ตอนนี้ เราจะมาดูว่ากล้องโทรทรรศน์ในอวกาศ ปฏิวัติความรู้ดาราศาสตร์เกือบทุกสาขาได้อย่างไร
กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล เป็นกล้องโทรทรรศน์โดดเด่นที่สุดในประวัติศาสตร์ เหตุผลสำคัญก็คือ กล้องฮับเบิลได้ปฏิวัติความรู้ดาราศาสตร์หลายสาขา
จากความก้าวหน้าปัจจุบัน กระจกเว้าของกล้องฮับเบิลจึงมีขนาดเล็กมาก เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2.4 เมตร แต่มันไปโคจรอยู่เหนือพื้นโลก สูงกว่าชั้นบรรยากาศที่มารบกวน จึงถ่ายภาพเอกภพได้คมชัดมาก
ยิ่งกว่านั้น มันสามารถตรวจจับรังสีใกล้อินฟราเรด และอัลตราไวโอเลตได้ ซึ่งไม่สามารถเห็นได้จากกล้องบนพื้นโลก เพราะชั้นบรรยากาศสกัดกั้นไว้
กล้องถ่ายภาพ และเครื่องตรวจวัดสเปกตรัมที่มีขนาดใหญ่ใกล้เคียงกับตู้โทรศัพท์ จะทำการแยกแยะและรวบรวมแสงที่มาจากจักรวาลอันแสนไกล
เหมือนกับกล้องที่อยู่บนพื้นโลก กล้องฮับเบิลก็มีพัฒนาการต่อเนื่องเรื่อยมา
นักบินอวกาศออกไปซ่อมบำรุงกันกลางอวกาศ ชิ้นส่วนที่ชำรุดเสียหายหรือล้าสมัย ก็ปรับเปลี่ยนเป็นของใหม่ และใช้เทคโนโลยีที่ทันสมัยไปทดแทน จึงเป็นหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ที่ทรงประสิทธิภาพที่สุด และช่วยให้เราเข้าใจจักรวาลตามที่เป็นจริง
ด้วยศักยภาพของกล้องฮับเบิล เราได้เห็น
– การเปลี่ยนฤดูกาลบนดาวอังคาร
– ดาวหางพุ่งชนดาวพฤหัสบดี
– ภาพขอบวงแหวนของดาวเสาร์
และแม้แต่พื้นผิวของดาวพลูโต
ช่วยเปิดเผยวัฏจักรชีวิตของดาวฤกษ์ ตั้งแต่เกิด เติบโตขึ้นในแหล่งฟูมฟักตัวอ่อน คือกลุ่มเมฆก๊าซที่อยู่กันหนาแน่น ไปจนถึงวาระสุดท้ายตายดับของดาวฤกษ์ กลายเป็นเนบิวลาที่เกิดจากเศษซากของดาวที่ตายดับไปแล้ว หรือจากซูเปอร์โนวา ดาวระเบิด ส่องแสงสว่างเจิดจ้าในกาแล็กซี
ในเนบิวลานายพรานโอไรออน กล้องฮับเบิลค้นพบระบบของดาวฤกษ์เกิดใหม่ มีฝุ่นกระจายเป็นแผ่นแบนๆ รอบดาวฤกษ์เกิดใหม่ ซึ่งต่อไปมันจะเกาะรวมกันเป็นดาวเคราะห์
กล้องโทรทรรศน์อวกาศนี้ ได้ศึกษาดาวฤกษ์เดี่ยวนับพันดวงที่อยู่ในกระจุกดาวทรงกลมขนาดยักษ์ ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่มีอายุมาก อยู่ในเอกภพมาอย่างยาวนาน
และในการศึกษากาแล็กซี ที่ผ่านมา ไม่เคยมีรายละเอียดมากเท่านี้เลย กาแล็กซีรูปกังหันที่ยิ่งใหญ่ ฝุ่นที่ดูดกลืนแสงเป็นแถบมืด และกาแล็กซีชนกัน
เมื่อให้กล้องสังเกตพื้นที่ที่ดูว่างเปล่าบนฟ้านานขึ้น จะเห็นกาแล็กซีแสงจางๆ อีกนับพัน ที่อยู่ไกลมากกว่าพันล้านปีแสง แสงนี้เริ่มเดินทางมาตั้งแต่ช่วงที่เอกภพมีอายุน้อย จึงเสมือนเปิดหน้าต่างออกไปสู่อดีต เพราะแสงเดินทางมายาวนานตลอดช่วงวิวัฒนาการของจักรวาล
ฮับเบิลไม่ได้เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศเพียงกล้องเดียว NASA มีกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิทเซอร์ ส่งขึ้นไปในเดือน สิงหาคม ค.ศ. 2003 ทำหน้าที่ตรวจจับรังสีอินฟราเรดเหมือนกับกล้องฮับเบิล
กล้องสปิทเซอร์มีเส้นผ่านศูนย์กลางกระจกแค่ 85 เซนติเมตร แต่กล้องอยู่หลังแผงกันความร้อน เพื่อป้องกันความร้อนจากดวงอาทิตย์ และอุปกรณ์ตรวจจับรังสีจะผนึกไว้อย่างดี แล้วเก็บไว้ในฮีเลียมเหลว เพื่อทำให้มันเย็นจัด มีอุณหภูมิเกือบศูนย์องศาสัมบูรณ์ ทำให้มันว่องไวต่อรังสีอินฟราเรดมาก
กล้องสปิทเซอร์ สังเกตบริเวณขุ่นฝ้าในเอกภพ มีสีดำมัวๆ บดบังเมฆฝุ่นที่ร้อนแรง จึงตรวจจับรังสีอินฟราเรดได้
คลื่นกระแทกที่เกิดจากกาแล็กซีชนกัน สาดกระจายฝุ่นออกมาเป็นแถบวงแหวน จากผลของแรงโน้มถ่วง เป็นแหล่งกำเนิดดาวฤกษ์ที่เห็นอยู่ทั่วไป ฝุ่นอาจเกิดมาจากดาวฤกษ์ที่ตายดับไปแล้ว
กล้องสปิทเซอร์ ยังตรวจพบเนบิวลาดาวเคราะห์ และเศษซากของซูเปอร์โนวา ประกอบด้วยอนุภาคฝุ่นมากมาย ซึ่งพวกนี้อาจก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ในอนาคต จากการตรวจจับรังสีอินฟราเรด ทำให้กล้องสปิทเซอร์มองผ่านเมฆฝุ่นเข้าไปได้ และพบดาวฤกษ์ที่ซ่อนอยู่ภายใน
นอกจากนี้ เครื่องสเปกโตรกราฟของกล้องจะศึกษาแสงสีบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์เหมือนดาวพฤหัสบดี ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงแม่ในเวลาเพียง 2-3 วัน
ส่วนที่เกี่ยวกับรังสีเอกซ์ และรังสีแกมมา จะถูกชั้นบรรยากาศสกัดกั้นไม่ให้ลงสู่พื้นโลกเลย
ถ้าไม่มีกล้องโทรทรรศน์อวกาศ นักดาราศาสตร์จะไม่สามารถตรวจจับรังสีพลังงานสูงทั้ง 2 ชนิดนี้ได้เลย
กล้องโทรทรรศน์ที่ตรวจจับรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา จะเปิดเผยแหล่งพลังงานสูง ร้อนแรงในเอกภพ เช่น กระจุกกาแล็กซี หลุมดำ ซูเปอร์โนวา ดาวระเบิด และกาแล็กซีชนกัน
กล้องแบบนี้สร้างยากมาก เพราะรังสีพลังงานสูงจะเดินทางผ่านกระจกไปได้
การตรวจจับรังสีเอกซ์ต้องใช้กระจกตาข่ายหลายชั้น ที่ทำจากทองคำบริสุทธิ์ ส่วนรังสีแกมมา ศึกษาได้จากกล้องรูเข็มชนิดพิเศษ
หรือใช้เครื่องวัดการเปล่งประกายของแสงปกติที่สว่างวาบขึ้นมา เพราะแตกตัวเป็นไอออนเมื่อได้รับพลังงานของรังสีแกมมา
ในช่วงทศวรรษ 1990 ทาง NASA ได้ส่งดาวเทียมคอมพ์ตัน ตรวจจับรังสีแกมมา (Compton Gamma Ray Observatory)
ในตอนนั้น ถือเป็นดาวเทียมทางวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดในอวกาศ มีห้องทดลองทางฟิสิกส์ที่สมบูรณ์แบบ
ในปี ค.ศ. 2008 ดาวเทียมคอมพ์ตัน ได้ติดตั้งอุปกรณ์ GLAST คือกล้องตรวจจับรังสีแกมมาในอวกาศที่กว้างใหญ่ (Gamma Ray Large Area Space Telescope) เพื่อศึกษารังสีพลังงานสูงทั้งหมดในเอกภพ ตั้งแต่สสารมืดไปจนถึงพัลซาร์
และยังมีกล้องตรวจจับรังสีเอกซ์อีก 2 กล้อง คือ กล้องจันทรา (Chandra X- ray Observatory) ของ NASA และ XMM-Newton Observatory ของ ESA ทั้งคู่ศึกษาบริเวณที่ร้อนแรงที่สุดในเอกภพ
ภาพท้องฟ้าจะเป็นแบบนี้ เมื่อมองในช่วงรังสีเอกซ์ เห็นกลุ่มเมฆก๊าซเกิดการขยายตัว เพราะมีความร้อนถึงล้านองศาเซลเซียสที่เกิดจากคลื่นกระแทกในเศษซากซูเปอร์โนวา จุดสว่างที่เห็นเป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ อาจเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำที่กำลังดูดกลืนสสารจากดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เคียง ร้อนมากจนก๊าซแตกตัว ปล่อยรังสีเอกซ์ออกมา
กล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ยังทำให้เรารู้ว่า มีหลุมดำมวลมหาศาล อยู่ตรงศูนย์กลางกาแล็กซีที่อยู่แสนไกล สสารหมุนวนและอัดตัวกันจนร้อนมากพอ จนปล่อยรังสีเอกซ์ออกมา ต่อจากนั้นก็ถูกดึงดูดเข้าไปในหลุมดำ แล้วสูญสลายไป
มีก๊าซร้อนส่วนหนึ่ง กระจายอยู่ในที่ว่างระหว่างกาแล็กซีที่อยู่ในกระจุกกาแล็กซี ก๊าซร้อนเหล่านี้อาจถูกกระตุ้นหรือได้รับความร้อนจากกาแล็กซีที่ชนกันในกระจุกกาแล็กซีนั้น
ที่น่าสนใจมากคือ รังสีแกมมาจากการระเบิด เพราะมีพลังงานสูงที่สุดในเอกภพ เกิดจากดาวฤกษ์มวลมากระเบิดอย่างรุนแรง ปล่อยพลังงานมหาศาลออกมาอย่างรวดเร็ว
เพียงแค่เวลาไม่ถึงหนึ่งวินาที มันปล่อยรังสีพลังงานสูงมากกว่าที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาในช่วงหมื่นล้านปี
กล้องฮับเบิล สปิทเซอร์ จันทรา XMM-Newton และ GLAST ทั้งหมด มีขอบข่ายการทำงานที่หลากหลาย
แต่ก็มีกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีขนาดเล็กกว่า เน้นปฏิบัติงานเฉพาะโครงการสำคัญ ตัวอย่างเช่น COROT ดาวเทียมของฝรั่งเศสใช้ศึกษาการแกว่งตัวของดาวฤกษ์ และค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ
หรือดาวเทียม Swift ของ NASA สังเกตการณ์ทั้งช่วงรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา เพื่อไขปริศนารังสีแกมมาจากการระเบิด
และยังมีดาวเทียมสำรวจคลื่นไมโครเวฟวิลกินสัน WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) ถูกส่งขึ้นสู่ในอวกาศเพียงแค่ 2 ปี ก็สามารถจัดทำแผนที่รังสีคอสมิกพื้นหลังที่มีรายละเอียดมากได้เป็นครั้งแรก
WMAP จึงช่วยให้นักจักรวาลวิทยามีข้อมูลเพื่อศึกษาเอกภพในช่วงเริ่มกำเนิดได้ ย้อนเวลากลับไปนานถึง 13,000 ล้านปี
ความรู้ขยายขอบเขตออกไป ซึ่งสัมพันธ์กับพัฒนาการของกล้องโทรทรรศน์ที่มีอย่างต่อเนื่อง
แล้วจะเป็นอย่างไรต่อไป
แปลและเรียบเรียงโดย
อาจารย์สิทธิชัย จันทรศิลปิน
