หลังจากพัฒนาโครงการ Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) มาหลายปี ขณะนี้โครงการได้รับทุนสนับสนุนเพื่อพัฒนาเพิ่มเติม จากโครงการ NASA’s Innovative Advanced Concepts (NIAC, Phase II) ของนาซา แม้ขณะนี้ยังไม่ใช่ภารกิจของนาซาที่จะดำเนินการอย่างเป็นทางการ แต่โครงการ LCRT ได้อธิบายถึงแนวคิดของภารกิจที่จะสามารถเปลี่ยนมุมมองของมนุษยชาติที่มีต่อเอกภพได้

as20210511 1 01

ภาพประกอบนี้แสดงแนวความคิดของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ LCRT ภายในหลุมอุกกาบาต บริเวณด้านไกลของดวงจันทร์

Credits: Vladimir Vustyansky

 

วัตถุประสงค์หลักของ LCRT คือ ตรวจจับคลื่นวิทยุช่วงความยาวคลื่นยาว (long-wavelength radio waves) ที่เกิดขึ้นในยุคมืดของเอกภพ (Dark Ages) กล่าวคือ เป็นช่วงเวลาประมาณสองถึงสามร้อยล้านปีหลังจากเกิดบิกแบง (Big Bang) ก่อนที่ดาวฤกษ์ดวงแรกจะก่อตัวขึ้น ซึ่งปัจจุบันเราแทบจะไม่มีข้อมูลอะไรเกี่ยวกับช่วงเวลานั้นเลย และนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าความลับของเอกภพยุคมืดอาจซ่อนอยู่ในช่วงคลื่นวิทยุนี้  ซึ่งจะช่วยเติมเต็มคำตอบของเอกภพในช่วงเวลานั้นได้

แม้ว่าเอกภพในยุคมืดจะยังไม่มีดาวฤกษ์ แต่ก็เติมเต็มไปด้วยไฮโดรเจน ซึ่งเป็นวัตถุดิบสำหรับก่อกำเนิดดาวฤกษ์ การนำกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่ไปติดตั้งไว้นอกโลก อาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์อธิบายได้ว่าดาวฤกษ์ดวงแรกในเอกภพถือกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร รวมถึงอาจพบหลักฐานบางอย่างเกี่ยวกับสสารมืดได้อีกด้วย

คลื่นวิทยุที่มาจากนอกโลกไม่สามารถทะลุผ่านชั้นบรรยากาศโลกได้ทั้งหมด ช่วงคลื่นวิทยุที่ยาวตั้งแต่ 10 เมตรเป็นต้นไปจะกระทบกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์แล้วสะท้อนออกไปหมด กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่อยู่บนโลกจึงไม่มีทางตรวจจับคลื่นเหล่านี้ได้เลย อีกทั้งคลื่นวิทยุที่เราใช้งานกันในชีวิตประจำวันก็ยังเป็นอุปสรรคต่อการศึกษาดาราศาสตร์ในช่วงคลื่นนี้อีกด้วย 

ดังนั้น ช่วงคลื่นนี้จึงเปรียบเสมือนหน้าต่างอีกหนึ่งบานที่ใช้ศึกษาความเป็นไปของเอกภพในอดีต และเป็นที่มาของโครงการ LCRT ที่มีแนวคิดในการสร้างกล้องโทรทรรศน์วิทยุบนดวงจันทร์

ทีม LCRT จึงมองไปที่พื้นผิวด้านไกลของดวงจันทร์ เนื่องจากบริเวณดังกล่าวจะอยู่ฝั่งตรงข้ามกับโลกเสมอ จึงไม่ถูกรบกวนโดยคลื่นวิทยุที่มนุษย์ใช้ในชีวิตประจำวัน  รวมถึงดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศของตัวเองอยู่แล้ว จึงสามารถรับคลื่นวิทยุในช่วงคลื่นนี้ได้โดยไม่มีอุปสรรคใด ๆ

แนวคิดของกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่สร้างขึ้นจากจานตาข่ายเหล็กภายในหลุมอุกกาบาต ในภาพประกอบนี้สามารถเห็นตัวรับสัญญาณแขวนอยู่เหนือจานผ่านระบบสายเคเบิลที่ยึดไว้ที่ขอบหลุม

 

as20210511 1 02

Credits: Vladimir Vustyansky

 

การสร้างกล้องโทรทรรศน์ด้วยหุ่นยนต์

เพื่อให้ไวต่อการรับสัญญาณคลื่นวิทยุช่วงคลื่นยาว LCRT จะต้องเป็นจานรับสัญญาณที่มีขนาดใหญ่ จึงมีแนวคิดสร้างจานขนาดประมาณ 1-3 กิโลเมตร ภายในหลุมอุกกาบาตบนดวงจันทร์ เปรียบเทียบกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุจานเดี่ยวที่ใหญ่ที่สุดในโลกเช่นกล้อง FAST (The Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 500 เมตร ตั้งอยู่ในประเทศจีน และกล้องโทรทรรศน์อาเรซิโบ (Arecibo) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 305 เมตร ในเปอร์โตริโก ถูกสร้างขึ้นบริเวณภูมิประเทศที่มีลักษณะเป็นแอ่งรูปร่างคล้ายจานตามธรรมชาติเพื่อเป็นโครงสร้างรองรับ

กล้องโทรทรรศน์วิทยุประเภทนี้ใช้แผ่นสะท้อนหลายพันแผ่นประกอบกันเป็นจานโค้งขนาดใหญ่ เพื่อทำหน้าที่รวบรวมคลื่นวิทยุ แล้วสะท้อนไปยังเครื่องรับสัญญาณที่จะแขวนไว้บริเวณจุดโฟกัสเหนือจาน แต่อย่างไรก็ดี กล้อง FAST ที่ใหญ่ที่สุดในโลกก็ยังไม่ไวต่อคลื่นวิทยุที่มีความยาวคลื่นเกินกว่า 4.3 เมตร

 

as20210511 1 03

กล้อง FAST (The Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) ที่ประเทศจีน

Credits: CGTN

 

ทีมวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ที่ JPL เสนอแนวคิดในการสร้างจานขนาดใหญ่โดยไม่จำเป็นต้องขนส่งวัสดุที่มีน้ำหนักมากไปยังดวงจันทร์ และใช้หุ่นยนต์เพื่อทำให้กระบวนการก่อสร้างเป็นไปโดยอัตโนมัติ กล่าวคือ แทนที่จะใช้แผงสะท้อนหลายพันแผ่นเพื่อประกอบเป็นจาน  ทีม LCRT จะใช้เพียงตาข่ายเหล็กบาง ๆ ติดตั้งตรงกลางหลุมอุกกาบาต โดยที่จะมียานอวกาศขนส่งตาข่าย และขนส่งหุ่นยนต์ที่ลงจอดแยกกัน

DuAxel เป็นแนวคิดหุ่นยนต์โรเวอร์แบบใหม่ที่กำลังพัฒนาขึ้นที่ JPL  สามารถปลดล็อกแยกตัวออกจากกันได้ แต่ยังคงเชื่อมต่อกันผ่านสายเคเบิล ข้างหนึ่งจะทำหน้าที่เป็นจุดยึดที่ขอบหลุมอุกกาบาตขณะที่อีกข้างหนึ่งจะลงไปในหลุมอุกกาบาตเพื่อก่อสร้างกล้องโทรทรรศน์วิทยุ โดยสายเคเบิลที่ยึดโยงจะขึงจานตาข่ายให้คงสภาพอยู่ภายในหลุมอุกกาบาต

 

as20210511 1 04

หุ่นยนต์ DuAxel  กำลังทำหน้าที่ยึดลวดตาข่ายจากขอบหลุมอุกกาบาต เพื่อขึงเป็นจานรับสัญญาณวิทยุ

Credits: Vladimir Vustyansky

 

มันไม่เคยเป็นเรื่องง่าย เมื่อต้องออกไปนอกโลก

ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งของทีมในช่วงนี้คือการออกแบบตะแกรงเหล็กที่สามารถคงรูปทรงพาราโบลาเอาไว้ได้ และแต่ละเส้นต้องมีระยะห่างที่แม่นยำมาก กล่าวคือ จะต้องเป็นวัสดุที่ทั้งยืดหยุ่นและแข็งแรงไปพร้อม ๆ กัน  อีกทั้งยังต้องมีน้ำหนักเบาเพื่อที่จะบรรทุกในยานอวกาศได้ และตาข่ายต้องสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิบนพื้นผิวดวงจันทร์ได้ตั้งแต่ต่ำสุด -173 องศาเซลเซียส ไปจนถึง 127 องศาเซลเซียส โดยไม่เกิดการเสียหาย

รวมถึงการออกแบบรถหุ่นยนต์ DuAxel ในกรณีที่ต้องใช้การตัดสินใจว่าควรเป็นแบบอัตโนมัติเต็มระบบ หรือต้องมีบางส่วนที่ควบคุมด้วยมนุษย์ และอาจเสริมด้วยเทคนิคการก่อสร้างอื่น ๆ ด้วยหรือไม่ เช่น ใช้การยิงฉมวกแทนการใช้สมอยึดกับพื้นซึ่งจะใช้จำนวนหุ่นยนต์ที่น้อยลงด้วย

ปัจจุบัน บริเวณด้านไกลของดวงจันทร์ยังคงเป็น “พื้นที่ปลอดภัย” ที่เหมาะแก่การศึกษาวัตถุท้องฟ้าในย่านคลื่นวิทยุ  แต่ภารกิจสำรวจดวงจันทร์ในอนาคตอาจกลายเป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนที่ทำให้พื้นที่ดังกล่าวไม่ใช่ที่ที่เหมาะสมที่สุดอีกต่อไป และจะส่งผลต่อโครงการนี้อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้  ต่อจากนี้อีก 2 ปี ทีม LCRT จะทำงานเพื่อค้นหาความท้าทายและคำถามอื่น ๆ เพิ่ม หากประสบความสำเร็จ พวกเขาอาจได้รับเลือกให้พัฒนาต่อไป

ระหว่างทางในการพัฒนาแนวคิดนี้ จะก่อให้เกิดความก้าวหน้าที่สำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีและการใช้หุ่นยนต์เพื่อสร้างโครงสร้างขนาดมหึมานอกโลก และอาจสร้างแรงบันดาลใจให้ผู้คนทั่วโลกมีแนวคิดที่ยิ่งใหญ่ ที่จะนำไปสู่การค้นพบสิ่งใหม่ ๆ เกี่ยวกับเอกภพที่เราอาศัยอยู่

 

อ้างอิง : https://www.nasa.gov/feature/jpl/lunar-crater-radio-telescope-illuminating-the-cosmic-dark-ages

 

เรียบเรียง : ศวัสกมล ปิจดี - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สดร.

 

| Category: ข่าวดาราศาสตร์ | Hits: 2517