เมื่อวันที่ 25 ธันวาคม 2021 องค์การ NASA ได้ทำการปล่อย กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ขึ้นสู่อวกาศด้วยจรวด ARIANESPACE ARIANE 5 และล่าสุดเมื่อวันที่ 12 กรกฎาคม 2022 NASA ได้เผยแพร่ภาพและข้อมูลอันน่าทึ่งที่ได้จาก กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ครั้งแรก โดยเป็นการเผยแพร่ภาพถ่ายทอดสดจากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ด ในสหรัฐอเมริกา
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ มีมูลค่า 1 หมื่นล้านดอลลาร์ ซึ่งถือได้ว่าเป็นกล้องโทรทรรศน์สำรวจอวกาศที่ใหญ่และมีประสิทธิภาพมากที่สุดของ NASA โดยมันสามารถสำรวจระบบของจักรวาลได้ตั้งแต่บิ๊กแบงไปจนถึงการก่อตัวดาวเคราะห์นอกระบบ และอื่น ๆ อีกมากมาย
วันนี้เราจึงจะพาทุกคนมาทำความรู้จักกับ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ให้มากขึ้น พร้อมกับเรื่องราวอันน่าทึ่งที่คุณอาจจะยังไม่รู้เกี่ยวกับกล้องโทรทรรศน์สำรวจอวกาศอันทรงพลังนี้ ซึ่งจะเป็นอย่างไรบ้างนั้น สามารถติดตามได้ในบทความนี้เลย
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ คืออะไร ?
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JAMES WEBB SPACE TELESCOPE: JWST) คือ กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดแบบโคจรที่ถูกสร้างขึ้น เพื่อช่วยเสริมความสามารถของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและขยายการค้นพบดาวเคราะห์ด้วยคลื่นความยาวที่ยาวกว่าและความไวที่เพิ่มมากขึ้น
โดยทั่วไป กล้องโทรทรรศน์ออปติคอลจะมองเห็นได้แค่ในส่วนเดียวกันกับดวงตาของเรา โดยมีช่วงความยาวคลื่นประมาณ 380 ถึง 740 นาโนเมตร (นาโนเมตร) ซึ่งเป็นความยาวคลื่นของฮับเบิล ในขณะที่ JWST จะเป็นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด ซึ่งมีการปรับคลื่นความยาวให้เหมาะสมในช่วงความยาวระหว่าง 600 ถึง 28,000 นาโนเมตร
ทำให้ JWST สามารถขยายมุมมองการสังเกตวัตถุที่อยู่ใกล้เคียงแและค้นหาการก่อตัวที่ยากจะสังเกตเห็นของกาแล็กซีได้ รวมถึงค้นหาการก่อตัวขึ้นใหม่ของระบบดาวเคราะห์ในปัจจุบัน กล้องโทรทรรษน์อวกาศเจมส์ วิกิพีเดีย
ข้อดีของกล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์ ในด้านการศึกษาดาราศาสตร์
อย่างที่เราทราบกัน กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ จะมาช่วยเสริมความสามารถของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งภาพทั้งหมดที่ถ่ายโดยฮับเบิล ไม่เพียงสะท้อนให้เห็นถึงระบบกาแลคซีเท่านั้น แต่มันยังสะท้อนให้เห็นถึงต้นกำเนิดของจักรวาลอีกด้วย
ทำให้นักดาราศาสตร์เชื่อว่า การศึกษาดาวฤกษ์และกาแล็กซีกลุ่มแรกในจักรวาล ด้วย กล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์ จะช่วยทำให้เราสามารถไขข้อสงสัยเกี่ยวกับจุดเริ่มต้นของจักรวาลนี้ได้มากขึ้น นอกจากนี้ภาพทั้งหมดที่ถ่ายโดย เวบบ์ ยังมีรายละเอียดที่สูงมาก เห็นดาวใหม่ ๆ ได้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น และมีโครงสร้างที่สมบูรณ์แบบที่สุด
จุดกำเนิดของ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์
กล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์ ได้รับการออกแบบและพัฒนาโดยองค์การการบินและอวกาศแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา(NASA) ร่วมด้วย องค์การอวกาศยุโรป (ESA) และองค์การอวกาศแคนาดา (CSA) ซึ่งกล้องโทรทรรศน์นี้ได้ตั้งชื่อตาม JAMES E. WEBB ผู้บริหารรุ่นแรกของ NASA ตั้งแต่ปี 1961 ถึง 1968 และเป็นผู้ดูแลโครงการสร้างโปรแกรม APOLLO
หากจะพูดถึงความจุดเริ่มต้นของ JWST คงต้องย้อนกลับในปี 2002 เมื่อตอนที่มีข่าวลือออกมาว่าชื่อของ เวบบ์ ได้ถูกนำไปใช้เป็นชื่อเรียกของกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อไป เมื่อใกล้ถึงวันเปิดตัว JWST ได้เกิดการตั้งคำถามถึงความไม่เหมาะสมมากมาย
โดยนักวิทยาศาสตร์หลายคนโต้แย้งว่า เวบบ์ มีส่วนร่วมในการเลือกปฏิบัติต่อพนักงาน NASA ที่เป็นเกย์และเลสเบี้ยนในช่วงเวลาที่เขาดำรงตำแหน่ง ดังนั้นชื่อของเขาจึงไม่เหมาะสมที่จะนำมาตั้งเป็นชื่อเรียก กล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อไป แต่ต่อมาในเดือนกันยายน 2021 NASA ก็ได้ประกาศว่า พวกเขาจะไม่มีการเปลี่ยนชื่อ JWST
เดิมที NASA วางแผนจะใช้เงินทุนแค่ 5 พันล้านดอลลาร์ และพร้อมเปิดตัว JWST ภายในปี 2007 แต่ด้วยการออกแบบของยานอวกาศที่ค่อนข้างมีความซับซ้อน และทุกอย่างจะต้องทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบในครั้งแรก เพราะหากเกิดปัญหานักบินอวกาศทีมซ่อมจะไม่สามารถเข้าถึงเวบบ์ได้ง่าย
นี่จึงเป็นเหตุที่ทำให้ NASA ใช้เวลานานถึงสองทศวรรษในการจัดเตรียม JWST ให้พร้อมสำหรับการเปิดตัว และในการสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศครั้งนี้ได้มีการทุ่มทุนเกือบ 1 หมื่นล้านดอลลาร์ ซึ่งเพิ่มขึ้นเกือบ 2 เท่าของต้นทุน
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศ เมื่อวันที่ 25 ธันวาคม 2021 และใช้เวลา 30 วันในการเดินทางเกือบ 1.5 ล้านกิโลเมตรไปยัง จุดลากรองจ์ ซึ่งเป็นตำแหน่งที่มีแรงโน้มถ่วงคงที่ในอวกาศ
และในที่สุดเมื่อวันที่ 24 มกราคม พ.ศ. 2565 กล้องโทรทรรศน์ได้เดินทางมาถึง L2 ซึ่งเป็นจุดลากรองจ์ระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก เป็นจุดที่โลกอยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ ทำให้กล้องโทรทรรศน์อยู่ในแนวเดียวกับโลกขณะที่โคจรรอบดวงอาทิตย์
โดย L2 เป็นแหล่งรวมกล้องโทรทรรศน์อวกาศอื่น ๆ มากมาย เช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศเฮอร์เชล และ ดาวเทียม PLANCK และเป็นจุดที่อยู่ห่างจากโลกเกือบ 1 ล้านไมล์ (1.5 ล้านกิโลเมตร) ที่จุด L2 ซึ่งสิ่งนี้ทำให้ JWST มองเห็นจักรวาลได้ชัดเจนกว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล
คุณลักษณะพิเศษของ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ใช้หลักการสร้างเดียวกันกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล โดยทั้งคู่ได้ถูกสร้างขึ้นด้วยกระจกปฐมภูมิขนาดใหญ่ ซึ่งมีหน้าที่จับแสงให้ได้มากที่สุดจากวัตถุที่อยู่ในจักรวาล หรือวัตถุที่อยู่ขอบสุดของจักรวาลที่สามารถสังเกตได้
กล้องโทรทรรศน์อวกาศทั้งคู่จะมีส่วนหลังเช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์ทั่วไป คือถูกล้อมรอบด้วยท่อทรงกระบอกที่ป้องกันเลนส์จากแสงแดด แต่การที่แสงแดดจะเล็ดลอดเข้ามาได้นั้นก็ขึ้นอยู่กับตำแหน่งในวงโคจรของกล้อง ซึ่งฮับเบิลจะมีแสงเล็ดลอดเข้ามามากกกว่า JWST ที่อยู่ในจุด L2 แสงทั้งหมดจะอยู่ในทิศทางเดียวกัน ทำให้แสงเล็ดลอดเข้ามาได้แค่ทิศทางเดียวกัน
กระจกหลักของ JWST
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ จะประกอบไปด้วยกระจกหลักหกเหลี่ยม 18 ส่วนที่ทำจากเบริลเลียมเคลือบทอง โดยกระจกมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.5 เมตร (21 ฟุต) ทำให้ JWST มีพื้นที่รวบรวมแสงประมาณ 25 ตารางเมตร หรือประมาณหกเท่าของฮับเบิล
สเปกตรัม JWST จะสังเกตเห็นในช่วงความถี่ที่ต่ำกว่า ตั้งแต่แสงที่มองเห็นได้ในความยาวคลื่นยาว(สีแดง) จนถึงอินฟราเรดกลาง(0.6–28.3 ไมโครเมตร) แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นกล้องโทรทรรศน์ต้องเย็นจัดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 50 K (−223 °C; −370 °F) เพื่อให้แสงอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากกล้องโทรทรรศน์ไม่รบกวนแสงที่สะสม ดังนั้น JWST จึงมีแผงบังแสงแดดห้าชั้น เพื่อปกป้องความร้อนจากดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์
กระจกบังแสงแดดของ JWST
อีกหนึ่งคุณลักษณะที่สำคัญในการออกแบบของ ก็คือ กระจกบังแสงแดด JWST จะมี “ด้านเย็น” และ “ด้านร้อน” โดยทั้ง 2 ด้านจะถูกคั่นด้วยกระจกบังแดดห้าชั้นขนาดใหญ่ที่เป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมรูปว่าวขนาดประมาณสนามเทนนิส
โดยด้านเย็นจะเป็นด้านที่ทำหน้าที่สังเกตการณ์ ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำถึงลบ 394 F (ลบ 237 C) ในขณะที่ด้านร้อนที่มีแสงแดดส่องถึงอาจจะมีอุณหภูมิสูงถึง 212 องศาฟาเรนไฮต์ (100 องศาเซลเซียส) ซึ่งด้านร้อนจะมีแผงโซลาร์เซลล์ และเสาอากาศสำหรับการสื่อสารแบบสองทางกับโลก แต่มันจะใช้งานได้ก็ต่อเมื่อดวงอาทิตย์และโลกหันเข้าหาทิศทางเดียวกันจากมุมมองของ JWST เท่านั้น
เป้าหมายหลักของ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์
- เพื่อค้นหาต้นกำเนิดของจักรวาล
กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ทำให้เราได้เห็นกาแล็กซีเมื่อหลายพันล้านปีก่อน แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ทำให้เห็นรายละเอียดของกาแล็กซีที่มากกว่า ซึ่ง NASA คาดว่า JWST จะพาเราย้อนกลับไปตอนที่กาแลคซีเริ่มก่อตัวเมื่อประมาณ6 พันล้านปีก่อน
JWST มีแถบความถี่ที่เหนือกว่ากล้องโทรทรรศน์อื่น ๆ เมื่อจักรวาลกำลังขยายตัว แสงจากวัตถุที่อยู่ห่างไกลจะถูกยืดออก ทำให้ความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น นั่นหมายความว่าเราจะสามารถมองเห็นแสงที่ปล่อยออกมาได้ในแถบคลื่นของกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด ซึ่งเป็นแถบความถี่ของ JWST ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมกับความยาวคลื่น เพื่อสำรวจข้อสงสัยของแสงในยามรุ่งอรุณของจักรวาล
- เพื่อค้นหาการก่อตัวของกาแล็กซี
ก่อนอื่นต้องขอบคุณกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลที่ทำให้เราได้เห็นความสวยงามของกาแล็กซี และทำให้เราได้รู้ว่ากาแล็กซีมีลักษณะเป็นอย่างไร แต่ก็ยังไม่มีใครรู้ว่ากาแล็กซีก่อตัวขึ้นได้อย่างไร? หรือการรวมตัวกันเป็นกระจุกนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร? ดังนั้น NASA จึงคาดหวังว่า JWST จะสามารถไขข้อสงสัยเหล่านี้ได้ด้วยมุมมองของจักรวาลยุคแรก
กาแลคซีมีลักษณะเด่นอีกหนึ่งประการ ก็คือ หลุมดำขนาดใหญ่ที่อยู่ตรงกลาง ซึ่งในจักรวาลยุคแรก ๆ หลุมดำเหล่านี้มักให้พลังงานนิวเคลียสแก่กาแลคซี ทำให้มันเปล่งแสงสว่าง ที่เรียกว่าควาซาร์ ซึ่ง JWST มีเป้าหมายที่จะศึกษาตัวอย่างของแสงสว่างเหล่านี้
- เพื่อศึกษาวัฏจักรของดวงดาว
อย่างที่เราทราบกัน จักรวาลเต็มไปด้วยกาแล็กซี ซึ่งถือกำเนิดขึ้นตั้งแต่ยุคแรก ๆ ของจักรวาล และตั้งแต่นั้นมากาแล็กซีก็มีวิวัฒนาการมาอย่างต่อเนื่อง แต่สำหรับดวงดาวนั้น พวกมันมีวงจรชีวิตที่คล้ายกับสิ่งมีชีวิตมากกว่า
โดยทั่วไปดวงดาวจะมีการเกิด พัฒนา แก่ และตาย ซึ่งเศษซากของดาวฤกษ์เก่าที่ตายแล้วจะกลายเป็นส่วนประกอบที่สำคัญในการสร้างดาวดวงใหม่ ถึงแม้กระบวนการนี้จะดูเข้าใจง่าย แต่ความจริงแล้วมันมีรายละเอียดและความลึกลับที่ซ่อนอยู่รอบ ๆ มากมาย
เนื่องจากตอนแรกดาวฤกษ์จะห่อหุ้มอยู่ในรังไหมที่กล้องโทรทรรศน์ธรรมดาไม่สามารถมองทะลุผ่านได้ แต่สิ่งห่อหุ้มนั้นจะมองเห็นเป็นแบบโปร่งใสได้ที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดที่ใช้ใน กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ทำให้ NASA คาดหวังว่า JWST จะช่วยเปิดเผยความลับสุดยอดของวัฏจักรดวงดาว และอาจจะช่วยไขข้อสงสัยบางอย่างเกี่ยวกับต้นกำเนิดของดวงอาทิตย์และระบบสุริยะได้
- เพื่อค้นหาโลกอีกใบ หรือ ดาวเคราะห์นอกระบบ
อีกหนึ่งในสิ่งที่ทำให้การศึกษาด้านดาราศาสตร์น่าตื่นเต้นที่สุดก็คือการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบดาวฤกษ์อื่น ๆ โดยเฉพาะดาวเคราะห์ที่คล้ายกับโลก ซึ่ง JWST จะสนับสนุนการค้นหานี้ โดยใช้การถ่ายภาพอินฟราเรดและสเปกโทรสโกปี เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของระบบดาวเคราะห์
ความสามารถในการมองผ่านฝุ่นและถ่ายภาพความละเอียดสูงพิเศษของ JWST จะทำให้เรามองเห็นระบบดาวเคราะห์ได้โดยตรง เช่น ระบบดาวฤกษ์ที่ก่อตัวขึ้นใหม่ BETA PICTORIS ในระยะแรกสุด ไม่เพียงเท่านั้น JWST ยังวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบได้ โดยมองหาลายเซ็นที่บ่งบอกถึงองค์ประกอบที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะ
