สมาคมดาราศาสตร์ไทย

กล้องโทรทรรศน์วิทยุบนดวงจันทร์

กล้องโทรทรรศน์วิทยุบนดวงจันทร์

21 ก.ค. 2564
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
เมื่อปลายปีที่แล้ว ผู้คนแวดวงดาราศาสตร์ทั่วโลกต่างหัวใจสลายเมื่อต้องเห็นภาพของกล้องโทรทรรศน์วิทยุอาเรซิโบถล่มลงมาเหลือเพียงซาก ปิดฉากกล้องโทรทรรศน์ระดับตำนานที่ดำเนินการมาอย่างยาวนานกว่าครึ่งศตวรรษ

แต่ในอนาคตอันใกล้ เราอาจได้มีกล้องโทรทรรศน์วิทยุยักษ์กล้องใหม่ที่ใหญ่กว่าอาเรซีโบหลายเท่า 

เมื่อเดือนเมษายน 2564 องค์การนาซาได้อนุมัตงบก้อนแรกให้แก่โครงการกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งใหม่ โครงการนี้มีชื่อว่า ลูนาร์เครเตอร์เรดิโอเทเลสโกป คาดว่ามีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางราว กิโลเมตร หรือกว้างกว่าอาเรซิโบกว่าสามเท่า หรือกว้างกว่ากล้องฟาสต์ของจีนถึงสองเท่า สร้างขึ้นบนหลุมคาสก์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติเช่นเดียวกับกล้องอาเรซิโบ แต่สถานที่ต่างออกไปสักหน่อย เพราะไปสร้างขึ้นที่ด้านไกลของดวงจันทร์

กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ด้านไกลของดวงจันทร์เป็นความใฝ่ฝันของนักดาราศาสตร์มาช้านาน ที่ด้านไกลของดวงจันทร์เป็นสถานที่วิเศษสุดสำหรับการตั้งกล้องโทรทรรศน์วิทยุ กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ตั้งอยู่บนพื้นโลก มีข้อจำกัดที่สำคัญอย่างหนึ่งคือ จะรับสัญญาณที่มีความยาวคลื่นเกินกว่า 10 เมตรไม่ได้เพราะบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ของโลกสกัดเอาไว้ ดวงจันทร์ไม่มีบรรยากาศ จึงไม่มีปัญหาในเรื่องนี้ นอกจากนี้ การที่ไปตั้งอยู่ที่ด้านไกลของดวงจันทร์ ตัวดวงจันทร์เองก็บังสัญญาณรบกวนในความถี่คลื่นวิทยุที่แสนอึกทึกจากโลกไปได้ 

อย่างไรก็ตาม การสร้างสิ่งปลูกสร้างขนาดใหญ่ในสถานที่ที่อยู่ห่างไกลมาก ซ้ำยังสร้างขึ้นในสถานที่ที่มองไม่เห็นจากโลกอีกด้วย ย่อมงานที่ท้าทายเทคโนโลยีเป็นอย่างมาก จนถึงปัจจุบัน มีเพียงยานฉางเอ๋อ ของจีนเท่านั้นที่เคยไปลงจอดที่ด้านไกลของดวงจันทร์ได้ 

กล้องลูนาร์เครเตอร์เรดิโอเทเลสโกปคาดว่ามีเส้นผ่านศูนย์กลาง กิโลเมตร  (จาก Saptarshi Bandyopadhyay/ NASA)


มุมมองจากก้นหลุมที่เป็นสถานที่ตั้งของลูนาร์เครเตอร์เรดิโอเทเลสโกป ภาพในจินตนาการของศิลปิน
 (จาก NASA/ Vladimir Vustyansky)


แผนคร่าว ๆ ของการสร้างกล้องนี้คือ ใช้หุ่นยนต์ในงานก่อสร้างทั้งหมด ตัวโครงสร้างของกล้องเป็นตาข่ายลวดตัวนำที่ขึงอยู่เหนือหุบขนาดใหญ่ มีรถสองคัน รถคันหนึ่งจะปักหลักอยู่ที่ขอบแอ่งด้านหนึ่ง ส่วนอีกคันหนึ่งจะแล่นไปทั่วก้นแอ่งเพื่อขึงจานรับสัญญาณ ยานอีกลำหนึ่งจะนำลวดตัวนำที่ขดเป็นจานไปวางที่กลางแอ่ง รถที่ทำหน้าที่เป็นกระสวยจะแล่นไปดึงลวดตัวนำนั้นออกมาทีละเส้น คลี่ออก แล้วลากขึ้นไปยึดกับรถคันที่อยู่บนขอบแอ่ง

การออกแบบลวดตัวนำที่จะนำมาสานกันเป็นจานก็เป็นความท้าทายอย่างมาก ลวดนี้จะต้องมีน้ำหนักเบา ยืดหยุ่น และแข็งแรง ตาข่ายที่ขึงขึ้นมาเป็นจานรับสัญญาณปฐมภูมิยังต้องคงรูปร่างให้โค้งเป็นรูปพาราโบลาและรักษาความกว้างของช่องตาข่ายให้คงที่ตลอดช่วงอุณหภูมิอันแสนโหดของดวงจันทร์ที่ขึ้นลงอยู่ระหว่าง -173 องศาเซลเซียสถึง 127 องศาเซลเซียส

ขั้นตอนการก่อสร้างกล้องลูนาร์เคร์เตอร์เรดิโอเทเลสโกป กระบวนการทั้งหมดใช้หุ่นยนต์ในการสร้าง  (จาก University of Illinois)


ภาพตามจินตนาการของศิลปิน แสดงการทำงานของรถดูแอกเซล ขณะกำลังขึงตาข่ายของจานรับสัญญาณของกล้องลูนาร์เครเตอร์เรดิโอเทเลสโกป  (จาก NASA/ Vladimir Vustyansky.)


เมื่อกล้องลูนาร์เคร์เตอร์เรดิโอเทเลสโกปสร้างเสร็จ กล้องนี้จะรับสัญญาณที่มีความยาวคลื่นเกิน 10 เมตรได้ซึ่งไม่เคยมีกล้องไหนทำได้ เท่ากับเป็นการเข้าถึงพรมแดนของเอกภพที่ไม่เคยได้สัมผัสมาก่อน โดยเฉพาะสิ่งที่นักเอกภพวิทยาเรียกว่า ยุคมืดของเอกภพ

ยุคมืดของเอกภพ เป็นยุคที่เกิดขึ้นหลังจากบิกแบงไม่นาน ก่อนที่ดาวดวงแรกจะเริ่มกำเนิดขึ้น การศึกษาเอกภพในยุคนี้อาจทำได้โดยการสำรวจคลื่นไมโครเวฟพื้นหลังของเอกภพ ส่วนกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลหรือแม้แต่ทายาทอย่างกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์มองย้อนหลังไปไกลสุดได้แค่ยุคที่เอกภพเริ่มสว่างไสวจากดาวฤกษ์แล้วเท่านั้น 

"เอกภพในช่วงก่อนที่ดาวฤกษ์จะเริ่มกำเนิดขึ้น มีเพียงไฮโดรเจนซึ่งเป็นวัตถุดิบในการสร้างดาวฤกษ์ที่ยังเกาะกลุ่มกันอยู่ ด้วยกำลังของกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่ เราอาจจะจับสัญญาณจากกระบวนการสร้างดาวฤกษ์รุ่นแรกสุดของเอกภพนี้ได้ บางทีเราอาจได้เบาะแสสำคัญในการทำความรู้จักสสารมืดด้วยก็ได้" โจเซฟ ลาซิโอ จากเจพีแอล จากโครงการลูนาร์เครเตอร์เรดิโอเทเลสโกปอธิบาย

ยุคมืดที่กินช่วงเวลายาวนานเพียงไม่กี่ร้อยล้านปีอาจเก็บงำความลับของเอกภพที่อาจให้คำตอบแก่นักดาราศาสตร์ได้ว่าเอกภพมีสภาพเป็นอย่างที่มันเป็นทุกวันนี้ได้อย่างไร