กล้องโทรทรรศน์อวกาศทรงพลังรุ่นใหม่ของนาซา อาจพลิกโฉมความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลใหม่ทั้งหมด

กล้องโทรทรรศน์อวกาศแนนซี เกรซ โรมัน (Nancy Grace Roman Space Telescope) ขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติหรือนาซา (NASA) มีกำหนดปล่อยขึ้นสู่อวกาศจากศูนย์อวกาศเคนเนดีในรัฐฟลอริดา สหรัฐฯ ในวันที่ 30 ส.ค. นี้

กล้องโทรทรรศน์ตัวนี้ตั้งชื่อจากผู้บริหารหญิงคนแรกขององค์การนาซาซึ่งต่อมาได้เป็นหัวหน้านักดาราศาสตร์คนแรกของนาซา นักวิทยาศาสตร์หวังว่ากล้องโทรทรรศน์ตัวนี้จะช่วยค้นพบดาวเคราะห์ดวงใหม่ เปิดเผยวิวัฒนาการของจักรวาล และช่วยไขคำตอบให้กับคำถามพื้นฐานทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ รวมถึงเรื่องสสารมืดและพลังงานมืด

"เราจะดำเนินการสำรวจดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ดวงอื่นครั้งใหญ่ที่สุด" ดร.จูลี แม็กเอเนอรี นักวิทยาศาสตร์อาวุโสของโครงการกล่าวกับบีบีซี

"และ... เราจะศึกษาทุกสิ่งทุกอย่างในจักรวาล ทั้งกาแล็กซีและดวงดาวทั้งหมด รวมไปถึงวัตถุแปลกประหลาดต่าง ๆ ด้วยเครื่องมืออันยอดเยี่ยมที่เรามีอยู่บนกล้องโรมัน"

ราวกับโทรทัศน์ 5 แสนเครื่อง

แทนที่จะซูมเข้าไปยังวัตถุแต่ละชิ้นเหมือนกับการทำงานของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและเจมส์ เว็บบ์ กล้องโรมันจะสแกนท้องฟ้าเป็นวงกว้างเพื่อสำรวจประชากรที่มีอยู่อย่างมหาศาลของกาแล็กซีต่าง ๆ รวมทั้งดาวฤกษ์ และดาวเคราะห์

"มันทำให้เราได้มุมมองแบบฮับเบิล แต่เป็นภาพมุมกว้างแบบพาโนรามา" ดร.โนเอเลีย โนเอล นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเซอร์รีย์ในสหราชอาณาจักรกล่าว และเสริมว่ามันสามารถมองเห็นท้องฟ้าได้ "มากขึ้นอย่างน้อย 100 เท่าในการมองเพียงครั้งเดียว"

กระจกปฐมภูมิ (primary mirror) ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมันที่มีขนาด 2.4 เมตรมีที่มาที่ไม่ธรรมดา กระจกดังกล่าวได้รับบริจาคมาในปี 2012 จากสำนักงานลาดตระเวนแห่งชาติ (National Reconnaissance Office) ซึ่งเป็นหน่วยงานของสหรัฐฯ ที่รับผิดชอบดาวเทียมสอดแนมของประเทศ

"ฉันคิดว่ามันน่าทึ่งมาก เทคโนโลยีที่เดิมทีมันถูกพัฒนาขึ้นเพื่อมองลงมายังโลกได้ถูกเปลี่ยนให้เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่สามารถมองลึกเข้าไปในจักรวาลได้ไกลหลายพันล้านปีแสง" ดร.โนเอลกล่าว

ด้าน ดร.แม็กเอเนอรี จาก ม.เซอร์รีย์ บอกว่ากระจกดังกล่าวต้องได้รับการดัดแปลงครั้งใหญ่เพื่อให้เหมาะกับวัตถุประสงค์ใหม่ แต่การบริจาคครั้งนี้ทำให้นาซาสามารถใช้กระจกที่มีขนาดใหญ่กว่าที่วางแผนไว้แต่เดิมได้มาก ซึ่ง "ทำให้สามารถมองเห็นวัตถุที่มีแสงสลัวกว่า" และ "ให้ภาพที่คมชัดยิ่งขึ้น"

หัวใจสำคัญของกล้องโทรทรรศน์โรมันคือ กล้องอินฟราเรดความละเอียด 300 ล้านพิกเซลอันทรงพลัง ซึ่งมีชื่อว่า ไวด์ ฟีลด์ อินสทรูเมนต์ (Wide Field Instrument) ที่ทำหน้าที่บันทึกภาพขนาดมหึมา

ดร.แม็กเอเนอรีบอกว่าในเวลาเพียงหนึ่งเดือน กล้องโทรทรรศน์นี้สามารถค้นพบดาวฤกษ์ในกาแล็กซีของเรามากกว่า 20,000 ล้านดวง "ซึ่งจะทำให้มันเป็นแค็ตตาล็อกวัตถุทางดาราศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา" และภารกิจของมันจะดำเนินต่อไปนานเกินกว่าหนึ่งเดือน

นอกจากนี้ ยังคาดว่ากล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวจะค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงใหม่ ๆ ที่โคจรรอบดาวฤกษ์เหล่านี้ด้วย

"ปัจจุบันเรารู้จักดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงอื่นเพียงแค่กว่า 6,000 ดวง แต่เรากำลังจะค้นพบเพิ่มขึ้นอีกจนทะลุกว่า 1 แสนดวง" เธอคาดการณ์

ในการสำรวจครั้งใหญ่ที่สุดของภารกิจครั้งนี้ กล้องโทรทรรศน์โรมันจะทำงานครอบคลุมท้องฟ้าราว 12% ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งปีครึ่ง โดยหากนำภาพทั้งหมดมาแสดงผลจะต้องใช้โทรทัศน์ความละเอียด 4K มากกว่า 5 แสนเครื่อง

อย่างไรก็ดี กล้องโทรทรรศน์โรมันถูกออกแบบมาเพื่อทำงานร่วมกับกล้องรุ่นก่อนหน้า ไม่ใช่เพื่อเข้ามาแทนที่

"เจมส์ เว็บบ์ มองได้ลึกกว่า แต่ครอบคลุมพื้นที่เล็กกว่า" ดร.โนเอลกล่าว "หากกล้องโรมันค้นพบบางสิ่งที่น่าสนใจมาก ๆ ก็สามารถหันเจมส์ เว็บบ์ไปยังทิศทางนั้น และศึกษาวัตถุดังกล่าวหรือบริเวณท้องฟ้าส่วนนั้นได้อย่างละเอียดมากขึ้น"

ด้านมืดของจักรวาล

นอกเหนือจากดาวฤกษ์และดาวเคราะห์แล้ว กล้องโทรทรรศน์โรมันจะสำรวจกาแล็กซีอีกนับร้อยล้านแห่ง ซึ่ง ดร.แม็กเอเนอรี กล่าวว่าจะช่วย "บอกเราถึงธรรมชาติพื้นฐานของจักรวาลของเราเอง"

สิ่งนี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์คลี่คลายปริศนาที่ยิ่งใหญ่ที่สุด 2 ประการของดาราศาสตร์ยุคใหม่ ได้แก่ สสารมืดและพลังงานมืด

ตามข้อมูลของนาซา สสารมืดเป็นเสมือนกาวที่มองไม่เห็นซึ่งยึดเหนี่ยวจักรวาลเข้าด้วยกัน และคิดเป็นราว 27% ของจักรวาลทั้งหมด

เราทราบว่าสสารมืดมีอยู่ เพราะนักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงจากมันได้ ซึ่งทำให้แสงจากกาแล็กซีที่อยู่ด้านหลังโค้งงอ ส่งผลให้รูปร่างของกาแล็กซีเหล่านั้นบิดเบี้ยวไป

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "เลนส์ความโน้มถ่วงแบบอ่อน" (weak gravitational lensing) และสามารถใช้ทำแผนที่การกระจายตัวของสสารมืดย้อนกลับไปในอดีตได้ เนื่องจากแสงต้องใช้เวลาเดินทางจากกาแล็กซีอันไกลโพ้นเพื่อมาถึงเรา

นักวิทยาศาสตร์หวังว่าแผนที่สามมิตินี้จะช่วยให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่า กาแล็กซีและโครงสร้างอื่น ๆ มีวิวัฒนาการอย่างไรนับตั้งแต่บิ๊กแบง (Big Bang) และแท้จริงแล้วสสารมืดประกอบขึ้นจากอะไร

ดร.แม็กเอเนอรี กล่าวอีกว่าในขณะเดียวกันพลังงานมืดมีสัดส่วนมากถึง 70% ของจักรวาล และ "มีแนวโน้มผลักสิ่งต่าง ๆ ให้ออกจากกัน" โดยเชื่อกันว่ามันทำหน้าที่ต้านแรงโน้มถ่วงและทำให้จักรวาลขยายตัวด้วยอัตราเร่ง

ทว่าการสังเกตการณ์บางอย่างในช่วงไม่นานมานี้ซึ่งเป็นที่ถกเถียงกัน ได้ทำให้เกิดคำถามว่าพลังงานมืดมีค่าคงที่หรือไม่ เรื่องนี้อาจส่งผลต่อชะตากรรมของจักรวาลในท้ายที่สุด ตัวอย่างเช่น หากมันอ่อนกำลังลงเมื่อเวลาผ่านไป แรงโน้มถ่วงกลายเป็นแรงที่มีอิทธิพลมากกว่าและทำให้ทุกสิ่งยุบตัวเข้าหากัน

"กล้องโรมันกำลังจะมาถึงในช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นอย่างยิ่ง" ดร.โนเอลกล่าว เพราะมันจะให้ข้อมูลการวัดที่แม่นยำมากขึ้น ซึ่งอาจช่วยคลี่คลายข้อถกเถียงเหล่านี้ได้

หนึ่งในการวัดของกล้องโทรทรรศน์โรมันจะมุ่งเน้นไปที่ดาวระเบิดที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวาประเภทไอเอ (Type Ia supernovas) ซึ่ง ดร.แม็กเอเนอรี กล่าวว่าจะระเบิดด้วยความสว่างระดับเดียวกันเสมอ

"หากเราสามารถวัดได้ว่ามันดูสว่างมากน้อยเพียงใด เราก็จะสามารถระบุได้อย่างแม่นยำว่าวัตถุนั้นอยู่ห่างออกไปเท่าใด และสามารถใช้ข้อมูลดังกล่าววัดประวัติการขยายตัวของจักรวาลได้" เธออธิบาย

"เรามีแบบจำลองการทำงานของจักรวาลที่ดีมากอยู่แบบหนึ่ง... แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมื่อเราได้ข้อมูลการวัดที่แม่นยำมากขึ้นเรื่อย ๆ ก็ยิ่งชัดเจนขึ้นว่าแบบจำลองนั้นอาจไม่ถูกต้องเสียทีเดียว"

ดร.แม็กเอเนอรีคาดการณ์ว่ากล้องโทรทรรศน์โรมันอาจเริ่มช่วยให้เราเข้าใจคำถามพื้นฐานเหล่านี้ได้มากขึ้นภายในเวลาเพียง 2 ปีนับจากนี้

"มารดาแห่งฮับเบิล" (Mother of Hubble)

ดร.โนเอลเชื่อว่าเป็นเรื่องที่ "เหมาะสมอย่างยิ่ง" ที่กล้องโทรทรรศน์ทรงพลังรุ่นใหม่นี้ได้รับการตั้งชื่อตาม ดร.แนนซี เกรซ โรมัน

เธอเกิดในรัฐเทนเนสซีเมื่อปี 1925 และเริ่มสนใจดาราศาสตร์ตั้งแต่อายุยังน้อย แต่เธอต้องเผชิญอุปสรรคซ้ำแล้วซ้ำเล่าเพราะเพศสภาพของเธอ ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก เป็นที่ชัดเจนว่าเธอไม่น่าจะได้รับตำแหน่งถาวรในคณาจารย์ และเธอจึงลาออก

"มีคนจำนวนมากบอกฉันว่าผู้หญิงไม่สามารถเป็นนักดาราศาสตร์ได้" โรมันเคยกล่าวในปี 2016 "ฉันดีใจที่ไม่เชื่อพวกเขา"

ในที่สุดเธอก็สมัครเข้าทำงานกับนาซาในช่วงที่นาซาเริ่มก่อตั้งในทศวรรษ 1950 และมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการผลักดันกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล จนมันกลายเป็นความจริงขึ้นมาได้ และเธอได้รับฉายาว่า "มารดาแห่งฮับเบิล" (Mother of Hubble)

"ฉันคิดว่าหลายภารกิจที่ทะเยอทะยานที่สุดของนาซาอาจจะไม่เกิดขึ้น หากปราศจากวิสัยทัศน์ของเธอเมื่อหลายทศวรรษก่อน" ดร.แม็กเอเนอรีกล่าว

สำหรับ ดร.โนเอล การตั้งชื่อกล้องโทรทรรศน์ด้วยชื่อของโรมัน เป็นการเชื่อมโยงภารกิจนี้เข้ากับประวัติศาสตร์อันยาวนานของผู้หญิงซึ่งผลงานของพวกเธอมีส่วนช่วยกำหนดทิศทางของดาราศาสตร์สมัยใหม่

เธอยกตัวอย่างบรรดาสตรีที่ทำงานอยู่ที่หอดูดาวฮาร์วาร์ดในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 รวมถึงเฮนเรียตตา ลีวิตต์ ซึ่งผลงานด้านการศึกษาดาวฤกษ์ของเธอได้วางรากฐานสำหรับวิธีการใหม่ในการวัดระยะทางในอวกาศ

"ฉันคิดว่านี่เป็นเรื่องที่ลงตัวอย่างงดงาม" ดร.โนเอลกล่าว "ตอนนี้เรากำลังให้เกียรติแก่ผู้หญิงคนหนึ่งที่เดินตามรอยเท้าของเฮนเรียตตา ลีวิตต์ ในแบบที่เธอสมควรได้รับ"