กล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซีเกรซโรมัน

หากไม่มีอะไรผิดพลาด ในปลายเดือนสิงหาคม 2569 จะมีกล้องโทรทรรศน์อวกาศขึ้นไปอยู่บนวงโคจรเพิ่มขึ้นอีกกล้องหนึ่ง

กล้องนี้มีชื่อว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน หรือชื่อเต็มว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซีเกรซโรมัน เป็นหอสังเกตการณ์ลอยฟ้าของนาซากล้องล่าสุด


เดิมกล้องนี้มีชื่อว่า ดับเบิลยูเฟิสต์ (WFIRST--Wide-Field Infrared Survey Telescope) โครงการได้ริเริ่มมาตั้งแต่ปี 2553 ต่อมาในปี 2563 นาซาเปลี่ยนชื่อเป็น กล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซีเกรซโรมัน เพื่อเป็นเกียรติแก่ แนนซี เกรซ โรมัน นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันผู้มีบทบาทสำคัญในการศึกษาดาวฤกษ์และการพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศจนได้ฉายาว่าเป็น "แม่ของฮับเบิล"

เป้าหมาย

กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันมีภารกิจหลักในการศึกษาด้านเอกภพวิทยา โดยเฉพาะเรื่องพลังงานมืด ดาวเคราะห์ต่างระบบ และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ด้านอินฟราเรด

อุปกรณ์หลัก

กระจกปฐมภูมิของกล้องโรมันมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตร ซึ่งเท่ากับของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล แต่มีเทคโนโลยีการผลิตดีกว่า ทำให้กระจกของกล้องโรมันมีน้ำหนักเพียง 186 กิโลกรัม ซึ่งเบากว่ากระจกของฮับเบิลถึงสี่เท่า

ในส่วนของการรับภาพ มีอุปกรณ์หลักสองตัว คือกล้องมุมกว้างและคอโรนากราฟ





กล้องมุมกว้างของโรมันมีชื่อว่า ดับเบิลยูเอฟไอ (WFI--Wild Field Instrument) ประกอบขึ้นจากเซนเซอร์รับภาพ 18 อัน บันทึกภาพท้องฟ้าเป็นพื้นที่ 0.281 ตารางองศา ซึ่งกว้างกว่าของกล้องฮับเบิลถึง 100 เท่า มีรายละเอียดในการบันทึกภาพสูงถึง 300 เมกะพิกเซล ทำงานในช่วงความถี่อินฟราเรดใกล้

สสารมืด พลังงานมืด

สิ่งของต่าง ๆ ทั้งหมดที่เราพบเห็นในชีวิตประจำวัน เรียกรวมกันว่า สสาร หมายถึงสิ่งที่เราจับต้องมองเห็น มีมวล มีขนาด มีสมบัติทางกายภาพต่าง ๆ ที่วัดได้ แต่นักวิทยาศาสตร์พบว่า สสารเหล่านี้ไม่ใช่สสารทั้งหมดที่มีอยู่ในเอกภพ ยังมีสสารอีกประเภทหนึ่งที่มองไม่เห็น มีเพียงมวลเท่านั้นที่วัดได้ นักดาราศาสตร์เรียกสสารลึกลับนี้ว่า สสารมืด สสารมืดอาจไม่มีผลต่อชีวิตประจำวัน แต่มีผลต่อโครงสร้างในพิสัยใหญ่ของเอกภพ ตั้งแต่ระบบสุริยะ ดาราจักร จนถึงกระจุกดาราจักร

ส่วน พลังงานมืด คือสิ่งที่มีสมบัติตรงข้ามกับแรงโน้มถ่วง ในขณะที่แรงโน้มถ่วงดึงดูดมวลให้เข้าหากัน แต่พลังงานมืดกลับผลักออกจากกัน ณ ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจพลังงานมืดมากนัก มีเพียงหลักฐานที่บ่งชี้ว่ามีอยู่จริง ซึ่งก็คือการพบว่าเอกภพกำลังขยายตัวออกด้วยอัตราเร็วขึ้นเรื่อย ๆ แทนที่จะช้าลงเรื่อย ๆ ดังที่เคยเชื่อกันมานาน

นักวิทยาศาสตร์คาดว่า ในจำนวนสรรพสิ่งทั้งหมดในเอกภพ ประกอบด้วยสสารปกติอยู่ 5 เปอร์เซ็นต์ สสารมืด 27 เปอร์เซ็นต์ ส่วนอีก 68 เปอร์เซ็นต์คือพลังงานมืด

สัดส่วนของสสารธรรมดา สสารมืด และพลังงานมืดมีการเปลี่ยนแปลงไปตามอายุของเอกภพอย่างไร พลังงานมืดคืออะไรกันแน่ นักดาราศาสตร์คาดหวังว่ากล้องโรมันจะมาช่วยไขปริศนาเหล่านี้

กล้องมุมกว้างมีภารกิจสำคัญสองอย่างคือ สร้างแผนที่แสดงการกระจายตัวของดาราจักร ระยะทางของดาราจักรต่าง ๆ วัดได้จากสองทางคือวัดจากความสว่างของซูเปอร์โนวาภายในดาราจักรนั้น และวัดสเปกตรัมของดาราจักรว่ามีการเลื่อนไปในทางความยาวคลื่นมากขึ้นมากน้อยแค่ไหน สิ่งนี้จะวัดอัตราการขยายตัวของเอกภพว่าเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตลอดช่วงอายุขัยของเอกภพ นับจากปัจจุบันย้อนหลังไปถึงเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 500 ล้านปี หรือราว 4 เปอร์เซ็นต์ของอายุในปัจจุบัน การวัดความสว่างและระยะห่างของซูเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นในยุคต่าง ๆ จะเผยให้เห็นว่าเอกภพมีอัตราขยายตัวเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในแต่ละช่วงอายุ

ค้นหาดาวเคราะห์ต่างระบบ

หน้าที่ของกล้องมุมกว้างอีกอย่างหนึ่งก็คือ ค้นหาดาวเคราะห์ต่างระบบ ดาวเคราะห์ต่างระบบคือดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงอื่นที่ไม่ใช่ดวงอาทิตย์ จนถึงปัจจุบันนักดาราศาสตร์ค้นพบดาวเคราะห์ต่างระบบมาแล้วไม่ต่ำกว่า 5,000 ดวง ผลงานการค้นพบส่วนใหญ่มาจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์และดาวเทียมเทสส์ วิธีค้นหาของกล้องเคปเลอร์และเทสส์ก็คือวัดความสว่างที่เปลี่ยนแปลงไปที่เกิดจากดาวเคราะห์โคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ ส่วนกล้องโรมันใช้วิธีต่างกันออกไป กล้องโรมันจะค้นหาโดยการวัดความเข้มแสงของดาวเหมือนกัน ไม่ได้วัดเพื่อหาความสว่างที่ลดลงจากดาวเคราะห์ผ่านหน้า แต่วัดเพื่อหาความสว่างที่เพิ่มขึ้นจากปรากฏการณ์เลนส์จุลภาค

ความโน้มถ่วงเบี่ยงเบนแสงได้ ผลของการเบี่ยงเบนเห็นได้ชัดเจนหากเป็นวัตถุที่มีมวลสูงอย่างดาวฤกษ์ เมื่อดาวฤกษ์สองดวงมาเรียงซ้อนทับกันพอดี แสงจากดาวฤกษ์ที่อยู่เบื้องหลังจะอ้อมผ่านรอบดาวฤกษ์ดวงที่อยู่ข้างหน้าแล้วหักเหเข้าสู่สายตาผู้สังเกตได้ ทำให้ความสว่างของดาวที่วัดได้จากผู้สังเกตพุ่งสูงขึ้นเป็นเวลาสั้น ๆ ความโน้มถ่วงของดาวที่อยู่ด้านหน้าจึงทำหน้าที่คล้ายเลนส์นูนที่รวมแสงให้ลู่เข้า ปรากฏการณ์เช่นนี้จึงเรียกว่าปรากฏการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง เลนส์ความโน้มถ่วงที่เกิดกับวัตถุระดับดาวฤกษ์นี้เรียกว่า เลนส์จุลภาค


การวิเคราะห์ความสว่างที่เพิ่มขึ้นจากเลนส์จุลภาค ทำให้นักดาราศาสตร์ทราบถึงความเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยที่เกิดขึ้นกับดาวที่มาบัง และหากดาวฤกษ์ที่บังมีดาวเคราะห์เป็นบริวารด้วย ก็จะวิเคราะห์ออกได้จากการวิเคราะห์รูปแบบความสว่างที่เปลี่ยนไป วิธีหาดาวเคราะห์ต่างระบบวิธีนี้มีความไวสูงพอที่จะตรวจจับดาวเคราะห์ที่มีขนาดระดับดาวอังคารที่โคจรรอบดาวแม่ด้วยระยะห่างตั้งแต่วงโคจรของดาวศุกร์จนถึงวงโคจรของดาวพลูโต

การสำรวจปรากฏการณ์เลนส์จุลภาคของกล้องโรมันจะวัดความสว่างของดาวฤกษ์ 100 ล้านดวง เป็นเวลาหลายร้อยวัน โดยจะพุ่งเป้าไปที่บริเวณใกล้ใจกลางทางช้างเผือกซึ่งมีดาวฤกษ์อยู่อย่างหนาแน่น คาดว่าจะพบดาวเคราะห์ต่างระบบที่เป็นดาวเคราะห์หินราว 2,500 ดวง บทบาทในด้านนี้ของกล้องโรมันจึงสำคัญเทียบเท่ากับกล้องเคปเลอร์และกล้องเทสส์เลยทีเดียว

ส่วนคอโรนากราฟ หรือ ซีจีไอ (CGI--Coronagraph Instrument) จะบันทึกภาพและสเปกตรัมของดาวเคราะห์ต่างระบบแต่ละดวง ดังนั้นการตรวจจับดาวเคราะห์ต่างระบบของคอโรนากราฟจึงเป็นการถ่ายภาพโดยตรง ไม่ใช่การตรวจจับทางอ้อมอย่างการตรวจจับการผ่านหน้าอย่างกล้องเคปเลอร์ วิธีของคอโรนากราฟคือจะมีส่วนที่ไปบังแสงจ้าของดาวฤกษ์ เพื่อไม่ให้แสงจ้าไปกลบจุดแสงจางจากดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่ใกล้ ๆ คอโรนากราฟของกล้องโรมันจะมีประสิทธิภาพดีกว่าคอโรนากราฟในอดีตที่เคยส่งขึ้นสู่อวกาศมาแล้วนับพันเท่า

กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันไม่ได้โคจรรอบโลก แต่จะประจำอยู่ที่จุดแอล 2 ของระบบโลก-ดวงอาทิตย์ จุดนี้อยู่ห่างจากโลกประมาณ 1.5 ล้านกิโลเมตรในทิศทางตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เว็บบ์ก็อยู่ที่ตำแหน่งแอล 2 นี้เช่นเดียวกัน

ภารกิจของกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันมีมูลค่าประมาณ 255 ล้านดอลลาร์ หรือประมาณ 8,380 ล้านบาท ดำเนินการโดยศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ด ร่วมกับเจพีแอล สถาบันกล้องโทรทรรศน์อวกาศ (เอสทีเอสซีไอ) ศูนย์วิเคราะห์และประมวลผลอินฟราเรด (ไอแพก) และสถาบันอื่นอีกหลายแห่ง


อายุของกล้องนี้ไม่นานนัก นาซาตั้งเป้าไว้ว่าให้มีอายุภารกิจ 5 ปี และอาจเป็นไปได้ที่จะยืดอายุภารกิจไปได้อีก 5 ปี

กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันจะถูกส่งขึ้นสู่อวกาศโดยจรวดฟัลคอนเฮฟวี ในวันที่ 30 สิงหาคม 2569 จากศูนย์การบินอวกาศเคเนดีในฟลอริดา

เอกภพมีวิวัฒนาการเป็นอย่างไร? และเอกภพมีจุดสิ้นสุดอย่างไร? เราอยู่เพียงลำพังหรือไม่? คำตอบของปริศนาเหล่านี้อาจถูกไขได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันในอีกไม่ช้า

อ่านเพิ่มเติม

● Roman For Scientists
● What is the Nancy Grace Roman Space Telescope?
● Microlensing