ภาพรวมของนักดาราศาสตร์ (ตอนที่ 2)

Share

นักดาราศาสตร์อาชีพ (นักวิจัย และอาจารย์มหาวิทยาลัย)

คำว่า “นักดาราศาสตร์อาชีพ” (Professional Astronomer) มักจะหมายถึงนักวิจัยและอาจารย์มหาวิทยาลัย เนื่องจากเป็นอาชีพที่ต้องทำการศึกษา ค้นคว้า วิจัยทางด้านดาราศาสตร์โดยตรง ซึ่งนักวิจัยเหล่านี้จะสามารถแบ่งออกเป็นสายย่อยต่างๆขึ้นกับเกณฑ์ต่างๆ (วิธีการศึกษา หรือหัวข้อของงานวิจัย) ขณะที่ลักษณะของงานมักจะเป็นการคิดค้นทฤษฎีทางด้านดาราศาสตร์ การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อวิเคราะห์ข้อมูล หรือสร้างแบบจำลองทางดาราศาสตร์ และการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน หรือกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ส่วนกรณีอาจารย์มหาวิทยาลัยด้านดาราศาสตร์ มักจะสังกัดกับภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ โดยอาจารย์มหาวิทยาลัยด้านดาราศาสตร์จะมีภาระงานทั้งการสอนในระดับอุดมศึกษาและทำวิจัยทางดาราศาสตร์

รูปที่ 8 นักดาราศาสตร์จากกลุ่มปฏิบัติการกระแสข้อมูล หอดูดาวซีกฟ้าใต้แห่งยุโรป (ESO) ขณะกำลังทำงานเกี่ยวกับฐานข้อมูลภาพถ่ายทางดาราศาสตร์ที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์ VLT [Credit ภาพ: VLT]

 

1. สายย่อยของนักดาราศาสตร์อาชีพ (Branches of professional astronomers)

 

นักดาราศาสตร์อาชีพ (นักวิจัย อาจารย์มหาวิทยาลัย) สามารถแบ่งออกเป็นสายย่อยต่างๆ แล้วแต่รูปแบบการแบ่งสายย่อยหลายแบบ ได้แก่

 

1.1 การแบ่งสายย่อยตามวิธีการศึกษา ระหว่างเชิงทฤษฎีกับเชิงสังเกตการณ์ (Professional Astronomers by manner: Theory & Observation)

 

นักดาราศาสตร์เชิงทฤษฎี (Theoretical Astronomers) จะคิดค้นทฤษฎีหรือสร้างแบบจำลองเชิงทฤษฎีทางฟิสิกส์และเคมี มาใช้อธิบายวัตถุท้องฟ้าและปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ต่างๆ

 

ขณะที่นักดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์ (Observational Astronomers) จะเน้นการสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าและปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ต่างๆ ด้วยกล้องโทรทรรศน์ กล้องโทรทรรศน์วิทยุ และอุปกรณ์สังเกตการณ์อื่นๆ

 

ประเทศต่างๆ ส่วนหนึ่งจะมีสถาบันเฉพาะทาง หรือแผนกทางดาราศาสตร์เชิงทฤษฎีในสถาบันดาราศาสตร์ของประเทศ เช่น

 

- แผนกดาราศาสตร์เชิงทฤษฎี หอดูดาวแห่งชาติญี่ปุ่น (NAOJ)

- ศูนย์ดาราศาสตร์เชิงทฤษฎี สถาบันดาราศาสตร์และอวกาศเกาหลี (KASI)

- ศูนย์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์เชิงทฤษฎีแคนาดา (CITA) 

 

ขณะที่สถาบันเฉพาะทางและแผนกทางดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์จะแบ่งย่อยออกไปอีก จะกล่าวถึงในหัวข้อย่อยต่อไป

 

1.2 การแบ่งสายย่อยของนักดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์ ตามช่วงความยาวคลื่นที่ใช้ในการสังเกตการณ์ (Observational Astronomers by Wavelength)

 

เนื่องจากวัตถุท้องฟ้าประเภทต่างๆจะแผ่รังสีออกมาในลักษณะแตกต่างกัน เช่น ดาวฤกษ์จะแผ่รังสีออกมาเข้มสุดในช่วงรังสี UV (กรณีดาวฤกษ์สีฟ้า) ไปจนถึงรังสีอินฟราเรด (กรณีดาวฤกษ์สีแดง) และแม้แต่วัตถุท้องฟ้าวัตถุเดียวกัน การสังเกตการณ์ผ่านช่วงความยาวคลื่นแตกต่างกัน จะแสดงรายละเอียดหรือลักษณะที่ปรากฏบนวัตถุท้องฟ้าดังกล่าวแตกต่างกันด้วย 

 

นักดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์จึงถูกแบ่งย่อยลงไปตามช่วงความยาวคลื่นของรังสีที่สังเกตการณ์ เช่น คลื่นวิทยุ, รังสีอินฟราเรด, ช่วงแสงที่ตามองเห็น (Visible Light), รังสีอัลตราไวโอเลต, รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา แต่นักดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์หลายคนก็ทำการสังเกตการณ์ในช่วงความยาวคลื่นมากกว่า 1 ช่วง เช่น แสงที่ตามองเห็น-รังสีอินฟราเรด

 

สถาบันเฉพาะทางและแผนกต่างๆตามสถาบันดาราศาสตร์ในประเทศต่างๆ ที่รับผิดชอบการสังเกตการณ์ในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ได้แก่

 

- แผนกดาราศาสตร์ในช่วงแสงที่ตามองเห็น-รังสีอินฟราเรด และแผนกดาราศาสตร์วิทยุ, หอดูดาวแห่งชาติญี่ปุ่น (NAOJ)

- แผนกดาราศาสตร์ในช่วงแสงที่ตามองเห็น และแผนกดาราศาสตร์วิทยุ, สถาบันดาราศาสตร์และอวกาศเกาหลี (KASI)

- แผนกดาราศาสตร์ในช่วงแสงที่ตามองเห็น และแผนกดาราศาสตร์วิทยุ, หอดูดาวแห่งชาติจีน (NAOC)

- สถาบันดาราศาสตร์วิทยุมักซ์พลังค์ เยอรมนี

- สถาบันดาราศาสตร์วิทยุโบโลญญา ภายใต้สถาบันฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งชาติอิตาลี (INAF)

- หอดูดาวในช่วงแสงที่ตามองเห็นแห่งชาติ (NOAO) และหอดูดาววิทยุแห่งชาติ (NRAO), สหรัฐฯ

 

รูปที่ 9 ภาพถ่ายดวงอาทิตย์จากช่วงความยาวคลื่นต่างๆ จากยาน SDO ของสหรัฐฯ ซึ่งอุปกรณ์ถ่ายภาพดวงอาทิตย์จะถ่ายภาพในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ เผยให้เห็นรายละเอียดต่างๆที่ปรากฏบนดวงอาทิตย์ เช่น

- 4,500 อังตรอม (ช่วงแสงที่ตามองเห็น): บรรยากาศชั้นโฟโตสเฟียร์และจุดบนดวงอาทิตย์

- 304 อังตรอม (รังสี UV): บรรยากาศชั้นโครโมสเฟียร์ของดวงอาทิตย์

- 94 อังสตรอม (รังสีเอกซ์) และ 131 อังตรอม (รังสี UV): พื้นที่บนดวงอาทิตย์ที่เกิดการลุกจ้า

[Credit ภาพ: NASA/SDO/Goddard Space Flight Center]

 

รูปที่ 10 ภาพถ่ายกาแล็กซีเวิร์ลพูล (Whirlpool Galaxy; M51) ในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ซึ่งแต่ละช่วงจะแสดงให้เห็นลักษณะต่างๆของกาแล็กซี เรียงจากซ้ายมาขวา ได้แก่

- คลื่นวิทยุ: แสดงให้เห็นบริเวณที่มีกลุ่มแก๊สเย็นเพียงพอที่โมเลกุลแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะคงอยู่ได้

- รังสีอินฟราเรด: บริเวณที่อุดมไปด้วยดาวฤกษ์สีแดงขนาดเล็ก ซึ่งเป็นประชากรดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ในกาแล็กซี

- แสงที่ตามองเห็น: บริเวณที่มีดาวฤกษ์ทั่วไป ขนาดประมาณดวงอาทิตย์อยู่กันหนาแน่น

- รังสี UV: บริเวณที่มีดาวฤกษ์ยักษ์สีน้ำเงิน ซึ่งเป็นประชากรดาวฤกษ์ส่วนน้อยในกาแล็กซี

- รังสีเอกซ์: บริเวณที่มีกลุ่มแก๊สอุณหภูมิสูงนับล้านองศาเซลเซียส

[ที่มาของภาพ: http://ecuip.lib.uchicago.edu/multiwavelength-astronomy/astrophysics/05.html

 

รูปที่ 11 แผนภาพแสดงการส่องผ่านชั้นบรรยากาศของรังสีต่างๆ จะเห็นว่ามีเพียงช่วงแสงที่ตามองเห็น และคลื่นวิทยุที่ส่องลงมาถึงพื้นโลกได้ ขณะที่รังสีอินฟราเรดจะมาถึงพื้นโลกได้ตามภูเขาสูง ทำให้นักดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณืในช่วงแสงที่ตามองเห็นและคลื่นวิทยุมีมาก่อน ส่วนนักดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์ในช่วงรังสีอื่นๆ ที่ถูกชั้นบรรยากาศโลกดูดกลืน  (โดยเฉพาะรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา)เริ่มสามารถศึกษาวิจัยได้มากขึ้น หลังจากเริ่มมีการส่งอุปกรณ์สังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ขึ้นสู่อวกาศในภายหลัง [ที่มาของภาพ: http://ecuip.lib.uchicago.edu/multiwavelength-astronomy/astrophysics/07.html ]

 

1.2.1 นักดาราศาสตร์วิทยุ (Radio Astronomers)

 

นักดาราศาสตร์วิทยุจะทำการสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าต่างๆ เฉพาะในช่วงคลื่นวิทยุเท่านั้น นับเป็นสายย่อยของนักดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์ หากแบ่งตามช่วงความยาวคลื่นที่มีความโดดเด่น เนื่องจาก “กล้องโทรทรรศน์วิทยุ” อุปกรณ์สังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์สำหรับนักดาราศาสตร์วิทยุ มีลักษณะคล้ายจานรับสํญญาณดาวเทียม แตกต่างไปจากนักดาราศาสตร์เชิงสังเกตการณ์ ในช่วงแสงที่ตามองเห็น ที่มักใช้กล้องโทรทรรศน์เป็นอุปกรณ์หลักและเป็นภาพพจน์ของนักดาราศาสตร์ ในมุมมองของคนส่วนใหญ่ไปแล้ว

 

คาร์ล แจนสกี (Karl Jansky) นักฟิสิกส์และวิศวกรวิทยุชาวอเมริกัน ตรวจพบคลื่นวิทยุที่แผ่ออกมาจากวัตถุท้องฟ้าได้เป็นครั้งแรกในปี ค.ศ.1932 โดยการสังเกตการณ์คลื่นวิทยุที่แผ่ออกมาจากแถบทางช้างเผือก ส่งผลให้เขาเป็นหนึ่งในผู้วางรากฐานในสาขาดาราศาสตร์วิทยุ

 

หลังจากนั้นเป็นต้นมา นักดาราศาสตร์ก็เริ่มสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าในช่วงคลื่นวิทยุ จนเกิดเป็นสายย่อย “นักดาราศาสตร์วิทยุ” ขึ้น การสังเกตการณ์ของนักดาราศาสตร์วิทยุในภายหลัง ก็ได้พบว่าคลื่นวิทยุตามธรรมชาตินั้น มาจากแหล่งที่มาหลายแหล่ง ได้แก่

- ดาวฤกษ์

- กาแล็กซี 

- กาแล็กซีวิทยุ (Radio Galaxy): กาแล็กซีที่มีพลังงานมากกว่าผลรวมพลังงานจากดาวฤกษ์ทั้งหมดในกาแล็กซีนั้น และแผ่คลื่นวิทยุออกมาเข้มกว่ากาแล็กซีทั่วไป

- เควซาร์ (Quasar): ใจกลางของกาแล็กซีที่อยู่ห่างจากโลกมาก และมีความสว่างมากกว่าความสว่างทั้งหมดของกาแล็กซีทั่วไปนับหลายพันเท่า) 

- เมเซอร์ (Maser): คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่โมเลกุลเมื่อถูกกระตุ้น เปล่งออกมาซึ่งมีความเข้มมากขึ้น มักมีช่วงความยาวคลื่นตรงกับรังสีไมโครเวฟและคลื่นวิทยุ

 

นักดาราศาสตร์วิทยุใช้อุปกรณ์สังเกตการณ์เรียกว่า “กล้องโทรทรรศน์วิทยุ” (Radio telescope) มีลักษณะเป็นจานรับสัญญาณ (คล้ายจานรับสัญญาณดาวเทียม) ซึ่งทำหน้าที่รวมคลื่นวิทยุที่ได้จากวัตถุท้องฟ้าที่เล็งไว้ เช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์ทั่วไป (ช่วงแสงที่ตามองเห็น) ที่จะใช้กระจกเว้าหรือเลนส์นูนเป็นตัวรวมแสง กล้องโทรทรรศน์วิทยุจะนำสัญญาณคลื่นวิทยุที่รวมได้ดังกล่าวมาประมวลผลผ่านอุปกรณ์ต่างๆและคอมพิวเตอร์ต่อไป 

 

กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่นักดาราศาสตร์วิทยุใช้จะมีลักษณะเป็นจานรับคลื่นวิทยุจานเดียว หรือเครือข่ายของจานรับคลื่นวิทยุหลายจานก็ได้ ซึ่งกรณีเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุนั้น จะรวมสัญญาณที่ได้จากเหล่ากล้องโทรทรรศน์วิทยุในเครือข่าย และการแทรกสอดระหว่างคลื่นวิทยุที่กล้องโทรทรรศน์วิทยุแต่ละตัวได้รับ จะประมวลผลให้ภาพที่มีกำลังแยกภาพดีขึ้น

 

ตัวอย่างของหัวข้องานวิจัยของนักดาราศาสตร์วิทยุ ได้แก่

 

- การค้นหาของโมเลกุลน้ำและสารประกอบไฮโดรคาร์บอนอื่นๆในอวกาศ เช่น อะดีนีน ซึ่งเป็นสารที่จำเป็นต่อการสร้าง DNA และกรดอะมิโน)ผ่านคลื่นวิทยุที่โมเลกุลเหล่านี้แผ่ออกมา

 

- คุณสมบัติทางกายภาพของใจกลางกาแล็กซี ที่มีพลังงานมากกว่าผลรวมพลังงานดาวฤกษ์ทั้งหมดในกาแล็กซี เรียกใจกลางกาแล็กซีแบบนี้ว่า “นิวเคลียสกาแล็กซีกัมมันต์” (AGN)

 

- การศึกษาการแผ่งรังสีในช่วงคลื่นวิทยุจากดวงอาทิตย์และดาวพฤหัสบดี

 

- การทำนาฬิกาพัลซาร์: สังเกตการณ์ระยะเวลาที่คลื่นวิทยุจากพัลซาร์กลับมามีความเข้มสูงสุด (คาบการหมุนรอบตัวเองของพัลซาร์) เป็นอย่างไรและตรงกับที่ทำนายไว้ในช่วงเวลาสั้นๆหรือไม่ เพื่อศึกษาถึงปัจจัยทางธรรมชาติอื่นๆ (เช่น ความโน้มถ่วง หรือสสารระหว่างดาว) ที่ส่งผลต่อการหมุนรอบตัวเองของพัลซาร์ หากผลการสังเกตการณ์ไม่สอดคล้องกับผลทำนาย

 

นอกจากนี้ การพัฒนาระบบและเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุของนักดาราศาสตร์วิทยุ สามารถสนับสนุนการพัฒนาอุปกรณ์สื่อสารต่างๆที่ต้องใช้คลื่นวิทยุได้

 

รูปที่ 12 แผนภาพแสดงการทำงานของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ

– จานรับสัญญาณที่มีผิวโค้งแบบพาราโบลา จะสะท้อนคลื่นวิทยุที่ได้รับจากวัตถุท้องฟ้ามายังอุปกรณ์ Subreflector ที่อยู่เหนือจาน

– คลื่นวิทยุสะท้อนจาก Subreflector มายัง Feed Horn

– สัญญาณคลื่นวิทยุจะผ่านสายเคเบิลเข้ามายังห้องควบคุมเพื่อประมวลผลข้อมูล

– ประมวลผลข้อมูลผ่านตัวรับสัญญาณ, Amplifier และคอมพิวเตอร์ก่อนที่จะแสดงผลผ่านคอมพิวเตอร์ และบันทึกข้อมูลในตัวเก็บข้อมูล

[Credit ภาพ: Encyclopædia Britannica, Inc.]

 

รูปที่ 13 นักดาราศาสตร์วิทยุกำลังอธิบายเกี่ยวกับระบบควบคุมกล้องโทรทรรศน์วิทยุในเครือข่าย KVN จากสำนักงานใหญ่สถาบันดาราศาสตร์และอวกาศเกาหลี (KASI) ในเมืองแทจ็อน เกาหลีใต้ [ภาพถ่ายโดยผู้เขียนบทความ]

 

รูปที่ 14 ภาพของนิวเคลียสกาแล็กซีกัมมันต์ (AGN) ที่ประมวลผลจากสัญญาณคลื่นวิทยุที่รวมโดยเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ KVN ของเกาหลีใต้ [ภาพถ่ายโดยผู้เขียนบทความ]

 

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

เรียบเรียงโดย

 

พิสิฏฐ นิธิยานันท์

เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์

ศูนย์บริการวิชาการและสื่อสารทางดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

 

บทความในชุด “ภาพรวมของนักดาราศาสตร์”

 

ตอนที่ 1: บทนำ

http://www.narit.or.th/index.php/astronomy-article/3377-astronomy-overall-01