NASA เตรียมส่งกล้องโทรทรรศน์ Roman ขึ้นสู่อวกาศ ทำไมภารกิจนี้อาจเปลี่ยนโฉมดาราศาสตร์

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Nancy Grace Roman ของ NASA กำลังจะเริ่มภารกิจสำรวจจักรวาลในระดับที่กว้างกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นก่อนอย่างมาก โดย NASA และ SpaceX ตั้งเป้าปล่อยยานไม่เร็วกว่าวันอาทิตย์ที่ 30 สิงหาคม 2026 เวลา 07.26 น. ตามเวลา EDT จากฐานปล่อย 39A ที่ศูนย์อวกาศเคนเนดี รัฐฟลอริดา สหรัฐฯ NASA มีกำหนดเริ่มถ่ายทอดสดเวลา 06.20 น. แต่วันและเวลาปล่อยยังอาจเปลี่ยนแปลงได้ตามสภาพอากาศและความพร้อมของภารกิจ 1

Roman ไม่ได้ถูกสร้างมาเพื่อถ่ายภาพวัตถุเดิมให้คมชัดขึ้นเพียงอย่างเดียว จุดแข็งของมันคือการถ่ายภาพท้องฟ้าพื้นที่มหาศาลอย่างรวดเร็วและเป็นระบบ ความสามารถนี้อาจเปลี่ยนวิธีที่นักดาราศาสตร์ค้นหาดาวเคราะห์ ศึกษาการขยายตัวของเอกภพ และทำแผนที่สสารที่มองไม่เห็นซึ่งมีอิทธิพลต่อการก่อตัวของกาแล็กซี

กำหนดปล่อยและจุดหมายของ Roman

Roman มีกำหนดเดินทางด้วยจรวด Falcon Heavy ของ SpaceX ไปยังบริเวณจุดลากร็องฌ์ดวงอาทิตย์–โลกที่ 2 หรือ L2 ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 930,000 ไมล์ หรือราว 1.5 ล้านกิโลเมตร บริเวณนี้เป็นสภาพแวดล้อมที่เหมาะกับการสังเกตการณ์ และอยู่ในย่านอวกาศห้วงลึกเดียวกับที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webb ปฏิบัติงานโดยทั่วไป

NASA วางแผนให้ Roman มีภารกิจหลัก 5 ปี และอาจทำงานต่อได้หากยานยังอยู่ในสภาพดีและมีงบประมาณสนับสนุน ส่วนวันที่ 31 สิงหาคมเป็นโอกาสสำรอง ไม่ใช่กำหนดการที่รับประกันว่าจะเกิดขึ้น การเริ่มสังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์อย่างเต็มรูปแบบจะขึ้นอยู่กับผลการปล่อยและขั้นตอนเตรียมระบบหลังจากนั้น

เดิมภารกิจนี้ใช้ชื่อว่า Wide Field Infrared Survey Telescope หรือ WFIRST ก่อนเปลี่ยนชื่อในปี 2020 เพื่อเป็นเกียรติแก่ Nancy Grace Roman นักดาราศาสตร์หญิงผู้เป็นหัวหน้านักดาราศาสตร์คนแรกของ NASA

กระจกเท่า Hubble แต่มองเห็นท้องฟ้ากว้างกว่ามาก

กระจกหลักของ Roman มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตร หรือ 7.9 ฟุต เท่ากับกระจกของ Hubble แต่การออกแบบระบบออปติกทำให้ Roman มีขอบเขตการมองเห็นกว้างกว่า Hubble อย่างน้อย 100 เท่า ขณะที่ยังคงความคมชัดในระดับใกล้เคียงกันสำหรับการสำรวจมุมกว้าง

เครื่องมือหลักคือ Wide Field Instrument หรือ WFI กล้องอินฟราเรดความละเอียด 300 ล้านพิกเซล รองรับช่วงความยาวคลื่นประมาณ 0.5–2.3 ไมครอน ครอบคลุมทั้งแสงที่ตามองเห็นและอินฟราเรดใกล้ ภาพหนึ่งภาพของ Roman จะครอบคลุมพื้นที่ท้องฟ้าประมาณเท่ากับหรือใหญ่กว่าขนาดปรากฏของดวงจันทร์เต็มดวง 19

ความแตกต่างด้าน “พื้นที่ที่มองเห็นต่อภาพ” คือเหตุผลสำคัญที่ทำให้ Roman มีความโดดเด่น Hubble เหมาะกับการศึกษากาแล็กซี เนบิวลา หรือเป้าหมายเฉพาะจุดอย่างละเอียด ส่วน Roman ถูกออกแบบมาเพื่อสำรวจพื้นที่กว้างอย่างต่อเนื่องและสร้างชุดข้อมูลที่มีมาตรฐานเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์จึงมีโอกาสพบรูปแบบหรือเหตุการณ์หายากที่การสังเกตการณ์แบบเจาะจงอาจพลาดไป

NASA ประเมินว่า Roman อาจสำรวจท้องฟ้าได้เร็วกว่า Hubble สูงสุดราว 1,000 เท่าเมื่อต้องทำงานสำรวจพื้นที่กว้างในระดับใกล้เคียงกัน ตลอดภารกิจหลัก Roman คาดว่าจะถ่ายภาพกาแล็กซีมากกว่า 2,000 ล้านแห่ง และตรวจพบซูเปอร์โนวาหลายหมื่นดวง 36

Roman จะศึกษาคำถามอะไรบ้าง

พลังงานมืดกับการขยายตัวของเอกภพ

เป้าหมายสำคัญของ Roman คือการหาคำตอบว่าเหตุใดเอกภพจึงขยายตัวเร็วขึ้น นักดาราศาสตร์จะใช้ข้อมูลจากหลายวิธีประกอบกัน เช่น ซูเปอร์โนวา การกระจายตัวของกาแล็กซี และเลนส์ความโน้มถ่วงอย่างอ่อน เพื่อศึกษาว่าโครงสร้างขนาดใหญ่ของเอกภพพัฒนาขึ้นอย่างไรตามกาลเวลา

ข้อมูลเหล่านี้จะช่วยทดสอบคำอธิบายหลายแนวทางของการขยายตัวแบบเร่ง รวมถึงแนวคิดเรื่องพลังงานมืดและความเป็นไปได้ที่ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงในปัจจุบันอาจยังไม่สมบูรณ์ Roman ยังจะช่วยทำแผนที่การกระจายตัวของสสารมืด โดยติดตามว่าความโน้มถ่วงของมันบิดเบือนแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลออกไปอย่างไร 17

สำรวจดาวเคราะห์นอกระบบทั่วทางช้างเผือก

Roman จะทำสำมะโนเชิงสถิติของระบบดาวเคราะห์จำนวนมาก วิธีหลักคือไมโครเลนส์ความโน้มถ่วง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ที่อยู่ด้านหน้าขยายแสงจากดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลกว่า หากดาวเคราะห์โคจรรอบดาวฤกษ์ด้านหน้า มันจะทำให้รูปแบบการขยายแสงเปลี่ยนแปลงและตรวจจับได้

วิธีนี้มีประโยชน์เป็นพิเศษในการค้นหาดาวเคราะห์เย็นที่อยู่ห่างจากดาวฤกษ์ของตนค่อนข้างมาก รวมถึงดาวเคราะห์ที่ลอยอย่างอิสระโดยไม่ได้โคจรรอบดาวฤกษ์ NASA คาดว่า Roman จะค้นพบดาวเคราะห์มากกว่า 100,000 ดวงจากการสำรวจดาวเคราะห์ 3

Roman ยังจะสนับสนุนการศึกษาด้วยวิธีทรานซิต ซึ่งตรวจจับดาวเคราะห์เมื่อมันเคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์และทำให้ความสว่างของดาวลดลงเล็กน้อย

ทดลองถ่ายภาพดาวเคราะห์โดยตรง

Roman จะติดตั้ง Coronagraph Instrument หรือเครื่องมือโคโรนากราฟ ซึ่งมีเป้าหมายหลักเป็นการสาธิตเทคโนโลยี เครื่องมือนี้จะบังหรือลดแสงจ้าจากดาวฤกษ์ เพื่อเปิดทางให้พยายามถ่ายภาพวัตถุที่อยู่ใกล้เคียงแต่มีความสว่างน้อยกว่ามาก

การทดลองจะมุ่งศึกษาวิธีถ่ายภาพและวิเคราะห์ดาวเคราะห์นอกระบบขนาดใหญ่บางประเภท รวมถึงจานฝุ่นที่กำลังก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ เครื่องมือนี้ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อสำรวจดาวเคราะห์คล้ายโลกทั้งหมด แต่ผลการทดสอบอาจช่วยกำหนดแนวทางให้ภารกิจในอนาคตที่สามารถถ่ายภาพดาวเคราะห์ซึ่งอาจเอื้อต่อการอยู่อาศัยได้โดยตรง 2

กระจกหลักที่มีจุดเริ่มต้นจากโครงการลับ

กระจกหลักขนาด 2.4 เมตรของ Roman เดิมเป็นหนึ่งในกระจกสองบานที่ผลิตขึ้นสำหรับโครงการลาดตระเวนของสหรัฐฯ ซึ่งเป็นโครงการที่ถูกจัดชั้นความลับ สำนักงานลาดตระเวนแห่งชาติของสหรัฐฯ หรือ NRO ได้ส่งมอบกระจกให้ NASA ในปี 2012 ทำให้ NASA ได้ใช้กระจกคุณภาพสูงขนาดเทียบเท่า Hubble โดยไม่ต้องเริ่มพัฒนากระจกใหม่ตั้งแต่ต้น 3

โครงการ Roman ต้องเผชิญแรงกดดันด้านกำหนดการและต้นทุน รวมถึงผลกระทบจากการระบาดของโควิด-19 NASA ประเมินต้นทุนตลอดวงจรชีวิตของภารกิจไว้ประมาณ 4,300 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ตัวเลขนี้ครอบคลุมโครงการในภาพรวม ไม่ใช่เฉพาะราคาตัวกล้องโทรทรรศน์

NASA ประกอบหอดูดาวเสร็จสมบูรณ์ก่อนกำหนดเส้นตายอย่างเป็นทางการที่เคยวางไว้สำหรับการปล่อยภายในเดือนพฤษภาคม 2027 ขณะเดียวกันทีมงานยังเดินหน้าเตรียมภารกิจสำหรับโอกาสปล่อยในปี 2026

Roman จะทำงานร่วมกับ Hubble และ Webb ไม่ได้มาแทนที่

การสำรวจมุมกว้างของ Roman ถูกวางให้ทำงานร่วมกับหอดูดาวอื่น ๆ มันจะกวาดพื้นที่ขนาดใหญ่เพื่อค้นหาประชากรวัตถุที่มีนัยสำคัญทางสถิติ เหตุการณ์ชั่วคราวที่เกิดขึ้นไม่บ่อย และเป้าหมายที่น่าสนใจ จากนั้น Hubble, Webb และกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินขนาดใหญ่จะสามารถหันไปศึกษาวัตถุที่คัดเลือกแล้วในรายละเอียดที่ลึกยิ่งขึ้น

การแบ่งหน้าที่เช่นนี้มีความสำคัญ กล้องโทรทรรศน์ที่ออกแบบมาเพื่อศึกษากาแล็กซีเดียวอย่างละเอียดไม่สามารถค้นหาเหตุการณ์หายากทั่วพื้นที่มหาศาลได้อย่างมีประสิทธิภาพ จุดแข็งของ Roman จึงอยู่ที่การค้นหาเป้าหมายและสร้างชุดข้อมูลขนาดใหญ่ ซึ่งจะทำให้การติดตามศึกษาแบบเจาะลึกมีคุณค่ามากขึ้น

ผลกระทบที่อาจเกินกว่าเป้าหมายหลัก

เป้าหมายอย่างเป็นทางการของ Roman ครอบคลุมพลังงานมืด สสารมืด ดาวเคราะห์นอกระบบ และดาราศาสตร์อินฟราเรด แต่การค้นพบที่น่าจดจำที่สุดอาจมาจากวัตถุที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่รู้ด้วยซ้ำว่าควรค้นหา

การสำรวจขนาดใหญ่ที่ใช้มาตรฐานเดียวกันอาจเผยให้เห็นเหตุการณ์ชั่วคราวประหลาด ระบบดาวเคราะห์ที่ไม่คาดคิด หรือประชากรกาแล็กซีและดาวฤกษ์กลุ่มใหม่ การสังเกตพื้นที่กว้างซ้ำ ๆ ยังจะสร้างบันทึกอันทรงพลังว่าระบบต่าง ๆ เปลี่ยนแปลงไปตามเวลาอย่างไร

มุมมองแบบพาโนรามาของ Roman จึงไม่ได้มีไว้เพียงตอบคำถามที่นักดาราศาสตร์ตั้งไว้แล้ว แต่ยังช่วยเปิดทางให้เกิดคำถามใหม่ ๆ เกี่ยวกับจักรวาล

แนวคิดนี้สอดคล้องกับมรดกของ Nancy Grace Roman เธอเป็นหัวหน้านักดาราศาสตร์คนแรกของ NASA และมีบทบาทผลักดันการสนับสนุนหอดูดาวอวกาศขนาดใหญ่ จนได้รับการยกย่องว่าเป็น “มารดาแห่ง Hubble” กล้องโทรทรรศน์ที่ใช้ชื่อของเธอกำลังต่อยอดวิสัยทัศน์นั้น จากการมองวัตถุห้วงลึกแบบเจาะจง ไปสู่การทำแผนที่จักรวาลในสเกลที่กว้างขึ้น 117