ตระกูลกล้องส่องดาวจากอวกาศ (ตอนที่ ๑)

นานมาแล้วผู้เขียนไปนอนห่มดาวกลางทุ่งนาหน้าฟาดข้าว ที่บ้านโพธิ์ศรีสว่าง จังหวัดร้อยเอ็ด ชาวนามัดรวงข้าวกองพูนเหมือนกำแพงสีทอง ปล่อยให้อาบแดดกลางทุ่งจนแห้งดี แล้วก็คว้ารวงข้าวทั้งมัดด้วยไม้สองท่อนผูกเชือกต่อกัน จับฟาดไม่กี่ทีเมล็ดข้าวก็ร่วงพรูอยู่บนลานดินที่มีผ้าพลาสติกปูรองรับ ผลพวงแห่งแรงงาน ฟาดข้าวกันจนดึกใต้ตะเกียงลาน แล้วก็ตั้งเพิงหมาแหงนนอนกันกลางทุ่งใต้ผืนฟ้ามืดมิด พอสายตาปรับเข้ากับความมืดหลังจากตะเกียงลานดับลง แสงระยิบระยับจากดวงดาวนับไม่ถ้วนก็พรั่งพรูเข้าสู่สายตา ยิ่งมองนานเข้า ก็ดูเหมือนผืนฟ้าลึกลำ้กล้ำไกลไปสุดคำนึง ดาวซ้อนดาวจนนับไม่หมดแม้ในผืนฟ้าแค่ฝ่ามือ

แล้วใจก็คิดว่ามนุษย์เรากี่หมื่นกี่แสนปีมาแล้วที่แหงนหน้าดูฟ้าผืนเดียวกันและงงงันไปกับความงดงามสุดบรรยาย ได้สัมผัสสิ่งเดียวกับที่ผู้เขียนกำลังดื่มด่ำอยู่จากดวงดาวนับพันๆล้านๆดวงเช่นนี้ กี่ยุคกี่สมัย กี่ชั่วคนผ่านมา ที่มนุษย์เราเฝ้านั่งมองดาว เพียงด้วยสายตาและจินตนาการ ที่จะพาความคิดล่องลอยไปยังดินแดนแสนไกล จนไม่คิดแม้จะเอื้อมไปให้ถึงได้

กี่หมื่นกี่แสนปีมาแล้วที่มนุษย์ไม่รู้กี่ชั่วคน ทุรนทุรายอยากมองไปให้ไกลกว่าที่สายตาจะมองเห็น กว่าเราจะเริ่มมีกล้องดูดาวให้ใช้เป็นครั้งแรกก็เมื่อสี่ร้อยปีกว่ามานี้เอง สิ่งเดียวที่มนุษย์สมัยก่อนผู้ไร้เครื่องมือทันสมัยจะหาได้อย่างเหลือเฟือก็คือ ความชัดเจนในคืนฟ้าเปิดเดือนปิดอย่างนี้ ที่มองไปทางไหนก็เห็นแต่ดาว เขาไม่มีอุปกรณ์ที่ความก้าวหน้าของเรานำมาช่วยให้ดูดาวได้ชัดเจนยิ่งขึ้น แต่ความก้าวหน้านั้นก็พาให้แสงดาวลางเลือนเกินกว่าเราจะหาดูได้ง่ายๆไปทุกที ท้องฟ้ายามค่ำบนโลกเรา นอกจากจะถูกเลือนไปด้วยชั้นบรรยากาศแล้ว แสงสีตระการตาที่เราสร้างสรรค์มันขึ้นมาเอง ก็กลับทำให้หาที่ดูดาวคืนฟ้างามอย่างนี้ได้ยากยิ่งนัก

แล้วจินตนาการก็พาให้สงสัยไปว่า ดวงดาวเหล่านี้ มีความเป็นมาอย่างไร เกิดมาจากไหน และคำถามต่อคำถามตามมาไม่รู้จบ พรั่งพรูสู่สมองเหมือนจะให้มันพองระเบิด มนุษย์เราต้องทนกลำ้กลืนความอยากรู้กันมานานกว่าจะมีวันนี้ และก็ยังมีคำถามอีกมากมาย ที่ยังต้องทนกลำ้กลืนกันไปอีก ในขณะที่ค่อยๆมะงุมมะงาหราค้นหาคำตอบในความมืดมิดของจักรวาลกันต่อไป

ความรู้อันยิ่งใหญ่ก็ได้อาศัยเครื่องมืออันยิ่งใหญ่ไปค้นหา และยิ่งก็ต้องอาศัยการสั่งสมคำตอบทีละน้อยทีละนิด จากมันสมองของมนุษย์ตัวเล็กกะจิริดจำนวนมากมาย ผ่านหนทางยาวไกลไม่น้อยไปกว่าเส้นทางระหว่างดวงดาว หากเรายังจะต้องบากปั่นพากเพียรก้มหน้าแสวงหาความรู้กันต่อไปอีกนานเท่าไรนั้นไม่มีใครรู้

การที่เรามองเห็นดวงดาวได้ ก็เพราะมันเปล่งแสงที่เรามองเห็นได้มาสู่สายตาของเรา วัตถุต่างๆในจักรวาล เช่น ดวงดาว กาแล็คซี่ หลุมดำ หรือแม้แต่ตัวมนุษย์ และสิ่งมีชีวิตทั้งหลายเองนั้น ต่างก็แผ่พลังงานต่างระดับกันออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในความยาวคลื่นที่ต่างกัน เช่น ตัวเราจะแผ่พลังงานหลายๆอย่างออกมา ตั้งแต่รังสีความร้อน หรือคลื่นอินฟราเรด จนถึงคลื่นพลังงานตำ่ลงมาเช่น คลื่นวิทยุอยู่ตลอดเวลา ตราบเท่าที่เรายังมีลมหายใจอยู่ ส่วนดวงดาวในจักรวาลนั้น ก็ยิ่งมีพลังงานต่างๆหลากหลายตั้งแต่ตำ่สุดไปจนสูงสุด เพราะต่างมีแหล่งสร้างพลังงานอันมหาศาลอยู่ในตัวของมันเอง หากจะเข้าใจปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์อย่างถ่องแท้ เราต้องอาศัยข้อมูลทั้งหมด จากทุกระดับพลังงานที่ดวงดาวเปล่งออกมา แต่ดวงตาของมนุษย์ มีความจำกัดที่จะมองเห็นได้ในช่วงความถี่แคบๆช่วงหนึ่งเท่านั้น หากในธรรมชาติยังมีพลังงานหรือคลื่นแสงเป็นจำนวนมากในเอกภพ ที่เราไม่สามารถมองเห็นได้

สเปคตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นวิทยุมีความยาวมากที่สุดและมีพลังงานตำ่ที่สุด ในขณะที่คลื่นรังสีแกมม่ามีความสั้นที่สุดแต่มีพลังงานสูงสุด

กล้องดูดาวที่มีมาแต่ก่อนโดยทั่วไปมาจนไม่นานนี้ ก็มีความจำกัดเฉกเช่นเดียวกับสายตามนุษย์ คือมักจะออกแบบเพียงให้มาขยายภาพให้ใหญ่ขึ้น แต่คลื่นพลังงานที่มาประกอบเป็นภาพนี้ ก็คือคลื่นแสงที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเท่านั้นเอง ความจำกัดดังกล่าว จึงยังไม่อาจแก้ให้ตกไปได้

ปัญหาทางดาราศาสตร์ที่เรายังไม่สามารถหาคำตอบได้้ ก็ต้องอาศัยข้อมูลจากพลังงานในทุกความยาวคลื่น หรือความถี่ที่ต่างๆกัน มาประกอบกันเพื่อหาคำตอบ เพราะวัตถุทั้งหลายเปล่งพลังงานออกมา มากกว่าที่ตาเราจะมองเห็นได้ นักดาราศาสตร์จึงต้องสร้างกล้องที่สามารถจับพลังงานระดับต่างๆกัน มาเปรียบเทียบกัน ดังภาพตัวอย่างข้างล่าง ซึ่งเป็นภาพของทางช้างเผือก ที่ถ่ายจากคลื่นพลังงานต่างกัน ด้วยอุปกรณ์กล้องดูดาวหลากหลาย ทั้งจากอวกาศและที่อยู่บนพื้นโลก จะเห็นได้ว่าภาพเหล่านี้มีความแตกต่างกันมาก ทั้งๆที่ถ่ายมาจากแหล่งเดียวกัน

เนื่องจากความจำกัดของกล้องดูดาวเหล่านี้ ไม่มีกล้องใดที่สามารถจับคลื่นในทุกความถี่ไปพร้อมๆกันได้ และอวกาศเป็นที่ที่มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ปรากฏการณ์หลายๆอย่างที่ยังเป็นความลับดำมืดของเรา เช่น วิวัฒนาการของดวงดาวนั้น เกิดขึ้นจากการระเบิดอย่างรุนแรง ตามมาด้วยการปลดปล่อยพลังงานอันมหาศาลในช่วงเวลาสั้นๆ จนนักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถบังคับกล้องทุกอย่าง ให้หันมาโฟกัสในที่เดียวกันให้ทันเวลาได้ ดังเช่นปรากฏการณ์การระเบิดของรังสีแกมม่า (Gamma Ray Burst - GRB) ก็อาจจะหายไปในเวลาไม่ถึงครึ่งชั่วโมง และก็ยังคาดล่วงหน้าไม่ได้ว่าจะเกิดที่ไหนในจักรวาลอันกว้างไกล ภาพที่ถ่ายในช่วงขณะหนึ่ง จะแตกต่างอย่างมากมายไปจากภาพที่ถ่ายในเวลาที่ต่างกันเพียงเล็กน้อย ในกรณีเช่นนี้กล้องอื่นๆก็จะตามไปถ่ายไม่ทัน จึงไม่สามารถที่จะได้ภาพที่บันทึกจากคลื่นแสงต่างกัน ในเวลาเดียวกันได้
การที่จะทำความเข้าใจปรากฏการณ์ใดปรากฏการณ์หนึ่ง อย่างแจ่มชัดแล้ว นักดาราศาสตร์ต้องอาศัยกล้องหลายๆตัว มาจับภาพที่คลื่นต่างๆกัน และสามารถถ่ายภาพในคลื่นแสงต่างกันนั้น ในเวลาเดียวกันด้วย จึงจะได้ข้อมูลครบถ้วนอย่างแท้จริง

คลื่นแสงต่างๆกันจากแหล่งพลังงานที่ไม่เท่ากัน ทำให้เรามีความจำเป็นต้องใช้กล้องดูดาวต่างๆกัน แต่กล้องที่ออกแบบแตกต่างกันไป เพื่อทำงานกับคลื่นที่ต่างกันถึงขั้นนี้แล้ว พื้นฐานการปฏิบัติงานก็ไม่มีอะไรเหมือนกันสักอย่าง แม้แต่ส่วนบันทึกภาพจากพลังงานที่ต่างกัน ยังต้องอาศัยอุปกรณ์ที่มีระบบการทำงานต่างกัน เป็นคนละแบบกันไปเลย

แม้ว่ามนุษย์เราสามารถสร้างกล้องดูดาวมาได้สี่ร้อยกว่าปีแล้ว กล้องเหล่านี้ก็เพียงแต่บันทึกพลังงานจากแสงที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเท่านั้น เรายังไม่มีภาพที่สมบูรณ์ของรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากคลื่นความถี่อื่นๆ จนกระทั่งมาถึงเมื่อภายหลังปี คศ ๑๙๓๐ นี้เอง เมื่อความรู้ด้านฟิสิกส์ของเราพัฒนาไปได้ไกลขึ้น นักวิทยาศาตร์จึงมีความเข้าใจในธรรมชาติมากขึ้น และเกิดความต้องการที่จะประดิษฐ์กล้อง ที่สามารถบันทึกพลังงานในรูปแบบอื่นๆ ต่างกันขึ้นไปเรื่อยๆ แต่ในขณะเดียวกัน ความแตกต่างทางโครงสร้าง ของกล้องดูดาวเหล่านี้ก็ต่างกันไปมากขึ้นทุกที จนแทบจะไม่มีส่วนประกอบอะไรที่เหมือนกันเลย

ปัญหาที่คาอกนักดาราศาสตร์มานานแล้วก็คือว่า ในเมื่อรู้อย่างนี้แล้วทำไมนักวิทยาศาสตร์ ถึงไม่สร้างกล้องต่างแบบที่จับพลังงานต่างๆกัน ให้มาถ่ายภาพพร้อมๆกันได้เลยเล่า คำตอบก็คือแม้ว่านักวิทยาศาสตร์ต่างก็เห็นด้วยกับหลักการนี้อยู่แล้ว แต่กล้องแต่ละตัวมีความสลับซับซ้อนหลายหลาก จะสร้างได้ก็ด้วยความยากลำบากเหลือแสน ขนาดเทคโนโลยีบางอย่างที่ใช้มาสร้างส่วนประกอบของกล้องเหล่านี้ เป็นเทคโนโลยีที่ไม่มีใครทำมาก่อน แต่ต้องไปคิดประดิษฐ์ขึ้นมาเพื่อรับใช้ในการณ์นั้นๆ โดยเฉพาะบางกล้องก็ต้องส่งขึ้นไปทำงานในอวกาศ เพราะพลังงานสูงๆเช่นรังสีเอ็กส์และรังสีแกมม่านั้น จะถูดดูดซับไปโดยชั้นบรรยากาศของโลกไปหมด จนไม่เหลือตกลงมายังพื้นโลกเลย และนอกจากความยากลำบากทางเทคโนโลยีที่จะมาสร้างกล้องพวกนี้แล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังต้องกังวลกับการหาเงินทุนจำนวนมากมายมหาศาล เพื่อเอามาสร้างกล้องเหล่านี้อีกด้วย การที่จะบรรลุจุดมุ่งหมายที่จะให้มีกล้องต่างระบบกันขึ้นมาใช้ได้ในเวลาเดียวกันนั้น จึงกระทำได้อย่างลำบากยากเย็นยิ่งนัก

เวลาเรานึกถึงกล้องดูดาวเรามักจะนึกไปถึงกล้องดูดาวที่จับพลังงานของคลื่นที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า คือ Visible light หรือ Optical Telescope เท่านั้น เพราะมันเป็นกล้องที่เราใช้ดูดาวกันมาแต่เริ่มแรก แต่ที่จริงแล้วหากกล่าวถึงกล้องดูดาว หรือ telescope เรามักจะรวมไปถึงกล้องทุกแบบ ที่ดูดาวได้ในทุกช่วงคลื่นความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด

กาลิเลโอ กาลิเลอี เป็นผู้สร้างกล้องดูดาว แบบหักเหแสงหรือ Refracting Telescope ขึ้นเป็นครั้งแรกเมื่อคริสตทศวรรษที่ ๑๕๗๐ การทำงานของกล้องก็ไม่ซับซ้อน มีเพียงเลนส์เว้าหนึ่งตัวและเลนส์โค้งหนึ่งตัว ตัวกระบอกของกล้องก็ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บแสงไปด้วย ตัวเลนส์ก็หักเหให้แสงมารวมกัน จนดูเหมือนภาพมีขนาดใหญ่ขึ้น ๓ หรือ ๔ เท่าตัว มาถึงปี คศ ๑๖๐๙ กาลิเลโอก็ได้ปรับปรุงกล้องให้มีกำลังขยายขึ้นได้ ๒๐ เท่า จนสามารถมองเห็นรายละเอียดของภูเขาและหุบเขาบนดวงจันทร์ และได้ค้นพบดวงจันทร์ของดาวพฤหัสถึง ๔ ดวง แต่เลนส์กระจกของกาลิเลโอ ไม่สู้จะชัดเจนแจ่มแจ๋วเพียงไรนัก เพราะยังไม่สามารถขจัดฟองอากาศเล็กๆ ภายในเนื้อแก้วได้ แถมยังออกสีเขียวๆเนื่องจากเนื้อแก้วในสมัยนั้นยังไม่สู้จะบริสุทธิ์เท่าไรนัก มักจะมีเหล็กเจือปนมาด้วยและเทคนิดการฝนเลนส์ที่เพิ่งจะเริ่มต้น ก็ยังทำให้ขอบของภาพมัวๆไม่ชัดเจนดีนัก

Refracting Telescope ที่ใช้เลนส์เบนลำแสงมาเป็นภาพที่ดูใหญ่ขึ้น (แหล่งข้อมูล 1)

กล้องดูดาวแบบเบนแสงให้มารวมกันที่จุดโฟกัสจะเพิ่มกำลังขยายก็ด้วยการเพิ่มระยะห่างของเลนส์จากกันเท่านั้น จึงทำให้ตัวกล้องต้องยาวเพิ่มไปเรื่อยๆ แต่เมื่อกล้องยาวเกิน ๑๔๐ ฟุตไปแล้ว ก็กลับไร้ประโยชน์ไป เพราะเป็นการยากที่จะรักษาลำกล้องให้ตรง เพื่อตามเก็บลำแสงที่เดินทางเป็นเส้นตรงได้ และกล้องที่ยาวขนาดนี้เลนส์ก็ต้องใหญ่เพิ่มขึ้นไปตามส่วน แต่เมื่อเส้นผ่าศูนย์กลางของเลนส์เกินหนึ่งเมตรไปแล้ว มันก็จะหนักมากจนนำ้หนักของมันเอง จะถ่วงเนื้อกระจกลงมาตามแรงดึงดูดของโลก นานเข้าเลนส์ก็จะบิดเบี้ยวไปจนใช้การไม่ได้

กล้องดูดาวยาว ๑๕๐ ฟุต โดย โจฮาน เฮเวเลียส จาก Royal Astronomical Society, London) (แหล่งข้อมูล 1)

และกล้องแบบหักเหแสงหรือ Refracting Telescope นี้ ก็ยังมีปัญหาที่แก้ไม่ตกอีกประการหนึ่ง ก็คือ ปัญหาการเกิดวงสีรุ้งตามขอบรอบภาพของดวงดาว ซึ่งเรียกว่า Chromatic aberration

การเกิด Chromatic aberration ในกล้องแบบหักเหแสง เนื่องจากคลื่นแสงที่มีความถี่ต่างกัน มีคุณสมบัติที่หักเหไม่เท่ากันเมื่อผ่านตัวกลาง ภาพโดย Dr Nick Strobel (แหล่งข้อมูล 3)

นิวตันได้อธิบายปรากฏการณ์การเกิดขอบสีรุ้งนี้ได้ในปี คศ ๑๖๗๒ ว่า แสงสีขาวแท้จริงแล้วเป็นส่วนผสมของหลายๆสี แต่ละสีก็มีมุมหักเหไม่เหมือนกัน เมื่อผ่านตัวกลางคือเลนส์ก็หักเหออกมาไม่เท่ากัน เมื่อต้นแสงเป็นดาว เช่น ดาวเคราะห์วงกลม แสงที่ผ่านเลนส์ถูกหักเหออกมาเป็นวงกลมที่มีขนาดไม่เท่ากัน จะเหลื่อมลำ้กันตรงขอบ จึงทำให้ภาพดาวนั้นปรากฏเป็นวงกลม ที่เป็นสีขาวตรงกลาง แต่จะมีวงสีรุ้งล้อมรอบเป็นขอบนอกอยู่

ในปี คศ ๑๖๗๑ ไอแซค นิวตัน ได้ประดิษฐ์กล้องดูดาวแบบสะท้อนแสง (Reflecting Telescope) โดยใช้กระจกหน้าเว้ามารับแสง แล้วสะท้อนกลับมาโฟกัสภายในลำกล้อง จึงสามารถลดความยาวของลำกล้องได้อย่างมาก และยังแก้ปัญหาการเกิดขอบสีรุ้ง รอบภาพดวงดาวได้อีกด้วย

Reflecting Telescope (แหล่งข้อมูล 1)

หลังจากที่เซอร์นิวตันเสียชีวิตลงกล้องแบบสะท้อนแสงก็ได้รับความนิยมแพร่หลายในวงการดาราศาสตร์ทั่วโลก ตั้งแต่ปี คศ ๑๗๓๐ มาจนปัจจุบัน และกล้องแบบนี้ก็ยังใช้ได้ดีกับการรับคลื่นแสงอุลตร้าไวโอเล็ตด้วย แม้แต่กล้องดูดาวฮับเบิลอันลือชื่อ ก็ยังใช้ดีไซน์แบบนี้เช่นกัน

กล้องดูดาวในคลื่นวิทยุ

นักดาราศาสตร์ไม่เคยได้ดูดวงดาวจากแหล่งกำเนิดคลื่นแสงอย่างอื่น นอกเหนือไปจากแสงที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า จนกระทั่งในปี คศ ๑๙๓๓ คาร์ล แจนสกี้(Carl Jansky) ได้ค้นพบคลื่นวิทยุจากดวงดาวด้วยความบังเอิญ ขณะทำงานให้ห้องทดลองบริษัทโทรศัพท์ เบลล์ แห่งสหรัฐอเมริกา เพื่อพยายามหาที่มาของคลื่นรบกวนสายโทรศัพท์ ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก เขาก็สร้างกล้องแบบหมุน เพื่อรับคลื่นจากสุดขอบฟ้า จึงได้ค้นพบว่าต้นเหตุของคลื่นรบกวนพวกนี้ มาจากการสต๊าร์ทเครื่องยนต์ และจากฟ้าผ่าในที่ไกลๆ และก็ยังค้นพบอีกว่า คลื่นรบกวนส่วนหนึ่งมาจากอวกาศด้วย

Antenae ของ Jansky ซึ่งดูแล้วไม่มีอะไรเหมือนเสาอากาศ หรือจานรับคลื่นสมัยนี้เลย เพราะเขาสร้างมันมารับคลื่นสั้น (shortwave) จึงใช้ดีไซน์ผิดกัน (แหล่งข้อมูล 1)

กล้องดูดาวจากคลื่นวิทยุ (Radio Telescope) นี้ มีหลักการพี้นฐานคล้ายๆกล้อง Optical telescope คือเป็นกล้องแบบสะท้อนแสง จึงมีตัวสะท้อนคลื่น และตัวรับสัญญาณคลื่น แต่กล้องดูดาวจากคลื่นวิทยุ ต้องมีขนาดกว้างใหญ่ เพราะคลื่นวิทยุเป็นคลื่นที่ยาว และมีพลังงานตำ่ ความยาวของคลื่นที่นับว่าเป็นคลื่นวิทยุนี้ อยู่ในช่วง หนึ่งเซ็นติเมตร ไปจนถึงหลายๆร้อยเมตร อย่างคลื่นวิทยุเอเอ็มนี่ ก็มีความยาวสามเมตรเข้าไปแล้ว ถ้าขนาดกล้อง (ที่ดูเหมือนจานรับคลื่น) เล็กเกินไป ภาพที่ได้ก็จะไม่ชัด แถมยังจะมีคลื่นรบกวนจากคลื่นวิทยุ โทรทัศน์ และการสื่อสารคมนาคมต่างๆบนโลก ทำให้ภาพออกมามัวซัวไป กล้องแบบนี้ถ้ามีขนาดใหญ่ขึ้นจึงจะมีคุณภาพดีขึ้นไปด้วย

การทำงานของกล้องดูดาวในคลื่นวิทยุตัวกล้องจะดูเหมือนจานรับคลื่นวิทยุหรือโทรทัศน์ ซึ่งก็ทำงานด้วยหลักการเดียวกัน เพราะรับคลื่นอย่างเดียวกันนั่นเอง (ภาพโดย Dr. Nick Strobel)

กล้องที่นับว่าทันสมัยที่สุดในขณะนี้ของแบบนี้เรียกว่า Very Large Array Telescope (VLA) คือเป็นเรื่องล้อเล่นกันอย่างจริงจัง ขนาดเอามาตั้งเป็นชื่อเลยว่าใหญ่จริงๆไม่โกหก แต่ในความเป็นจริงแล้วกล้องนี้เป็นการประกอบเอาจานรับ ๒๗ ตัว มาเรียงรายเป็นแถวแนวเดียวกัน แล้วใช้เครื่องคอมพิวเต้อร์มาประสานคลื่นที่แต่ละจานรับมาเข้าด้วยกัน จนคลื่นประสานกันเป็นหนึ่งเดียว ผลรวมของวิธีการนี้ก็ทำให้เหมือนกับว่ามีกล้องที่เส้นผ่าศูนย์กลางถึง ๓๖ กิโลเมตร จนสมราคาคุยว่าใหญ่จริงๆให้ดิ้นตาย

Very Large Array Telescope (VLA) ในรัฐนิวเม็กซิโก สหรัฐอเมริกา (แหล่งข้อมูล 1)

กล้องดูดาวพลังสูง

กล้องดูดาวด้วยคลื่นแสงที่มองด้วยตาเปล่าและกล้องดูดาวด้วยคลื่นวิทยุนั้น สามารถใช้บนพื้นโลกได้ แม้จะสูญคลื่นเหล่านี้ไปบ้างก็ตาม แต่คลื่นพลังงานที่มีระดับสูงกว่านี้ จะถูกกรองหายไปในชั้นบรรยากาศของโลก กล้องอินฟราเรดและกล้องอุลตร้าไวโอเล็ตนั้น จะให้ทำงานได้สมจุดมุ่งหมายก็ต้องเอาไปตั้งอยู่บนภูเขาสูงๆ หรือเอาขึ้นไปโคจรในอวกาศ คลื่นแสงที่มีพลังงานสูงๆ โดยมีความยาวคลื่นสั้นกว่า ๓๐๐ นาโนเมตร คลื่นจำพวกนี้มีตั้งแต่รังสีอุลตร้าไวโอเล็ตซีขึ้นไป จนถึงรังสีเอ็กส์และรังสีแกมม่าจะไม่เหลือตกลงมายังพื้นโลกเลย กล้องพวกนี้จึงต้องโคจรอย่างน้อยๆ เหนือชั้นบรรยากาศของโลกเป็นร้อยกิโลเมตรขึ้นไป จึงจะสามารถเก็บภาพมาศึกษาได้

กล้องอินฟราเรดที่ตั้งอยู่บนยอดเขา มอนาคี ในฮาวาย ซึ่งมีความสูงถึง ๑๔๐๐๐ ฟิต (แหล่งข้อมูล 1)

พลังงานระดับสูงๆในจักรวาลมีแหล่งกำเนิดมาจากการก่อตัว หรือการแตกดับอย่างรุนแรงของดวงดาว หากเราสามารถบันทึกข้อมูลจากแหล่งพลังงานสูงๆเหล่านี้ ก็จะทำให้เข้าใจถึงการก่อตัวของจักรวาลอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน เนื่องจากตามนุษย์มองสิ่งเหล่านี้ไม่เห็นจึงไม่เคยทราบมาเลยว่า กำลังเกิดอะไรขึ้นอยู่เบื้องหลังม่านควันของดวงดาวเช่นนั้น

กล้องเอ๊กซเรย์นั้นจะรับแสงตรงๆอย่างกล้องดูดาวทั่วๆไปไม่ได้ เพราะโฟตอนแรงสูงเหล่านี้เมื่อมาชนกระจก ก็จะทะลุหรือฝังกระจกไปเลย ไม่มาเข้าจุดโฟกัส ทำให้กล้องธรรมดาเก็บคลื่นนี้ไม่ได้ แต่หากต้องทำตัวกระจกเป็นด้านในของทรงกระบอก ให้มีมุมเอียงลงน้อยๆคล้ายๆกรวย แล้วฉาบด้วยโลหะหนักๆ เช่นทองหรือแบริลเลียม เมื่อโฟตอนรังสีเอ็กส์มาชนผนังภายในนี้ ก็จะแฉลบเฉียดเลียดเข้ามายังจุดโฟกัสทำให้จับภาพนั้นๆได้

ลำแสงเอ็กสเรย์ที่กระทบกระท้อนผนังกระจกภายในของกล้องเอ็กสเรย์ (แหล่งข้อมูล 1)

ในสมัยแรกๆยุคทศวรรษที่ ๑๙๖๐ นาซ่าเอากล้องพวกนี้ใส่ในจรวดที่ยิงขึ้นไปตรวจอวกาศ (Sounding Rocket) อีกทศวรรษต่อมาก็ได้สร้างกล้องส่งไปโคจรในยานอวกาศลำแรกชื่อ อูฮูร่า (Uhura ก็ชื่อเดียวกับกัปตันสาวผิวดำในหนังทีวีชุด "Star Trek" นั่นแหละค่ะ) อันเป็นภาษา สวาฮิรี แปลว่า เสรีภาพ เพราะส่งขึ้นไปในวันเดียวกับวันฉลองเอกราชปีที่เจ็ดของประเทศเคนยา

ส่วนรังสีแกมม่านั้นมีพลังงานสูงยิ่งไปกว่ารังสีเอ็กส์เสียอีก จึงไม่มีวิธีการใดๆที่จะหลอกล่อจับมันโดยตรงได้ เพราะมันจะทะลุผ่านอะไรไปหมดทุกอย่าง ไม่ว่าจะใช้ลูกล่อลูกชนอย่างไร จึงต้องใช้วิธีตรวจจับกันทางอ้อม โดยใช้ผลึกมารับรังสีแกมม่า เมื่อผลึกถูกชนด้วยรังสีแกมม่า มันจะดีดอีเลคตรอนออกจากผลึก อีเลคตรอนที่ถูกดีดออกมานี้ก็จะส่งสัญญาณให้เครื่องรับรู้ว่า เครื่องรับถูกกระทบด้วยรังสีแกมม่าแล้ว

นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน อาร์เธ่อร์ ฮอลลี่ ค้อมพ์ตั้น เป็นผู้ค้นพบว่า เมื่อโฟตอนที่มีพลังงานสูงๆมาชนวัตถุ มันจะเสียพลังงานส่วนหนึ่ง ไปดีดอีเลคตรอนที่อยู่รอบนอกๆของอะตอมในวัตถุนั้นออกมา แล้วโฟตอนก็สะท้อนแฉลบออก ด้วยพลังงานที่น้อยลงเป็นแสงแปลบๆ เราก็สามารถบันทึกแสงนี้ได้ ดร ค้อมพ์ตั้น ได้รับรางวัลโนเบิลสาขาฟิสิกส์ในปี ๑๙๒๗ ด้วยผลงานชิ้นนี้ ซึ่งได้รับการขนานนามเป็นเกียรติแก่ท่านว่า Compton Effect อันเป็นส่วนสำคัญในการวางรากฐานทางทฤษฎีควอนตัม และจากหลักการนี้ นักวิทยาศาสตร์ก็เอามาสร้างเครื่องบันทึกรังสีแกมม่า และได้สร้างกล้องดูดาวรังสีแกมม่า ส่งขึ้นไปโคจรรอบโลกกับยานอวกาศ Explorer XI ในปี คศ ๑๙๖๑ ก่อนที่ท่านค้อมพ์ตันจะเสียชีวิตเพียงปีเดียว และในปี ๑๙๙๑ เราได้ส่งกล้อง Compton Gamma Ray Observatory ขึ้นไปบันทึกภาพดวงดาวในรังสีแกมม่า ในชื่อที่ตั้งขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแก่ท่าน

เครื่องจับสัญญาณการรับรังสีแกมม่าด้วยผลึก (แหล่งข้อมูล 1)

เนื่องจากการศึกษาด้านดาราศาสตร์ได้ปรับตัวพัฒนาไปอย่างรวดเร็วมาก ในระยะสามสี่สิบปีที่ผ่านมานี้ ก็ไม่มีใครรู้ไปทุกเรื่องทุกสายได้หมด ต่างเชี่ยวชาญจำเพาะคนละอย่างกันไป เพราะสาขาต่างๆด้านดาราศาสตร์สมัยใหม่นี้ เพิ่งเป็นช่วงเริ่มต้น บางด้านก็เพิ่งจะเริ่มก่อตั้งกันขึ้นมา เช่น การดูดาวในคลื่นแสงกำลังสูงๆ เพราะเครื่องมือเครื่องไม้ด้านนี้ พึ่งจะได้รับการประดิษฐ์คิดค้นกันขึ้นมา และกำลังพัฒนากันอยู่ตลอดมากระทั่งทุกวันนี้ นักดาราศาสตร์ก็มักจะต้องมุ่งมั่นทำการค้นคว้าในแขนงแคบๆ ที่ต้องหักร้างถางพงแห่งความไม่รู้ไปค้นหาคำตอบกันอีกมากมาย จึงมักเกิดภาวะที่นักดาราศาสตร์ เชี่ยวชาญกับการศึกษาดวงดาวในคลื่นพลังงานช่วงคล่ืนเดียว และมักจะไม่มีเวลาไปแลกเปลี่ยนข้อมูล กับผู้ที่ศึกษาช่วงคลื่นอื่นๆ ต่างคนต่างก้มหน้าก้มตาทำงานกันไป เช่นพวกที่ทำกล้องOptical ก็มักจะแลกเปลี่ยนความรู้ในหมู่เดียวกัน ไม่ไปสนทนาแลกเปลี่ยนกับพวกที่ศึกษาจากคลื่นวิทยุเป็นต้น เพราะเทคโนโลยี่ของเครื่องมือที่ศึกษาพลังงานต่างๆกันนี้ แตกต่างกันมากจนไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกันเลย จึงก็ต้องทุ่มเทเวลาไปศึกษากันเป็นอย่างมาก เนื่องจากต่างก็ใช่จะเข้าใจกันได้ง่ายนัก

ที่เป็นเช่นนี้ก็ด้วยสาเหตุว่ารังสีของพลังงานในระดับต่างกันมีคุณสมบัติทางกายภาพต่างกัน แม้ว่าจะเป็นพลังงานต่างๆ ที่เปล่งออกมาจากแหล่งเดียวกันก็ตาม ตัวอย่างเช่น คลื่นวิทยุ ซึ่งมีพลังงานตำ่ จะสะท้อนกลับออกมาจากผิวโลหะ แต่รังสีเอ็กซ์กลับทะลุผ่าน เข้าไปในโลหะส่วนมากอย่างสบายๆ แม้แต่คลื่นวิทยุที่แบ่งเป็นพวกพลังงานต่ำ ก็ยังประพฤติตัวต่างไปจากพวกคลื่นวิทยุที่มีพลังงานสูงกว่า ดังรูปทางช้างเผือกในตอนต้น ที่ถ่ายด้วยกล้องวิทยุกล้องเดียวกัน แต่ใช้คลื่นต่างกัน ยังออกมาราวกับเป็นภาพของคนละแหล่งกันเลย เมื่อเป็นเช่นนี้แล้ว การศึกษาที่ต้องการจับคลื่นพลังงานเหล่านี้ มาบันทึกเพื่อศึกษาค้นคว้าก็ต้องใช้หลักการต่างกันไป เคร่ืองมือที่ประดิษฐ์ออกมาจึงได้ต่างกันอย่างกับเป็นคนละเผ่าคนละพันธุ์กันไปเลย เพราะมันต้องอาศัยพื้นฐานการทำงานที่ต่างกันอย่างสิ้นเชิง

ใจจริงแล้วพวกนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ก็ต้องการทำงานร่วมกัน ทุกคนก็อยากให้มีกล้องสารพัดนึกที่สามารถจับคลื่นแสงไปได้ทุกอย่าง จะได้สร้างกล้องมาตัวเดียวไม่ให้ต้องยุ่งยากเช่นนี้ แต่มันก็คงจะยังเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ไปอีกนาน สิ่งที่ทำได้มากที่สุดก็คือ สร้างกล้องหลายๆอย่างที่จับคลื่นหลายๆคลื่น ให้มาทำงานพร้อมๆกัน ถ่ายภาพจากแหล่งเดียวกัน จะได้เอามาเปรียบเทียบกันได้ และก็เคยมีความพยายามเช่นนี้มาแล้ว ในสมัยที่ยังมี Skylab อันเป็นสถานีอวกาศที่โคจรรอบโลกแบบยานเมียร์ เขาก็เอากล้องหลายๆแบบไปสังเกตการณ์ด้วยกัน

สถานีอวกาศ Skylap โดย NASA

จนกระทั่ง Skylab ตกลงมาในปลายทศวรรษที่ ๑๙๗๐ แต่สมัยนั้นวิทยาการก็ยังไม่ก้าวหน้ามากนัก โดยเฉพาะเทคนิคการสร้างกล้อง ที่สามารถจับคลื่นพลังงานกำลังสูงอย่างรังสีเอ๊กซ์ หรือ รังสีแกมม่านั้น ก็เพิ่งจะเริ่มออกแบบสร้างกันมาได้ไม่นาน เทคนิคต่างๆเหล่านี้ก็พัฒนามาเรื่อยๆควบคู่ไปกับ การทำงานเก็บข้อมูลมาเรื่อยๆเช่นกัน แต่เมื่อสูญ Skylab ไปแล้ว นักวิทยาศาสตร์ก็พยายามสร้างภาวะที่ จะให้มีกล้องหลายๆแบบไปทำงานด้วยกัน พร้อมกับการพัฒนาด้านความรู้ความเข้าใจ ที่จะสร้างกล้องให้มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้นไปเรื่อย ซึ่งก็มีผลให้ซอฟแวร์ที่ใช้ควบคุมการปฏิบัติงาน และรวบรวมข้อมูลของอุปกรณ์เหล่านี้ มีความยุ่งยากสลับซับซ้อน ขนาดที่ต้องมีทีมงานเขียนโปรแกรมกันเป็นหลายๆปีทีเดียว ข้อสำคัญก็คือเมื่อวิทยาการด้านนี้พัฒนาไปเรื่อย ความสลับซับซ้อนมีมากขึ้นไปเรื่อยๆ ค่าก่อสร้างก็พุ่งพรวดตามไปไม่หยุดยั้งด้วยเช่นกัน จึงเป็นการยากที่จะระดมกำลังทุนมาสร้างกล้องหลายๆตัวพร้อมๆกันได้ เพราะกล้องใหญ่ๆเช่นฮับเบิลนั้น ค่าใช้จ่ายที่ผ่านมาทั้งหมด ก็มากกว่างบประมาณประจำปี ขององค์การนาซ่าทั้งหมดเสียอีก จึงต้องค่อยทำค่อยไปตามแต่โอกาสจะอำนวย

และแล้วก็เหมือนฝันร้ายที่กลายเป็นดี ในปีคศ ๑๙๙๒ หลังจากที่ยานอวกาศ บันทึกภาพดวงดาวในรังสีแกมม่า ค้อมพ์ต้ัน (Compton Gamma Ray Observatory) เพิ่งถูกส่งขึ้นไปโคจรได้เพียงปีเดียว เครื่องบันทึกข้อมูล ซึ่งมีหลักการทำงานอย่างเดียวกับ เครื่องบันทึกเทบวีดีโอก็เสียขึ้นมา ทำให้ไม่สามารถเก็บบันทึกข้อมูล ไว้ในคอมพิวเตอร์บนยาน เพื่อถ่ายทอดลงมายังฝ่ายบังคับการภาคพื้นดินทีละมากๆได้ จึงต้องมีการเปลี่ยนแผนการปฏิบัติงานใหม่ โดยเก็บข้อมูลส่งโดยตรง มายังภาคพื้นดินทันทีที่รับมาได้ ไม่มีการตุนข้อมูลไว้บนยานดังที่ผ่านมา แต่เมื่อกล้องค้อมพ์ตั้นบันทึก การระเบิดรังสีแกมม่า (Gamma Ray Burst) ซึ่งปกติแล้ว จะเกิดขึ้นและหมดไปภายในเวลาประมาณครึ่งชั่วโมงเท่านั้น ที่ผ่านมาเมื่อบันทึกลงเทปไว้ กว่าจะส่งลงมายังโลกการระเบิดก็จบสิ้นลงไปนานแล้ว แต่หลังจากเครื่องบันทึกเทปเสียไปแล้ว กล้องก็ส่งข้อมูลลงมาทันทีที่เกิดการระเบิดขึ้น ฝ่ายบังคับการภาคพื้นดิน จึงแจ้งไปยังนักดาราศาสตร์ทั่วโลก ให้ทราบถึงจุดพิกัดของการระเบิดนี้ทันทีหลายๆกล้อง หลายๆที่ ก็สามารถหันกล้องของตนไปดูในที่เดียวกันพร้อมๆกัน อย่างที่ไม่เคยกระทำกันมาก่อน ก็ได้ข้อมูลมากมายอย่างไม่คาดคิด และสิ่งที่เป็นผลประโยชน์เกินความคาดหมายก็คือ นักดาราศาสตร์ต่างสาขาหันมาพูดคุยถกเถียง แลกเปลี่ยนแง่มุมมองของตัว ทำให้ต่างตระหนักได้ทันทีว่าการแลกเปลี่ยนกันเช่นนี้ กลับช่วยให้ต่างฝ่ายต่างได้เข้าใจข้อมูลได้อย่างทั่วถึงแจ่มชัด มากกว่าที่เคยหมกมุ่นศึกษากันเองตามลำพัง เพราะกล้องที่มีอยู่ส่วนใหญ่เป็นกล้องบนภาคพื้นดิน ที่ส่วนมากแล้วเป็นกล้องที่มองแสงที่เห็นได้ด้วยตาเปล่า จากดวงดาว เมื่อดวงดาวเปล่งพลังงานสูงๆอย่างรังสีแกมม่านี้ กล้องOptical จะมองดูว่าแทบจะไม่มีอะไรเกิดขึ้นเลย มีปรากฏเพียงแสงรางๆเท่านั้น แต่เมื่อมาเทียบกับข้อมูลของกล้องค้อมพ์ตั้น จึงเห็นว่าดวงดาวกำลังเปล่งรังสีจากความร้อน นับล้านๆองศาที่มองด้วยตาเปล่าไม่เห็น ออกมาทั่วทุกทิศทุกทาง

ดังนั้นนักดาราศาตร์ถ้วนหน้าต่างมีความเห็นสอดคล้องกันว่า ควรกำหนดโครงการที่จะส่งกล้องมองรังสีต่างๆของดวงดาว ไปโคจรรอบโลกในเวลาเดียวกัน โดยวางแผนว่าจะส่งกล้องที่มองแสงที่เห็นได้ด้วยตาเปล่า และรังสีอุลตร้าไวโอเล็ต คือกล้องฮับเบิลขึ้นไปก่อน เพราะเป็นกล้องที่เรารู้หลักการพื้นฐานการสร้างมานานแล้ว หากการเอาขึ้นไปทำงานในอวกาศ ซึ่งก็มีปัญหาของมันมากอยู่แล้ว ให้ชินกับการทำงานกับกล้องในอวกาศก่อน แล้วจึงส่งกล้องอื่นขึ้นไป เพราะกล้องพวกนี้ ดังที่กล่าวมาแล้วว่า ต้องขึ้นไปทำงานบนอวกาศเท่านั้น ในช่วงที่ผ่านมาก็มีการส่งกล้องพวกนี้ไปกับบัลลูน ที่ทำงานได้แค่วันเดียว หรือส่งไปกับจรวดตรวจอวกาศ ที่ส่งขึ้นไปให้ตกลงมา ที่เรียกว่า Sounding Rocket ข้อมูลจากรังสีกำลังสูงเหล่านี้จึงมีน้อยมาก แต่ข้อมูลด้านนี้จะเป็นกุญแจไขปัญหาที่นักดาราศาสตร์ต้องการทราบมานาน เกี่ยวกับการกำเนิดและการแตกดับของดวงดาว เพราะปรากฏการณ์เหล่านี้จะส่งพลังงานสูงๆมากมายมหาศาล ในที่ที่มีปฏิกิริยารุนแรงทางนิวเคลียร์ จนก่อให้เกิดอุณหภูมินับล้านๆองศาทีเดียว

เพื่อบรรลุจุดมุ่งหมายที่ได้กล่าวมานี้ จึงเกิดโครงการ "ตระกูลกล้องส่องดาวจากอวกาศ" หรือ The Family of Great Observatories ที่ได้ส่งขึ้นไปแล้วสามกล้อง คือ กล้องฮับเบิ้ล ที่เรารู้จักกันดี อันได้ไปโคจรรอบโลกมาตั้งแต่ปี คศ ๑๙๙๑ กล้องค้อมพ์ต้ันที่ถ่ายภาพรังสีแกมม่า ที่ขึ้นไปทำการในปี คศ ๑๙๙๑ เช่นกัน แต่เป็นที่น่าเสียดายเป็นอย่างยิ่งว่า gyroscope ซึ่งเป็นตัวควบคุมทิศทางการทรงตัวของยานอวกาศหนึ่งในสามตัวเสียไป หากเสียไปอีกตัวก็จะควบคุมไม่ได้ เสี่ยงต่อความปลอดภัยของคนบนโลก นาซาจึงต้องทำลายกล้องตัวนี้ไปในเดือนมิถุนายนที่ผ่านมานี้เอง แต่ก็มีโครงการที่จะส่งกล้องจับรังสีแกมม่าตัวใหม่ไปแทนในอนาคต และกล้องที่สาม คือ จันดรา เพื่อถ่ายภาพรังสีเอ็กส์ ซึ่งเพิ่งจะโคจรได้ครบปีในเดือนกรกฎาคมที่ผ่านมานี่เอง

ในเวลาสั้นๆที่กล้องทั้งสามได้ขึ้นไปทำงาน ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับดวงดาว จักรวาล และเอกภพของเรา ก็ก้าวหน้าไปอย่างไม่หยุดยั้ง กล้องแต่ละตัว ได้นำสิ่งอันมีคุณค่าที่มาเพิ่มพูนความเข้าใจ ทางด้านดาราศาสตร์สุดจะคณานับ

ภาพถ่ายพลังงานระดับต่างๆจากดวงดาว เมื่อนำข้อมูลหลากหลายมาประกอบกัน ก็ช่วยทำให้เราเข้าในความเป็นมาของดวงดาว อย่างที่ไม่เคยปรากฏมาก่อน โดย นาซ่า

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

1. "It takes more than one kind of telescope to see the light. - Why we need different type of telescopes to look at outer space. by Leslie Mullen. Science@NASA

2. Multiwavelength Milky Way, The Astrophysics Data Facility (ADF), NASA Goddard Space Flight Center

3. Dr. Nick Strobel's Astronomy Notes Nick Strobel, Bakersfield College, Bakersfield, CA, USA http://www.astronomynotes.com