อุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่เก็บข้อมูลในช่วงความยาวคลื่นอินฟาเรดกลางของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์

Share

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ (James Webb Space Telescope) เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ถูกคาดหวังให้ขึ้นไปประจำการในอวกาศเพื่อปฏิบัติภารกิจสำรวจอวกาศแทนกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล หรือ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์เป็นทายาทของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลนั่นเอง

ทั้งนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรประจำโครงการได้ออกมาเผยข้อมูลความคืบหน้าของภารกิจนี้เป็นระยะๆ การดำเนินโครงการเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ มีการทดสอบประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องมือวิทยาศาสตร์ทุกชิ้นที่จะติดตั้งภายในกล้องโทรทรรศน์เจมส์เวบบ์ โดยเครื่องมือวิทยาศาสตร์แต่ละชิ้นจะถูกทดสอบในห้องทดลองขนาดใหญ่ที่จำลองสภาพแวดล้อมทุกอย่างให้ใกล้เคียงกับสภาพแวดล้อมในอวกาศมากที่สุด ผลการทดสอบพบว่าเครื่องมือวิทยาศาสตร์ทุกชิ้นมีประสิทธิภาพมากพอที่จะปฏิบัติการเก็บข้อมูลทางดาราศาสตร์ได้เป็นไปตามเป้าหมายที่นักวิทยาศาสตร์วางไว้ ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์ได้ออกมาให้ข้อมูลรายละเอียดของกล้องถ่ายภาพและสเปกโตรมิเตอร์ที่สำรวจวัตถุท้องฟ้าในช่วงคลื่นอินฟาเรดกลาง  ดังภาพที่  1

 

ภาพที่ 1 เป็นภาพของกล้องถ่ายภาพอินฟาเรดกลาง (Mid Infrared Instrument : MIRI) และสเปกโตรมิเตอร ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ภาพโดย : Rutherford Appleton Laboratory in England:RAL

 

        จากภาพที่ 1 คืออุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่เก็บข้อมูลในช่วความยาวคลื่นอินฟาเรดกลาง (Mid Infrared Instrument : MIRI) และสเปกโตรมิเตอร์จะทำหน้าที่สำรวจและบันทึกข้อมูลวัตถุท้องฟ้าที่มีค่าความยาวคลื่นอยู่ในช่วงอินฟาเรดกลาง ซึ่งเป็นผลงานการออกแบบและพัฒนาร่วมกันระหว่างองค์การอวกาศยุโรปและองค์การนาซา เพื่อให้อุปกรณ์วิทยาศาสตร์ชิ้นนีมีประสิทธิภาพในการทำงานสูงในการสำรวจและบันทึกข้อมูลทางดาราศาสตร์นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรต้องใช้เวลาถึง 8 ปีแต่ผลที่ออกมาก็เป็นไปตามเป้าหมายที่วางไว้ นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์วิทยาศาสตร์อื่นอีก 3 ชิ้นด้วยกันที่จะถูกประกอบภายในกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ได้แก่

        กล้องอินฟาเรดใกล้ (NIRCam: Near Infrared Camera) เป็นกล้องถ่ายภาพอินฟาเรดในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.7 ไปจนถึงไมครอน ถูกออกแบบและพัฒนาโดยมหาวิทยาลัยแอริโซนา

        สเปกโตรกราฟที่ทำงานในช่วงคลื่นอินฟาเรดใกล้ (Near Infrared Spectrograph : NIRSPEC) ถูกออกแบบและพัฒนาโดยองค์การอวกาศยุโรปและองค์การนาซา 

        อุปกรณ์รักษาเสถียรภาพให้แก่ตัวกล้อง (Fine Guidence Sensor : FGS) และยังใช้ถ่ายภาพในย่านความยาวคลื่น 1.5-5 ไมครอนได้ด้วย ถูกออกแบบและพัฒนาโดยองค์การอวกาศประเทศแคนาดา

        อุปกรณ์วิทยาศาสตร์ทั้ง 3 ชิ้นที่กล่าวมาข้างต้นต่างก็มีประสิทธิภาพในการทำงานสูงมาก เพียงแต่อุปกรณ์วิทยาศาสตร์ทั้ง 3 ชิ้นนี้จะทำหน้าที่ในการสำรวจและบันทึกข้อมูลของวัตถุท้องฟ้าในช่วงความยาวคลื่นอินฟาเรดใกล้และเมื่อนำอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ทั้ง 4 ชิ้นมาประกอบไว้ในหน่วยอุปกรณ์รวมหรือไอซิม (ISIM-Integrated Science Instrument Module) ที่เป็นโครงเหล็กขนาดใหญ่ภายในไอซิมนี้จะประกอบไปด้วยอุปกรณ์วิทยาศาสตร์สี่ตัวที่ทำหน้าที่สำรวจอวกาศที่แตกต่างกัน โดยมีวัตถุประสงค์ในการสำรวจวัตถุท้องฟ้าดังต่อไปนี้คือ

        1. ค้นหาแสงที่ส่องมาจากวัตถุท้องฟ้าอาทิเช่นดวงดาวและกาแล็กซีอายุน้อย

        2. เพื่อทำการศึกษาการกำเนิดและวิวัฒนาการของกาแล็กซี

        3. เพื่อศึกษาและทำความเข้าใจเกี่ยวกับการกำเนิดดาวฤกษ์และระบบดาวเคราะห์

        4. เพื่อศึกษาระบบของดาวเคราะห์และปัจจัยการกำเนิดสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์

 

แล้วแสงอินฟาเรดคืออะไร ?

        โดยปกติแล้วสสารทุกชนิดจะมีการแผ่รังสีออกมาจากตัวมันเองอยู่แล้ว แต่การแผ่รังสีดังกล่าวนั้นจะอยู่ในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งในความเป็นจริงสสารทุกชนิดจะแผ่รังสีออกมาจากตัวมันเองในหลายช่วงความยาวคลื่น แต่ขอบเขตในการมองเห็นของมนุษย์สามารถมองเห็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมาจากสสารได้เพียงบางค่าเท่านั้น โดยค่าพลังงานหรือช่วงความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้เราเรียกว่าแสงในช่วงคลื่นที่ตามนุษย์มองเห็นได้ (Visible light)” ส่วนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นมาก อย่างเช่น รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์ และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นยาวมากๆ เช่น คลื่นอินฟาเรด และคลื่นวิทยุ นั้นมนุษย์ไม่สมารถมองเห็นได้ ซึ่งในกรณีนี้เราจะกล่าวถึง รังสีอินฟาเรด 

        รังสีอินฟาเรดเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นยาวมาก ตามนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ในทางดาราศาสตร์แล้วรังสีชนิดนี้จะถูกแผ่ออกมาจากวัตถุท้องฟ้าที่มีอุณหภูมิต่ำๆ นักวิทยาศาสตร์ค่าความยาวคลื่นมาเป็นเกณฑ์ในการแบ่งรังสีอินฟาเรดออกเป็น 3 ช่วงความยาวคลื่นได้แก่

        รังสีอินฟาเรดใกล้ (Near Infrared) เป็นช่วงที่มีความยาวคลื่นสั้นสุดของรังสีอินฟาเรด โดยมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 0.7 ไปจนถึง 5 ไมโครเมตร ซึ่งตัววัตถุที่แผ่รังสีจะมีอุณหภูมิประมาณ 1,500 เคลวิน

        รังสีอินฟาเรดกลาง (Mid Infrared) เป็นช่วงที่มีความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงกลางๆ ของรังสีอินฟาเรด โดยมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 5 ไปจนถึง  28 ไมโครเมตร วัตถุที่แผ่รังสีออกมาในลักษณะนี้ จะมีอุณหภูมิประมาณ 300 เคลวิน

        รังสีอินฟาเรดไกล (Far infrared) เป็นช่วงที่มีความยาวคลื่นยาวที่สุด ของรังสีอินฟาเรด โดยมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 28 ไปจนถึง 350 ไมโครเมตร ซึ่งวัตถุที่แผ่รังสีในช่วงนี้นั้นจะเป็นวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ 300  เคลวิน

 

ภาพที่ 2 แสดงช่วงคลื่นช่วงความยาวคลื่นรังสีอินฟาเรดที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ สามารถเก็บข้อมูลได้ โดยมีช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 5 ไปจนถึง 28 ไมโครเมตร

ภาพโดย: องค์การนาซา (NASA)

 

แล้วทำไมต้องศึกษาวัตถุท้องฟ้าในช่วงคลื่นอินฟาเรด ?

        เนื่องจากวัตถุท้องฟ้าที่เป็นกลุ่มเป้าหมายของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์นั้นเป็นวัตถุท้องฟ้าที่มีอุณหภูมิตำ่ ถูกบดบังโดยฝุ่นแก๊สหนาทึบในอวกาศที่อยู่ไกลมาก การสำรวจวัตถุเหล่านี้เมื่อศึกษาในช่วงรังสีอินฟราเรดจะมีประสิทธิภาพมากกว่าสำรวจในย่านแสงขาวหรือแสงที่ตามนุษย์มองเห็น ที่สำคัญรังสีอินฟาเรดจะไม่เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็ก สามารถเดินทางทะลุกลุ่มฝุ่นแก็สในอวกาศได้ดีกว่าแสงในช่วงที่ตามองเห็น นักดาราศาสตร์จึงให้ความสำคัญกับการศึกษาวัตถุท้องฟ้าในช่วงอินฟาเรดซึ่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์จะมีความไวแสงในช่วงอินฟาเรดตั้งแต่ 0.5 ไปจนถึง 28 ไมครเมตร นอกจากนี้กล้องถ่ายภาพอินฟาเรดกลางจะทำงานร่วมกับสเปกโตรมิเตอร์ซึ่งจะทำหน้าที่ถ่ายภาพวัตถุท้องฟ้าแล้วทำการวิเคราะห์ธาตุและโมเลกุลที่เป็นองค์ประกอบบริเวณผิวของวัตถุท้องฟ้านั้นๆ ด้วยวิธีการวิเคราะห์เส้นสเปกตรัมที่ได้จากการถ่ายภาพ

หมายเหตุ: ผู้อ่านสามารถศึกษารายละเอียดของข้อมูลดังกล่าวมาแล้วทั้งหมดจากวีดีโอดังต่อไปนี้

 

วีดีโอการเปิดเผยข้อมูลของกล้องถ่ายภาพอินฟาเรดกลางและสเปกโตรมิเตอร์ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ รวมถึงข้อมูลของอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ที่จะถูกติดตั้งภายในกล้องโทรทรรศน์ตังนี้

ข้อมูลวีดีโอโดย : สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ (STScI)

 

 

เรียบเรียงโดย

ธีรยุทธ์  ลอยลิบ

สำนักบริกาวิชาการฯ

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

ที่มาของข่าว

http://www.nasa.gov/mission_pages/webb/news/geithner-qa.html

http://www.jwst.nasa.gov/miri.html