ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับยานไอไซริส-เร็กซ์ ตอนจบ (เป้าหมายทางวิทยาศาสตร์และอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์)

  • พิมพ์

ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับยานไอไซริส-เร็กซ์ ตอนจบ

(เป้าหมายทางวิทยาศาสตร์และอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์)

 

บทความเรื่องยานโอไซริส-เร็กซ์ ตอนแรก: http://www.narit.or.th/index.php/astronomy-article/2623-osiris-rex-01

 

4. เป้าหมายทางวิทยาศาสตร์

เป้าหมายทางวิทยาศาสตร์ของยานโอไซริส-เร็กซ์ ที่ศึกษาดาวเคราะห์น้อยเบ็นนู ได้แก่

1. นำตัวอย่างหินและดินจากพื้นผิวดาวเคราะห์น้อยกลับมายังโลกเพื่อนำมาวิเคราะห์ โดยปริมาณตัวอย่างต้องเพียงพอต่อการศึกษาสภาพทางธรรมชาติ ความเป็นมา และการกระจายตัวของแร่และสารอินทรีย์ต่างๆที่เป็นองค์ประกอบ

 

2. ทำแผนที่ดาวเคราะห์น้อยที่แสดงการกระจายตัวของสภาพทางเคมีและแร่ต่างๆบนดาวเคราะห์น้อย เพื่อศึกษาความเป็นมาทางธรณีวิทยา พลวัตรต่างๆของดาวเคราะห์น้อย และสภาพแวดล้อมในบริเวณที่เก็บตัวอย่าง

 

3. เก็บข้อมูลความขรุขระ-ราบเรียบของพื้นผิว ทางธรณีสัณฐาน ธรณีเคมี และสเปกตรัมของผิวดินของดาวเคราะห์น้อย ในบริเวณที่ยานเก็บตัวอย่าง

 

4. ตรวจวัดสภาวะยาร์คอฟสกี (Yarkovsky Effect) ซึ่งทำให้เกิดแรงกระทำต่อวัตถุในอวกาศที่หมุนรอบตัวเอง เนื่องจากการแผ่รังสีในรูปความร้อนออกสู่อวกาศ ส่งผลให้วัตถุเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ไปจากแนวเดิม ซึ่งยานจะศึกษาสภาวะยาร์คอฟสกี ที่เกิดขึ้นกับดาวเคราะห์น้อยที่มีความเสี่ยงต่อการพุ่งชนโลก และหาขอบเขตคุณสมบัติของดาวเคราะห์น้อยที่จะทำให้เกิดสภาวะยาร์คอฟสกี

 

รูปที่ 9 แผนภาพแสดงสภาวะยาร์คอฟสกีประเภทที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเองของตัวดาว เรียกว่า Diurnal Yarkovsky Effect

[Credit ภาพ: Sky & Telescope]   

 

5. เปรียบเทียบข้อมูลคุณสมบัติที่ได้จากการสังเกตการณ์ดาวเคราะห์น้อยผ่านกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน

 

การศึกษาดาวเคราะห์น้อยเบ็นนู ผ่านกล้องโทรทรรศน์ก่อนหน้านี้พบว่าดาวเคราะห์น้อยเบ็นนู มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 480-511 เมตร ใช้เวลาโคจรรอบดวงอาทิตย์ครบรอบนาน 436.6 วัน และโคจรเข้าใกล้โลกทุกๆ 6 ปี แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะทราบลักษณะวงโคจรของดาวเคราะห์น้อยเบ็นนูดีแล้ว แต่ก็ยังคงต้องติดตามดาวเคราะห์น้อยดวงนี้อยู่ โดยนักวิทยาศาสตร์ประเมินว่าดาวเคราะห์น้อยเบ็นนูมีโอกาสถึง 1 ใน 1,410 (0.071%) ที่จะชนโลกในช่วงปี ค.ศ.2169-2199 

 

ภารกิจหนึ่งของยานโอไซริส-เร็กซ์ คือการทำความเข้าใจสภาวะที่ไม่ได้มาจากความโน้มถ่วงที่ส่งผลกระทบต่อวงโคจรของดาวเคราะห์น้อย (เช่น สภาวะยาร์คอฟสกี) การทำความเข้าใจคุณสมบัติของดาวเคราะห์น้อยดวงนี้จะช่วยให้เราป้องกันการพุ่งชนโลกของดาวเคราะห์น้อยได้

 

5. อุปกรณ์ต่างๆบนยานโอไซริส-เร็กซ์

 

รูปที่ 10 ภาพแสดงอุปกรณ์ต่างๆบนยานโอไซริส-เร็กซ์ ได้แก่ OCAMs (ประกอบด้วย PolyCam, MapCam, SamCam และแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์), OLA, GN&C LIDARs (อุปกรณ์ LIDAR ที่วัดระยะห่างจากยานถึงดาวเคราะห์น้อย เพื่อนำทางให้ยานอยู่ห่างจากดาวเคราะห์น้อยในระยะที่ปลอดภัย), OVIRS, OTES, REXIS, TAGSAM, SRC (แคปซูลสำหรับบรรจุตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อย) และ StowCam (กล้องถ่ายภาพสำหรับยืนยันว่า TAGSAM บรรจุตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยลงแคปซูล SRC สำเร็จหรือไม่) [ที่มาของภาพ: http://spaceodyssey.dmns.org/missionsobservatories/spacecraft-missions/osiris-rex.aspx ]

 

อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์หลักๆของยานโอไซริส-เร็กซ์ ได้แก่

 

5.1 OCAMS (OSIRIS-REx Camera Suite)

 

เป็นชุดของกล้องถ่ายภาพ ประกอบด้วยกล้อง 3 ตัว กล้องเหล่านี้จะร่วมกันถ่ายภาพเพื่อเก็บข้อมูล เช่น การทำแผนที่ดาวเคราะห์น้อยทั้งดวง การสำรวจบริเวณที่ยานจะเก็บตัวอย่างจากพื้นผิว การถ่ายภาพความละเอียดสูง และบันทึกการเก็บตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อย

 

- PolyCam: กล้องโทรทรรศน์ขนาดหน้ากล้อง 8 นิ้ว 

- MapCam: ใช้ตรวจหาดาวบริวารที่อยู่อยู่โดยรอบและพวยพุของแก๊สบนพื้นผิวดาว ทำแผนที่ของดาวเคราะห์น้อยในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ 4 สี เก็บข้อมูลเพื่อทำแบบจำลองรูปร่างของดาวเคราะห์น้อย และถ่ายภาพความละเอียดสูงในพื้นที่ที่ยานเก็บตัวอย่างหินและดิน

- SamCam: ถ่ายภาพหัวเก็บตัวอย่างหินและดิน หลังเก็บตัวอย่างแล้ว เพื่อประเมินปริมาณตัวอย่างว่าพอหรือไม่

 

รูปที่ 11 กล้อง SamCam ที่ใช้ถ่ายภาพหัวเก็บตัวอย่าง หลังเก็บตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยแล้ว เพื่อยืนยันว่าการเก็บตัวอย่างสำเร็จหรือไม่ [Credit ภาพ: NASA/Lockheed Martin]

 

5.2 OLA (OSIRIS-REx Laser Altimeter)

 

เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดระยะห่างระหว่างตัวอุปกรณ์กับพื้นผิวดาวอย่างแม่นยำด้วยเลเซอร์ (LIDAR) ใช้ทำแผนที่แสดงระดับความสูงต่ำของภูมิประเทศความละเอียดสูงทั่วทั้งดาวเคราะห์น้อย แผนที่บริเวณต่างๆที่จะเลือกเป็นพื้นที่เก็บตัวอย่าง วัดระยะห่างเพื่อสนับสนุนการทำงานของอุปกรณ์ตัวอื่นๆ ระบบนำทางและการวิเคราะห์ความโน้มถ่วง อุปกรณ์นี้ผลิตจากประเทศแคนาดา แล้วส่งมาติดตั้งกับตัวยานในปี ค.ศ.2015

 

5.3 OVIRS (OSIRIS-REx Visible and IR Spectrometer)

 

เป็นเครื่องตรวจวัดสเปกตรัม (Spectrometer) ในช่วงแสงที่ตามองเห็นและรังสีอินฟราเรด ที่ความยาวคลื่น 0.4-4.3 ไมครอน เพื่อทำแผนที่กระจายตัวของแร่และสารอินทรีย์บนพื้นผิวดาว ทั้งในระดับแผนที่ทั่วทั้งดวง และเฉพาะบริเวณที่จะใช้เลือกเป็นพื้นที่ลงเก็บตัวอย่าง ซึ่งข้อมูลจาก OVIRS จะใช้ร่วมกับข้อมูลจากอุปกรณ์ OTES เพื่อเลือกพื้นที่เก็บตัวอย่าง 

 

5.4 OTES (OSIRIS-REx Thermal Emission Spectrometer)

 

เป็นเครื่องตรวจวัดสเปกตรัมในช่วงรังสีอินฟราเรดที่ความยาวคลื่น 5-50 ไมครอน เพื่อใช้ทำแผนที่การกระจายตัวของแร่บนดาวเคราะห์น้อย และแผนที่สเปกตรัมแสดงการปล่อยความร้อนบนพื้นผิวดาว ทั้งในระดับแผนที่ทั่วทั้งดวง และเฉพาะบริเวณที่จะใช้เลือกเป็นพื้นที่ลงเก็บตัวอย่าง เพื่อศึกษาสภาพการแผ่รังสีของดาวเคราะห์น้อย

 

5.5 REXIS (Regolith X-ray Imaging Spectrometer)

 

เป็นเครื่องมือสำหรับศึกษาองค์ประกอบทางแร่และเคมีต่างๆบนชั้วผิวดินของดาวเคราะห์น้อยว่าประกอบด้วยอะไรบ้างและมีสัดส่วนอย่างไร โดยศึกษาผ่านรังสีเอ็กซ์ที่เปล่งออกมาจากวัสดุในชั้นผิวดินของดาวเคราะห์น้อยหลังจากที่พื้นผิวดาวได้รับรังสีเอ็กซ์และลมสุริยะจากดวงอาทิตย์ ซึ่งแร่และสารเคมีแต่ละชนิดจะดูดกลืนและเปล่งรังสีเอ็กซ์ที่มีความยาวคลื่นเฉพาะตัวแตกต่างกัน

 

5.6 TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism)

 

เป็นระบบสำหรับเก็บตัวอย่างหินและดินจากดาวเคราะห์น้อย ประกอบด้วยแขนกล (เรียกว่าแขน TAGSAM) ที่เชื่อมกับหัวเก็บตัวอย่างหินและดิน(หัว TAGSAM) ซึ่งมีเป้าหมายว่าจะเก็บปริมาณตัวอย่างหินและดินอย่างน้อยที่สุด 60 กรัม หลังจากนั้น แขน TAGSAM จะนำหัว TAGSAM บรรจุลงไปในแคปซูลบรรจุตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อย (SRC) 

 

รูปที่ 12 แผนภาพแสดงกระบวนการเก็บตัวอย่างหินและดินจากดาวเคราะห์น้อยด้วยหัว TAGSAM โดยยานจะนำหัว TAGSAM ไปสัมผัสพื้นผิวก่อน แล้วปล่อยแก๊สไนโตรเจนผ่านหัว TAGSAM แก๊สไนโตรเจนนี้จะดันให้ดินและกรวดที่เกาะกันอยู่หลวมๆไหลเข้าไปในหัว TAGSAM 

การเก็บตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยของยานโอไซริส-เร็กซ์ โดยใช้แก๊สดันให้ตัวอย่างดินเข้ามาในหัวเก็บนั้น แตกต่างจากวิธีเก็บตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อยของยานฮายาบุสะ [Credit ภาพ: NASA/Lockheed Martin]

 

รูปที่ 13 การเก็บตัวอย่างจากพื้นผิวดาวเคราะห์น้อยแบบอื่นๆ ได้แก่

- ให้ยานลงจอดบนพื้นผิวดาว ใช้สว่านเจาะลงบนพื้นผิวแล้วเก็บเศษดินและหินที่กระเด็นออกมา (Anchor & Drill)

- ให้ยานลดระดับลงใกล้พื้นผิวดาว ปล่อย “ฉมวก” ที่มีหัวเก็บตัวอย่างตรงปลาย (Harpoon & Penetrator)

- ให้ยานลดระดับลงใกล้พื้นผิวดาว ยิงกระสุนลงไป แล้วบังคับยานให้ไปรับตัวอย่างดินและหินที่กระเด็นออกมา (Distant Fly-by)

- ให้ยานลงสัมผัสบนพื้นผิวดาว โดยมีอุปกรณ์ที่มีลักษณะเป็นท่อสัมผัสพื้นผิว เมื่อปลายท่อสัมผัสพื้นผิวดาวแล้วก็ยิงกระสุนลงไป เศษดินและหินจะกระเด็นขึ้นมาตามท่อแล้วค่อยเก็บเป็นตัวอย่าง (Touch-Down) ซึ่งยานฮายาบุสะ ใช้วิธีหลังสุดในการเก็บตัวอย่างจากดาวเคราะห์น้อย

[ที่มาของภาพ: http://www.astro.mech.tohoku.ac.jp/hayabusa/page1_english.htm ]

 

 

---------------------------------------------------

 

ที่มาของข้อมูล

https://en.wikipedia.org/wiki/OSIRIS-REx (ข้อมูล ณ วันที่ 8 สิงหาคม ค.ศ.2016)

 

แปลและเรียบเรียง

พิสิฏฐ นิธิยานันท์

เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์

ศูนย์บริการวิชาการและสื่อสารทางดาราศาสตร์

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)