ดาราศาสตร์วิทยุ กุญแจแห่งเอกภพ ตอนแรก

     เอกภพ คือความเป็นอนันต์กล่าวกันว่ามีสิ่งให้ศึกษาในเอกภพนั้นไม่หมดไม่สิ้น มีหลากหลายทฤษฏีที่ยังไม่ได้รับการพิสูจน์ และเหล่านักดาราศาสตร์ยังคงค้นคว้ากันอย่างต่อเนื่อง เชื่อว่าหลายคนรู้จักคำว่า “ดาราศาสตร์” กันเป็นอย่างดีอย่างแน่นอน

      ดาราศาสตร์ คือวิชาวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาวัตถุท้องฟ้า (อาทิ ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ ดาวหาง และดาราจักร) รวมทั้งปรากฏการณ์ทางธรรมชาติต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นจากนอกชั้นบรรยากาศของโลก โดยศึกษาเกี่ยวกับวิวัฒนาการ ลักษณะทางกายภาพ ทางเคมี ทางอุตุนิยมวิทยา และการเคลื่อนที่ของวัตถุท้องฟ้า ตลอดจนถึงการกำเนิดและวิวัฒนาการของเอกภพ

     ในตัว การศึกษาดาราศาสตร์เอง ก็ยังมีการแบ่งเป็นหลายแขนง ขึ้นอยู่กับสิ่งที่จะมุ่งเน้นในการค้นคว้า และหนึ่งในแขนงการค้นคว้าทางดาราศาสตร์ที่น่าสนใจ นั้นคือ “ดาราศาสตร์วิทยุ”   

     ดาราศาสตร์วิทยุ (Radio Astronomy) เป็นสาขาหนึ่งของดาราศาสตร์ที่ศึกษาปรากฏการณ์ในอวกาศต่างๆ ในช่วงคลื่นวิทยุ ตามที่กล่าวเอาไว้ในตอนต้นว่า คลื่นวิทยุเป็นคลื่นพลังงานต่ำสามารถทะลุผ่านชั้นบรรยากาศของโลกมาได้ ในขณะที่คลื่นอื่นๆ จะถูกบล็อกหรือดูดซับโดยโมเลกุลแก๊สต่างๆ ในชั้นบรรยากาศ การจะเก็บข้อมูลในช่วงคลื่นที่สูงขึ้นไปได้ชัดเจน จะต้องส่งกล้องโทรทรรศน์ที่ออกแบบมาสำหรับความยาวคลื่นนั้นๆ ขึ้นไปอยู่ในวงโคจรรอบโลกเพื่อลดผลกระทบจากชั้นบรรยากาศ ในขณะที่คลื่นวิทยุเราสามารถสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่รับจากบนพื้นโลกได้เลย แถมกล้องวิทยุยังสามารถเก็บข้อมูลจากวัตถุท้องฟ้าในเวลากลางวันก็ได้ ต่างจากกล้องเชิงแสงที่ต้องรอให้ถึงเวลากลางคืนจึงจะเปิดใช้งาน

Karl Jansky กับ “กล้องวิทยุ” ตัวแรกของโลกที่ทำให้เขาค้นพบคลื่นวิทยุจากอวกาศ (ภาพอนุเคราะห์โดย National Radio Astronomy Observatory (NRAO))

     นับตั้งแต่ Karl Jansky วิศวกรของ Bell Labs ค้นพบสัญญาณวิทยุจากนอกโลกเป็นครั้งแรกในปี 1933 ปัจจุบันมีกล้องโทรทรรศน์วิทยุบนโลกมากกว่า 100 แห่งกระจายตัวอยู่ในทุกทวีป โดยแบ่งออกเป็นกล้องวิทยุแบบเดี่ยว (Individual radio telescope) และแบบแทรกสอด (Interferometer) ซึ่งใช้จานรับสัญญาณหลายจานเรียงต่อกัน แต่ละแห่งจะออกแบบจานรับสัญญาณให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางสอดคล้องกับความยาวคลื่นของคลื่นวิทยุที่ต้องการตรวจวัด เพื่อให้มี “กำลังขยาย” สูงพอจะแยกสัญญาณดังกล่าวออกได้

1. กล้องโทรทรรศน์วิทยุแบบเดี่ยว (Individual Radio Telescope) เป็นกล้องโทรทรรศน์กำลังขยายไม่สูง สำหรับศึกษาวัตถุท้องฟ้าในช่วงคลื่นวิทยุความยาวคลื่นระดับมิลลิเมตร ประกอบด้วยตัว mount กับจานรับสัญญาณ (single-dish) แบบจานดาวเทียม หรือเป็นเสาอากาศ (antenna) รูปร่างต่างๆ ก็ได้ กล้องวิทยุแบบเดี่ยวที่สำคัญ ได้แก่

•  Arecibo Observatory ขนาด 305 เมตร เมือง Arecibo เครือรัฐเปอร์โตริโก
•  Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) ขนาด 100 เมตร สูงพอๆ กับอนุสาวรีย์วอชิงตัน
•  Parkes Radio Telescope ขนาด 64 เมตร ตั้งอยู่ที่รัฐนิวเซาท์เวลส์ ประเทศออสเตรเลีย
•  RATAN-600 ขนาด 576 เมตร เป็นกล้องวิทยุที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในโลก ตั้งอยู่ที่ Zelenchukskaya ประเทศรัสเซีย ประกอบด้วยกระจกปฐมภูมิสี่เหลี่ยมผืนผ้าต่อกันในแนวรัศมี มีกระจกทุติยภูมิเป็นวงแหวนอยู่ล้อมรอบ สัญญาณวิทยุจะสะท้อนจากกระจกปฐมภูมิไปยังกระจกทุติยภูมิก่อนสะท้อนเข้าเครื่องรับสัญญาณ

ล่าสุดกล้องโทรทรรศน์วิทยุ เทียนหยาน (Tianyan) ของประเทศจีน หรือในชื่อภาษาอังกฤษว่า Five Hundred Metre Aperture Spherical Telescope (FAST) ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดจานรับสัญญาณใหญ่ที่สุดในโลก เริ่มถูกทดสอบใช้งานทางก่อสร้างเสร็จสมบูรณ์ เมื่อช่วงเดือนกรกฎาคมที่ผ่านมา โดยโครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งของแผนการเร่งรัดไปสู่ความเป็นมหาอำนาจด้านการสำรวจอวกาศของประเทศจีน

      กล้องโทรทรรศน์วิทยุ เทียนหยาน ก็สร้างขึ้นบนพื้นที่แอ่งกระทะขนาดใหญ่ตามธรรมชาติในมณฑลกุ้ยโจว ของประเทศจีน ทำให้กล้องมีพื้นที่จานรับสัญญาณทรงกลมที่มีเส้นผ่านขนาดศูนย์กลางกว่า 500 เมตร จึงทำให้กล้องโทรทรรศน์วิทยุดังกล่าวสามารถรับสัญญาณจากห้วงอวกาศลึกได้มีประสิทธิภาพดีกว่ากล้องโทรทรรศน์วิทยุทั่วไปที่มีอยู่แล้วทั่วโลกมากกว่า 2.5 เท่า

2. กล้องโทรทรรศน์วิทยุแบบแทรกสอดสัญญาณ (Radio Interferometer) ประกอบด้วยกล้องวิทยุหลายๆ ตัวเรียงต่อกัน อยู่เป็นกลุ่ม หรือจะเป็นเครือข่ายของกล้องวิทยุที่อยู่ห่างกันข้ามทวีปก็ได้ มีไว้ศึกษาโครงสร้างภายในของวัตถุที่อยู่ห่างไกลมากๆ อย่างใจกลางกาแล็กซีอื่นๆ ซึ่งต้องใช้กล้องที่มีกำลังขยายสูงมากๆ ถึงจะสังเกตเห็นได้ ซึ่งลำพังกล้องตัวเดียวทำไม่ไหวแน่ๆ จึงต้องใช้กล้องหลายๆ ตัวทำงานร่วมกัน รวมถึงศึกษาคลื่นวิทยุคลื่นยาวในระดับเซนติเมตรจนถึงหลายเมตร ตั้งแต่คลื่นจาก AGN ที่อยู่ไกลออกไปมากจนถึงคลื่นที่เหลืออยู่จากเอกภพยุคแรกๆ กล้องที่มีชื่อเสียง ได้แก่

•  Very Large Array (VLA) ในรัฐนิวเม็กซิโก สหรัฐอเมริกา
•  Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ตั้งอยู่บนเทือกเขาแอนดีส ประเทศชิลี
•  Very Large Baseline Interferometer (VLBI) เป็นเครือข่ายระหว่างกล้องวิทยุหลักๆ ทั่วโลก ทำหน้าที่เหมือนเป็น “จานรับสัญญาณ” ขนาดเท่าโลก ไว้คอยรับสัญญาณคลื่นวิทยุที่ความยาวคลื่นยาวมากๆ

เครือข่ายของกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่เป็นส่วนหนึ่งของ VLBI (ภาพจาก NSF/HartRAO)

    ในส่วนของประเทศไทยก็ไม่ยอมน้อยหน้า เพราะสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติหรือ NARIT ของเรา ก็มีแผนจะสร้างกล้องโทรทรรศน์วิทยุแบบจานเดี่ยวขนาด 40 เมตร และแบบเสาอากาศขนาด 13 เมตรขึ้นที่ จ.เชียงใหม่ด้วยเช่นกัน ซึ่งจะถือเป็นกล้องวิทยุตัวแรกในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ด้วย หากกล้องตัวนี้สร้างเสร็จ วงการดาราศาสตร์วิทยุของไทยจะต้องก้าวไกลไม่น้อยไปกว่าประเทศอื่นๆ แน่นอน

เนื้อหาจาก

https://soscity.co/news/physics/fast-radio-burst

http://www.narit.or.th/index.php/pr-news/2633-asean-radio-astronomy

http://jingro.com/th/science-and-technology/chinas-worlds-largest-radio-telescope-begins-testing/

ภาพจาก

https://soscity.co/news/physics/fast-radio-burst

http://msutomblogger.blogspot.com/2013/08/blog-post.html

http://jingro.com/th/science-and-technology/chinas-worlds-largest-radio-telescope-begins-testing/