กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ ดวงตาคู่ใหม่ที่มนุษย์ใช้ไขปริศนากำเนิดจักรวาล

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ (JWST) ทายาทรุ่นที่สองของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล กำลังจะถูกปล่อยขึ้นติดตั้งและใช้งานในห้วงอวกาศในช่วงปลายเดือนธันวาคมนี้ หลังจากที่พบอุปสรรคมากมายจนทำให้ต้องเลื่อนกำหนดการดังกล่าวมาแล้วหลายครั้ง

กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ล้ำสมัยยิ่งกว่าเดิมอย่างมากตัวนี้ ผ่านการออกแบบมาให้มองทะลุเข้าไปในห้วงอวกาศได้ลึกล้ำกว่าที่มนุษย์เคยทำได้ ซึ่งเท่ากับเป็นการมองย้อนไปในห้วงเวลา จนถึงขณะที่ดาวฤกษ์ดวงแรกฉายแสงและเอกภพได้ถือกำเนิดขึ้นเมื่อราว 14,000 ล้านปีก่อน

ดร. แอมเบอร์ นิโคล สตรอห์น รองหัวหน้าทีมนักวิทยาศาสตร์ในโครงการพัฒนากล้อง JWST ซึ่งประจำอยู่ที่ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ด (GSFC) ขององค์การนาซา บอกว่า "เรื่องน่าตื่นเต้นที่สุดของการสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่ ทั้งยังเป็นอุปกรณ์ที่ถูกตั้งความหวังไว้สูงขนาดนั้น ก็คือการค้นพบคำถามใหม่ ๆ ที่เราไม่เคยรู้ว่ามีอยู่ และการได้เรียนรู้สิ่งต่าง ๆ ในจักรวาล ที่จะสร้างความพิศวงครั้งใหม่ให้กับเรา"

คลี่แผ่นกระดาษพับ "ออริกามิ"

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ จะทำหน้าที่จ้องมองดูจักรวาล ด้วยกระจกที่ใช้งานทางดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ที่สุด เท่าที่มนุษย์เคยส่งขึ้นวงโคจรมา โดยกระจกปฐมภูมิขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.5 เมตรที่พับตัวอยู่นั้น ต้องใช้เวลาถึง 14 วันในการค่อย ๆ คลี่บานออกมาในห้วงอวกาศ เหมือนกับคลี่แผ่นกระดาษพับญี่ปุ่นที่รู้จักกันในชื่อ "ออริกามิ" หรือ "โอริงามิ" นั่นเอง

โครงการพัฒนาและติดตั้งกล้อง JWST เป็นความร่วมมือระหว่างองค์การอวกาศของสหรัฐฯ สหภาพยุโรป และแคนาดา โดยใช้งบประมาณสูงถึง 10,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ซึ่งในอีกหลายสัปดาห์นับจากนี้ กล้อง JWST ที่พับตัวอยู่เพื่อประหยัดพื้นที่ จะถูกนำส่งขึ้นวงโคจรโดยจรวด Ariane 5 จากฐานยิงปล่อยในเฟรนช์เกียนา ดินแดนโพ้นทะเลของฝรั่งเศสในอเมริกาใต้

หลังจรวดนำส่งทะยานขึ้นจากพื้นโลกได้ราว 30 นาที กล้อง JWST จะหลุดออกจากตัวจรวดและเริ่มกระบวนการติดตั้ง ซึ่งประกอบไปด้วยขั้นตอนสำคัญยิ่งยวดที่ต้องคอยลุ้นถึง 344 ขั้นตอน ซึ่งทีมผู้ควบคุมการติดตั้งจะต้องทำให้สำเร็จทั้งหมด เพื่อให้การตั้งค่าต่าง ๆ ของกล้องโทรทรรศน์เป็นไปตามเป้าหมาย

ในระหว่างนี้กล้อง JWST จะยังมุ่งหน้าเดินทางไปให้ถึงจุดประจำการ หรือจุดสังเกตการณ์ถาวรในอวกาศที่กำหนดไว้ ซึ่งก็คือจุดที่ห่างจากโลก 1.5 ล้านกิโลเมตร หรือ 4 เท่าของระยะทางจากโลกถึงดวงจันทร์ โดยจะใช้เวลาในการเดินทางประมาณ 30 วัน

พร้อมเริ่มใช้งานได้เมื่อไหร่

ดร. สตรอห์น บอกว่าจะต้องใช้เวลาอย่างน้อย 6 เดือน กว่าที่กล้อง JWST จะสามารถปฏิบัติงานได้อย่างเต็มที่ และสามารถส่งภาพถ่ายห้วงอวกาศลึกภาพแรกมาให้เราได้

"เมื่อกล้องไปถึงวงโคจรในอวกาศ มันจะต้องเริ่มการทำงานของระบบที่ซับซ้อน ซึ่งจะค่อย ๆ คลี่และกางชิ้นส่วนต่าง ๆ ออกมา หลังจากนั้นยังต้องใช้เวลาอีกหลายเดือนเพื่อรอให้ตัวกล้องเย็นลง ปรับและจัดวางตำแหน่งของกระจกรับแสง รวมทั้งเปิดการทำงานของอุปกรณ์ต่าง ๆ ขึ้นมาทีละชิ้น ดังนั้นเราอาจต้องรอไปจนถึงช่วงฤดูร้อนครั้งหน้า หรือประมาณกลางปี 2022" ดร. สตรอห์น กล่าว

ตามรอยฮับเบิล

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ ถูกออกแบบมาให้มองเห็นเอกภพส่วนที่อยู่ไกลเกินความสามารถของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งเป็นกล้องที่มีเทคโนโลยีทันสมัยที่สุดรุ่นก่อนหน้านี้

อย่างไรก็ตาม การใช้งานกล้องฮับเบิลในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมา ได้มอบภาพดาราศาสตร์ที่สำคัญยิ่งต่อการพัฒนาความรู้ความเข้าใจด้านจักรวาลวิทยาให้แก่เรามากมาย ไม่ว่าจะเป็น "เสาแห่งการก่อกำเนิด" (Pillars of Creation) ซึ่งเป็นภาพเนบิวลาอันโด่งดัง หรือภาพดาราจักรใหญ่น้อยกว่า 10,000 แห่งในห้วงอวกาศลึก ที่รู้จักกันในชื่อว่า Hubble Ultra Deep Field (HUDF)

แม้ล่าสุดจะมีการตัดสินใจต่ออายุการใช้งานกล้องฮับเบิลไปอีก 10-20 ปี แต่กล้องตัวใหม่ที่จะใช้ควบคู่กันไปด้วยอย่าง JWST ก็มีการปรับปรุงประสิทธิภาพให้เหนือกว่ากล้องฮับเบิลอยู่หลายด้าน เช่นการมองเห็นในย่านอินฟราเรด ซึ่งเป็นช่วงความยาวคลื่นของแสงที่มนุษย์มองไม่เห็นนั้น กล้อง JWST จะสามารถตรวจจับรังสีอินฟราเรดได้ดีกว่าฮับเบิล

กล้อง JWST ยังมีกระจกบานใหญ่กว่าหลายเท่า ซึ่งหมายถึงการมีพื้นที่รับแสงและรวมแสงมากกว่ากล้องฮับเบิล ทำให้จับภาพห้วงอวกาศในบริเวณที่ลึกกว่าได้ชัดเจนกว่า ทั้งการที่กล้อง JWST ตั้งอยู่ในจุดสังเกตการณ์ที่ห่างจากโลกยิ่งกว่าฮับเบิลมาก ก็ถือเป็นข้อได้เปรียบอีกอย่างหนึ่งด้วย

ดร. อันโทเนลลา โนตา จากองค์การอวกาศยุโรป (ESA) บอกว่า "แม้กล้องฮับเบิลจะมีขนาดเล็กและมีกระจกปฐมภูมิที่กว้างเพียง 2.4 เมตร แต่ก็ยังทำให้เราได้มองเห็นจักรวาลในอดีต ที่ย้อนไปไกลได้ถึงช่วง 200-300 ล้านปีหลังเกิดบิ๊กแบงเลยทีเดียว จึงไม่ต้องสงสัยว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ ที่มีความไวสูงกว่าฮับเบิลถึง 100 เท่า จะทำให้เราเห็นการก่อตัวของดาราจักรแห่งแรกในเอกภพได้อย่างแน่นอน"

กล้อง JWST จะมองเห็นอะไรบ้าง

องค์การนาซาระบุว่า การมองเห็นในช่วงความยาวคลื่นที่มากกว่าของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ จะทำให้เราเข้าใกล้จุดเริ่มต้นของกาลเวลาและกำเนิดของกาแล็กซีแห่งแรกได้

นอกจากนี้ กล้อง JWST ยังสามารถจะมองเห็นแบบทะลุทะลวงผ่านสิ่งกีดกั้นในห้วงอวกาศ อย่างเช่นกลุ่มเมฆฝุ่นและก๊าซที่เป็นเสมือนม่านหนาทึบ เพื่อเข้าไปสังเกตการณ์บริเวณที่เป็นแหล่งให้กำเนิดดวงดาวต่าง ๆ ในปัจจุบันได้อีกด้วย

ดร. สตรอห์น ยังบอกว่า ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องได้วางแผนไว้เรียบร้อยแล้วว่าจะให้กล้อง JWST สังเกตการณ์สิ่งใดบ้างในช่วงการทำงานปีแรก โดยกล้องมีกำหนดจะศึกษาวัตถุอวกาศต่าง ๆ อย่างหลากหลาย ตั้งแต่ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเราเอง ไปจนถึงดาราจักรแห่งแรกที่ถือกำเนิดขึ้นเมื่อ 13,500 ล้านปีก่อน

ค้นหาสิ่งมีชีวิต

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เว็บบ์ ยังสามารถจะช่วยเราค้นหาร่องรอยของสิ่งมีชีวิตต่างดาวได้ โดยกล้องอาจมองหาคลื่นแสงจากโมเลกุลที่เป็นสัญลักษณ์ของสิ่งมีชีวิต ภายในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ต่าง ๆ

"แน่นอนว่าเราไม่อาจให้คำมั่นสัญญาได้ ในเรื่องที่กล้องตัวใหม่จะพบกับสิ่งมีชีวิตต่างดาวหรือไม่" ดร. สตรอห์น กล่าว

"แต่สิ่งที่มั่นใจได้อย่างหนึ่งก็คือ กล้องตัวนี้เป็นการก้าวกระโดดทางเทคโนโลยีครั้งยิ่งใหญ่ สำหรับการค้นหาดาวเคราะห์ที่มนุษย์และสิ่งมีชีวิตจะอาศัยอยู่ได้ในกาแล็กซีทางช้างเผือก"

"มีหลายสิ่งที่ผูกติดอยู่กับกล้องโทรทรรศน์อวกาศนี้...เช่นเมื่อเรามองขึ้นไปบนท้องฟ้ายามค่ำคืน เราจะรู้สึกได้ถึงความผูกพันเชื่อมโยงที่มีอยู่ มนุษย์ไม่ใช่แค่สิ่งมีชีวิตเล็ก ๆ ที่อยู่โดดเดี่ยว แต่เกิดมาจากเศษธุลีของดวงดาวที่ระเบิดออกเมื่อหลายพันล้านปีก่อน"

"เราต่างก็มีความผูกพันกับจักรวาล มันจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะถอยห่างออกมา และมองดูภาพชีวิตในมุมที่กว้างขึ้น" ดร. สตรอห์น กล่าวทิ้งท้าย