:: กระทู้ดาราศาสตร์ :: กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่สำคัญของโลก

กระทู้คำถาม
สวัสดีครับ ผม Partita ขอเสนอเนื้อหาทางดาราศาสตร์เรื่อง กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่สำคัญของโลก

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ คือ อุปกรณ์วิทยาศาสตร์ประเภทสำรวจและตรวจจับวัตถุทางดาราศาสตร์ ซึ่งมนุษย์ส่งออกไปทำงานนอกโลก
โดยโคจรรอบโลกและทำงานสำรวจ เฝ้ามอง และตรวจจับแสง คลื่น ในย่านต่าง ๆ เพื่อเป็นข้อมูลให้นักวิทยาศาสตร์
ปัจจุบัน มีกล้องโทรทรรศน์อวกาศหลายตัว ในกระทู้นี้ผมจะขอเลือกมาเสนอเฉพาะตัวที่สำคัญ 3 ตัว
โดยเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศในโครงการ Great Observatories Program ของ NASA และขอเสนอรายละเอียด
แบบละเอียดพอประมาณ เฉพาะส่วนที่สำคัญครับ

การสำรวจอวกาศ เราไม่ได้ใช้กล้องลักษณะแบบกล้องดูดาวส่องออกไปเท่านั้น แต่จำเป็นต้องมีเครื่องมือวิทยาศาสตร์
ในกล้องโทรทรรศน์เหล่านี้ด้วย เพราะในอวกาศ เต็มไปด้วยแสง / คลื่น ที่มีย่านความถี่อย่างหลากหลาย
ตั้งแต่ย่าน Infrared , ย่านตามมนุษย์เห็น (Visible Light) , ย่าน UltraViolet , ย่าน Xray , ย่าน Gamma
เครื่องมือวิทยาศาสตร์เหล่านี้ได้ถูกบรรจุในกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่าง ๆ เพื่อภารกิจแบบเฉพาะตัวในย่านนั้น ๆ

ภาพนี้แสดงถึง Spectrum ความถี่ธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้น
ในลูกศรสีแดง คือย่านความถี่ธรรมชาติที่กำเนิดโดยวัตถุในอวกาศ
ซึ่งกว้างครอบคลุมมาก เราจึงต้องใช้อุปกรณ์หลากหลายในการตรวจจับ


เหตุใดจึงต้องตรวจจับหลายย่านความถี่ ?
เหตุผลคือ ในการศึกษาปรากฏการณ์อวกาศเราจะต้องทราบอย่างถ่องแท้ ว่าวัตถุนั้น ๆ มีการแพร่คลื่นหรือแสงย่านใดบ้าง
จะได้นำไปเชื่อมโยงกับความรู้ของเรา ทำให้เราสามารถสร้างสมมุติฐาน หรือระบุไปได้เลยว่าวัตถุนั้นคืออะไร มีกลไกอย่างไร
ตัวอย่างการแพร่คลื่นย่านต่าง ๆ ในอวกาศ
- ย่าน Gamma , X-Ray การระเบิดของดาวฤกษ์มวลมาก , Supernova , Pulsar จากดาวนิวตรอน
- ย่าน Infrared จากวัตถุที่ค่อนข้างเย็น เช่น กลุ่มเมฆฝุ่นอวกาศ โมเลกุลต่าง ๆ ของวัตถุประเภทดาวเคราะห์
วัตถุพวกนี้จะมีอุณหภูมิตั้งแต่ - 200 องศา C ไปจนถึงหลายพันองศา C
- ย่าน Visible eye แสงจากดาวฤกษ์ / แกแลคซี่ทั่วไปที่เรารู้จักกันดี

ตัวอย่างภาพ Sombrero Galaxy (M104 หรือ NGC 4594)
แสดงถึงภาพที่ถ่ายโดย sensor ของกล้องย่านต่าง ๆ



กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่สำคัญของโลก

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope)


Hubble มีรายละเอียดยาวมากตั้งแยกได้อีกกระทู้หนึ่งทีเดียว จึงขอเสนอข้อมูลโดยสรุปเท่านั้นนะครับ
Hubble คืออันดับ 1 ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เพราะมีอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ครบครัน
สามารถตรวจจับวัตถุได้หลากหลายประเภทของแสงมากที่สุด  กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลเกิดขึ้นจากความร่วมมือ
ระหว่างองค์การนาซาและองค์การอวกาศยุโรป นำส่งขึ้นสู่วงโคจรเมื่อเดือนเมษายน 1990
Hubble ตั้งชื่อตามนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ เอ็ดวิน ฮับเบิล

ระบบเลนส์ของ Hubble เป็นกล้องแบบสะท้อนแสง 2 อันดับตามภาพล่างนี้ครับ


ส่วนประกอบหลักของ Hubble


Hubble มีเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่สำคัญดังนี้
1.  Wide Field Camera 3 (WFC3) เป็นอุปกรณ์ตรวจจับแสงใน 3 ย่านคือ near-ultraviolet , visible และ near-infrared
สำหรับศึกษาสสารมืด และการกำเนิดดวงดาว
2.  Cosmic Origins Spectrograph (COS) เป็นอุปกรณ์รับแสง UltraViolet ที่มีความซับซ้อน สามารถแยกวิเคราะห์แสง
ออกมาเป็นอุณหภูมิ องค์ประกอบทางเคมี ความหนาแน่น
3.  Advanced Camera for Surveys (ACS) ตรวจจับแสงในย่านตามองเห็น โดยสามารถตรวจจับวัตถุที่ไกลมาก ๆ
4.  Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) เป็นอุปกรณ์ตรวจจับแสงใน 3 ย่านคือ near-ultraviolet
visible และ near-infrared เช่นเดียวกับ WFC3 แต่ทำงานได้ดีกับแหล่งกำเนิดแสงขนาดใหญ่อย่างแกแลคซี่
5.  Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS) เป็น Infrared heat sensor
ใช้ตรวจจับวัตถุที่ถูกเมฆฝุ่นอวกาศบดบัง เช่น ดาวกำเนิดใหม่
6.  Fine Guidance Sensors (FGS) ตัวนี้เป็น sensor สำหรับวิเคราะห์ตำแหน่งและ lock ตำแหน่งกับดวงดาวหลัก
เพื่อให้ Hubble สามารถคงตำแหน่งที่ถูกต้องได้ และยังช่วยวัดระยะดาวต่าง ๆ รวมถึงการเคลื่อนที่แบบสัมพันธ์

ภาพแสดง Sensor และความสามารถในการตรวจจับแสงย่านต่าง ๆ


Hubble โคจรรอบโลกในแบบ Low Earth Orbit โดยมีรายละเอียดตามภาพนี้ครับ


การค้นพบที่สำคัญของ Hubble
1. ภาพอวกาศห้วงลึกมากของฮับเบิล (Hubble Ultra Deep Field) เป็นภาพอันน่าตื่นตะลึงของอวกาศ
โดยเลือกส่องไปยังพื้นที่เล็กมาก และมืดสนิท แต่กลับพบว่ามีแกแลคซี่อีกนับหมื่นแกแลคซี่ทีเดียว
ภาพ HUDF นี้ เป็นภาพแสงย่านตามองเห็นที่ไกลที่สุดที่มนุษย์ทำได้


2. ภาพเสาแห่งการก่อกำเนิด (Pillars of Creation) แสดงให้เห็นการก่อตัวของดาวฤกษ์ในเนบิวลาอินทรี
"เสา" ที่เรียกนั้นคือกลุ่มแก้สและฝุ่น และภายในมีกลุ่มดาวฤกษ์เกิดใหม่จำนวนหนึ่ง



กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา (Chandra X-ray Observatory)


Chandra X-ray Observatory เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศตรวจจับย่าน X-Ray ขึ้นสู่อวกาศเมื่อ 23 กรกฏาคม 1999
ตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่ สุพรหมัณยัน จันทรเศขร (Subrahmanyan Chandrasekhar) นักวิทยาศาสตร์เชื้อสาย Indian-American
ที่มีชื่อเป็นที่รู้จักกันดีคือ "จันทรา" ,,กล้องนี้ออกแบบเพื่อสำรวจแหล่งรังสี X-Ray ที่แรงกล้าในที่ต่าง ๆ ของจักรวาล
โดยมีความสามารถในการตรวจจับแหล่ง Xray ไวกว่า 100 เท่าของกล้องโทรทรรศน์รุ่นก่อนหน้านี้

ส่วนประกอบของกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา


รายละเอียดเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา
1. High Resolution Camera (HRC) เป็นชุด sensor สำหรับรับภาพความละเอียดสูง มีส่วนประกอบหลักคือ
Micro-Channel Plates (MCP) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ตรวจจับอนุภาคและรังสี อุปกรณ์ชุดนี้มีความละเอียดมาก
เมื่อทำงานร่วมกับกระจกสะท้อนแล้ว จะสามารถเปิดเผยรายละเอียดของวัตถุได้ถึง 1.5 Arcsec
หรือเทียบง่าย ๆ คือสามารถอ่านหนังสือพิมพ์ได้ในระยะ 800 เมตร !!

2. Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) เป็นชุด sensor รับภาพจำนวน 10 CCD
ทำหน้าที่วิเคราะห์ spectrum ของย่าน X-Ray ที่รับมาได้ โดยทำงานตรวจจับในย่านพลังงาน 0.2 - 10 KeV

3. The High Resolution Spectrometers - HETGS and LETGS เป็นชุดอุปกรณ์ที่เรียกว่า grating
คือเป็นอุปกรณ์ที่ใช้แยกแสงให้เป็นสเปกตรัมโดยวิธีการเลี้ยวเบนและการแทรกสอดของแสง
อุปกรณ์จะเป็นแผ่นทองคำบางเฉียบมีระยะห่างกันเพียง 1 ไมโครเมตร


วงโครจรของกล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทรา
จันทราโคจรอบโลกแบบ elliptical orbit คือเป็นวงรีขนาดยาว รายละเอียดตามภาพล่างนี้ครับ


ตัวอย่างการค้นพบที่สำคัญของจันทรา
ตรวจพบแหล่งกำเนิดรังสี X-Ray อย่างแรงกล้าที่บริเวณใจกลางทางช้างเผือก มีชื่อว่า Sagittarius A*
ซึ่งเป็นหลักฐานยืนยันดีที่สุดอันหนึ่งว่ามีหลุมดำมวลยิ่งยวดที่นั่น ซึ่งก่อนหน้านี้ การสำรวจแหล่ง X-Ray Sagittarius A*
นั้นทำได้จำกัดมาก มีข้อมูลจากเครือข่ายกล้องวิทยุอวกาศบนโลกเท่านั้น แต่ยังไม่สามารถตรวจจับเป็นภาพได้
จันทราสามารถตรวจจับ "ภาพ" ในย่าน X-Ray ของ Sagittarius A* ทำให้มีข้อมูลสอดคล้องกับตำแหน่งเดิมของ Sagittarius A*
ซึ่งมีดาวฤกษ์จำนวน 6 ดวงโคจรรอบวัตถุสีดำมืด และมันก็คือหลุมดำมวลยิ่งยวดนั่นเอง



กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ (Spitzer Space Telescope)
Spitzer เป็นกล้องสังเกตการณ์อวกาศย่านอินฟราเรด เป็นกล้องอันดับสุดท้ายของโครงการ Great Observatories Program
หรือโครงการหอดูดาวเอกของนาซ่า Spitzer ตั้งชื่อตาม ดร. Lyman Spitzer ซึ่งเป็นผู้เสนอให้ติดตั้งกล้องโทรทรรศน์ไว้ในอวกาศ
เป็นคนแรกตั้งแต่ช่วงกลางยุคคริสต์ทศวรรษ 1940 ,Spitzer ขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 25 สิงหาคม 2003


ส่วนประกอบของกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์



รายละเอียดเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์
1. IRAC (Infrared Array Camera) เป็นชุดของ sensor ย่าน Infrared ใน 4 ความยาวคลื่นคือ 3.6 ไมโครเมตร, 4.5 ไมโครเมตร, 5.8 ไมโครเมตร และ 8 ไมโครเมตร
ใช้ sensor ขนาด 256 x 256 pixel โดยมีฮีเลี่ยมเหลวหล่อเย็นที่อุณหภูมิ -250 องศา C
2. IRS (Infrared Spectrograph) เป็นชุดวิเคราะห์ spectrum ย่าน Infrared ความยาวคลื่นระหว่าง 5 - 38 ไมโครเมตร
3. MIPS (Multiband Imaging Photometer for Spitzer) เป็นชุด sensor Infrared ย่านความยาวคลื่น 24 - 160 ไมโครเมตร

วงโครจรของกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์
สปิตเซอร์มีวงโคจรแปลกไม่เหมือนกล้องอื่น ๆ คือเป็นแบบ Heliocentric ซึ่งโคจรตามโลกไปรอบ ๆ ดวงอาทิตย์ใช้เวลา 1 ปี
รายละเอียดตามภาพล่างนี้ครับ



ตัวอย่างการค้นพบที่สำคัญของสปิตเซอร์
เนื่องจาก Spitzer เป็นกล้องที่เน้นสำรวจแหล่งกำเนิด Infrared ดังนั้น  Spitzer จึงมักใช้สำรวจวัตถุอุณหภูมิต่ำ
เช่น spectrum ของแสงจากวัตถุประเภทดาวเคราะห์ หรือระบบดาว extrasolar planets
ตัวอย่างการค้นพบที่สำคัญคือ การค้นพบองค์ประกอบไอน้ำบนดาวเคราะห์ HD 209458 b โดยใช้
sensor Infrared ย่าน 7.5 - 13.2 ไมโครเมตร


จบแล้วครับ ขอขอบคุณที่เข้ามาอ่านครับ พาพันขอบคุณ

แหล่งข้อมูลอ้างอิงในการแปล เรียบเรียงกระทู้นี้
http://www.hubblesite.org
http://chandra.harvard.edu
http://en.wikipedia.org/wiki/Spitzer_Space_Telescope
แสดงความคิดเห็น
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่