มนุษย์เรามีความหิวไม่รู้จักพอที่จะเข้าใจจักรวาล ดังที่คาร์ลเซแกนกล่าวว่า“ การทำความเข้าใจคือความปีติยินดี” แต่เพื่อให้เข้าใจจักรวาลเราต้องการวิธีที่ดีกว่าและดีกว่าในการสังเกตมัน และนั่นหมายถึงสิ่งหนึ่ง: กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ใหญ่โตมหาศาล
ในซีรีย์นี้เราจะดูซูเปอร์เทเลสโคปที่กำลังจะมาถึงของโลก:
- กล้องโทรทรรศน์แมเจลแลนยักษ์
- กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่ครอบงำ
- กล้องโทรทรรศน์ 30 เมตร
- กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่สุดในยุโรป
- กล้องโทรทรรศน์สำรวจสรุปขนาดใหญ่
- กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์
- กล้องโทรทรรศน์สำรวจภาคสนามกว้าง
เป็นการง่ายที่จะลืมผลกระทบที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลมีต่อความรู้ของเราเกี่ยวกับจักรวาล อันที่จริงแล้วนั่นอาจเป็นเครื่องวัดความสำเร็จที่ดีที่สุด: เรารับฮับเบิลและทั้งหมดที่เราได้เรียนรู้จากมันเพื่อรับตอนนี้ แต่มีการพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศอื่น ๆ รวมถึง WFIRST ซึ่งจะมีประสิทธิภาพมากกว่าฮับเบิล กล้องเหล่านี้จะขยายความเข้าใจของเราไปไกลแค่ไหน
“ WFIRST มีศักยภาพที่จะเปิดตาของเราไปสู่สิ่งมหัศจรรย์ของจักรวาลได้เช่นเดียวกับที่ฮับเบิลมี” - John Grunsfeld ผู้อำนวยการ Mission Science ของ NASA
WFIRST อาจเป็นผู้สืบทอดที่แท้จริงต่อฮับเบิลแม้ว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ (JWST) มักจะถูกขนานนามว่าเป็นเช่นนั้น แต่มันอาจไม่ถูกต้องแม้แต่จะโทรหากล้องโทรทรรศน์ WFIRST แม่นยำกว่าที่จะเรียกมันว่าเป็นหอดูดาวดาราศาสตร์ นั่นเป็นเพราะหนึ่งในวัตถุประสงค์หลักด้านวิทยาศาสตร์ของมันคือการศึกษา Dark Energy ซึ่งเป็นพลังลึกลับที่ขับเคลื่อนการขยายตัวของเอกภพและ Dark Matter เป็นเรื่องที่ยากต่อการตรวจจับซึ่งช้ากว่าการขยายตัว
WFIRST จะมีกระจก 2.4 เมตรซึ่งมีขนาดเท่ากับฮับเบิล แต่มันจะมีกล้องที่จะขยายพลังของกระจกนั้น Wide Field Instrument เป็นกล้องอินฟราเรดใกล้หลายวงที่ 288 ล้านพิกเซล เมื่อเปิดใช้งานแล้วมันจะจับภาพที่คมชัดกว่าฮับเบิล แต่มีความแตกต่างใหญ่อย่างหนึ่ง: Wide Field Instrument จะถ่ายภาพที่ครอบคลุมกว่า 100 เท่าของท้องฟ้าที่ฮับเบิลทำ
นอกเหนือจาก Wide Field Instrument แล้ว WFIRST จะมี Coronagraphic Instrument เครื่องมือ Coronagraphic จะทำให้การศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบก้าวหน้าขึ้น มันจะใช้ระบบตัวกรองและมาสก์เพื่อกันแสงจากดาวดวงอื่น ๆ และเข้ามาในดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวเหล่านั้น สิ่งนี้จะช่วยให้การศึกษารายละเอียดของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีหลักในการพิจารณาความเป็นอยู่
WFIRST มีกำหนดจะเปิดตัวในปี 2568 แม้ว่าจะเร็วเกินไปที่จะมีวันที่แน่นอน แต่เมื่อมีการเปิดตัวแผนมีไว้สำหรับ WFIRST ที่จะเดินทางไปที่ Sun-Earth LaGrange Point 2 (L2.) L2 เป็นจุดสมดุลแรงโน้มถ่วงในอวกาศที่ WFIRST สามารถทำงานได้โดยไม่หยุดชะงัก ภารกิจถูกตั้งค่าเป็นเวลาประมาณ 6 ปี
“ WFIRST มีศักยภาพที่จะเปิดตาของเราไปสู่สิ่งมหัศจรรย์ของจักรวาลได้เช่นเดียวกับฮับเบิล” จอห์นกรุนสเฟลด์นักบินอวกาศและผู้ดูแลระบบของคณะผู้แทนคณะวิทยาศาสตร์ขององค์การนาซ่าในวอชิงตันกล่าว “ ภารกิจนี้เป็นการผสมผสานความสามารถในการค้นพบและกำหนดลักษณะของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะของเราเองด้วยความไวและออพติกเพื่อมองให้กว้างและลึกเข้าไปในเอกภพในการแสวงหาวิธีไขปริศนาของพลังงานมืดและสสารมืด”
สรุปมีสองข้อเสนอสำหรับสิ่งที่พลังงานมืดสามารถเป็น อย่างแรกคือค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยาที่ซึ่งพลังงานมืดมีความสม่ำเสมอตลอดทั้งเอกภพ อย่างที่สองคือสิ่งที่รู้จักกันในชื่อสนามสเกลาร์ซึ่งความหนาแน่นของพลังงานมืดสามารถเปลี่ยนแปลงในเวลาและสถานที่
นับตั้งแต่ทศวรรษ 1990 การสังเกตได้แสดงให้เราเห็นว่าการขยายตัวของเอกภพกำลังเร่งตัวขึ้น ความเร่งนั้นเริ่มต้นเมื่อประมาณ 5 พันล้านปีก่อน เราคิดว่า Dark Energy เป็นผู้รับผิดชอบในการขยายตัวอย่างรวดเร็ว ด้วยการให้ภาพที่มีรายละเอียดขนาดใหญ่ของเอกภพ WFIRST จะช่วยให้นักดาราศาสตร์แผนที่ขยายเวลาและพื้นที่ขนาดใหญ่ WFIRST ยังจะวัดรูปร่างตำแหน่งและระยะทางของกาแลคซีนับล้าน ๆ เพื่อติดตามการกระจายและการเติบโตของโครงสร้างของจักรวาลรวมถึงกระจุกกาแลคซีและกลุ่มสสารมืดที่มากับพวกมัน ความหวังคือสิ่งนี้จะทำให้เรามีความเข้าใจในระดับต่อไปเมื่อพูดถึงพลังงานมืด
ถ้าสิ่งนั้นฟังดูซับซ้อนเกินไปลองดูด้วยวิธีนี้: เรารู้ว่าจักรวาลกำลังขยายตัวและเรารู้ว่าการขยายตัวนั้นกำลังเร่ง เราต้องการทราบว่าทำไมมันถึงขยายตัวและอย่างไร เราได้ให้ชื่อ "พลังงานมืด" แก่แรงที่ผลักดันการขยายตัวและตอนนี้เราต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับมัน
พลังงานมืดและการขยายตัวของเอกภพเป็นปริศนาอันยิ่งใหญ่และเป็นคำถามที่ขับเคลื่อนนักจักรวาลวิทยา (พวกเขาต้องการที่จะรู้ว่าจักรวาลจะจบลงอย่างไร!) แต่สำหรับพวกเราที่เหลือหลายคนคำถามอื่น ๆ ที่น่าสนใจยิ่งกว่าคือ: เราอยู่คนเดียวในจักรวาลหรือไม่?
ไม่มีคำตอบอย่างรวดเร็วสำหรับคำตอบนั้น แต่คำตอบใด ๆ ที่เราพบเริ่มต้นจากการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบและนั่นคือสิ่งที่ WFIRST จะทำได้ดีกว่า
“ WFIRST ได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาด้านวิทยาศาสตร์ที่ระบุว่าเป็นความสำคัญอันดับต้น ๆ ของชุมชนทางดาราศาสตร์” พอลเฮิร์ตซ์ผู้อำนวยการกองฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของนาซ่าในวอชิงตันกล่าว “ Wide-Field Instrument จะทำให้กล้องสามารถจับภาพเดียวที่มีความลึกและคุณภาพของฮับเบิล แต่ครอบคลุมพื้นที่ 100 เท่า The coronagraph จะให้วิทยาศาสตร์การปฏิวัติจับภาพจาง ๆ แต่ถ่ายภาพโดยตรงจากโลกก๊าซที่อยู่ไกลออกไปและซุปเปอร์เอิร์ ธ ”
“ ย่อหน้าจะให้วิทยาศาสตร์การปฏิวัติจับภาพจาง ๆ แต่ถ่ายภาพโดยตรงของโลกก๊าซที่อยู่ห่างไกลและซุปเปอร์เอิร์ ธ ” - Paul Hertz กองฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของนาซา
ความยากลำบากในการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบคือพวกมันเป็นดาวฤกษ์ที่กำลังโคจรอยู่ทั้งหมด ดาวสว่างมากพวกมันทำให้ไม่สามารถเห็นดาวเคราะห์ได้ในทุกรายละเอียด มันเหมือนกำลังจ้องมองประภาคารห่างออกไปหลายไมล์และพยายามศึกษาแมลงใกล้กับประภาคาร
เครื่องมือ Coronagraphic ที่อยู่บนเรือ WFIRST จะยอดเยี่ยมที่ปิดกั้นแสงของดาวฤกษ์ห่างไกล มันทำอย่างนั้นกับระบบของกระจกและหน้ากาก นี่คือสิ่งที่ทำให้การศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบเป็นไปได้ เมื่อจัดการกับแสงจากดาวเท่านั้นคุณสมบัติของดาวเคราะห์นอกระบบสามารถตรวจสอบได้
สิ่งนี้จะช่วยให้สามารถทำการตรวจวัดองค์ประกอบทางเคมีโดยละเอียดในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบได้ ด้วยการทำสิ่งนี้กับดาวเคราะห์นับพันเราสามารถเริ่มเข้าใจการก่อตัวของดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ประเภทต่าง ๆ แม้ว่าจะมีข้อ จำกัด บางประการสำหรับเครื่องมือ Coronagraphic Instrument
เครื่องมือ Coronagraphic เป็นส่วนเสริมนอกเหนือจาก WFIRST เครื่องมืออื่น ๆ ของ WFIRST บางตัวไม่ได้รับการปรับให้เหมาะกับการทำงานกับมันดังนั้นจึงมีข้อ จำกัด บางประการเกี่ยวกับการทำงาน มันจะสามารถศึกษายักษ์ก๊าซและที่เรียกว่าซุปเปอร์เอิร์ ธ ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่เหล่านี้ไม่จำเป็นต้องใช้ความชำนาญในการศึกษาเพียงเพราะขนาดของมัน โลกที่คล้ายโลกน่าจะเกินพลังของเครื่องมือ Coronagraphic
ข้อ จำกัด เหล่านี้ไม่ใช่เรื่องใหญ่ในระยะยาว Coronagraph นั้นเป็นการสาธิตทางเทคโนโลยีมากกว่าและมันไม่ได้เป็นตัวแทนของเกมจบสำหรับการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบ สิ่งที่เรียนรู้จากเครื่องมือนี้จะช่วยเราในอนาคต จะมีผู้สืบทอดในที่สุดต่อ WFIRST สักวันอาจจะเป็นหลายทศวรรษต่อจากนี้และตามเวลานั้นเทคโนโลยี Coronagraph จะมีความก้าวหน้าอย่างมาก ในเวลาต่อมาภาพสแนปช็อตโดยตรงของดาวเคราะห์นอกระบบคล้ายโลกอาจเป็นไปได้
แต่บางทีเราไม่ต้องรอนาน
มีแผนที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของ Coronagraph ใน WFIRST ที่จะทำให้มันสามารถสร้างภาพดาวเคราะห์คล้ายโลกได้ มันเรียกว่า EXO-S Starshade
EXO-S Starshade เป็นระบบแรเงาที่สามารถปรับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางได้ 34 ม. ซึ่งจะป้องกันแสงดาวจากการทำให้การทำงานของ WFIRST ลดลง จริง ๆ แล้วมันจะเป็นยานแยกต่างหากเปิดตัวแยกต่างหากและส่งมาเพื่อพบกับ WFIRST ที่ L2 มันจะไม่ถูกโยงไว้ แต่จะปรับทิศทางตัวเองด้วย WFIRST ผ่านระบบกล้องและไฟนำทาง ในความเป็นจริงส่วนหนึ่งของพลังของ Starshade คือมันจะอยู่ห่างจาก WFIRST ประมาณ 40,000 ถึง 50,000 กม.
Dark Energy และ Exoplanets นั้นมีความสำคัญสำหรับ WFIRST แต่มีการค้นพบอื่น ๆ ที่รอกล้องดีกว่าอยู่เสมอ ไม่สามารถคาดการณ์ทุกสิ่งที่เราจะเรียนรู้จาก WFIRST ด้วยภาพที่มีรายละเอียดเหมือนกับฮับเบิล แต่ใหญ่กว่า 100 เท่าเราจึงต้องประหลาดใจ
“ ภารกิจนี้จะสำรวจจักรวาลเพื่อค้นหาวัตถุที่น่าสนใจที่สุดที่นั่น” - Neil Gehrels นักวิทยาศาสตร์โครงการ WFIRST
“ นอกเหนือจากความสามารถที่น่าตื่นเต้นสำหรับพลังงานมืดและดาวเคราะห์นอกระบบ WFIRST จะให้ขุมสมบัติของข้อมูลที่ยอดเยี่ยมสำหรับนักดาราศาสตร์ทุกคน” Neil Gehrels นักวิทยาศาสตร์โครงการ WFIRST ที่ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซ่าในกรีนเบลท์ “ ภารกิจนี้จะสำรวจจักรวาลเพื่อค้นหาวัตถุที่น่าสนใจที่สุดที่นั่น”
ด้วยกล้องโทรทรรศน์ซูเปอร์ทั้งหมดที่เข้ามาในไม่กี่ปีข้างหน้าเราสามารถคาดหวังการค้นพบที่น่าอัศจรรย์ ในเวลา 10 ถึง 20 ปีความรู้ของเราจะสูงขึ้นอย่างมาก เราจะเรียนรู้อะไรเกี่ยวกับ Dark Matter และ Dark Energy เราจะรู้อะไรเกี่ยวกับประชากรดาวเคราะห์นอกระบบ?
ตอนนี้ดูเหมือนว่าเราแค่คลำหาความเข้าใจที่ดีขึ้นในสิ่งเหล่านี้ แต่ด้วย WFIRST และ Super Telescopes อื่น ๆ เราพร้อมที่จะศึกษาอย่างมีจุดประสงค์มากขึ้น
