สมาคมดาราศาสตร์ไทย

ทายาทเคปเลอร์ขึ้นสู่อวกาศ สานต่อภารกิจล่าดาวเคราะห์ต่างระบบ

ทายาทเคปเลอร์ขึ้นสู่อวกาศ สานต่อภารกิจล่าดาวเคราะห์ต่างระบบ

20 เม.ย. 2561
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
เมื่อเวลา 17:51 น. ของวันที่ 18 เมษายนที่ผ่านมาตามเวลาประเทศไทย จรวดฟัลคอน ได้ทะยานขึ้นจากฐานปล่อย 40 ที่แหลมแคนาเวอรัลในรัฐฟลอริดา สัมภาระของจรวดในครั้งนี้คือ ดาวเทียมที่มีชื่อว่า เทสส์  ขององค์การนาซา

เทสส์ (TESS--Transiting Exoplanet Survey Satellite) นับได้ว่าเป็นทายาทของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ เพราะมีภารกิจคือค้นหาดาวเคราะห์ต่างระบบเหมือนกัน มีหลักการค้นหาแบบเดียวกัน และขึ้นมาประจำการในช่วงเวลาที่เคปเลอร์กำลังจะปิดภารกิจลงพอดี

การค้นหาดาวเคราะห์ต่างระบบ เป็นการสำรวจอวกาศแขนงหนึ่งที่เพิ่งเกิดขึ้นมาเพียง 20 กว่าปีเท่านั้น นับจากที่มีการค้นพบดาวเคราะห์ของดาวฤกษ์ดวงอื่นเป็นครั้งแรกเมื่อปี 2538 

ดาวเคราะห์ต่างระบบดวงแรกที่ค้นพบเป็นบริวารของดาว 51 ม้าบินบี (51 Peg B) โดยค้นพบจากการสังเกตการเคลื่อนที่ไปมาของดาวฤกษ์ ซึ่งเกิดจากการกระทำของดาวเคราะห์บริวาร แม้ดาวเคราะห์จะมีแสงหรี่จนมองไม่เห็น แต่ก็ส่งผลด้านความโน้มถ่วงต่อดาวฤกษ์แม่ให้สังเกตได้ การวิเคราะห์การเคลื่อนไหวไปมาของดาวฤกษ์ทำให้คำนวณหาคาบโคจรและมวลของดาวเคราะห์บริวารได้ วิธีนี้เรียกว่า การหาดาวเคราะห์โดยวัดความเร็วแนวรัศมี เป็นวิธีที่ช่วยให้ค้นพบดาวเคราะห์ดวงต่อมาอีกหลายดวง

ต่อมานักดาราศาสตร์ได้คิดวิธีค้นหาดาวเคราะห์เพิ่มขึ้นอีกวิธีหนึ่ง เรียกว่า การสำรวจการผ่านหน้า วิธีนี้ กล้องจะบันทึกความสว่างของดาวอย่างต่อเนื่อง แล้วคอยสังเกตหาการหรี่แสงลงเป็นเวลาสั้น ๆ ซ้ำกันและเว้นระยะเท่ากัน ซึ่งจะแปลความหมายได้ว่าเกิดจากดาวเคราะห์บริวารของดาวฤกษ์ดวงนั้นมาโคจรมาผ่านหน้า การวิเคราะห์ระยะเวลาที่แสงดาวหรี่ลงไปทำให้ทราบวงโคจรของดาวเคราะห์ได้ ส่วนขนาดของดาวเคราะห์ก็คำนวณได้จากปริมาณของแสงที่ลดลงไป นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะทราบถึงองค์ประกอบในบรรยากาศของดาวเคราะห์ที่มาบังด้วย โดยวิเคราะห์จากสเปกตรัมของแสงดาวขณะที่มีการบัง เพราะแสงจากดาวฤกษ์บางส่วนส่องผ่านบรรยากาศของดาวเคราะห์มา

การสำรวจการผ่านหน้านี้เองที่เป็นวิธีที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ใช้และประสบความสำเร็จอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จนถึงขณะนี้ (เมษายน 2560) เคปเลอร์ค้นพบดาวเคราะห์ต่างระบบที่ยืนยันได้แล้ว 3,708 ดวง และยังมีที่รอยืนยันอีกหลายพันดวง เคปเลอร์พบดาวเคราะห์หลากหลายรูปแบบเกินกว่าที่ใครจะเคยจินตนาการ ไม่เพียงแค่ดาวยักษ์แก๊ส ดาวเคราะห์หิน ดาวยักษ์น้ำแข็งแบบที่มีในระบบสุริยะของเราเท่านั้น แต่ยังมีดาวเคราะห์ประเภทพฤหัสร้อน ซึ่งคล้ายดาวเคราะห์ยักษ์แก๊สแต่โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ด้วยวงโคจรที่แคบกว่าวงโคจรของดาวพุธ มีทั้งดาวประเภทซูเปอร์โลกซึ่งหมายถึงดาวเคราะห์หินคล้ายโลกแต่มีมวลมากกว่าโลก ไม่เพียงเท่านั้น นักดาราศาสตร์ยังพบดาวหาง วงแหวนของดาวเคราะห์ และแม้แต่สิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นดวงจันทร์บริวารของดาวเคราะห์อีกด้วย

ย้อนหลังไปเมื่อวัน 14 กรกฎาคม 2555 ล้อปฏิกิริยาซึ่งเป็นอุปกรณ์ควบคุมการหันทิศทางของกล้องตัวหนึ่งของเคปเลอร์เกิดเสียไป ต่อมาตัวที่สองก็เสียไปอีกในวันที่ 11 พฤษภาคม 2556 ทำให้เหลือล้อปฏิกิริยาเพียงสองตัวซึ่งไม่เพียงพอต่อการปฏิบัติภารกิจ

ภารกิจเคปเลอร์น่าจะต้องปิดฉากเสียตั้งแต่บัดนั้น แต่วิศวกรของเคปเลอร์กลับมีไม้เด็ด ด้วยการพลิกแพลงใช้ประโยชน์จากแรงดันจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์มาช่วยในการรักษาเสถียรภาพของกล้อง ภารกิจเคปเลอร์จึงดำเนินต่อมาได้แม้จะต้องเปลี่ยนพื้นที่เป้าหมายไป ภารกิจภาคสองที่มีชื่อว่า เค ได้ค้นพบดาวเคราะห์ต่างระบบที่ยืนยันแล้วเพิ่มขึ้นอีก 307 ดวง และยังมีที่รอการยืนยันอีก 480 ดวง

แต่เวลาของเคปเลอร์กำลังจะหมดลง เนื่องจากเชื้อเพลงภายในยานเหลือน้อยเต็มที เชื้อเพลิงนี้จำเป็นอย่างมากในการหันเหตัวยานเพื่อให้สายอากาศหันมายังโลกขณะที่ส่งข้อมูลกลับมายังภาคพื้นดิน คาดว่าเคปเลอร์จะปฏิบัติหน้าที่ต่อไปได้อีกเพียงไม่กี่เดือนเท่านั้น ก่อนจะถูกคำสั่งปิดเครื่องถาวร

ในความเหมือนระหว่างเทสส์กับเคปเลอร์ ก็มีความแตกต่างในหลายประการ

เคปเลอร์สำรวจท้องฟ้าด้วยกล้องเดี่ยวที่มีกระจกปฐมภูมิขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.4 เมตร มุมภาพกว้าง 12 องศา ส่วนกล้องเทสส์ประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์เหมือนกัน กล้อง แต่ละกล้องมีซีซีดีความละเอียด 16.8 ล้านพิกเซล คลุมพื้นที่บนท้องฟ้ากว้าง 24x24 องศา 

เคปเลอร์โคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยคาบ 372.5 วัน ซึ่งยาวกว่าของโลกเล็กน้อย ดังนั้นเคปเลอร์จึงถอยห่างจากโลกไปเรื่อย ๆ ด้วยอัตราปีละ 25 ล้านกิโลเมตร ส่วนเทสส์โคจรรอบโลกด้วยวงโคจรที่รีมาก มีคาบ 13.7 วัน ซึ่งหมายความว่าพ้องกับคาบของดวงจันทร์ด้วยอัตรา 1:2 ณ จุดที่ใกล้โลกที่สุดเทสส์จะอยู่ห่างจากพื้นโลก 35,785 กิโลเมตร ช่วงที่ยานเข้ามาใกล้โลกนี้ยานจะส่งถ่ายข้อมูลกลับมายังโลก ที่จุดไกลโลกที่สุดอยู่ห่างออกไป 373,300 กิโลเมตร ซึ่งอยู่ไกลจนพ้นเขตของแถบรังสีแวนอัลเลน

ความแตกต่างที่ระหว่างนักล่าดาวเคราะห์ทั้งสองที่สำคัญที่สุดคือ การเลือกเป้าหมายของการค้นหา 
กล้องเคปเลอร์ค้นหาดาวเคราะห์จากพื้นที่เพียงหย่อมเดียวบนท้องฟ้า ใกล้กับกลุ่มดาวหงส์ มีความกว้าง 12 องศา ส่วนเทสส์มีพื้นที่สำรวจมากกว่าถึง 400 เท่า ครอบคลุมพื้นที่ท้องฟ้ามากถึง 85 เปอร์เซ็นต์

ไม่เพียงแต่เรื่องพื้นที่ค้นหาเท่านั้น ประเภทของดาวที่จะค้นหาดาวเคราะห์ก็ต่างกันด้วย กล้องเคปเลอร์เก็บดาวทุกดวงในกรอบภาพมาศึกษา ซึ่งส่วนใหญ่แล้วเป็นดาวที่อยู่ไกลและหรี่มาก จนยากแก่การติดตามสำรวจเพิ่มเติมโดยกล้องอื่น แต่สำหรับเทสส์จะพุ่งเป้าไปที่ดาวที่มีความสว่างมากเท่านั้น มีเป้าหมายเป็นดาวสว่างที่อยู่ไม่ไกลจากโลกไม่เกิน 330 ปีแสง เหตุที่เทสส์ต้องจำกัดเป้าหมายอยู่ที่ดาวสว่างที่อยู่ใกล้ก็เพื่อหวังผลจากการสำรวจติดตามโดยกล้องโทรทรรศน์แห่งอื่น โดยเฉพาะการศึกษาในด้านสเปกตรัมที่จะช่วยบอกถึงสภาพทางและองค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศในดาวเคราะห์เหล่านั้น ซึ่งจะเป็นตัวชี้วัดสำคัญถึงความเอื้อต่อการดำรงชีวิต

แม้เทสส์จะตั้งข้อจำกัดของระยะทางและความสว่างของดาวที่จะศึกษาไว้ แต่ดาวเป้าหมายของเทสส์ยังมีมากถึง 500,000 ดวงเลยทีเดียว นักดาราศาสตร์คาดว่าตลอดอายุภารกิจสองปีของเทสส์จะพบดาวเคราะห์ต่างระบบเพิ่มขึ้นอีกหลายพันดวง และในจำนวนนี้น่าจะมีดวงที่มีขนาดเท่าโลกหรือใหญ่กว่าโลกนิดหน่อยราว 500 ดวง

กล้องเทสส์ ประกอบด้วยกล้องย่อยสี่กล้อง แต่ละกล้องมีมุมรับภาพ 24 องศา

กล้องเทสส์ ประกอบด้วยกล้องย่อยสี่กล้อง แต่ละกล้องมีมุมรับภาพ 24 องศา (จาก Roen Kelly, after NASA GSFC)

ดาวเทียมเทสส์ นักล่าดาวเคราะห์รุ่นใหม่ของนาซา

ดาวเทียมเทสส์ นักล่าดาวเคราะห์รุ่นใหม่ของนาซา

เทสส์ใช้วิธีสังเกตการผ่านหน้าในการค้นหาดาวเคราะห์ต่างระบบ <wbr>เมื่อใดที่ดาวเคราะห์ของดาวฤกษ์ดวงหนึ่งโคจรผ่านหน้า <wbr>จะบดบังแสงของดาวไปเล็กน้อย <wbr>การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงความสว่างช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้ทราบถึงสมบัติต่าง <wbr>ๆ <wbr>ของดาวเคราะห์นั้น<br />

เทสส์ใช้วิธีสังเกตการผ่านหน้าในการค้นหาดาวเคราะห์ต่างระบบ เมื่อใดที่ดาวเคราะห์ของดาวฤกษ์ดวงหนึ่งโคจรผ่านหน้า จะบดบังแสงของดาวไปเล็กน้อย การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงความสว่างช่วยให้นักดาราศาสตร์ได้ทราบถึงสมบัติต่าง ๆ ของดาวเคราะห์นั้น
(จาก Roen Kelly)

แผนภูมิแสดงกลุ่มดาวเป้าหมายของเทสส์ <wbr>(วงสีแดง) <wbr>เทียบกับดาวเป้าหมายของเคปเลอร์ <wbr>(วงสีน้ำเงิน) <wbr>ดาวที่เทสส์จะค้นหามีความสว่างเฉลี่ยมากกว่าของเคปเลอร์ประมาณ <wbr>5 <wbr>อันดับ <wbr><br />

แผนภูมิแสดงกลุ่มดาวเป้าหมายของเทสส์ (วงสีแดง) เทียบกับดาวเป้าหมายของเคปเลอร์ (วงสีน้ำเงิน) ดาวที่เทสส์จะค้นหามีความสว่างเฉลี่ยมากกว่าของเคปเลอร์ประมาณ อันดับ 
(จาก Roen Kelly, after George Ricker)

จำนวนของดาวเคราะห์ต่างระบบที่พบในแต่ละปี

จำนวนของดาวเคราะห์ต่างระบบที่พบในแต่ละปี (จาก NASA)