เครดิตภาพ: มหาวิทยาลัยแอริโซนา
กว่า 30 ปีมาแล้วดร. โรเจอร์แองเจิลมาที่มหาวิทยาลัยอริิโดยได้รับความสนใจจากการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ในเขตทูซอนรัฐแอริโซนา: มีกล้องโทรทรรศน์หลายแห่งตั้งอยู่ในบริเวณใกล้เคียงและแน่นอนว่าสภาพอากาศนั้นเย็นพอสมควร แต่ตอนนี้เทวดาเสนอให้สร้างกล้องโทรทรรศน์ในสถานที่ห่างไกลและไม่น่าดูนักเช่นปล่องภูเขาไฟบนดวงจันทร์
ตอนนี้แองเจิลเป็นที่รู้จักในด้านนวัตกรรมกระจกส่องกล้องและปรับเลนส์ได้นำทีมนักวิทยาศาสตร์จากสหรัฐอเมริกาและแคนาดาที่กำลังสำรวจความเป็นไปได้ในการสร้างหอดูดาวสนามอินฟราเรดลึกใกล้หนึ่งในดวงจันทร์โดยใช้กล้องโทรทรรศน์กระจกเหลว (LMT) )
แนวคิดนี้เป็นหนึ่งใน 12 ข้อเสนอที่เริ่มได้รับเงินทุนเมื่อเดือนตุลาคมปีที่แล้วจากสถาบันนาซ่าเพื่อแนวคิดขั้นสูง (NIAC) แต่ละคนได้รับ $ 75,000 สำหรับการวิจัยหกเดือนเพื่อทำการศึกษาเบื้องต้นและระบุความท้าทายในการพัฒนา โครงการที่เปิดดำเนินการในระยะแรกนั้นมีสิทธิ์ได้รับมากถึง $ 400,000 มากกว่าสองปี
LMTs ทำโดยการปั่นของเหลวสะท้อนแสงซึ่งโดยปกติจะเป็นปรอทบนแพลตฟอร์มรูปชามเพื่อสร้างพื้นผิวรูปโค้งแบบพาราโบลิกซึ่งเหมาะสำหรับเลนส์ทางดาราศาสตร์ Isaac Newton เสนอทฤษฎี แต่เทคโนโลยีในการสร้างอุปกรณ์ดังกล่าวประสบความสำเร็จได้รับการพัฒนาเมื่อเร็ว ๆ นี้เท่านั้น ปัจจุบันมีการใช้ LMT เพียงไม่กี่ลำรวมถึง LMT ขนาด 6 เมตรในแวนคูเวอร์แคนาดาและรุ่น 3 เมตรที่ NASA ใช้สำหรับหอดูดาววงโคจรในนิวเม็กซิโก
บนโลก LMTs มีขนาด จำกัด เพียงประมาณ 6 เมตรเนื่องจากลมที่สร้างขึ้นเองซึ่งมาจากการหมุนของกล้องโทรทรรศน์จะรบกวนพื้นผิว ยิ่งไปกว่านั้นเช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์อื่น ๆ บนโลก LMTs อาจถูกดูดกลืนและบิดเบี้ยวในบรรยากาศซึ่งจะช่วยลดช่วงและความไวของการตรวจจับด้วยอินฟราเรด แต่ดวงจันทร์ที่ปราศจากบรรยากาศแองเจิลบอกว่าเป็นสถานที่ที่เหมาะสำหรับกล้องโทรทรรศน์ประเภทนี้ในขณะเดียวกันก็ให้แรงโน้มถ่วงที่จำเป็นสำหรับกระจกรูปโค้งเพื่อก่อตัว
ศักยภาพของ LMT บนดวงจันทร์คือการสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก สำหรับการอ้างอิงกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลมีกระจก 2.4 เมตรและกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ (JWST) ที่พัฒนาขึ้นเพื่อเปิดตัวในปี 2554 จะมีกระจก 6 เมตร แนวคิดของข้อเสนอ NIAC ของแองเจิลนั้นเป็นกระจกเงาขนาด 20 เมตร แต่จากการวิจัยที่ทีมได้ทำมาจนถึงตอนนี้พวกเขากำลังมองหาการสร้างกระจกขนาดใหญ่มากโดย 100 เมตรเป็นตัวเลือกที่ยิ่งใหญ่ที่สุด พวกเขากำลังพิจารณา LMT ขนาดเล็กเช่นกัน “ เห็นได้ชัดว่าเราไม่สามารถไปถึงดวงจันทร์และสร้างกระจกขนาด 100 เมตรเป็นสิ่งแรก “ เรากำลังดูลำดับขนาดที่มีขนาด 2 เมตร 20 เมตรและ 100 เมตรและกำลังมองหาศักยภาพที่เหมาะสมสำหรับแต่ละคน” Angel เชื่อว่าสามารถสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาด 2 เมตรได้โดยไม่ต้องมีมนุษย์อยู่บนดวงจันทร์และตั้งเป็นกล้องโทรทรรศน์หุ่นยนต์ซึ่งคล้ายกับเครื่องมือวิทยาศาสตร์บนยานสำรวจดาวอังคาร
ข้อ จำกัด ของกระจกเหลวก็คือมันจะชี้ตรงขึ้นเท่านั้นดังนั้นจึงไม่เหมือนกล้องโทรทรรศน์มาตรฐานที่สามารถชี้ไปในทิศทางใดก็ได้และติดตามวัตถุบนท้องฟ้า ดูเฉพาะบริเวณท้องฟ้าที่อยู่เหนือศีรษะโดยตรง
ดังนั้นเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์สำหรับ LMT คือการไม่มองข้ามทั้งท้องฟ้า แต่จะใช้พื้นที่หนึ่งพื้นที่และมองมันอย่างเข้มข้น ดาราศาสตร์ประเภทนี้มี“ ผลกำไร” อย่างที่เทวดาบรรยายในแง่ของความมั่งคั่งของข้อมูลที่รวบรวมมา ความพยายามทางวิทยาศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพที่สุดจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลนั้นเป็นภาพถ่ายของ“ สนามลึก”
เพื่อให้สามารถมองเห็นพื้นที่เพียงหนึ่งแห่งในพื้นที่ตลอดเวลาทำให้แองเจิลและทีมของเขามองไปที่หนึ่งในดวงจันทร์ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ดีที่สุดสำหรับกล้องโทรทรรศน์นี้ เช่นเดียวกับเสาของโลกการมองขึ้นไปจากเสาบนดวงจันทร์นั้นจะให้มุมมองเกี่ยวกับเอกภพแบบเดียวกันเสมอ “ ถ้าเราไปที่ขั้วโลกเหนือหรือขั้วโลกใต้ของดวงจันทร์เราจะถ่ายรูปท้องฟ้าหนึ่งผืนตลอดเวลาและนั่นจะช่วยให้คุณทำการรวมที่ลึกมากอย่างยิ่งลึกกว่าทุ่งลึกฮับเบิล” รวมเข้ากับช่องรับแสงขนาดใหญ่และกล้องโทรทรรศน์นี้จะให้ความลึกของการสังเกตซึ่งจะไม่มีที่เปรียบกับกล้องโทรทรรศน์ใด ๆ บนโลกหรือในอวกาศ “ นั่นเป็นช่องหรือความแข็งแกร่งของกล้องโทรทรรศน์นี้” แองเจิลกล่าว
อีกด้านหนึ่งของกระจกเหลวก็คือพวกเขามีราคาไม่แพงมากเมื่อเทียบกับกระบวนการสร้างกระจกมาตรฐานโดยการสร้างการขัดและการทดสอบชิ้นกระจกขนาดใหญ่ที่แข็งหรือการสร้างชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ต้องผ่านการขัดเงาทดสอบแล้วรวมเข้าด้วยกันมาก แม่นยำ นอกจากนี้ LMT ไม่จำเป็นต้องต่อเชื่อมราคาแพงระบบติดตามหรือโดม
“ ต้นทุนรวมของกล้องโทรทรรศน์เจมส์เว็บบ์คาดว่าจะสูงกว่าหนึ่งพันล้านดอลลาร์ด้วยป้ายราคาบนกระจกเพียงอย่างเดียวประมาณหนึ่งในสี่ของล้านดอลลาร์” แองเจิลกล่าว “ กระจกนั้นมีความยาว 6 เมตรดังนั้นถ้าเราปรับขนาดเทคโนโลยีให้ใหญ่กว่ากระจกในอวกาศในที่สุดเราก็จะพังธนาคารและเราจะไม่สามารถจ่ายได้ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบันของการทำกระจกขัดเงาและ ทำให้มันขึ้นสู่อวกาศ”
แม้ว่ากล้องโทรทรรศน์ขนาด 2 เมตรจะเป็นต้นแบบ แต่มันก็ยังมีคุณค่าทางดาราศาสตร์ “ เราสามารถทำสิ่งต่าง ๆ ที่เป็นอิสระกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์และกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์ขนาด 2 เมตรบนดวงจันทร์จะเติมเต็มอาณาเขตระหว่างกล้องโทรทรรศน์ทั้งสองดวงนี้” กระจกเงาขนาด 20 เมตรจะให้ความละเอียดมากกว่า JWST 3 เท่าและด้วยการรวมหรือเปิด“ ชัตเตอร์” เป็นเวลานานเหมือนปีวัตถุสามารถมองเห็นวัตถุที่ซีดกว่า 100 เท่า มิเรอร์ 100 เมตรจะให้ข้อมูลที่อยู่นอกแผนภูมิ
หนึ่งในความท้าทายในการพัฒนา LMT บนดวงจันทร์คือการสร้างตลับลูกปืนเพื่อหมุนแพลตฟอร์มอย่างราบรื่นและด้วยความเร็วคงที่ แบริ่งอากาศใช้สำหรับ LMTs บนโลก แต่ไม่มีอากาศบนดวงจันทร์ซึ่งเป็นไปไม่ได้ แองเจิลและทีมของเขากำลังมองหาตลับลูกปืนสำหรับการแช่แข็งแบบ cryogenic ซึ่งคล้ายกับรถไฟที่ใช้แม่เหล็กในการเคลื่อนที่แบบไร้แรงเสียดทานโดยใช้สนามแม่เหล็ก ทูตสวรรค์กล่าวเสริมว่า“ ในฐานะที่เป็นโบนัสเมื่ออุณหภูมิต่ำบนดวงจันทร์คุณสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้พลังงานใด ๆ เพราะคุณสามารถสร้างแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดที่ช่วยให้คุณสร้างตลับลูกปืนลอยที่ไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ”
ทูตสวรรค์เรียกตลับลูกปืนว่าเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์ “ เมื่อไม่มีอากาศบนดวงจันทร์เพื่อสร้างลมจึงไม่มีการ จำกัด ขนาดหรือเข้าถึงความแม่นยำที่คุณต้องการตราบเท่าที่แบริ่งไม่เป็นไร” ทูตสวรรค์กล่าว
วิวัฒนาการหนึ่งของโครงการนับตั้งแต่ได้รับเงินสนับสนุนจาก NIAC คือที่ตั้งของกล้องโทรทรรศน์ ในข้อเสนอเริ่มต้นทีมงานของแองเจิลชื่นชอบขั้วโลกใต้ของดวงจันทร์ในปล่องภูเขาไฟแช็คเคิลตัน แต่ขั้วโลกเหนือนั้นเสนอมุมมองที่ดีกว่าสำหรับการสังเกตแบบเอกภพพวกเขาตระหนักและทูตสวรรค์กำลังรอข้อมูลจากยานอวกาศ SMART-1 ดวงจันทร์ของสมาพันธ์อวกาศยุโรปซึ่งเพิ่งเริ่มสำรวจพื้นที่ขั้วโลกของดวงจันทร์
“ ในบริเวณขั้วโลกมีหลุมอุกกาบาตที่ดวงอาทิตย์ไม่เคยส่องสว่างและไม่ร้อนบนพื้นดิน” ทูตสวรรค์กล่าว “ มันหนาวมากที่นั่นไม่ไกลเกินศูนย์สัมบูรณ์ แทนที่จะสร้างกล้องโทรทรรศน์ขึ้นมาภายใต้สภาพที่เป็นศัตรูเราจะพยายามสร้างกล้องโทรทรรศน์ขึ้นที่จุดสูงสุดของเสาใดเสาหนึ่งซึ่งจะมีแสงแดดเกือบตลอดเวลา สิ่งนี้จะช่วยให้พลังงานแสงอาทิตย์และเงื่อนไขจะดีกว่าสำหรับคนที่อาศัยอยู่ที่นั่น สิ่งที่คุณต้องทำคือใส่หน้าจอทรงกระบอก Mylar รอบ ๆ กล้องเพื่อป้องกันไม่ให้ดวงอาทิตย์ชนกับมันและมันจะเย็นลงเหมือนอยู่ที่ก้นหลุม "
ด้วยการสำรวจอินฟราเรดกล้องโทรทรรศน์เย็นจึงมีความสำคัญต่อการมองเห็นวัตถุที่เย็นกว่าและจางลงในอวกาศ การมีกล้องโทรทรรศน์ใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ (0 องศาเคลวิน, -273 C, -460 F) จะเหมาะที่สุด เนื่องจากปรอทจะหยุดที่อุณหภูมิเหล่านั้นความท้าทายอีกประการหนึ่งสำหรับโครงการคือการหาของเหลวที่เหมาะสมสำหรับหมุนกระจก ผู้สมัครบางคนเป็นอีเทนมีเธนและไฮโดรคาร์บอนขนาดเล็กอื่น ๆ เช่นของเหลวที่พบในไททันโดยหัวโพรบ Huygens ซึ่งลงจอดบนดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ในวันที่ 14 มกราคม
“ แต่ของเหลวเหล่านี้ไม่ได้เงางามดังนั้นคุณต้องหาวิธีที่จะนำโลหะเงางามเช่นอลูมิเนียมลงสู่พื้นผิวของของเหลวโดยตรง” ทูตสวรรค์กล่าว “ โดยปกติเมื่อเราสร้างกล้องโทรทรรศน์ดาราศาสตร์เราจะสร้างกระจกออกมาจากกระจกซึ่งไม่สะท้อนมากแล้วคุณระเหยอลูมิเนียมหรือสีเงินลงบนกระจก บนดวงจันทร์เราจะต้องระเหยโลหะให้เป็นของเหลวแทนที่จะเป็นแก้ว”
นั่นเป็นหนึ่งในประเด็นสำคัญของการวิจัยภายใต้รางวัล NIAC ในการศึกษาเบื้องต้นทีมของแองเจิลสามารถระเหยโลหะลงบนของเหลวแม้ว่าจะยังไม่ถึงอุณหภูมิที่เย็นจัด อย่างไรก็ตามพวกเขาได้รับการสนับสนุนจากผลลัพธ์จนถึงปัจจุบัน
ทีมของแองเจิลมีความผิดปกติสำหรับโครงการ NIAC ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างประเทศและ NIAC ไม่ได้ให้เงินสนับสนุนแก่พันธมิตรระหว่างประเทศ “ มันเกิดขึ้นที่ผู้เชี่ยวชาญระดับโลกเกี่ยวกับการสร้างกล้องโทรทรรศน์กระจกเหลวหมุนได้ในแคนาดาดังนั้นมันจึงเป็นเรื่องสำคัญที่ว่าถ้าเราคิดที่จะทำสิ่งนั้นบนดวงจันทร์ที่เรานำมันเข้ามา” ทูตสวรรค์กล่าว “ โชคดีที่พวกเขาเข้ามาในตั๋วของตัวเองเพื่อพูดและรู้สึกตื่นเต้นกับโครงการ”
สมาชิกของทีมในแคนาดา ได้แก่ Emanno Borra จากมหาวิทยาลัย Laval ในควิเบกซึ่งได้ทำการวิจัยและสร้าง LMTs มาตั้งแต่ต้นปี 1980 และ Paul Hickson จาก University of British Columbia ซึ่งด้วยความช่วยเหลือของ Borra ได้สร้าง LMT 6 เมตรใน แวนคูเวอร์ ผู้ทำงานร่วมกันอื่น ๆ รวมถึง Ki Ma ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัสในฮูสตันซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านตลับลูกปืนแช่แข็ง Warren Davison จากมหาวิทยาลัยแอริโซนาซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมเครื่องกลในกล้องโทรทรรศน์และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Suresh Sivanandam
NIAC ถูกสร้างขึ้นในปี 2541 เพื่อเรียกร้องแนวคิดการปฏิวัติจากผู้คนและองค์กรนอกองค์การอวกาศที่สามารถพัฒนาภารกิจขององค์การนาซ่า แนวคิดที่ชนะได้รับการคัดเลือกเพราะพวกเขา“ ผลักดันขอบเขตของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เป็นที่รู้จัก” และ“ แสดงความเกี่ยวข้องกับภารกิจของนาซ่า” ตามที่องค์การนาซ่าระบุ แนวคิดเหล่านี้คาดว่าจะใช้เวลาอย่างน้อยหนึ่งทศวรรษในการพัฒนา
ทูตสวรรค์กล่าวว่าการได้รับรางวัล NIAC เป็นโอกาสที่ดี “ เราไม่ต้องสงสัยเลยว่าจะเขียนข้อเสนอสำหรับระยะที่สอง (จากการระดมทุนของ NIAC)” เขากล่าว “ เราได้ระบุในช่วงระยะที่ 1 ว่าปัญหาสำคัญที่สุดในโครงการนี้คืออะไรและขั้นตอนการปฏิบัติอะไรที่เราควรทำตอนนี้ เราเปิดคำถามมาแล้วและมีการทดสอบง่ายๆที่เราสามารถทำได้เพื่อดูว่ามีการจัดแสดงโชว์หรือไม่”
อุปสรรค์ที่ใหญ่ที่สุดในการทำให้ Lunar Infrared Observatory เป็นจริงน่าจะอยู่ในมือของแองเจิล “ ดวงจันทร์เป็นสถานที่ที่น่าสนใจในการทำวิทยาศาสตร์” ทูตสวรรค์กล่าว “ อย่างไรก็ตามมันเป็นเรื่องที่นาซ่ามุ่งมั่นทุ่มเทอย่างมากในการใช้ทรัพยากรเพื่อกลับไปสู่ดวงจันทร์” แน่นอนว่าการสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ 20 หรือ 100 เมตรนั้นจะต้องมีการปรากฏตัวบนดวงจันทร์ “ ดังนั้น” ทูตสวรรค์กล่าวต่อ“ โดยผูกปมวิทยาศาสตร์ของคุณไปในทิศทางนั้นคุณจะกลายเป็นหางของสุนัขตัวใหญ่ที่คุณไม่สามารถควบคุมได้อย่างแน่นอน”?
แองเจิลหวังว่า NASA และสหรัฐอเมริกาสามารถรักษาโมเมนตัมของวิสัยทัศน์สำหรับการสำรวจอวกาศและกลับสู่ดวงจันทร์ “ ในที่สุดฉันคิดว่าการย้ายออกไปในอวกาศเป็นสิ่งที่มนุษย์มีความต้องการที่จะทำและจะทำบางครั้ง” ทูตสวรรค์กล่าว “ เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้นการมีสิ่งที่น่าสนใจที่จะทำเมื่อเราไปถึงที่นั่นเป็นสิ่งสำคัญ เราต้องรู้ว่าทำไมเราออกจากพื้นผิวของโลกนี้เพื่อไปยังดวงจันทร์ เรากำลังสำรวจใช่ แต่เราสามารถสำรวจไม่เพียงดวงจันทร์ แต่ใช้เป็นสถานที่ในการทำวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่นอกเหนือจากดวงจันทร์ ฉันคิดว่ามันเป็นสิ่งที่ควรจะเกิดขึ้นในภาพรวม”
Nancy Atkinson เป็นนักเขียนอิสระและเอกอัครราชทูตนาซ่าระบบสุริยะ เธออาศัยอยู่ในรัฐอิลลินอยส์
