ดาวเทียมคู่รวมกันเป็นกล้องโทรทรรศน์ กล้องโทรทรรอวกาศที่ยาวที่สุดของโลก

0000000

ดวงอาทิตย์เป็นวัตถุที่สว่างที่สุดในระบบสุริยะของเรา แต่เรากลับมองไม่เห็นส่วนหนึ่งที่สำคัญของมัน นั่นคือบรรยากาศที่ชั้นนอกหรือคอโรนาที่ถูกแสงจ้ากลบไปสิ้น เปลือกเมฆก๊าซอันร้อนแรงที่ห่อหุ้มดวงอาทิตย์ แผ่ขยายออกไปหลายล้านกิโลเมตรในอวกาศ ต้องให้ดวงจันทร์ผ่านหน้าดวงอาทิตย์เวลาเกิดสุริยุปราคาเท่านั้น คอโรนาจึงจะปรากฏให้ตาเปล่าเห็นได้ แต่บัดนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังวางแผนจะเลียนแบบดวงจันทร์

ในปี 2018 องค์การอวกาศยุโรป (ESA) จะส่งขึ้นภารกิจดาวเทียมโพรบา-3 ประกอบด้วยดาวเทียม 2 ดวง โดยวางแผนที่จะใช้ดาวเทียมดวงหนึ่งบังแสงอาทิตย์ ส่วนอีกดวงหนึ่งให้ศึกษาคอโรนาโดยละเอียดแบบไม่เคยมีมาก่อน แต่งานนี้จะทำได้นั้นต้องอาศัยเทคโนโลยีควบคุมที่ซับซ้อนสำหรับเรียงดาวเทียมทั้งสองกับดวงอาทิตย์ให้เป็นแนวเดียว

ความท้าทายทางด้านเทคโนโลยีนั้นยิ่งใหญ่แต่ผลลัพธ์ที่ได้ก็มหาศาลนัก การใช้ดาวเทียม 2 ดวงเสมือนกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่ จะทำให้เราเห็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะอื่นได้อย่างละเอียดมากขึ้นเป็นครั้งแรก เท่ากับเพิ่มเครื่องมืออันทรงประสิทธิภาพในการค้นหาชีวิตในอวกาศให้นักวิทยาศาสตร์

แสงเบี่ยงเบนกวนกล้องโทรทรรศน์

นักวิทยาศาสตร์ฝันถึงกล้องโทรทรรศน์เสมือน ที่เกิดจากการบินเป็นขบวนมานานหลายปี หลักการ พื้นฐานปรับปรุงขึ้นจากวิธีที่กล้องคอโรนากราฟใช้สังเกตคอโรนาของดวงอาทิตย์นั่นเอง

กล้องโทรทรรศน์ประเภทนี้มีแผ่นกลมติดตั้งอยู่ภายในสำหรับบังดวงอาทิตย์หรือดาวดวงอื่น เพื่อให้แสงจากคอโรนาส่องไปถึงโฟโตเซลล์ที่ท้ายกล้องโทรทรรศน์ แต่เนื่องจากปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนซึ่งบิดแนวคลื่นแสงที่ตกกระทบวัตถุ แสงจ้าจึงผ่านเข้าไปมาก การแก้ด้วยการตั้งเซลล์รับแสงใกล้จานกลมก็กลับจะทำให้สังเกตคอโรนาได้ยาก

ทางแก้ไขก็คือ ให้วางจานกลมห่างจากกล้องโทรทรรศน์เพื่อจำกัดแสงอาทิตย์ที่เลี้ยวเบนเข้ามารบกวนแสงคอโรนาที่โฟโตเซลล์ ในทางปฏิบัติการส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ยาวมากไม่อาจเป็นไปได้ ดังนั้น ESA จึงแบ่งกล้องเป็นดาวเทียม 2 ดวง

การบินแบบเที่ยงตรงด้วยดาวเทียม 2 ดวง ได้รับการทดสอบในอีกภารกิจหนึ่งในปีนี้ เมื่อองค์การ นาซ่าส่งขึ้นดาวเทียมรูปลูกบาศก์ขนาดเล็กชื่อทอม กับเจอร์รี ซึ่งหนักเพียง 2.7 กับ 1 กิโลกรัมเท่านั้น

ดาวเทียมทั้งคู่จะอยู่ในภารกิจแคนีวัล-เอ็กซ์ (CANYVAL-X) ซึ่งจะโคจรรอบโลก 2 ปี ติดตั้ง เทคโนโลยีบังคับทิศทางล่าสุดที่ใช้ไอพ่นจิ๋วฉีดก๊าซ มีประจุด้วยแรงกระตุ้นไฟฟ้าอ่อนๆ ซึ่งจะทำให้ดาวเทียมเคลื่อนที่ได้ เครื่องสามารถผลักดาวเทียมได้แม่นถึงครั้งละ 2 ไมโครนิวตัน (1 ไมโครนิวตัน เท่ากับผลของความโน้มถ่วงบนตัวยุงที่พื้นผิวโลก) ด้วยวิธีนี้ดาวเทียมทั้งคู่จะรักษาแนวเล็งไปทางดวงอาทิตย์โดยห่างกัน 10 เมตรตลอดเวลา

คลาดได้เพียงเท่าเส้นผม

ภารกิจแคนีวัล-เอ็กซ์ จะสาธิตเพียงแค่การควบคุมดาวเทียมคู่อย่างแม่นยำ ไม่ได้ทำงานสังเกตการณ์ ซึ่งจะไม่เกิดขึ้นจนกว่า ESA จะส่งขึ้นดาวเทียมโพรบา-3 ซึ่งใหญ่กว่ามากในปี 2018

ดาวเทียมบังซึ่งมีน้ำหนัก 190 กิโลกรัม จะคอยบังแดดที่ส่องตรง ส่วนดาวเทียมสังเกตการณ์ที่หนัก 320 กิโลกรัม จะวัดค่าเชิงวิทยาศาสตร์ของคอโรนา ดวงอาทิตย์ ดาวเทียมทั้งคู่จะโคจรรอบโลกอย่างน้อย 167 รอบ รวมเวลาสังเกตการณ์ไม่น้อยกว่า 1,000 ชั่วโมง วงโคจรจะเป็นวงรี จุดใกล้โลกที่สุดอยู่ที่ 600 กิโลเมตร และไกลที่สุดที่ 6 หมื่นกิโลเมตร

การจัดรูปขบวนนี้จะเกิดขึ้นวันละ 12 ชั่วโมง ขณะที่พวกมันอยู่ห่างจากโลกที่สุด เนื่องจากเวลาอยู่ใกล้โลกที่สุด แรงโน้มถ่วงของโลกจะไปรบกวนกลไกการควบคุมมากจนจัดขบวนอย่างแม่นยำไม่ได้ ไม่นับบางครั้งที่โลกจะบังดวงอาทิตย์อีกต่างหาก เมื่ออยู่ใกล้โลกดาวเทียมจะเก็บข้อมูลและภาพสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในโลกแทน

ดาวเทียมจะปรับตำแหน่งและระยะห่างด้วย ความผิดพลาดไม่เกินขนาดเส้นผม แม้ระยะห่างจากกันจะไกลได้ถึง 250 เมตร หรือ 25 เท่าของระยะห่างของดาวเทียมภารกิจแคนีวัล-เอ็กซ์

ดาวเทียมโพรบา-3 ช่วยให้เราสังเกตคอโรนาดวงอาทิตย์ได้ใกล้ชิดมากขึ้น และอาจเปิดเผยถึง สาเหตุของการปะทุบนดวงอาทิตย์ที่ส่งอนุภาคมีประจุไปไกลในอวกาศ ทั้งยังจะช่วยค้นหาคำตอบว่าทำไมพลาสมาในคอโรนาจึงร้อนได้ถึง 1 ล้านองศาเซลเซียส ในขณะที่พื้นผิวดวงอาทิตย์ยังร้อน "เพียง" 6,000 องศาเซลเซียสเท่านั้น

ศึกษาดาวเคราะห์ต่างระบบได้โดยตรง

คอโรนาดวงอาทิตย์เป็นเพียงเป้าหมายแรกของกล้องโทรทรรศน์คู่อย่างโพรบา-3 นักดาราศาสตร์ยังฝันต่อไปถึงการใช้วิธีการนี้กับดาวเคราะห์ในระบบสุริยะอื่นด้วย

เทคโนโลยีที่มีอยู่ไม่สามารถช่วยให้เราศึกษาดาวเคราะห์ได้โดยตรง ปัจจุบันดาวเคราะห์ต่างระบบที่เรารู้จักเกือบทั้งหมดพบโดยวิธีทรานสิท (Transit Method) จากการที่กล้องโทรทรรศน์จับความเข้มแสงดาวที่ลดลง ซึ่งบ่งว่ามีดาวเคราะห์เคลื่อนผ่านหน้าดาว ข้อมูลจะถูกนำไปเทียบกับผลการวิเคราะห์ความยาวคลื่นของแสงจากดาวต่างๆ และเทียบกับการขยับเล็กน้อยของดาวเหล่านั้น เนื่องจากความโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ ทั้งนี้จากการสังเกตโดยอ้อมที่ผ่านมาดังกล่าวนักวิทยาศาสตร์จึงคำนวณได้ว่าดาวเคราะห์อาจมีองค์ประกอบอะไร มีน้ำบนพื้นผิวหรือไม่ ฯลฯ แม้กระนั้นเรายังไม่เคยศึกษาดาวเคราะห์โดยตรงเลย เพราะมันถูกแสงดาวที่สว่างกว่าส่องกลบจนไม่เห็น

ถ้าการบินเป็นขบวนทำให้เราสังเกตดาวเคราะห์ต่างระบบได้โดยตรง นักดาราศาสตร์ก็จะสามารถเห็นดาวเคราะห์ที่เคยมองไม่เห็นด้วย ซึ่งได้แก่ดาวเคราะห์นอกระบบที่ไม่โคจรผ่านหน้าดาวแม่เมื่อเทียบกับมุมมองของกล้องโทรทรรศน์ ยิ่งกว่านั้นดาวเทียมจะสามารถเห็นดาวเคราะห์ที่อยู่ค่อนข้างใกล้ดาวแม่ จากที่ปัจจุบันจะพบได้เฉพาะดาวเคราะห์ต่างระบบที่ใหญ่และอยู่ห่างจากดาวแม่มากเท่านั้น

ที่ผ่านมาเหล่านักดาราศาสตร์ศึกษาสสารในบรรยากาศดาวเคราะห์โดยอ้อมด้วยการสังเกต แสงดาวที่ส่องผ่านบรรยากาศดาวเคราะห์ ดาวเทียมที่บินเป็นขบวนจะช่วยให้พวกเขาสังเกตบรรยากาศได้โดยตรง ซึ่งทำให้การยืนยันว่าพิภพเหล่านั้นมีมีเทน ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ ฯลฯ และอาจมีชีวิตอยู่หรือไม่ใกล้ความจริงมากขึ้น n