่เหมาะสำหรับการสังเกตการณ์ของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ (สัญญาณรบกวนน้อยและสามารถตรวจสอบได้ รายละเอียดเพิ่มเติมในห้วข้อ โครงการวิศวกรรม: 24hr RFI Monitoring Station)

รูปที่ 2 แผนที่แสดงตำแหน่ง ศูนย์ศึกษาการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้อันเนื่องมาจากพระราชดำริ

ทั้งนี้สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) (สดร.) ได้รับพระมหากรุณาธิคุณจากพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว ให้จัดสร้างสิ่งก่อสร้างดราศาสตร์วิทยุและยีออเดซีขึ้น ณ บริเวณพื้นที่ส่วนพระองค์ 50 ไร่ ในศูนย์ฯ ห้วยฮ่องไคร้ โดยอาคาร สิ่งก่อสร้างต่าง ๆ ไปจนกระทั่งกระบวนการก่อสร้าง และการขนส่ง ถูกออกแบบให้ส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมและความอุดมสมบูรณ์ของพื้นที่น้อยที่สุด สังเกตได้จากการบันทึกความคืบหน้าของโครงการดังภาพด้านล่าง

นอกเหนือจากความร่วมมือระหว่าง สดร. และศูนย์ฯ ห้วยฮ่องไคร้ ในโครงการแรงดีแล้ว ยังมีงานด้านวิทยาศาสตร์บรรยากาศและธรณีฟิสิกส์ที่นักวิจัยจาก สดร. และมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ มีแนวคิดที่จะทำการศึกษา ณ บริเวณพื้นที่ศูนย์ฯ ห้วยฮ่องไคร้ เพราะในบริเวณศูนย์ฯ มีการติดตั้งสถานีตรวจอากาศ ที่ใช้ในการศึกษาชั้นบรรยากาศของโลกไว้อยู่แล้ว จึงสามารถทำวิจัยต่อยอดไปได้อีก ทั้งการหาความสัมพันธ์ระหว่าง การแพร่กระจายของก๊าซเรือนกระจกและละอองลอย (Aerosol) สู่น้ำในดิน กับความชื้นของดิน อุณหภูมิ และการเปลี่ยนรูปร่างของผิวดิน, การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกเนื่องจากมีรอยเลื่อนอยู่ในบริเวณใกล้เคียง ไปจนถึงตัวแปรอื่น ๆ ทางวิทยาศาสตร์บรรยากาศ ธรณีวิทยา ธรณีฟิสิกส์ และยีออเดซีของทั้งบริเวณ เพื่อเป็นการวินิจฉัยความเสี่ยงและป้องกันการเกิดภัยพิบัติ ที่จะก่อเกิดความเสียหายต่อพื้นที่ ทรัพย์สิน หรือสร้างความเดือดร้อนแก่ประชาชนในบริเวณด้วย

รูปที่ 3 ภาพแสดงสภาพแวดล้อมของพื้นที่โครงการ ก่อนดำเนินโครงการ (เมษายน 2559) และหลังดำเนินโครงการ (ธันวาคม 2561)

        ดาราศาสตร์หรือวิทยาศาสตร์ทั่วไปมักถูกผลักดันให้ก้าวไปให้ถึงขีดสุด หรือให้ก้าวไกลออกไปกว่านั้นอีก จากเทคโนโลยีไร้ขีดจำกัดทั้งหลายในปัจจุบัน เพื่อให้เกิดการค้นพบใหม่ ๆ และสามารถเข้าใจจักรวาลได้อย่างลึกซึ้งกว่าเดิม การก้าวเข้าสู่ยุคทองของดาราศาสตร์วิทยุ เครื่องมือในยุคใหม่ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อใช้สังเกตการณ์ เช่น Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Five hundred meter Aperture Spherical Telescope (FAST), the Square Kilometre Array (SKA) สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) (สดร.) ได้เลือกที่จะสร้างและติดตั้งกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 40 เมตรขึ้น โดยมุ่งหวังให้เป็นเครื่องมือในการศึกษาเรื่องขอบเขตของเวลา (time-domain) และเฝ้าสังเกตการณ์ ให้ได้ประสิทธิภาพตามคุณสมบัติ 2 ข้อ คือ

1) การสังเกตการณ์ที่ช่วงความถี่กว้าง ครอบคลุมตั้งแต่ 300 MHz จนถึง 115 GHz และ

2) ตำแหน่งที่ตั้งที่เป็นจุดยุทธศาสตร์ของการสังเกตการณ์ ที่จะทำให้กล้องฯ รับสัญญาณได้ครอบคลุมทั่วทั้งฟ้า

        โครงการแรงดี (RANGD: Radio Astronomical Network and Geodesy for Development) ของสดร. ได้รับการอนุมัติให้ดำเนินการสร้างในช่วงปี พ.ศ. 2560-2564 เป็นโครงการก่อสร้างเครื่องมือทางดาราศาสตร์ระดับโลก ซึ่งจะประกอบไปด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งชาติ (Thai National Radio Telescope, TNRT) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางจานรับสัญญาณ 40 เมตร ดังที่กล่าวไปแล้ว และกล้องโทรทรรศน์วิทยุวีกอส (VLBI Geodetic Observing System, VGOS) ขนาด 13 เมตร เพื่อการวิจัยและพัฒนาทางดาราศาสตร์ ยีออเดซี และศาสตร์ทางวิศวกรรมขั้นสูง รวมไปถึงอุปกรณ์เครื่องมือต่าง ๆ สำหรับสนับสนุนการพัฒนาทางดาราศาสตร์วิทยุและยีออเดซีด้วย

ตารางที่ 1 แผนเวลาพัฒนาอุปกรณ์รับสัญญาณคลื่นวิทยุ โครงการแรงดี

        ในปัจจุบัน มีระบบเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุอยู่ทั่วโลก การใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุสองตัวขึ้นไปจะทำให้สามารถสังเกตการณ์ในระบบ Very Long Base Line Interferometry (VLBI, วีแอลบีไอ) ได้ การสังเกตการณ์ดังกล่าวนำมาซึ่งมุมมองที่กว้างกว่าในการสังการณ์เกตเอกภพ รวมถึงได้ข้อมูลที่มีความละเอียดสูงกว่ากล้องโทรทรรศน์วิทยุเพียงตัวเดียว เครือข่าย VLBI ที่ดีที่สุดในปัจจุบันมีความละเอียด (Resolution) สูง ขนาดที่ว่าหากมีใครว่างผลส้มไว้บนดวงจันทร์ ข้อมูลที่ได้จากการสังเกตการณ์ VLBI ก็สามารถเห็นผลส้มนั้นได้ เรียกการทำงานร่วมกันของกลุ่มกล้องโทรทรรศน์วิทยุว่าอาเรย์

รูปที่ 1 Atacama Large Millimetre Array (ALMA) ที่ชิลี โดยความร่วมมือระหว่างยุโรป สหรัฐอเมริกา แคนาดา ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ ไต้หวัน และชิลี

อาเรย์ VLBI ที่ปฏิบัติการอยู่นั้น กระจายอยู่หลายแห่งทั้งในยุโรป แคนาดา สหรัฐอเมริกา รัสเซีย ญี่ปุ่น เกาหลี จีน เม็กซิโก และ ออสเตรเลีย ยกตัวอย่างเช่น The Very Long Baseline Array (VLBA) ในอเมริกาเหนือ European VLBI Network ในยุโรป Australian Long Baseline Array ในออสเตรเลีย และ East Asian VLBI Network ในเอเชียตะวันออกซึ่งเป็นเครือข่ายความร่วมมือระหว่างประเทศจีน เกาหลีใต้ และญี่ปุ่น

        ในช่วงที่ผ่านมาประเทศไทยและทระเทศบริเวณเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ไม่ได้มีกล้องโทรทรรศน์วิทยุอย่างจริงจัง แม้ว่าภูมิประเทศจะเหมาะสมกับการเพิ่มประสิทธิภาพของเครือข่าย VLBI เป็นอย่างมาก ด้วยบริเวณ เอเชีย-แปซิฟิก เป็นส่วนที่จะเชื่อมเครือข่าย VLBI ทั้งหมดเข้าด้วยกัน การเกิดขึ้นกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ที่สามารถสังเกตการณ์ VLBI ได้ในประเทศไทย จะทำให้เครือข่าย VLBI ทั่วโลกแข็งเกรงขึ้น ด้วยอาเรย์ที่กว้างกว่า และเติมช่องว่างบริเวณเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ สิ่งนี้ยังทำให้ไทยและบริเวณเอเชียตะวันออกเฉียงใต้มีเทคโนโลยี และวิทยาการเกี่ยวกับ VLBI ที่จะพัฒนาวิทยาศาสตร์ในทุก ๆ ระดับอย่างมหาศาล ทั้งการพัฒนาความสามารถ การส่งต่อความรู้ รวมถึงสะเต็มศึกษาด้วย ( STEM Education )

รูปที่ 2 ภาพแสดงกล้องโทรทรรศน์วิทยุทั่วโลกส่วนหนึ่งของเครือข่าย VLBI และอาเรย์

กล้องโทรทรรศน์วิทยุยังสามารถใช้ในการทำงาน Geodetic VLBI หรือ VLBI เพื่อผลลัพธ์ทางยีออเดซี (ข้อมูลรูปร่าง สัณฐาน ตำแหน่งต่าง ๆ บนผิวโลก และค่าพิกัดความถูกต้องสูง) ซึ่งเป็นการสังเกตการณ์ความแม่นยำสูงเพื่อรังวัดกรอบพื้นฐานอ้างอิงตำแหน่งของโลก และกรอบอ้างอิงดาราศาสตร์ สิ่งนี้ช่วงให้เราบอกถึงการวางตัวของโลกในห้วงอวกาศ ผ่านการหาพิกัดตำแหน่งบนพื้นผิวโลก ข้อมูลเหล่านี้ยังสามารถนำมาใช้เพื่อ ผลประโยชน์ต่อแผนกสำรวจและรังวัดของกรมแผนที่ทหาร ภายใต้การดูแลของกองทัพไทย ซึ่งได้รับมอบหมายหน้าที่ ในการศึกษาและพัฒนาเพื่อการหาตำแหน่งที่แน่นอนบนผิวโลก นำมาใช้ทำแผนที่ พัฒนาดาวเทียมบอกตำแหน่ง ระบบนำทาง ปฏิบัติการทางทหาร และอื่น ๆ อีกทั้งในช่วงเวลาหลายสิบปีที่ผ่านมา นักธรณีวิทยาใช้ข้อมูลจากวิธีการนี้ในการวิเคราะห์และเข้าใจการเปลี่ยนแปลงของโลก เพราะค่าพิกัดที่ได้จาก VLBI มีความถูกต้องสูงมาก ทำให้สามารถใช้ในการศึกษาการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกนำ ไปสู่ความเข้าใจที่มากขึ้นของธรณีพิบัติภัย เช่น แผ่นดินไหว ซึ่งเป็นที่สนใจทั้งของภาควิชาธรณีวิทยา และวิศวรรมสำรวจ ของหลายมหาวิทยาลัย รวมถึงหน่วยงานที่เกี่ยวข้องทั่วทั้งประเทศ

Booklet : กล้องโทรทรรศน์วิทยุ Radio Telescope

        ในปีพุทธศักราช 2552 สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) (สดร.) ได้เริ่มใช้งานกล้องโทรทรรศน์แห่งชาติ (Thai National Telescope, TNT) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตร ที่ถูกจัดสร้างและติดตั้งอยู่ในประเทศไทย ทั้งยังมีเครื่องมือและอุปกรณ์ทางดาราศาสตร์อื่น ๆ ติดตั้งกระจายอยู่ทั่วโลก ส่งผลให้วิทยาการและงานวิจัยดาราศาสตร์ของไทยเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว อีกทั้ง สดร. ยังเป็นผู้ร่วมก่อตั้งเครือข่ายดาราศาสตร์เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และยังเป็นศูนย์กลางภูมิภาคของ สหพันธ์ดาราศาสตร์สากล (International Astronomical Union, IAU) ภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และเป็นศูนย์เรียนรู้ดาราศาสตร์ภายใต้ องค์การการศึกษา วิทยาศาสตร์ และวัฒนธรรมแห่งสหประชาชาติ (UNESCO) ด้วย ข้อมูลเพิ่มเติม www.narit.or.th 

รูปที่ 1 กล้องโทรทรรศน์วิทยุในพื้นที่ต่าง ๆ ของโลก (ที่มา: บริษัท วิจัยแลออกแบบสถาปัตยกรรมที่เหมาะสม จำกัด)

ความเป็นมาและจุดเริ่มต้นของโครงการพัฒนาเครือข่ายดาราศาสตร์วิทยุและยีออเดซี

        ประเทศไทยได้มีการก้าวกระโดดครั้งใหญ่ทางดาราศาสตร์ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ในปี พ.ศ. 2555 มีการถ่ายภาพแสงแรกในประเทศไทยด้วยกล้องโทรทรรศน์แห่งชาติ สิ่งนี้เป็นการตั้งระดับมาตรฐานให้กับดาราศาสตร์ในช่วงคลื่นที่ตามองเห็นของภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้

       โครงการพัฒนาเครือข่ายดาราศาสตร์วิทยุและยีออเดซี (Radio Astronomical Network and Geodesy for Development, RANGD) หรือเรียกสั้น ๆ ตามตัวย่อภาษาอังกฤษว่า “โครงการแรงดี” เป็นหนึ่งในโครงการหลักของ สดร. ในช่วงที่สอง (พ.ศ. 2560-2564) เพื่อตอบโจทย์ความต้องการของดาราศาสตร์สาขาอื่นที่มีมากขึ้น ดาราศาสตร์วิทยุจึงเข้ามามีบทบาทสำคัญเท่าเทียมกับดาราศาสตร์ในช่วงคลื่นที่ตามองเห็น

 
รูปที่ 2 ภาพจำลองการสังเกตการณ์ในช่วงคลื่นต่าง ๆ (ที่มา: STScI / JHU / NASA)

ด้วยดาราศาสตร์วิทยุสามารถปฏิบัติการได้อย่างหลากหลาย ในการตรวจวัดสัญญาณจากเอกภพ เครื่องมือรับสัญญาณ ของศาสตร์นี้คือกล้องโทรทรรศน์วิทยุ (Radio Telescope) สามารถตรวจวัดโมเลกุลและแก๊สที่ถูกบดบังด้วยฝุ่นในอวกาศ อีกทั้งยังสามารถทำงานได้ในเวลากลางวัน หรือแม้กระทั่งขณะที่สภาพอากาศบบนโลกไม่เหมาะสม เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุทำการสังเกตการณ์ในช่วงสัญญาณคลื่นที่มีความถี่ต่ำกว่า จึงทำให้สามารถทำงานได้เกือบตลอด 24 ชั่วโมง ไม่มีข้อจำกัดเหมือนกล้องโทรทรรศน์ปกติ ซึ่งคุณสมบัตินี้เอง จะสามารถเติมช่องว่างของดาราศาสตร์ และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ในไทย รวมถึงภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ได้อีกด้วย