กล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก กล้องโทรทรรศน์เอ็กซ์เรย์สำหรับหอดูดาวดาราศาสตร์ฟิสิกส์ถูกผลิตขึ้นที่ศูนย์นิวเคลียร์ของรัสเซีย เหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ

ดาวเทียมสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบเปลี่ยนผ่าน (TESS) เป็นภารกิจของ NASA ที่กำลังจะมีขึ้นซึ่งจะศึกษาดาวฤกษ์ประมาณ 200,000 ดวงเพื่อค้นหาสัญญาณของดาวเคราะห์นอกระบบ

ในบันทึก!ดาวเคราะห์นอกระบบหรือดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่นอกระบบสุริยะ การศึกษาวัตถุท้องฟ้าเหล่านี้ไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับนักวิจัยมาเป็นเวลานาน - ต่างจากดาวฤกษ์ตรงที่พวกมันเล็กและสลัวเกินไป

NASA ได้ทุ่มเททั้งโปรแกรมเพื่อค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบที่มีสภาพคล้ายกับโลก ประกอบด้วยสามขั้นตอน นักวิจัยหลัก George Ricker จากสถาบันวิจัยดาราศาสตร์ฟิสิกส์และอวกาศ Kavli เรียกโครงการนี้ว่า “ภารกิจแห่งศตวรรษ”

ดาวเทียมถูกเสนอเป็นภารกิจในปี พ.ศ. 2549 สตาร์ทอัพดังกล่าวได้รับการสนับสนุนจากบริษัทที่มีชื่อเสียง เช่น Kavli Foundation, Google และ Massachusetts Institute of Technology ก็สนับสนุนความคิดริเริ่มนี้เช่นกัน

ในปี 2013 TESS ได้รวมอยู่ในโปรแกรม Explorer ของ NASA TESS ได้รับการออกแบบเป็นเวลา 2 ปี ยานอวกาศดังกล่าวคาดว่าจะสำรวจซีกโลกใต้ในปีแรก และสำรวจซีกโลกเหนือในปีที่สอง

“TESS คาดว่าจะมีการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะหลายพันดวงทุกขนาด รวมถึงดาวเคราะห์ที่มีขนาดเทียบเคียงกับโลกอีกหลายสิบดวง” สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ซึ่งเป็นผู้นำในภารกิจนี้ กล่าวในแถลงการณ์

เป้าหมายและวัตถุประสงค์ของกล้องโทรทรรศน์

ดาวเทียมดวงนี้เป็นความต่อเนื่องของภารกิจที่ประสบความสำเร็จของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเปลอร์ของ NASA ซึ่งเปิดตัวในปี 2552
เช่นเดียวกับเคปเลอร์ TESS จะค้นหาตามการเปลี่ยนแปลงความสว่างของดวงดาว เมื่อดาวเคราะห์นอกระบบโคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ (เรียกว่าทรานซิต) มันจะบดบังแสงที่ปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์บางส่วน

ความสว่างที่ลดลงเหล่านี้อาจบ่งชี้ว่ามีดาวเคราะห์หนึ่งดวงหรือมากกว่านั้นโคจรรอบดาวฤกษ์

อย่างไรก็ตาม ภารกิจใหม่จะแตกต่างจากเคปเปลอร์ตรงที่มุ่งเน้นไปที่ดวงดาวที่สว่างกว่า 100 เท่า เลือกดาวฤกษ์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการศึกษาโดยละเอียด และระบุเป้าหมายสำหรับภารกิจในอนาคต

TESS จะสแกนท้องฟ้าแบ่งออกเป็น 26 ส่วน โดยมีพื้นที่ 24 x 96 องศา กล้องอันทรงพลังบนยานอวกาศจะบันทึกการเปลี่ยนแปลงแสงของดวงดาวเพียงเล็กน้อยในแต่ละส่วน

ริคเกอร์ หัวหน้าโครงการตั้งข้อสังเกตว่าทีมงานคาดว่าจะค้นพบดาวเคราะห์หลายพันดวงในระหว่างภารกิจ “ภารกิจนี้กว้างกว่า นอกเหนือไปจากการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบ รูปภาพจาก TESS จะทำให้เราสามารถค้นพบมากมายในฟิสิกส์ดาราศาสตร์” เขากล่าวเสริม

คุณสมบัติและข้อมูลจำเพาะ

กล้องโทรทรรศน์ TESS มีความก้าวหน้ากว่า Keppler รุ่นก่อน มีเป้าหมายเดียวกันทั้งใช้เทคนิคการค้นหาแบบ "ขนส่ง" แต่ความสามารถต่างกัน

หลังจากตรวจพบดาวเคราะห์นอกระบบมากกว่าสองพันดวงแล้ว เคปเลอร์จึงปฏิบัติภารกิจหลักในการสังเกตพื้นที่แคบๆ ของท้องฟ้า TESS มีขอบเขตการมองเห็นที่ใหญ่กว่าเกือบ 20 เท่า ทำให้สามารถตรวจจับวัตถุท้องฟ้าได้มากขึ้น

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ จะใช้กระบองในการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบครั้งต่อไป

เวบบ์จะสแกนวัตถุที่ระบุโดย TESS อย่างละเอียดมากขึ้น เพื่อค้นหาการมีอยู่ของไอน้ำ มีเทน และก๊าซในชั้นบรรยากาศอื่นๆ มีกำหนดจะเปิดตัวสู่วงโคจรในปี 2562 ภารกิจนี้ควรจะเป็นภารกิจสุดท้าย

อุปกรณ์

ตามข้อมูลของ NASA ยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์ลำนี้มีกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงมุมกว้างสี่ตัว อุปกรณ์ทั้งสี่แต่ละตัวมีกล้องเซมิคอนดักเตอร์ในตัวที่มีความละเอียด 67.2 ล้านพิกเซล ซึ่งสามารถทำงานในช่วงสเปกตรัมตั้งแต่ 600 ถึง 1,000 นาโนเมตร

อุปกรณ์ที่ทันสมัยควรให้มุมมองที่กว้างของท้องฟ้าทั้งหมด กล้องโทรทรรศน์จะสำรวจสถานที่ใดสถานที่หนึ่งเป็นเวลาระหว่าง 27 ถึง 351 วัน จากนั้นจะเคลื่อนไปยังจุดถัดไป โดยสำรวจผ่านซีกโลกทั้งสองติดต่อกันเป็นเวลาสองปี

ข้อมูลการตรวจสอบจะถูกประมวลผลและจัดเก็บไว้ในดาวเทียมเป็นเวลาสามเดือน อุปกรณ์จะส่งข้อมูลที่อาจเป็นประโยชน์ทางวิทยาศาสตร์มายังโลกเท่านั้น

วงโคจรและการเปิดตัว

งานที่ยากที่สุดอย่างหนึ่งสำหรับทีมคือการคำนวณวงโคจรเฉพาะของยานอวกาศ

อุปกรณ์ดังกล่าวจะเปิดตัวในวงโคจรทรงรีสูงรอบโลก โดยจะโคจรรอบโลกสองครั้งในช่วงเวลาที่ดวงจันทร์ใช้เพื่อหมุนวงกลม วงโคจรประเภทนี้มีเสถียรภาพมากที่สุด ไม่มีเศษอวกาศหรือการแผ่รังสีที่รุนแรงที่สามารถปิดการใช้งานดาวเทียมได้ อุปกรณ์จะแลกเปลี่ยนข้อมูลกับบริการภาคพื้นดินได้อย่างง่ายดาย

วันที่เปิดตัว

อย่างไรก็ตามยังมีข้อเสียอยู่ด้วย - วิถีดังกล่าวจำกัดเวลาในการปล่อย: จะต้องซิงโครไนซ์กับวงโคจรของดวงจันทร์ เรือลำนี้มี "หน้าต่าง" เล็กๆ เหลืออยู่ ตั้งแต่เดือนมีนาคมถึงมิถุนายน หากพลาดกำหนดเวลานี้ ภารกิจจะไม่สามารถบรรลุภารกิจที่วางแผนไว้ได้

1. ตามงบประมาณที่เผยแพร่ของ NASA การบำรุงรักษากล้องโทรทรรศน์ดาวเคราะห์นอกระบบในปี 2018 จะทำให้หน่วยงานมีค่าใช้จ่ายเกือบ 27.5 ล้านดอลลาร์ โดยมีค่าใช้จ่ายโครงการทั้งหมด 321 ล้านดอลลาร์
2. ยานอวกาศจะอยู่ในวงโคจรที่ไม่เคยมีการใช้งานมาก่อน วงโคจรทรงรีที่เรียกว่า P/2 นั้นเป็นครึ่งหนึ่งของคาบการโคจรของดวงจันทร์พอดี ซึ่งหมายความว่า TESS จะโคจรรอบโลกทุกๆ 13.7 วัน
3. บริษัทการบินและอวกาศของ Elon Musk ยืนหยัดต่อการแข่งขันที่รุนแรงกับ Boeng เพื่อสิทธิ์ในการปล่อยดาวเทียม สถิติและ NASA อยู่เคียงข้าง
4. การพัฒนาเครื่องมือต่างๆ ตั้งแต่กล้องโทรทรรศน์ในตัวไปจนถึงเครื่องรับแสง ได้รับทุนจาก Google

คาดว่า TESS จะค้นพบผู้สมัครดาวเคราะห์นอกระบบหลายพันดวง สิ่งนี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจโครงสร้างของระบบดาวเคราะห์ได้ดีขึ้น และให้ข้อมูลเชิงลึกว่าระบบสุริยะของเราก่อตัวอย่างไร

กล้องโทรทรรศน์เกิดขึ้นได้อย่างไร?

กล้องโทรทรรศน์ตัวแรกปรากฏขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 17 นักประดิษฐ์หลายคนคิดค้นกล้องโทรทรรศน์พร้อมกัน หลอดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเลนส์นูน (หรือที่เรียกกันว่ากระจกเว้า)ทำหน้าที่เป็นเลนส์ในหลอด: เลนส์จะนำรังสีของแสงมาโฟกัสและได้ภาพที่ขยายใหญ่ขึ้นซึ่งสามารถดูได้ผ่านช่องมองภาพที่อยู่ปลายอีกด้านของหลอด วันสำคัญสำหรับกล้องโทรทรรศน์คือวันที่ 7 มกราคม พ.ศ. 2153 จากนั้นกาลิเลโอกาลิเลอีชาวอิตาลีก็ชี้กล้องโทรทรรศน์ขึ้นสู่ท้องฟ้าเป็นครั้งแรก และนั่นคือวิธีที่เขาเปลี่ยนมันให้เป็นกล้องโทรทรรศน์ กล้องโทรทรรศน์ของกาลิเลโอมีขนาดเล็กมาก มีความยาวมากกว่าหนึ่งเมตรเล็กน้อย และเส้นผ่านศูนย์กลางเลนส์อยู่ที่ 53 มม. ตั้งแต่นั้นมา กล้องโทรทรรศน์ก็มีขนาดเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่อย่างแท้จริงที่ตั้งอยู่ในหอดูดาวเริ่มสร้างขึ้นในศตวรรษที่ 20 กล้องโทรทรรศน์แบบใช้แสงที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันคือ กล้องโทรทรรศน์แกรนด์คานารี ซึ่งอยู่ในหอดูดาวบนหมู่เกาะคานารี ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเลนส์สูงถึง 10 เมตร

กล้องโทรทรรศน์ทั้งหมดเหมือนกันหรือไม่?

เลขที่ กล้องโทรทรรศน์ประเภทหลักคือแบบออพติคอล โดยจะใช้เลนส์ กระจกเว้า หรือกระจกหลายชุด หรือกระจกและเลนส์ร่วมกัน กล้องโทรทรรศน์ทั้งหมดเหล่านี้ทำงานโดยใช้แสงที่มองเห็นได้ กล่าวคือ พวกมันมองดาวเคราะห์ ดวงดาว และกาแล็กซีในลักษณะเดียวกับที่ตามนุษย์ที่แหลมคมมองดูพวกมัน วัตถุทุกชนิดในโลกมีรังสี และแสงที่มองเห็นเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของสเปกตรัมของการแผ่รังสีเหล่านี้ การมองดูอวกาศโดยผ่านมันเพียงอย่างเดียวนั้นเลวร้ายยิ่งกว่าการมองโลกรอบตัวด้วยภาพขาวดำ ด้วยวิธีนี้เราจึงสูญเสียข้อมูลจำนวนมาก จึงมีกล้องโทรทรรศน์ที่ทำงานบนหลักการที่แตกต่างกัน เช่น กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่จับคลื่นวิทยุ หรือกล้องโทรทรรศน์ที่จับรังสีแกมมา ใช้ในการสังเกตวัตถุที่ร้อนที่สุดในอวกาศ นอกจากนี้ยังมีกล้องโทรทรรศน์อัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการค้นพบดาวเคราะห์ใหม่นอกระบบสุริยะ: ในแสงที่มองเห็นได้ของดาวสว่างนั้นเป็นไปไม่ได้ที่จะเห็นดาวเคราะห์เล็ก ๆ ที่โคจรรอบ ๆ พวกมัน แต่ในแสงอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดจะง่ายกว่ามาก

ทำไมเราถึงต้องการกล้องโทรทรรศน์เลย?

คำถามที่ดี! ฉันควรจะถามมันก่อนหน้านี้ เราส่งอุปกรณ์ไปในอวกาศและแม้แต่ไปยังดาวเคราะห์ดวงอื่นเพื่อรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับอุปกรณ์เหล่านั้น แต่โดยส่วนใหญ่แล้ว ดาราศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวเพราะมันศึกษาวัตถุที่ไม่สามารถเข้าถึงได้โดยตรง กล้องโทรทรรศน์เป็นเครื่องมือที่ดีที่สุดในการรับข้อมูลเกี่ยวกับอวกาศ เขามองเห็นคลื่นที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยตามนุษย์ เป็นรายละเอียดที่เล็กที่สุด และยังบันทึกการสังเกตของเขาด้วยความช่วยเหลือของบันทึกเหล่านี้ คุณสามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงในท้องฟ้าได้

ต้องขอบคุณกล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่ที่ทำให้เราเข้าใจดวงดาว ดาวเคราะห์ และกาแล็กซีเป็นอย่างดี และยังสามารถตรวจจับอนุภาคและคลื่นสมมุติฐานที่วิทยาศาสตร์ไม่เคยรู้จักมาก่อน เช่น สสารมืด (นี่คืออนุภาคลึกลับที่ประกอบเป็น 73% ของจักรวาล)หรือคลื่นความโน้มถ่วง (พวกเขากำลังพยายามตรวจจับพวกมันโดยใช้หอดูดาว LIGO ซึ่งประกอบด้วยหอดูดาวสองแห่งซึ่งอยู่ห่างจากกัน 3,000 กม.)เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้ วิธีที่ดีที่สุดคือปฏิบัติต่อกล้องโทรทรรศน์เช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่นๆ ทั้งหมด นั่นคือส่งพวกมันขึ้นสู่อวกาศ

ทำไมต้องส่งกล้องโทรทรรศน์ไปในอวกาศ?

พื้นผิวโลกไม่ใช่สถานที่ที่ดีที่สุดในการสำรวจอวกาศ โลกของเราก่อให้เกิดการรบกวนมากมาย ประการแรก อากาศในชั้นบรรยากาศของโลกทำหน้าที่เหมือนเลนส์ โดยมันจะเบนแสงจากวัตถุท้องฟ้าในลักษณะสุ่มและคาดเดาไม่ได้ และบิดเบือนวิธีที่เราเห็น นอกจากนี้บรรยากาศยังดูดซับรังสีหลายประเภท เช่น คลื่นอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลต เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนนี้ กล้องโทรทรรศน์จึงถูกส่งไปยังอวกาศ จริงอยู่ว่ามันมีราคาแพงมากดังนั้นจึงไม่ค่อยได้ทำเลย: ตลอดประวัติศาสตร์เราได้ส่งกล้องโทรทรรศน์ขนาดต่างๆ ประมาณ 100 ตัวไปในอวกาศ - อันที่จริงนี่ยังไม่เพียงพอแม้แต่กล้องโทรทรรศน์เชิงแสงขนาดใหญ่บนโลกก็ยังใหญ่กว่าหลายเท่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีชื่อเสียงที่สุดคือฮับเบิล และกล้องโทรทรรศน์เจมส์เวบบ์ซึ่งมีกำหนดเปิดตัวในปี 2561 จะเป็นผู้สืบทอด

ราคาแพงแค่ไหน?

กล้องโทรทรรศน์อวกาศอันทรงพลังมีราคาแพงมาก สัปดาห์ที่แล้วถือเป็นวันครบรอบ 25 ปีของการเปิดตัวฮับเบิล กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีชื่อเสียงที่สุดในโลก ตลอดระยะเวลาทั้งหมด มีการจัดสรรเงินประมาณ 10 พันล้านดอลลาร์ เงินส่วนหนึ่งเป็นค่าซ่อมแซม เนื่องจากต้องซ่อมแซมฮับเบิลเป็นประจำ (พวกเขาหยุดทำเช่นนี้ในปี 2552 แต่กล้องโทรทรรศน์ยังคงทำงานอยู่)ไม่นานหลังจากที่กล้องโทรทรรศน์ถูกปล่อยออกไป สิ่งโง่ๆ ก็เกิดขึ้น: ภาพแรกที่ถ่ายมีคุณภาพแย่กว่าที่คาดไว้มาก ปรากฎว่าเนื่องจากข้อผิดพลาดเล็กน้อยในการคำนวณ กระจกฮับเบิลจึงไม่อยู่ในระดับเพียงพอ และต้องส่งทีมนักบินอวกาศทั้งหมดไปซ่อม มีราคาประมาณ 8 ล้านเหรียญสหรัฐ ราคาของกล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์ อาจเปลี่ยนแปลงและมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อใกล้เปิดตัว แต่จนถึงขณะนี้มีมูลค่าประมาณ 8 พันล้านเหรียญสหรัฐ และคุ้มค่ากับเงินที่เสียไป

มีอะไรพิเศษ
ที่กล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์?

มันจะเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่น่าประทับใจที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ โครงการนี้ถือกำเนิดขึ้นในช่วงกลางทศวรรษที่ 90 และขณะนี้ก็ใกล้เข้าสู่ขั้นตอนสุดท้ายแล้ว กล้องโทรทรรศน์จะบินจากโลกเป็นระยะทาง 1.5 ล้านกม. และเข้าสู่วงโคจรรอบดวงอาทิตย์หรือไปยังจุดลากรองจ์ที่สองจากดวงอาทิตย์และโลก - นี่คือสถานที่ที่แรงโน้มถ่วงของวัตถุทั้งสองมีความสมดุลดังนั้นวัตถุที่สาม (ในกรณีนี้คือกล้องโทรทรรศน์)อาจยังคงนิ่งเฉย กล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะบรรจุลงในจรวดได้ ดังนั้นมันจะบินพับเก็บและเปิดขึ้นในอวกาศราวกับดอกไม้ที่เปลี่ยนแปลงได้ ดูนี่สิ วิดีโอเพื่อทำความเข้าใจว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้อย่างไร

จากนั้นจะสามารถมองได้ไกลกว่ากล้องโทรทรรศน์ใดๆ ในประวัติศาสตร์ ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 13 พันล้านปีแสง เนื่องจากแสงก็อย่างที่คุณอาจเดาได้ เดินทางด้วยความเร็วแสง วัตถุที่เราเห็นจึงเป็นอดีต พูดโดยคร่าวๆ เมื่อคุณมองดาวฤกษ์ผ่านกล้องโทรทรรศน์ คุณจะมองเห็นมันเหมือนกับว่ามันดูเป็นหมื่น ร้อย พัน และอื่นๆ เมื่อหลายปีก่อน ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์จึงสามารถมองเห็นดาวฤกษ์และกาแล็กซีกลุ่มแรกๆ ได้เหมือนกับที่เกิดขึ้นหลังบิ๊กแบง สิ่งนี้สำคัญมาก เราจะเข้าใจได้ดีขึ้นว่ากาแล็กซีก่อตัวอย่างไร ดาวและระบบดาวเคราะห์ปรากฏขึ้นอย่างไร และเราจะเข้าใจกำเนิดของสิ่งมีชีวิตได้ดีขึ้น บางทีกล้องโทรทรรศน์เจมส์เวบบ์อาจช่วยให้เราค้นพบสิ่งมีชีวิตนอกโลกได้ มีสิ่งหนึ่ง: ในระหว่างภารกิจ มีหลายอย่างผิดพลาดได้ และเนื่องจากกล้องโทรทรรศน์จะอยู่ห่างจากโลกมาก จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะส่งไปซ่อม เช่นเดียวกับในกรณีของฮับเบิล

ความหมายเชิงปฏิบัติของทั้งหมดนี้คืออะไร?

นี่เป็นคำถามที่มักถูกถามเกี่ยวกับดาราศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาว่าต้องใช้เงินไปเท่าไร มีสองคำตอบสำหรับเรื่องนี้ ประการแรก ไม่ใช่ทุกสิ่ง โดยเฉพาะวิทยาศาสตร์ ที่ควรมีความหมายเชิงปฏิบัติที่ชัดเจน ดาราศาสตร์และกล้องโทรทรรศน์ช่วยให้เราเข้าใจสถานที่ของมนุษยชาติในจักรวาลและโครงสร้างของโลกโดยทั่วไปได้ดีขึ้น ประการที่สอง ดาราศาสตร์ยังคงมีประโยชน์ในทางปฏิบัติ ดาราศาสตร์เกี่ยวข้องโดยตรงกับฟิสิกส์ การทำความเข้าใจดาราศาสตร์ทำให้เราเข้าใจฟิสิกส์ได้ดีขึ้นมาก เนื่องจากมีปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ไม่สามารถสังเกตได้บนโลก ตัวอย่างเช่น หากนักดาราศาสตร์พิสูจน์การมีอยู่ของสสารมืด สิ่งนี้จะส่งผลกระทบต่อฟิสิกส์อย่างมาก นอกจากนี้ เทคโนโลยีมากมายที่ประดิษฐ์ขึ้นเพื่ออวกาศและดาราศาสตร์ยังถูกนำมาใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น ดาวเทียม ซึ่งปัจจุบันใช้สำหรับทุกสิ่งตั้งแต่โทรทัศน์ไปจนถึงการนำทางด้วย GPS ในที่สุด ดาราศาสตร์จะมีความสำคัญมากในอนาคต: เพื่อความอยู่รอด มนุษยชาติจะต้องดึงพลังงานจากดวงอาทิตย์และแร่ธาตุจากดาวเคราะห์น้อย ตั้งถิ่นฐานบนดาวเคราะห์ดวงอื่น และอาจสื่อสารกับอารยธรรมต่างดาว - ทั้งหมดนี้จะเป็นไปไม่ได้ถ้าเราไม่ทำ พัฒนาดาราศาสตร์และกล้องโทรทรรศน์ในขณะนี้

ดูดาวได้ที่ไหน?

คำถามที่สมเหตุสมผลอย่างยิ่ง: ทำไมต้องวางกล้องโทรทรรศน์ในอวกาศ? ทุกอย่างง่ายมาก - คุณสามารถมองเห็นได้ดีขึ้นจากอวกาศ ทุกวันนี้ เพื่อศึกษาจักรวาล เราจำเป็นต้องมีกล้องโทรทรรศน์ที่มีความละเอียดซึ่งไม่สามารถหาได้บนโลก นี่คือสาเหตุที่กล้องโทรทรรศน์ถูกปล่อยสู่อวกาศ

การมองเห็นประเภทต่างๆ

อุปกรณ์ทั้งหมดเหล่านี้มี "การมองเห็น" ที่แตกต่างกัน กล้องโทรทรรศน์บางประเภทศึกษาวัตถุอวกาศในช่วงอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลต และบางชนิดในช่วงรังสีเอกซ์ นี่คือเหตุผลของการสร้างระบบอวกาศที่ก้าวหน้ายิ่งขึ้นสำหรับการศึกษาจักรวาลอย่างลึกซึ้ง

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (HST)
กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลเป็นหอดูดาวอวกาศทั้งหมดในวงโคจรโลกต่ำ NASA และ European Space Agency ร่วมกันสร้างสรรค์สิ่งดังกล่าว กล้องโทรทรรศน์ถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรในปี 1990 และปัจจุบันเป็นอุปกรณ์ออปติกที่ใหญ่ที่สุดในการสังเกตการณ์ในช่วงอินฟราเรดใกล้และอัลตราไวโอเลต

ในระหว่างการทำงานในวงโคจร ฮับเบิลส่งภาพถ่ายมากกว่า 700,000 ภาพจากวัตถุท้องฟ้าที่แตกต่างกัน 22,000 ชิ้น - ดาวเคราะห์ ดวงดาว กาแล็กซี เนบิวลา นักดาราศาสตร์หลายพันคนใช้มันเพื่อสังเกตกระบวนการที่เกิดขึ้นในจักรวาล ดังนั้นด้วยความช่วยเหลือของฮับเบิล จึงมีการค้นพบการก่อตัวของดาวเคราะห์ก่อกำเนิดรอบดาวฤกษ์จำนวนมาก ภาพถ่ายที่มีเอกลักษณ์เฉพาะของปรากฏการณ์ เช่น แสงออโรราบนดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ และดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ และข้อมูลอันล้ำค่าอื่นๆ อีกมากมาย

หอดูดาวเอ็กซ์เรย์จันทรา

หอดูดาวเอ็กซ์เรย์จันทรา
กล้องโทรทรรศน์อวกาศจันทราเปิดตัวสู่อวกาศเมื่อวันที่ 23 กรกฎาคม พ.ศ. 2542 หน้าที่หลักคือการสังเกตรังสีเอกซ์ที่เล็ดลอดออกมาจากบริเวณอวกาศที่มีพลังงานสูงมาก การวิจัยดังกล่าวมีความสำคัญอย่างยิ่งในการทำความเข้าใจวิวัฒนาการของจักรวาล ตลอดจนศึกษาธรรมชาติของพลังงานมืด ซึ่งเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ จนถึงปัจจุบัน มีการปล่อยอุปกรณ์หลายสิบเครื่องที่ทำการวิจัยเกี่ยวกับรังสีเอกซ์ออกสู่อวกาศ แต่ถึงกระนั้น จันทราก็ยังคงทรงพลังและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในด้านนี้

สปิตเซอร์ กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์เปิดตัวโดย NASA เมื่อวันที่ 25 สิงหาคม พ.ศ. 2546 หน้าที่ของมันคือการสังเกตจักรวาลในช่วงอินฟราเรด ซึ่งคุณสามารถมองเห็นดาวที่กำลังเย็นลงและเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์ ชั้นบรรยากาศของโลกดูดซับรังสีอินฟราเรด ทำให้แทบจะมองไม่เห็นวัตถุอวกาศดังกล่าวจากโลก

กล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์ เปิดตัวโดย NASA เมื่อวันที่ 6 มีนาคม พ.ศ. 2552 จุดประสงค์พิเศษคือเพื่อค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบ ภารกิจของกล้องโทรทรรศน์คือการเฝ้าติดตามความสว่างของดวงดาวมากกว่า 100,000 ดวงเป็นเวลา 3.5 ปี ในระหว่างนี้จะต้องกำหนดจำนวนดาวเคราะห์คล้ายโลกที่อยู่ในระยะห่างที่เหมาะสมต่อการกำเนิดสิ่งมีชีวิตจากดวงอาทิตย์ เขียนคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับดาวเคราะห์เหล่านี้ รูปร่างวงโคจร ศึกษาคุณสมบัติของดาวฤกษ์ที่มีระบบดาวเคราะห์ และอื่นๆ อีกมากมาย จนถึงปัจจุบัน เคปเลอร์ได้ระบุระบบดาวห้าดวงและดาวเคราะห์ใหม่หลายร้อยดวงแล้ว โดย 140 ดวงมีลักษณะคล้ายกับโลก

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST)
สันนิษฐานว่าเมื่อฮับเบิลสิ้นอายุขัย กล้องโทรทรรศน์อวกาศ JWST จะเข้ามาแทนที่ โดยจะติดตั้งกระจกบานใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.5 ม. โดยมีเป้าหมายเพื่อตรวจจับดาวฤกษ์และกาแล็กซีดวงแรกที่ปรากฏขึ้นอันเป็นผลมาจากบิ๊กแบง
และยังเป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าเขาจะเห็นอะไรในอวกาศและจะส่งผลต่อชีวิตของเราอย่างไร

ภาพถ่ายมาตรฐานของกล้องโทรทรรศน์ที่ถ่ายระหว่างภารกิจบำรุงรักษาครั้งสุดท้ายเมื่อปี พ.ศ. 2552

เมื่อ 25 ปีที่แล้วในวันที่ 24 เมษายน พ.ศ. 2533 กระสวยอวกาศดิสคัฟเวอรี่ออกเดินทางจากแหลมคานาเวอรัลในเที่ยวบินที่ 10 โดยบรรทุกสินค้าที่ไม่ธรรมดาในห้องขนส่งซึ่งจะนำความรุ่งโรจน์มาสู่ NASA และกลายเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการพัฒนาหลาย ๆ ด้านทางดาราศาสตร์ . ดังนั้นภารกิจ 25 ปีของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลจึงเริ่มต้นขึ้น ซึ่งบางทีอาจเป็นเครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่มีชื่อเสียงที่สุดในโลก

วันรุ่งขึ้นคือวันที่ 25 เมษายน พ.ศ. 2533 ประตูห้องเก็บสัมภาระเปิดขึ้นและผู้ควบคุมพิเศษได้ยกกล้องโทรทรรศน์ออกจากห้อง ฮับเบิลเริ่มการเดินทางที่ระดับความสูง 612 กม. เหนือพื้นโลก กระบวนการเปิดตัวอุปกรณ์ถูกถ่ายทำด้วยกล้อง IMAX หลายตัว และร่วมกับหนึ่งในภารกิจการซ่อมแซมในภายหลัง ได้รวมอยู่ในภาพยนตร์เรื่อง Destiny in Space (1994) กล้องโทรทรรศน์ได้รับความสนใจจากผู้สร้างภาพยนตร์ IMAX หลายครั้งจนกลายเป็นฮีโร่ของภาพยนตร์เรื่อง Hubble: Galaxies Across Space and Time (2004) และ Hubble 3D (2010) อย่างไรก็ตาม ภาพยนตร์วิทยาศาสตร์ยอดนิยมเป็นเรื่องที่น่าพึงพอใจ แต่ก็ยังเป็นผลพลอยได้จากการทำงานของหอดูดาววงโคจร

เหตุใดจึงจำเป็นต้องมีกล้องโทรทรรศน์อวกาศ?

ปัญหาหลักของดาราศาสตร์เชิงแสงคือการรบกวนจากชั้นบรรยากาศของโลก กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้นบนภูเขาสูงมานานแล้ว ซึ่งห่างไกลจากเมืองใหญ่และศูนย์กลางอุตสาหกรรม ความห่างไกลช่วยแก้ปัญหาหมอกควันได้บางส่วน ทั้งของจริงและแสง (การส่องสว่างของท้องฟ้ายามค่ำคืนด้วยแหล่งกำเนิดแสงเทียม) ตำแหน่งที่ระดับความสูงทำให้สามารถลดอิทธิพลของความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศ ซึ่งจำกัดความละเอียดของกล้องโทรทรรศน์ และเพิ่มจำนวนคืนที่เหมาะสมสำหรับการสังเกต

นอกเหนือจากความไม่สะดวกที่กล่าวไปแล้ว ความโปร่งใสของชั้นบรรยากาศโลกในช่วงอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ และแกมมา ยังไม่เป็นที่ต้องการอีกมาก ปัญหาที่คล้ายกันนี้พบได้ในสเปกตรัมอินฟราเรด อุปสรรคอีกประการหนึ่งที่ขวางทางผู้สังเกตการณ์ภาคพื้นดินคือการกระเจิงของเรย์ลีห์ ซึ่งเป็นสิ่งเดียวกับที่อธิบายสีฟ้าของท้องฟ้า เนื่องจากปรากฏการณ์นี้ สเปกตรัมของวัตถุที่สังเกตได้จึงบิดเบี้ยวและเปลี่ยนเป็นสีแดง

ฮับเบิลในห้องเก็บสัมภาระของกระสวยดิสคัฟเวอรี่ มุมมองจากกล้อง IMAX ตัวใดตัวหนึ่ง

แต่ถึงกระนั้น ปัญหาหลักก็คือความหลากหลายของชั้นบรรยากาศของโลก การมีอยู่ของพื้นที่ที่มีความหนาแน่น ความเร็วลม ฯลฯ ปรากฏการณ์เหล่านี้เองที่นำไปสู่ดวงดาวระยิบระยับที่รู้จักกันดีซึ่งมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่มีเลนส์หลายเมตร ปัญหาก็ยิ่งแย่ลงเท่านั้น ด้วยเหตุนี้ ความละเอียดของอุปกรณ์เชิงแสงที่ใช้ภาคพื้นดิน โดยไม่คำนึงถึงขนาดของกระจกและรูรับแสงของกล้องโทรทรรศน์ จะถูกจำกัดไว้ที่ประมาณ 1 อาร์ควินาที

การนำกล้องโทรทรรศน์ขึ้นสู่อวกาศช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้และเพิ่มความละเอียดตามลำดับความสำคัญ ตัวอย่างเช่น ความละเอียดทางทฤษฎีของกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางกระจก 2.4 ม. คือ 0.05 อาร์ควินาที ส่วนจริงคือ 0.1 วินาที

โครงการฮับเบิล เริ่ม

นับเป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์เริ่มพูดถึงผลเชิงบวกของการถ่ายโอนเครื่องมือทางดาราศาสตร์ไปนอกชั้นบรรยากาศโลกมานานก่อนการกำเนิดของยุคอวกาศ ย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ผ่านมา หนึ่งในผู้ที่กระตือรือร้นในการสร้างหอดูดาวนอกโลกคือ Lyman Spitzer นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ ดังนั้นในบทความเมื่อปี 1946 เขาได้ยืนยันถึงข้อดีหลักของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ และในปี 1962 เขาได้ตีพิมพ์รายงานที่แนะนำว่า US National Academy of Sciences รวมการพัฒนาอุปกรณ์ดังกล่าวในโครงการอวกาศด้วย เป็นที่คาดหวังไว้ค่อนข้างมากว่าในปี 1965 สปิตเซอร์ได้เป็นหัวหน้าคณะกรรมการที่กำหนดขอบเขตของงานทางวิทยาศาสตร์สำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่เช่นนี้ ต่อมา กล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรดสปิตเซอร์ (SIRTF) ซึ่งเปิดตัวในปี พ.ศ. 2546 มีกระจกเงาหลักขนาด 85 เซนติเมตร ได้รับการตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์รายนี้

กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดสปิตเซอร์

หอดูดาวนอกโลกแห่งแรกคือ Orbiting Solar Observatory 1 (OSO 1) ซึ่งเปิดตัวในปี พ.ศ. 2505 เพียง 5 ปีหลังจากเริ่มยุคอวกาศ เพื่อศึกษาดวงอาทิตย์ โดยรวมภายใต้โครงการ OSO ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2505 ถึง พ.ศ. 2518 สร้างอุปกรณ์ 8 เครื่อง และในปี พ.ศ. 2509 ก็มีการเปิดตัวโปรแกรมอื่นควบคู่กันไปนั่นคือ Orbiting Astronomical Observatory (OAO) ซึ่งอยู่ภายใต้กรอบการทำงานในปี พ.ศ. 2509-2515 มีการเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์อัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์จำนวน 4 ตัวที่โคจรอยู่ นับเป็นความสำเร็จของภารกิจ OAO ที่กลายเป็นจุดเริ่มต้นในการสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่ ซึ่งในตอนแรกเรียกง่ายๆ ว่า Large Orbiting Telescope หรือ Large Space Telescope อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับชื่อฮับเบิลเพื่อเป็นเกียรติแก่นักดาราศาสตร์และนักจักรวาลวิทยาชาวอเมริกัน เอ็ดวิน ฮับเบิล ในปี 1983 เท่านั้น

ในขั้นต้นมีการวางแผนที่จะสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่มีกระจกหลักขนาด 3 เมตรและส่งขึ้นสู่วงโคจรแล้วในปี พ.ศ. 2522 นอกจากนี้หอดูดาวยังได้รับการพัฒนาทันทีเพื่อให้สามารถให้บริการกล้องโทรทรรศน์ในอวกาศได้โดยตรงและนี่คือโปรแกรมกระสวยอวกาศ ซึ่งกำลังพัฒนาแบบคู่ขนานนั้นมีประโยชน์มาก โดยการบินครั้งแรกเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 12 เมษายน พ.ศ. 2524 ยอมรับเถอะ การออกแบบโมดูลาร์เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ยอดเยี่ยม - กระสวยบินไปที่กล้องโทรทรรศน์ห้าครั้งเพื่อซ่อมแซมและอัพเกรดอุปกรณ์

จากนั้นการค้นหาเงินก็เริ่มขึ้น สภาคองเกรสปฏิเสธเงินทุนหรือจัดสรรเงินอีกครั้ง NASA และชุมชนวิทยาศาสตร์เปิดตัวโครงการวิ่งเต้นทั่วประเทศอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับโครงการกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่ ซึ่งรวมถึงการส่งจดหมายจำนวนมาก (จากนั้นเป็นกระดาษ) ถึงสมาชิกสภานิติบัญญัติ การประชุมส่วนตัวของนักวิทยาศาสตร์กับสมาชิกรัฐสภาและวุฒิสมาชิก ฯลฯ ในที่สุด ในปี 1978 สภาคองเกรสได้จัดสรรเงินจำนวน 36 ล้านดอลลาร์แรก บวกกับประชาคมอวกาศยุโรป (ESA) ตกลงที่จะรับผิดชอบค่าใช้จ่ายส่วนหนึ่ง การออกแบบหอดูดาวเริ่มต้นขึ้น และกำหนดให้ปี 1983 เป็นวันเปิดตัวใหม่

กระจกสำหรับฮีโร่

ส่วนที่สำคัญที่สุดของกล้องโทรทรรศน์แบบใช้แสงคือกระจก กระจกของกล้องโทรทรรศน์อวกาศมีข้อกำหนดพิเศษเนื่องจากมีความละเอียดสูงกว่ากล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน งานกระจกฮับเบิลหลักที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 ม. เริ่มต้นขึ้นในปี 1979 และเพอร์กิน-เอลเมอร์ได้รับเลือกให้เป็นผู้รับเหมา ดังที่เหตุการณ์ต่อมาแสดงให้เห็น นี่เป็นความผิดพลาดร้ายแรง

ใช้ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำมากจาก Corning เป็นผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปขั้นต้น ใช่แบบเดียวกับที่คุณรู้จักจาก Gorilla Glass ที่ปกป้องหน้าจอสมาร์ทโฟนของคุณ ความแม่นยำของการขัดเงาซึ่งใช้เครื่องจักร CNC แบบใหม่เป็นครั้งแรก จะต้องเท่ากับ 1/65 ของความยาวคลื่นของแสงสีแดง หรือ 10 นาโนเมตร จากนั้นกระจกจะต้องเคลือบด้วยชั้นอลูมิเนียม 65 นาโนเมตร และชั้นป้องกันแมกนีเซียมฟลูออไรด์หนา 25 นาโนเมตร NASA สงสัยในความสามารถของ Perkin-Elmer และกลัวปัญหาเกี่ยวกับการใช้เทคโนโลยีใหม่ จึงสั่งให้ Kodak ทำกระจกสำรองด้วยวิธีดั้งเดิม

กำลังขัดกระจกหลักของกล้องฮับเบิลที่โรงงาน Perkin-Elmer ในปี 1979

ความกลัวของ NASA กลับกลายเป็นว่าไม่มีมูลความจริง การขัดกระจกหลักดำเนินต่อไปจนถึงสิ้นปี พ.ศ. 2524 ดังนั้นการเปิดตัวจึงถูกเลื่อนออกไปก่อนเป็นปี พ.ศ. 2527 จากนั้นเนื่องจากความล่าช้าในการผลิตส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบออพติคอลไปเป็นเดือนเมษายน พ.ศ. 2528 ความล่าช้าที่ Perkin-Elmer ทำให้เกิดความหายนะ การเปิดตัวถูกเลื่อนออกไปอีกสองครั้ง ครั้งแรกคือเดือนมีนาคมและกันยายน พ.ศ. 2529 ในเวลาเดียวกัน งบประมาณโครงการทั้งหมดในขณะนั้นอยู่ที่ 1.175 พันล้านดอลลาร์แล้ว

ภัยพิบัติและความคาดหวัง

เมื่อวันที่ 28 มกราคม พ.ศ. 2529 73 วินาทีในการบินเหนือแหลมคานาเวเรล กระสวยอวกาศชาเลนเจอร์ได้ระเบิดพร้อมกับนักบินอวกาศ 7 คนบนเรือ เป็นเวลาสองปีครึ่งที่สหรัฐอเมริกาหยุดเที่ยวบินที่มีคนขับ และการเปิดตัวฮับเบิลก็ถูกเลื่อนออกไปอย่างไม่มีกำหนด

เที่ยวบินกระสวยอวกาศกลับมาดำเนินการอีกครั้งในปี 1988 และปัจจุบันมีกำหนดการปล่อยยานในปี 1990 11 ปีหลังจากวันเดิม เป็นเวลาสี่ปีที่กล้องโทรทรรศน์ที่มีระบบออนบอร์ดเปิดอยู่บางส่วนถูกเก็บไว้ในห้องพิเศษที่มีบรรยากาศเทียม ค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บอุปกรณ์ที่ไม่เหมือนใครเพียงอย่างเดียวมีมูลค่าประมาณ 6 ล้านเหรียญต่อเดือน! เมื่อถึงเวลาเปิดตัว ต้นทุนรวมในการสร้างห้องปฏิบัติการอวกาศอยู่ที่ประมาณ 2.5 พันล้านดอลลาร์ แทนที่จะเป็น 400 ล้านดอลลาร์ที่วางแผนไว้ ในปัจจุบัน เมื่อพิจารณาถึงอัตราเงินเฟ้อแล้ว ก็มีมูลค่ามากกว่า 10 พันล้านดอลลาร์!

นอกจากนี้ยังมีแง่มุมเชิงบวกสำหรับการบังคับล่าช้านี้ - นักพัฒนาได้รับเวลาเพิ่มเติมในการสรุปดาวเทียม ดังนั้นแผงโซลาร์เซลล์จึงถูกแทนที่ด้วยแผงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น (ซึ่งจะทำอีกสองครั้งในอนาคต แต่คราวนี้อยู่ในอวกาศ) คอมพิวเตอร์ออนบอร์ดได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัยและซอฟต์แวร์ภาคพื้นดินได้รับการปรับปรุงซึ่งจะเปลี่ยน ไม่ได้เตรียมตัวไว้เลยในปี 1986 หากจู่ๆ กล้องโทรทรรศน์ก็ถูกนำออกสู่อวกาศตรงเวลา บริการภาคพื้นดินก็ไม่สามารถทำงานได้ ความเลอะเทอะและต้นทุนเกินเกิดขึ้นแม้แต่ใน NASA

และในที่สุด เมื่อวันที่ 24 เมษายน พ.ศ. 2533 ดิสคัฟเวอรี ก็ได้ส่งฮับเบิลขึ้นสู่อวกาศ เวทีใหม่ในประวัติศาสตร์ของการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์เริ่มต้นขึ้น

กล้องโทรทรรศน์ลัคกี้โชคร้าย

หากคุณคิดว่านี่คือจุดสิ้นสุดของการผจญภัยของฮับเบิล แสดงว่าคุณคิดผิดอย่างร้ายแรง ปัญหาเริ่มขึ้นในระหว่างการปล่อย - แผงโซลาร์เซลล์ตัวหนึ่งปฏิเสธที่จะเปิดเผย นักบินอวกาศได้สวมชุดอวกาศแล้ว เตรียมออกสู่อวกาศเพื่อแก้ไขปัญหา เมื่อแผงหน้าปัดหลุดออกมาและเข้าที่ที่ถูกต้อง อย่างไรก็ตามนี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น

หุ่นยนต์ Canadarm ปล่อยฮับเบิลขึ้นบินฟรี

แท้จริงแล้วในวันแรกของการทำงานกับกล้องโทรทรรศน์ นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าฮับเบิลไม่สามารถสร้างภาพที่คมชัดได้ และความละเอียดของมันก็ไม่ได้เหนือกว่ากล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลกมากนัก โครงการมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์กลายเป็นเรื่องไร้สาระ เป็นที่ชัดเจนว่า Perkin-Elmer ไม่เพียงแต่ทำให้การผลิตระบบออพติคอลของกล้องโทรทรรศน์ล่าช้าอย่างไม่สมควรเท่านั้น แต่ยังทำผิดพลาดร้ายแรงเมื่อขัดและติดตั้งกระจกหลักด้วย ความเบี่ยงเบนจากรูปร่างที่ระบุที่ขอบของกระจกคือ 2 ไมครอน ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของความคลาดเคลื่อนทรงกลมที่รุนแรงและความละเอียดลดลงเหลือ 1 อาร์ควินาที แทนที่จะเป็น 0.1 ที่วางแผนไว้

สาเหตุของข้อผิดพลาดเป็นเรื่องที่น่าละอายสำหรับ Perkin-Elmer และน่าจะยุติการดำรงอยู่ของบริษัทได้ ตัวแก้ไขค่าว่างหลักซึ่งเป็นอุปกรณ์ออพติคอลพิเศษสำหรับการตรวจสอบกระจกแอสเฟอริคัลขนาดใหญ่ได้รับการติดตั้งไม่ถูกต้อง - เลนส์ถูกเลื่อนไป 1.3 มม. จากตำแหน่งที่ถูกต้อง ช่างเทคนิคที่ประกอบอุปกรณ์เพียงทำผิดพลาดเมื่อใช้งานมิเตอร์เลเซอร์ และเมื่อเขาค้นพบช่องว่างที่ไม่คาดคิดระหว่างเลนส์กับโครงสร้างที่รองรับ เขาก็ชดเชยมันโดยใช้แหวนรองโลหะทั่วไป

อย่างไรก็ตาม ปัญหาสามารถหลีกเลี่ยงได้หาก Perkin-Elmer ซึ่งละเมิดแนวทางการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวด ไม่เพียงเพิกเฉยต่อการอ่านค่าตัวแก้ไขว่างเพิ่มเติมที่บ่งชี้ว่ามีความคลาดเคลื่อนทรงกลม ดังนั้น เนื่องจากความผิดพลาดของคน ๆ เดียวและความประมาทของผู้จัดการของ Perkin-Elmer โครงการมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์จึงแขวนอยู่ในสมดุล

แม้ว่า NASA จะมีกระจกสำรองที่ผลิตโดย Kodak และกล้องโทรทรรศน์ได้รับการออกแบบให้ใช้งานในวงโคจร แต่ก็ไม่สามารถแทนที่ส่วนประกอบหลักในอวกาศได้ เป็นผลให้หลังจากกำหนดขนาดที่แน่นอนของการบิดเบือนทางแสงอุปกรณ์พิเศษได้รับการพัฒนาเพื่อชดเชยสิ่งเหล่านั้น - การเปลี่ยนแกนกล้องโทรทรรศน์อวกาศแก้ไขเลนส์ (COSTAR) พูดง่ายๆ ก็คือ มันคือแพตช์กลไกสำหรับระบบออปติคัล ในการติดตั้งอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ชิ้นหนึ่งบนฮับเบิล จะต้องถูกรื้อออก หลังจากปรึกษาหารือกันแล้ว นักวิทยาศาสตร์ก็ตัดสินใจสละโฟโตมิเตอร์ความเร็วสูง

นักบินอวกาศดูแลฮับเบิลระหว่างภารกิจซ่อมแซมครั้งแรก

ภารกิจซ่อมแซมกระสวยอวกาศ Endeavour ไม่ได้เปิดตัวจนกระทั่งวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2536 ตลอดเวลานี้ ฮับเบิลทำการวัดและสำรวจโดยไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของความคลาดเคลื่อนทรงกลม นอกจากนี้ นักดาราศาสตร์ยังสามารถพัฒนาอัลกอริธึมหลังการประมวลผลที่ค่อนข้างมีประสิทธิภาพซึ่งจะชดเชยการบิดเบือนบางส่วน ในการรื้ออุปกรณ์หนึ่งเครื่องและติดตั้ง COSTAR ใช้เวลาทำงาน 5 วันและเดินอวกาศ 5 ครั้ง รวมระยะเวลา 35 ชั่วโมง! และก่อนปฏิบัติภารกิจ นักบินอวกาศได้เรียนรู้การใช้เครื่องมือพิเศษกว่าร้อยชนิดที่สร้างขึ้นเพื่อให้บริการฮับเบิล นอกจากการติดตั้ง COSTAR แล้ว กล้องหลักของกล้องโทรทรรศน์ยังถูกเปลี่ยนอีกด้วย ควรทำความเข้าใจว่าทั้งอุปกรณ์แก้ไขและกล้องใหม่เป็นอุปกรณ์ที่มีขนาดเท่ากับตู้เย็นขนาดใหญ่ที่มีมวลสอดคล้องกัน แทนที่จะใช้กล้อง Wide Field/Planetary ซึ่งมีเซ็นเซอร์ CCD ของ Texas Instruments 4 ตัวที่มีความละเอียด 800x800 พิกเซล กล้อง Wide Field และ Planetary Camera 2 ได้รับการติดตั้ง พร้อมด้วยเซ็นเซอร์ใหม่ที่ออกแบบโดย NASA Jet Propulsion Laboratory แม้ว่าความละเอียดของเมทริกซ์ทั้งสี่จะคล้ายคลึงกับเมทริกซ์ก่อนหน้านี้ เนื่องจากการจัดเรียงแบบพิเศษ ทำให้ได้ความละเอียดที่มากขึ้นในมุมมองที่เล็กลง ในเวลาเดียวกัน ฮับเบิลถูกแทนที่ด้วยแผงโซลาร์เซลล์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ควบคุมพวกมัน ไจโรสโคปสี่ตัวสำหรับระบบควบคุมทัศนคติ โมดูลเพิ่มเติมหลายโมดูล ฯลฯ เมื่อวันที่ 13 มกราคม พ.ศ. 2537 NASA ได้แสดงภาพวัตถุอวกาศให้สาธารณชนเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น

ภาพกาแล็กซี M100 ก่อนและหลังการติดตั้ง COSTAR

เรื่องนี้ไม่ จำกัด อยู่เพียงภารกิจซ่อมแซมเดียว กระสวยบินไปยังฮับเบิลห้าครั้ง (!) ซึ่งทำให้หอดูดาวเป็นวัตถุนอกโลกเทียมที่มีผู้เข้าชมมากที่สุดนอกเหนือจากสถานีอวกาศนานาชาติ ISS และสถานีวงโคจรของสหภาพโซเวียต

ภารกิจบริการครั้งที่สอง ซึ่งมีการเปลี่ยนเครื่องมือวิทยาศาสตร์และระบบบนเรือจำนวนหนึ่งเกิดขึ้นในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2540 นักบินอวกาศออกไปนอกอวกาศอีกครั้งห้าครั้งและใช้เวลาบนเรือทั้งหมด 33 ชั่วโมง

ภารกิจการซ่อมแซมครั้งที่สามถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน โดยภารกิจแรกจะต้องเสร็จสิ้นช้ากว่ากำหนด ความจริงก็คือไจโรสโคประบบควบคุมทัศนคติสามในหกตัวของฮับเบิลล้มเหลว ซึ่งทำให้ยากต่อการชี้กล้องโทรทรรศน์ไปที่เป้าหมาย ไจโรสโคปตัวที่สี่ “เสียชีวิต” หนึ่งสัปดาห์ก่อนเริ่มทีมซ่อมแซม ส่งผลให้หอดูดาวอวกาศไม่สามารถควบคุมได้ คณะสำรวจได้ออกเดินทางเพื่อช่วยเหลือกล้องโทรทรรศน์เมื่อวันที่ 19 ธันวาคม พ.ศ. 2542 นักบินอวกาศได้เปลี่ยนไจโรสโคปทั้งหกตัวและอัพเกรดคอมพิวเตอร์ออนบอร์ด

คอมพิวเตอร์ออนบอร์ดเครื่องแรกของฮับเบิลคือ DF-224

ในปี 1990 ฮับเบิลเปิดตัวคอมพิวเตอร์ออนบอร์ด DF-224 ซึ่ง NASA ใช้กันอย่างแพร่หลายตลอดช่วงทศวรรษที่ 80 (โปรดจำไว้ว่า การออกแบบหอดูดาวนั้นถูกสร้างขึ้นในทศวรรษที่ 70) ระบบนี้ผลิตโดย Rockwell Autonetics น้ำหนัก 50 กก. และขนาด 45x45x30 ซม. ติดตั้งโปรเซสเซอร์สามตัวที่มีความถี่ 1.25 MHz โดยสองตัวในนั้นถือเป็นการสำรองข้อมูลและเปิดสลับกันในกรณีที่ความล้มเหลวของการสำรองข้อมูลหลักและครั้งแรก ซีพียู ระบบมีความจุหน่วยความจำ 48,000 กิโลคำ (หนึ่งคำเท่ากับ 32 ไบต์) และมีเพียง 32 กิโลคำในแต่ละครั้งเท่านั้น

โดยธรรมชาติแล้วในช่วงกลางทศวรรษที่ 90 สถาปัตยกรรมดังกล่าวล้าสมัยไปแล้วดังนั้นในระหว่างภารกิจการบริการ DF-224 จึงถูกแทนที่ด้วยระบบที่ใช้ชิป Intel i486 พิเศษป้องกันรังสีที่มีความถี่สัญญาณนาฬิกา 25 MHz คอมพิวเตอร์เครื่องใหม่เร็วกว่า DF-224 ถึง 20 เท่าและมี RAM มากกว่า 6 เท่าซึ่งทำให้สามารถเร่งการประมวลผลงานต่าง ๆ ได้เร็วขึ้นและใช้ภาษาการเขียนโปรแกรมสมัยใหม่ อย่างไรก็ตาม ชิป Intel i486 สำหรับระบบฝังตัวรวมถึงการใช้ในเทคโนโลยีอวกาศนั้นผลิตจนถึงเดือนกันยายน 2550!

นักบินอวกาศถอดเทปไดรฟ์ออกจากฮับเบิลเพื่อกลับสู่โลก

ระบบจัดเก็บข้อมูลออนบอร์ดก็ถูกแทนที่ด้วย ในการออกแบบดั้งเดิมของฮับเบิล มันคือไดรฟ์แบบม้วนต่อม้วนจากยุค 70 ซึ่งสามารถจัดเก็บข้อมูลขนาด 1.2GB แบบ back-to-back ในระหว่างภารกิจการซ่อมแซมครั้งที่สอง หนึ่งใน "เครื่องบันทึกเทปแบบม้วนต่อม้วน" เหล่านี้ถูกแทนที่ด้วยไดรฟ์ SSD ในระหว่างภารกิจที่สาม “กระสวย” อันที่สองก็เปลี่ยนไปเช่นกัน SSD ช่วยให้คุณจัดเก็บข้อมูลได้มากขึ้น 10 เท่า - 12 GB อย่างไรก็ตาม คุณไม่ควรเปรียบเทียบกับ SSD ในแล็ปท็อปของคุณ ไดรฟ์หลักของฮับเบิลมีขนาด 30 x 23 x 18 ซม. และหนักถึง 11.3 กก.!

ภารกิจที่สี่ ซึ่งมีชื่ออย่างเป็นทางการว่า 3B ได้ออกเดินทางไปยังหอดูดาวในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2545 ภารกิจหลักคือการติดตั้งกล้องขั้นสูงใหม่สำหรับการสำรวจ การติดตั้งอุปกรณ์นี้ทำให้สามารถละทิ้งการใช้อุปกรณ์แก้ไขที่ใช้งานมาตั้งแต่ปี 1993 กล้องใหม่มีเครื่องตรวจจับ CCD ที่เชื่อมต่ออยู่สองตัวขนาด 2048 × 4096 พิกเซล ซึ่งให้ความละเอียดรวม 16 ล้านพิกเซล เทียบกับ 2.5 ล้านพิกเซล สำหรับกล้องตัวก่อนหน้า เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์บางส่วนถูกแทนที่ ดังนั้นจึงไม่มีเครื่องมือจากชุดดั้งเดิมที่ขึ้นสู่อวกาศในปี 1991 เหลืออยู่บนเรือฮับเบิล นอกจากนี้ นักบินอวกาศได้เปลี่ยนแผงโซลาร์เซลล์ของดาวเทียมเป็นครั้งที่สองด้วยแผงโซลาร์เซลล์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งสร้างพลังงานได้มากขึ้น 30%

กล้องขั้นสูงสำหรับการสำรวจในห้องคลีนรูมก่อนขนขึ้นรถรับส่ง

เที่ยวบินที่ห้าไปยังฮับเบิลเกิดขึ้นเมื่อหกปีที่แล้วในปี 2552 ซึ่งเป็นช่วงสิ้นสุดโครงการกระสวยอวกาศ เพราะ เป็นที่ทราบกันดีว่านี่เป็นภารกิจซ่อมแซมขั้นสุดท้าย และกล้องโทรทรรศน์ได้รับการยกเครื่องครั้งใหญ่ อีกครั้งที่มีไจโรสโคปทั้งหกของระบบควบคุมทัศนคติ หนึ่งในเซ็นเซอร์นำทางที่แม่นยำถูกแทนที่ แบตเตอรี่นิกเกิลไฮโดรเจนใหม่ได้รับการติดตั้งแทนแบตเตอรี่เก่าที่ทำงานในวงโคจรเป็นเวลา 18 ปี กล่องที่เสียหายได้รับการซ่อมแซม ฯลฯ

การปฏิบัติของนักบินอวกาศในการเปลี่ยนแบตเตอรี่ฮับเบิลบนโลก น้ำหนักแบตเตอรี่ – 181 กก.

โดยรวมแล้วตลอดระยะเวลา 5 ภารกิจ นักบินอวกาศใช้เวลา 23 วันในการซ่อมกล้องโทรทรรศน์ และใช้เวลา 164 ชั่วโมงในอวกาศที่ไม่มีอากาศ! ความสำเร็จที่ไม่เหมือนใคร

อินสตาแกรมสำหรับกล้องโทรทรรศน์

ทุกสัปดาห์ ฮับเบิลจะส่งข้อมูลประมาณ 140 GB มายังโลก ซึ่งรวบรวมไว้ในสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ซึ่งสร้างขึ้นเป็นพิเศษเพื่อจัดการกล้องโทรทรรศน์ในวงโคจรทั้งหมด ปริมาณของไฟล์เก็บถาวรในปัจจุบันมีข้อมูลประมาณ 60 TB (1.5 ล้านบันทึก) ซึ่งทุกคนเข้าถึงได้เช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์เอง ใครๆ ก็สามารถสมัครใช้ฮับเบิลได้ แต่คำถามคือจะได้รับอนุญาตหรือไม่ อย่างไรก็ตาม หากคุณไม่มีวุฒิการศึกษาด้านดาราศาสตร์ อย่าพยายามเลย เป็นไปได้มากว่าคุณจะไม่ได้รับแบบฟอร์มใบสมัครเพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับภาพนั้นด้วยซ้ำ

อย่างไรก็ตาม ภาพถ่ายทั้งหมดที่ส่งโดยฮับเบิลสู่โลกนั้นเป็นภาพเอกรงค์ การประกอบภาพถ่ายสีในสีจริงหรือสีสังเคราะห์เกิดขึ้นแล้วบนโลก โดยซ้อนชุดภาพถ่ายขาวดำที่ถ่ายด้วยฟิลเตอร์ที่แตกต่างกัน

"Pillars of Creation" เป็นหนึ่งในภาพถ่ายที่น่าประทับใจที่สุดของฮับเบิลประจำปี 2015 เนบิวลานกอินทรี ระยะทาง 4,000 ปีแสง

ภาพถ่ายที่น่าประทับใจที่สุดที่ถ่ายด้วยฮับเบิลซึ่งผ่านการประมวลผลแล้ว สามารถพบได้ที่ไซต์ฮับเบิล ซึ่งเป็นไซต์ย่อยอย่างเป็นทางการของ NASA หรือ ESA ซึ่งเป็นไซต์ที่อุทิศให้กับการครบรอบ 25 ปีของกล้องโทรทรรศน์

โดยปกติแล้ว ฮับเบิลจะมีบัญชี Twitter ของตัวเอง แม้กระทั่งสองบัญชี

• การแปล

ตัวอย่างกล้องโทรทรรศน์ (ใช้งาน ณ เดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2556) ที่ทำงานที่ความยาวคลื่นข้ามสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า หอดูดาวตั้งอยู่ด้านบนหรือด้านล่างของสเปกตรัมที่ปกติจะสังเกตเห็น

เมื่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเปิดตัวในปี 1990 เราจะใช้กล้องโทรทรรศน์นี้เพื่อตรวจวัดปริมาณทั้งหมด เราจะได้เห็นดวงดาวแต่ละดวงในกาแลคซีไกลโพ้นที่เราไม่เคยเห็นมาก่อน วัดความลึกของจักรวาลในแบบที่ไม่เคยทำได้มาก่อน มองเข้าไปในบริเวณของการก่อตัวดาวฤกษ์และดูเนบิวลาด้วยความละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อน บันทึกภาพการปะทุบนดวงจันทร์ของดาวพฤหัสและดาวเสาร์อย่างละเอียดอย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน แต่การค้นพบครั้งใหญ่ที่สุด ได้แก่ พลังงานมืด หลุมดำมวลมหาศาล ดาวเคราะห์นอกระบบ และดิสก์ก่อกำเนิดดาวเคราะห์ เป็นสิ่งที่คาดไม่ถึง แนวโน้มนี้จะดำเนินต่อไปกับกล้องโทรทรรศน์ James Webb และ WFIRST หรือไม่ ผู้อ่านของเราถามว่า:

ผลลัพธ์จาก Webb และ WFIRST ที่อาจทำให้คุณประหลาดใจมากที่สุดโดยไม่ต้องเพ้อฝันเกี่ยวกับฟิสิกส์ใหม่สุดขั้วคืออะไร

James Webb เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจเนอเรชันใหม่ ซึ่งจะเปิดตัวในเดือนตุลาคม 2561 [นับตั้งแต่มีการเขียนบทความต้นฉบับ วันเปิดตัวได้เลื่อนไปเป็นเดือนมีนาคม-มิถุนายน 2562 - ประมาณ 11.00 น. แปล]. เมื่อปฏิบัติการเต็มรูปแบบและเย็นลงแล้ว มันจะกลายเป็นหอดูดาวที่ทรงพลังที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ เส้นผ่านศูนย์กลางของมันคือ 6.5 ม. รูรับแสงจะเกินฮับเบิลเจ็ดเท่า และความละเอียดจะเกือบสามเท่า โดยจะครอบคลุมความยาวคลื่นตั้งแต่ 550 ถึง 30,000 นาโนเมตร ตั้งแต่แสงที่มองเห็นไปจนถึงอินฟราเรด โดยจะสามารถวัดสีและสเปกตรัมของวัตถุที่สังเกตได้ทั้งหมด โดยเพิ่มประโยชน์สูงสุดให้กับโฟตอนเกือบทุกตัวที่ได้รับ ตำแหน่งในอวกาศจะช่วยให้เรามองเห็นทุกสิ่งภายในสเปกตรัมที่มันรับรู้ ไม่ใช่แค่คลื่นที่ทำให้บรรยากาศโปร่งใสบางส่วนเท่านั้น

แนวคิดสำหรับดาวเทียม WFIRST ซึ่งมีกำหนดเปิดตัวในปี 2024 มันควรจะให้การวัดพลังงานมืดที่แม่นยำที่สุดและการค้นพบจักรวาลที่น่าทึ่งอื่น ๆ

WFIRST เป็นภารกิจหลักของ NASA ในปี 2020 และมีกำหนดเปิดตัวในปี 2024 กล้องโทรทรรศน์จะไม่ใหญ่ ไม่เป็นอินฟราเรด ไม่อาจบดบังสิ่งอื่นใดนอกจากสิ่งที่ฮับเบิลทำไม่ได้ เขาก็จะทำมันให้ดีขึ้นและเร็วขึ้น ดีขึ้นขนาดไหน? ฮับเบิลกำลังศึกษาพื้นที่หนึ่งของท้องฟ้า รวบรวมแสงจากขอบเขตการมองเห็นทั้งหมด และสามารถถ่ายภาพเนบิวลา ระบบดาวเคราะห์ กาแลคซี กระจุกกาแลคซี เพียงรวบรวมภาพจำนวนมากแล้วต่อเข้าด้วยกัน WFIRST จะทำสิ่งเดียวกัน แต่มีขอบเขตการมองเห็นใหญ่กว่า 100 เท่า กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทุกสิ่งที่ฮับเบิลสามารถทำได้ WFIRST สามารถทำได้เร็วขึ้น 100 เท่า หากเราสังเกตแบบเดียวกับที่สังเกตระหว่างการทดลองในห้วงลึก Hubble eXtreme เมื่อฮับเบิลสำรวจท้องฟ้าแผ่นเดียวกันเป็นเวลา 23 วันและพบกาแลคซี 5,500 แห่งที่นั่น WFIRST ก็จะพบมากกว่าครึ่งล้านครั้งในเวลานั้น

ภาพจากการทดลองในห้วงลึก Hubble eXtreme ซึ่งเป็นการสังเกตการณ์จักรวาลที่ลึกที่สุดของเราจนถึงปัจจุบัน

แต่เราไม่สนใจมากที่สุดในสิ่งที่เรารู้ว่าเราจะค้นพบด้วยความช่วยเหลือของหอสังเกตการณ์มหัศจรรย์ทั้งสองแห่งนี้ แต่สนใจในสิ่งที่เรายังไม่รู้อะไรเลย! สิ่งสำคัญที่เราต้องคาดหวังการค้นพบเหล่านี้คือจินตนาการที่ดี ความคิดเกี่ยวกับสิ่งที่เราอาจจะยังพบ และความเข้าใจในความไวทางเทคนิคของกล้องโทรทรรศน์เหล่านี้ เพื่อให้จักรวาลปฏิวัติความคิดของเรา ข้อมูลที่เราค้นพบนั้นแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากสิ่งที่เรารู้นั้นไม่จำเป็นเลย ต่อไปนี้เป็นผู้สมัครเจ็ดคนสำหรับสิ่งที่ James Webb และ WFIRST อาจค้นพบ!

การเปรียบเทียบขนาดของดาวเคราะห์ที่เพิ่งค้นพบซึ่งโคจรรอบดาวสีแดงสลัว TRAPPIST-1 กับดวงจันทร์กาลิลีของดาวพฤหัสและระบบสุริยะชั้นใน ดาวเคราะห์ทั้งหมดที่พบรอบๆ TRAPPIST-1 มีขนาดใกล้เคียงกับโลก แต่ดาวฤกษ์นั้นมีขนาดใกล้เคียงกับดาวพฤหัสบดีเท่านั้น

1) บรรยากาศที่อุดมด้วยออกซิเจนบนโลกขนาดเท่าโลกที่สามารถอยู่อาศัยได้ เมื่อปีที่แล้ว การค้นหาโลกขนาดเท่าโลกในเขตเอื้ออาศัยได้ของดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ถึงจุดสูงสุด แต่การค้นพบพร็อกซิมา บี และโลกขนาดเท่าโลกทั้งเจ็ดดวงรอบ TRAPPIST-1 ซึ่งเป็นโลกขนาดเท่าโลกที่โคจรรอบดาวแคระแดงขนาดเล็ก ได้สร้างพายุแห่งความขัดแย้งที่รุนแรง หากโลกเหล่านี้สามารถอยู่อาศัยได้ และหากพวกมันมีชั้นบรรยากาศ ขนาดของโลกที่ค่อนข้างใหญ่เมื่อเปรียบเทียบกับขนาดของดาวฤกษ์บ่งบอกว่าเราจะสามารถวัดปริมาณบรรยากาศของพวกมันได้ในระหว่างการเปลี่ยนผ่าน! ผลการดูดซับของโมเลกุลต่างๆ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน และออกซิเจน อาจเป็นหลักฐานทางอ้อมประการแรกของสิ่งมีชีวิต เจมส์ เวบบ์ จะได้เห็นสิ่งนี้ และผลลัพธ์อาจทำให้โลกตะลึง!

สถานการณ์ Big Rip จะเกิดขึ้นหากเราตรวจพบการเพิ่มขึ้นของความแข็งแกร่งของพลังงานมืดเมื่อเวลาผ่านไป

2) หลักฐานของความไม่แน่นอนของพลังงานมืดและความเป็นไปได้ของการเกิด Big Rip เป้าหมายทางวิทยาศาสตร์หลักประการหนึ่งของ WFIRST คือการสังเกตดวงดาวในระยะไกลมากเพื่อค้นหาซูเปอร์โนวาประเภท Ia เหตุการณ์เดียวกันนี้ทำให้เราค้นพบพลังงานมืด แต่แทนที่จะรวบรวมเป็นสิบหรือหลายร้อย มันจะรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับเหตุการณ์นับพันที่ตั้งอยู่ในระยะทางอันกว้างใหญ่ และมันจะช่วยให้เราวัดไม่เพียงแต่อัตราการขยายตัวของเอกภพเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเปลี่ยนแปลงของอัตรานี้เมื่อเวลาผ่านไปด้วยความแม่นยำมากกว่าปัจจุบันถึงสิบเท่า หากพลังงานมืดแตกต่างจากค่าคงที่ทางจักรวาลวิทยาอย่างน้อย 1% เราจะพบมัน และถ้ามันมีขนาดใหญ่กว่าแรงดันลบของค่าคงที่จักรวาลวิทยาเพียง 1% จักรวาลของเราจะจบลงด้วยการฉีกขาดครั้งใหญ่ นี่จะต้องเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจอย่างแน่นอน แต่เรามีจักรวาลเพียงจักรวาลเดียว และเราจำเป็นต้องฟังสิ่งที่จักรวาลพร้อมที่จะสื่อสารเกี่ยวกับตัวมันเอง

ดาราจักรที่อยู่ห่างไกลที่สุดที่รู้จักในปัจจุบัน ซึ่งได้รับการยืนยันโดยฮับเบิลผ่านสเปกโทรสโกปีนั้น ปรากฏแก่เราเหมือนเมื่อเอกภพมีอายุเพียง 407 ล้านปี

3) ดวงดาวและกาแล็กซีจากยุคก่อนเกินกว่าที่ทฤษฎีของเราคาดการณ์ไว้ เจมส์ เวบบ์ ซึ่งมีดวงตาอินฟราเรด จะสามารถมองย้อนกลับไปในอดีตเมื่อเอกภพมีอายุ 200-275 ล้านปี หรือเพียง 2% ของอายุปัจจุบันเท่านั้น สิ่งนี้ควรครอบคลุมกาแลคซีแรกๆ ส่วนใหญ่และการก่อตัวดาวฤกษ์ดวงแรกในช่วงปลายๆ แต่เรายังอาจพบหลักฐานที่แสดงว่าดาวฤกษ์และกาแลคซีรุ่นก่อนๆ มีอยู่ก่อนหน้านี้ด้วยซ้ำ หากปรากฎเช่นนี้ก็หมายความว่าการเติบโตของแรงโน้มถ่วงตั้งแต่การปรากฏตัวของรังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาล (380,000 ปี) จนถึงการก่อตัวของดาวฤกษ์ดวงแรกมีบางอย่างผิดปกติ นี่จะเป็นปัญหาที่น่าสนใจอย่างแน่นอน!

แกนกลางของกาแลคซี NGC 4261 เช่นเดียวกับแกนกลางของกาแลคซีจำนวนมาก แสดงสัญญาณของการมีอยู่ของหลุมดำมวลมหาศาลทั้งในระดับอินฟราเรดและในช่วงรังสีเอกซ์

4) หลุมดำมวลมหาศาลที่ปรากฏขึ้นก่อนกาแลคซีแรก ย้อนกลับไปไกลที่สุดเท่าที่เราจะวัดได้ จนถึงเวลาที่เอกภพมีอายุประมาณพันล้านปี กาแลคซีมีหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ ทฤษฎีมาตรฐานเสนอว่าหลุมดำเหล่านี้เกิดขึ้นจากดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ ที่รวมตัวกันและตกลงสู่ใจกลางกระจุกดาว แล้วสะสมสสารและกลายเป็นหลุมดำมวลมหาศาล ความหวังมาตรฐานคือการพบการยืนยันรูปแบบนี้และหลุมดำในระยะแรกของการเจริญเติบโต แต่จะแปลกใจถ้าเราพบว่าพวกมันก่อตัวขึ้นอย่างสมบูรณ์แล้วในกาแลคซียุคแรกๆ เหล่านี้ James Webb และ WFIRST จะสามารถให้ความกระจ่างเกี่ยวกับวัตถุเหล่านี้ได้ และการค้นพบพวกมันในรูปแบบใดๆ จะเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ครั้งใหญ่!

ดาวเคราะห์ที่ค้นพบโดยเคปเลอร์ จัดเรียงตามขนาด ณ เดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2559 เมื่อพวกเขาปล่อยตัวอย่างดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงใหม่ที่ใหญ่ที่สุด โลกที่พบมากที่สุดนั้นมีขนาดใหญ่กว่าโลกเล็กน้อยและเล็กกว่าดาวเนปจูนเล็กน้อย แต่โลกที่มีมวลต่ำอาจไม่สามารถมองเห็นได้โดยเคปเลอร์

5) ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่มีมวลต่ำเพียง 10% ของโลกอาจเป็นดาวเคราะห์ที่พบได้บ่อยที่สุด นี่คือความพิเศษของ WFIRST: การค้นหาไมโครเลนส์ในพื้นที่กว้างใหญ่บนท้องฟ้า เมื่อดาวดวงหนึ่งผ่านหน้าดาวอีกดวงหนึ่ง จากมุมมองของเรา ความโค้งของอวกาศจะสร้างเอฟเฟกต์แบบขยาย โดยจะเพิ่มขึ้นและความสว่างลดลงตามมาอย่างคาดเดาได้ การมีอยู่ของดาวเคราะห์ในระบบเบื้องหน้าจะเปลี่ยนสัญญาณแสงและช่วยให้เราจดจำดาวเคราะห์เหล่านั้นได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น โดยสามารถจดจำมวลที่เล็กกว่าวิธีอื่นใดได้ ด้วย WFIRST เราจะสำรวจดาวเคราะห์ทุกดวงที่มีมวลไม่เกิน 10% ของโลก ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่มีขนาดเท่าดาวอังคาร โลกที่คล้ายดาวอังคารนั้นพบได้ทั่วไปมากกว่าโลกที่คล้ายโลกหรือไม่? WFIRST สามารถช่วยเราค้นหาได้!

ภาพประกอบของ CR7 ซึ่งเป็นกาแลคซีดวงแรกที่ค้นพบว่ามีดาวประชากร III ซึ่งเป็นดาวดวงแรกในจักรวาล เจมส์ เวบบ์ สามารถถ่ายภาพจริงของกาแลคซีแห่งนี้และกาแลคซีอื่นๆ ที่คล้ายกันได้

6) ดาวฤกษ์ดวงแรกอาจมีมวลมากกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน จากการศึกษาดาวฤกษ์ดวงแรก เรารู้แล้วว่าพวกมันแตกต่างไปจากดวงปัจจุบันมาก พวกมันประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมบริสุทธิ์เกือบ 100% โดยไม่มีองค์ประกอบอื่น แต่องค์ประกอบอื่นๆ มีบทบาทสำคัญในการระบายความร้อน การแผ่รังสี และป้องกันไม่ให้ดาวฤกษ์มีขนาดใหญ่เกินไปในระยะแรก ดาวที่ใหญ่ที่สุดที่รู้จักในปัจจุบันตั้งอยู่ในเนบิวลาทารันทูลา และมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 260 เท่า แต่ในจักรวาลยุคแรกๆ อาจมีดาวฤกษ์ 300, 500 และหนักกว่าดวงอาทิตย์ถึง 1,000 เท่า! เจมส์ เวบบ์ควรให้โอกาสเราค้นหาคำตอบ และอาจบอกเราถึงบางสิ่งที่น่าแปลกใจเกี่ยวกับดาวดวงแรกสุดในจักรวาล

การรั่วไหลของก๊าซในกาแลคซีแคระเกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวดาวฤกษ์ที่ยังคุกรุ่นอยู่ เนื่องจากสสารธรรมดาลอยหนีไปในขณะที่สสารมืดยังคงอยู่

7) สสารมืดอาจไม่โดดเด่นในกาแลคซียุคแรกๆ เหมือนในกาแลคซีปัจจุบัน ในที่สุดเราอาจสามารถวัดกาแลคซีในส่วนห่างไกลของจักรวาลและระบุได้ว่าอัตราส่วนของสสารธรรมดาต่อสสารมืดมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ ด้วยการก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่อย่างเข้มข้น สสารปกติจะไหลออกจากกาแลคซี เว้นแต่ว่ากาแลคซีจะมีขนาดใหญ่มาก ซึ่งหมายความว่าในกาแลคซีสลัวในยุคแรกๆ ควรมีสสารปกติสัมพันธ์กับสสารมืดมากกว่าในกาแลคซีสลัวซึ่งอยู่ไม่ไกลจาก เรา. การสังเกตดังกล่าวจะยืนยันความเข้าใจในปัจจุบันเกี่ยวกับสสารมืดและท้าทายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงดัดแปลง การสังเกตที่ตรงกันข้ามสามารถพิสูจน์หักล้างทฤษฎีสสารมืดได้ เจมส์ เวบบ์ จะสามารถจัดการเรื่องนี้ได้ แต่สถิติที่สะสมจากการสังเกตของ WFIRST จะทำให้ทุกอย่างกระจ่างแจ้งอย่างแท้จริง

ความคิดของศิลปินว่าจักรวาลจะเป็นอย่างไรเมื่อดาวดวงแรกก่อตัว

ทั้งหมดนี้เป็นเพียงความเป็นไปได้ และมีมากเกินไปที่จะแสดงรายการไว้ที่นี่ จุดรวมของการสังเกต สะสมข้อมูล และดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์คือเราไม่รู้ว่าจักรวาลทำงานอย่างไร จนกว่าเราจะถามคำถามที่ถูกต้องเพื่อช่วยเราค้นหา James Webb จะมุ่งเน้นไปที่สี่หัวข้อหลัก: แสงแรกและการเกิดไอออนใหม่ การรวมตัวกันและการเติบโตของกาแลคซี การกำเนิดของดวงดาวและการก่อตัวของดาวเคราะห์ และการค้นหาดาวเคราะห์และต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิต WFIRST จะมุ่งเน้นไปที่พลังงานมืด ซุปเปอร์โนวา การสั่นของเสียงแบริโอนิก ดาวเคราะห์นอกระบบ ทั้งการสังเกตระดับไมโครเลนส์และการสังเกตการณ์โดยตรง และการสังเกตการณ์แนวท้องฟ้ากว้างใหญ่ด้วยอินฟราเรดใกล้อินฟราเรด ซึ่งเกินกว่าความสามารถของหอสังเกตการณ์ก่อนหน้านี้ เช่น 2MASS และ WISE

แผนที่อินฟราเรดของท้องฟ้าทั้งหมดที่ได้รับจากยานอวกาศ WISE WFIRST จะเกินความละเอียดเชิงพื้นที่และความชัดลึกของ WISE อย่างมาก ทำให้เรามองได้ลึกและไกลยิ่งขึ้น

เรามีความเข้าใจอันน่าทึ่งเกี่ยวกับจักรวาลในปัจจุบัน แต่คำถามที่ James Webb และ WFIRST จะตอบนั้นถูกถามในวันนี้เท่านั้น โดยขึ้นอยู่กับสิ่งที่เราได้เรียนรู้ไปแล้ว อาจกลายเป็นว่าจะไม่มีความประหลาดใจในทุกด้าน แต่สิ่งที่เป็นไปได้มากกว่าคือไม่เพียงแต่เราจะพบความประหลาดใจเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเดาของเราเกี่ยวกับธรรมชาติของสิ่งเหล่านั้นด้วยจะผิดอย่างสิ้นเชิง ส่วนหนึ่งของความสนุกของวิทยาศาสตร์ก็คือคุณไม่มีทางรู้ได้เลยว่าจักรวาลจะทำให้คุณประหลาดใจกับสิ่งใหม่ๆ เมื่อใดหรืออย่างไร และเมื่อทำเช่นนี้ โอกาสที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมนุษยชาติที่ก้าวหน้าทั้งหมดก็มาถึง: ทำให้เราได้เรียนรู้สิ่งใหม่ๆ โดยสิ้นเชิง และเปลี่ยนแปลงวิธีที่เราเข้าใจความเป็นจริงทางกายภาพของเรา