ทำความรู้จักกับ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ที่มาของ 5 ภาพแรกแห่งประวัติศาสตร์

หลายคนคงได้ชม 5 ภาพแรกแห่งประวัติศาสตร์ กันไปแล้ว โดยภาพสีทั้ง 5 ภาพแรก ที่ถูกบันทึกเอาไว้โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope: JWST) มีดังนี้ 

• ห้วงอวกาศลึก” Deep Field - "SMACS 0723"
  
  
• Exoplanet - "WASP-96 b"
  
  
• Stellar Death - "Southern Ring Nebula"
  
  
• Galaxy - "Stephan’s Quintet"
  
  
• Stellar Birth - "Carina Nebula"

โดย กว่า 3 ทศวรรษนับตั้งแต่โครงการกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope: JWST) ได้ถูกวางแผนเอาไว้ ต้องผ่านอุปสรรคหลากหลาย ทั้งความซับซ้อนทางด้านเทคโนโลยีที่ต้องใช้เทคโนโลยีมากมายที่ยังไม่มีในขณะนั้น เทคโนโลยีหลายสิ่งต้องถูกพัฒนาขึ้นมา 

กว่าจะมาถึงขั้นตอนการส่งจรวดขึ้นไป วิธีการอันซับซ้อนของตั้งแต่การขนส่ง กางออก ติดตั้ง หล่อเย็น กระบวนการตรวจสอบอุปกรณ์ ผ่านความมุมานะ และการทำงานร่วมกันนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจำนวนมากจากทั่วทุกมุมโลก และในที่สุดเมื่อทุกอย่างเกี่ยวกับโครงการผ่านไปได้ด้วยดีแล้ว เราถึงเวลาที่จะได้ชมภาพแรกกัน

รวมทั้งกว่าจะได้มาซึ่งภาพแรกทั้ง 5 ภาพของ JWST นั้น ต้องผ่านคณะกรรมการจำนวนมากที่ร่วมกันกลั่นกรองว่าวัตถุแรกๆ ที่ JWST จะเผยให้กับมวลมนุษยชาตินั้นคือภาพอะไร มีข้อพิจารณามากมาย ตั้งแต่ตำแหน่งของ JWST ในปัจจุบัน ที่สามารถศึกษาท้องฟ้าได้เพียงบางส่วนเพื่อหลีกเลี่ยงพลังงานที่อาจจะมาจากดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และโลก ภาพที่บันทึกได้นั้น ต้องถูกนำมาประมวลผลข้อมูลอีกหลายขั้นตอน จากแสงที่ตาของมนุษย์มองไม่เห็นให้อยู่ในภาพที่มนุษย์สามารถทำความเข้าใจได้ 

รวมถึงการคัดเลือกสีมาเพื่อใช้แสดงข้อมูลอันซับซ้อนต่างๆ ขั้นตอนทั้งหลายเหล่านี้ ไม่ใช่เพียงเพื่อแสดงศักยภาพของกล้องโทรทรรศน์อวกาศตัวใหม่ล่าสุดของมนุษย์โลก แต่ยังต้องสะท้อนถึงความหมายทางวิทยาศาสตร์ที่ซ่อนอยู่ รวมทั้งยังต้องสื่อถึงสุนทรียศาสตร์ที่มนุษย์สามารถชื่นชมได้ เพื่อแสดงให้เห็นธรรมชาติของเอกภพที่เราอาศัยอยู่ได้อย่างสัตย์จริงที่สุด

ดังนั้นในวันนี้ Techsauce จะพาทุกคนไปทำความรู้จักกับ "กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์" ที่ได้บันทึกภาพแห่งประวัติศาสตร์ของท้องฟ้านี้เอาไว้ได้ ว่าพัฒนาขึ้นมาโดยหน่วยงานใด ถูกปล่อยขึ้นอวกาศเมื่อไร มีลักษณะอย่างไร และมีความสามารถอย่างไรบ้าง ?

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์

ทำความรู้จักกับ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (อังกฤษ: James Webb Space Telescope; JWST) เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ถูกพัฒนาขึ้นโดย

• องค์การนาซา
  
  
• องค์การอวกาศยุโรป (ESA)
  
  
• องค์การอวกาศแคนาดา(CSA) 

โดยมีเป้าหมายเพื่อสืบทอดภารกิจของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลในการเป็นภารกิจฟิสิกส์ดาราศาสตร์หลักของนาซา 

เมื่อครั้งถูกปล่อยขึ้นไปยัง "อวกาศ" ?

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 25 ธันวาคม ค.ศ. 2021 มันสามารถสังเกตภาพในช่วงคลื่นอินฟราเรดด้วยความคมชัดและความไวแสงมากกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล นอกจากนี้ มันสามารถสังเกตวัตถุและเหตุการณ์ที่ห่างไกลในเอกภพได้ด้วย เช่น การกำเนิดและวิวัฒนาการของดาราจักร และลักษณะชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ เป็นต้น

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ มีลักษณะอย่างไร ?

องค์ประกอบกล้องโทรทรรศน์รับแสง เป็นกระจกสะท้อนหลักของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ซึ่งประกอบไปด้วย

• ด้วยกระจกเบริลเลียมเคลือบทองทรงหกเหลี่ยม 18 ส่วน ซึ่งประกอบกันเพื่อสร้างกระจกเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.5 m (21 ft)  — ใหญ่กว่ากระจกสะท้อนหลักของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลขนาด 2.4 m (7 ft 10 in) เป็นอย่างมาก
   
• กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ จะสังเกตการณ์ในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้ไปจนถึงคลื่นอินฟราเรดกลาง (0.6 to 28.3 μm) ซึ่งต่างจากฮับเบิลซึ่งสังเกตการณ์ตั้งแต่คลื่นใกล้อัลตราไวโอเลต คลื่นแสงที่มองเห็นได้ และคลื่นใกล้อินฟราเรด (0.1 to 1 μm) การที่เจมส์ เวบบ์สังเกตการณ์ในคลื่นที่ต่ำกว่าจะทำให้มันสามารถเห็นวัตถุที่เลื่อนไปทางแดงอย่างมากซึ่งมีเก่าและไกลเกินกว่าที่ฮับเบิลจะมองเห็นได้
  
  
• ตัวกล้องโทรทรรศน์จะต้องถูกรักษาไว้ในสภาพเย็นจัดเพื่อที่จะสามารถสังเกตการณ์เคลื่อนอินฟราเรดได้ด้วยไม่มีการรบกวน มันจึงจะถูกปล่อยไปยังบริเวณจุดลากร็องฌ์ที่ 2 ระหว่างดาวโลก-ดวงอาทิตย์ ประมาณ 1.5 ล้าน กิโลเมตร (930,000 ไมล์) จากโลก (0.01 au – 3.9 เท่าระยะทางจากโลกสู่ดวงจันทร์)
  
  
• ฉากกันแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ผลิตด้วยซิลิคอน และแคปตอนเคลือบอะลูมิเนียมจะช่วยรักษาอุณหภูมิของกระจกรับแสงและเครื่องมือวัดให้ต่ำกว่า 50 K (−223 °C; −370 °F)

จุดเริ่มต้นของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์

ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซาเป็นผู้จัดการการพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศ และสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศจะเป็นผู้ดำเนินการหลังจากการปล่อย ผู้รับเหมาหลักคือนอร์ทธรอป กรัมแมน ตัวกล้องโทรทรรศน์ถูกตั้งชื่อตามเจมส์ อี. เวบบ์ ซึ่งเป็นผู้บริหารองค์การนาซาตั้งแต่ปี 1961 ถึง 1968 และเป็นบุคคลสำคัญในโครงการอะพอลโล

การพัฒนาเริ่มต้นขึ้นในปี 1996 สำหรับการปล่อยที่แรกเริ่มวางแผนไว้ในปี 2007 และใช้งบประมาณ 500 ล้านดอลลาร์สหรัฐ โครงการนี้เกิดการล่าช้าและค่าใช้จ่ายสูงกว่างบประมาณอยู่หลายครั้ง เช่น 

• การออกแบบใหม่ในปี 2005 
• ฉากกันแสงอาทิตย์ขาดระหว่างการทดสอบการกาง 
• คำแนะนำจากคณะกรรมการตรวจสอบอิสระ 
• การระบาดทั่วของโควิด-19 
• ปัญหากับจรวดอารีอาน 5 
• ปัญหากับตัวกล้องโทรทรรศน์เอง 
• ปัญหาการสื่อสารระหว่างกล้องโทรทัศน์และจรวด 

ความกังวลในกลุ่มนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรที่เกี่ยวข้องเกี่ยวกับการปล่อยและการกางตัวของกล้องโทรทรรศน์ได้ถูกอธิบายเป็นอย่างดี

การก่อสร้างเสร็จสิ้นช่วงปลายปี 2016 หลังจากนั้นจึงเริ่มช่วงการทดสอบอย่างครอบคลุมกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ถูกปล่อย ณ เวลา 12:20 UTC ในวันที่ 25 ธันวาคม 2021 ด้วยจรวดอารีอาน 5 จาก กูรู, เฟรนช์เกียนา บริเวณหาดทางตะวันออกเฉียงเหนือของทวีปอเมริกาใต้

ความสามารถที่คาดไม่ถึง !

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ มีมวลเพียงครึ่งหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล แต่กระจกสะท้อนหลักของมันซึ่งประกอบไปด้วยกระจกเบริลเลียมเคลือบทองทรงหกเหลี่ยม 18 ชิ้น จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางรวม 6.5 m (21 ft) และมีพื้นที่รับแสง 25.4 m2 (273 sq ft) มากกว่าพื้นที่ของกล้องฮับเบิลถึงหกเท่า

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์นั้นถูกออกแบบมาเพื่อใช้ศึกษาดาราศาสตร์อินฟราเรด แต่ก็ยังสามารถมองเห็นแสงสีส้มและแดง รวมถึงคลื่นอินฟราเรดช่วงกลาง ขึ้นอยู่กับเครื่องมือที่ใช้ศึกษา การที่การออกแบบเน้นสำหรับการใช้ในคลื่นใกล้อินฟราเรดถึงอินฟราเรดช่วงกลางด้วยสามเหตุผลคือ

• แสงที่มองเห็นได้ที่เปล่งออกมาจากวัตถุที่เลื่อนไปทางแดงมาก จะเลื่อนไปอยู่ในช่วงคลื่นอินฟราเรด
  
  
• วัตถุที่เย็นเช่นจานเศษฝุ่นและดาวเคราะห์เปล่งแสงมากที่สุดในคลื่นอินฟราเรด
  
  
• การศึกษาคลื่นนี้จากบนพื้นโลกหรือโดยการใช้กล้องโทรทรรศน์ที่มีอยู่ปัจจุบันเช่น ฮับเบิล นั้นเป็นไปได้ยาก
  
  

กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินจะต้องสังเกตการณ์ผ่านชั้นบรรยากาศของโลก ถึงบดบังคลื่นอินฟราเรดหลายช่วง และแม้ในช่วงคลื่นที่ชั้นบรรยากาศไม่บดบัง สารเคมีเป้าหมายหลายชนิดเช่น น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และมีเทน ก็มีอยู่แล้วในบรรยากาศของโลก ทำให้การวิเคราะห์ผลลับซับซ้อนขึ้นไปมาก กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีอยู่ในปัจจุบันเช่น ฮับเบิล ก็ไม่สามารถศึกษาคลื่นช่วงนี้ได้ เนื่องจากกระจกของมันถูกรักษาไว้ในอุณหภูมิที่ต่ำไม่พอ (กระจกสะท้อนหลักของฮับเบิลถูกรักษาไว้ที่อุณหภูมิประมาณ 15 °C (288 K; 59 °F)) ตัวกล้องโทรทรรศน์เองจึงเปล่งคลื่นอินฟราเรดอย่างรุนแรง

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์จะทำงานใกล้จุดลากร็องฌ์ที่ 2 ระหว่างโลก-ดวงอาทิตย์ ประมาณ 1,500,000 km (930,000 mi) ห่างจากวงโคจรของโลก เปรียบเทียบกับวงโคจรของฮับเบิลซึ่งอยู่ 550 km (340 mi) เหนือพื้นโลก และดวงจันทร์โคจรอยู่ห่างจากโลกประมาณ 400,000 km (250,000 mi) จากโลก ด้วยระยะทางที่ห่างไกลเท่านี้จะทำให้การซ่อมหลังการปล่อยหรือต่อเติมยกระดับส่วนเครื่องของเจมส์ เวบบ์ แทบจะเป็นไปไม่ได้ ตัวยานอวกาศจึงจะสามารถเข้าถึงได้เฉพาะในช่วงการสร้างและออกแบบเท่านั้น 

วัตถุที่อยู่ใกล้จุดลากร็องฌ์นี้สามารถโคจรรอบดวงอาทิตย์ไปพร้อมกับโลก ทำให้ตัวกล้องโทรทรรศน์มีระยะห่างคงที่โดยประมาณ เจมส์ เวบบ์จะหันฉากกันแสงอาทิตย์และบัสเข้าสู่โลกและดวงอาทิตย์เพื่อสะท้อนแสงและความร้อนที่แผ่จากโลกและดวงอาทิตย์ และรักษาการสื่อสาร การเรียงตัวแนวนี้จะรักษาอุณหภูมิของยานอวกาศในอยู่ต่ำกว่า 50 K (−223 °C; −370 °F) ซึ่งจำเป็นจำหรับการสังเกตการณ์คลื่นอินฟราเรด

อ้างอิง wikipedia, NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ, NASA