23 มิถุนายน 2025 ถือว่าเป็นอีกวันสำคัญวันหนึ่งเมื่อ National Science Foundation ได้เผยภาพแรกจากกล้อง Large Synoptic Suervay Telescope บน Vera C. Rubin Observatory ซึ่งนับว่าเป็นหอสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ที่ใช้ระบบกล้องที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยได้มีการจัดงานถ่ายทอดสดใน First Images from NSF–DOE Vera C. Rubin Observatory
Vera C. Rubin Observatory เป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่ตั้งอยู่บนยอดเขา Cerro Pachón ประเทศชิลี เป็นโครงการร่วมระหว่าง National Science Foundation หรือ NSF และ Department of Energy กระทรวงพลังงานของสหรัฐฯ โดยมีเป้าหมายสำคัญคือการสร้างแบบสำรวจท้องฟ้าที่ละเอียดและต่อเนื่องที่สุดในประวัติศาสตร์ดาราศาสตร์ ลองนึกภาพว่าจะดีแค่ไหนถ้าเรามีมีกล้องที่ไม่ใช่แค่ถ่ายภาพได้คมชัด แต่สามารถถ่ายได้ทั้งท้องฟ้าทั้งผืน ทุกสองสามวัน ซ้ำไปซ้ำมา เป็นเวลา 10 ปี โดยที่ภาพแต่ละภาพมีรายละเอียดมากพอจะเห็นดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ไกลแสนไกล หรือแม้แต่กาแล็กซีที่กำลังจะรวมตัวกันในระยะเวลานับพันล้านปี ผ่านโครงการ Legacy Survey of Space and Time หรือ LSST
ที่มาของชื่อ Vera C. Rubin คือหนึ่งในนักดาราศาสตร์หญิงผู้ทรงอิทธิพลที่สุดในศตวรรษที่ 20 เธอเป็นผู้บุกเบิกการศึกษาการหมุนของดาราจักร (Galaxy Rotation Curves) และเป็นคนแรก ๆ ที่พบหลักฐานเชิงสังเกตว่าดาราจักรหมุนเร็วกว่าที่ควรจะเป็น หากมีแต่มวลของดาวที่เรามองเห็นอยู่เท่านั้น ซึ่งกลายเป็นหนึ่งในหลักฐานสำคัญที่นำไปสู่แนวคิดเรื่อง “สสารมืด” (Dark matter) ที่ยังคงเป็นปริศนาของจักรวาลมาจนถึงทุกวันนี้
จุดเด่นที่สุดของ LSST คือกล้องถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูงถึง 3.2 กิกะพิกเซล ซึ่งถือเป็นกล้องดิจิทัลสำหรับงานดาราศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา ขนาดของกล้องใหญ่มากจนถ้าจะเปรียบเทียบให้เห็นภาพ ก็คือเทียบได้กับขนาดของรถ SUV ทั้งคันด้านในบรรทุกชิปเซนเซอร์และเลนส์กระจกขนาดยักษ์
ตัวกล้องติดตั้งอยู่บนกระจกปฐมภูมิขนาด 8.4 เมตร โดยระบบ Optical เป็นแบบ Three-Mirror Anastigmat ซึ่งช่วยลดความผิดเพี้ยนของภาพในขอบเขตมุมกว้าง ทำให้สามารถถ่ายภาพท้องฟ้าได้กว้างถึง 3.5 องศา หรือประมาณ 7 เท่าของดวงจันทร์เต็มดวงบนท้องฟ้า และทุก ๆ ภาพที่ได้จะมีรายละเอียดมากพอให้เห็นวัตถุท้องฟ้าที่อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสง
จุดเด่นของมันคือการเก็บภาพมุมกว้างอย่างต่อเนื่อง
เป้าหมายของโครงการ Legacy Survey of Space and Time สังเกตการณ์อย่างครอบคลุมและต่อเนื่อง ซึ่งคือหัวใจของภารกิจนี้ กล้องนี้ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อถ่ายภาพครั้งเดียวจบ แต่เพื่อถ่ายภาพซ้ำพื้นที่เดิมทุก 2-3 คืน ตลอดระยะเวลา 10 ปี ซึ่งจะทำให้เราได้ “Timelapse” ของทั้งจักรวาล สิ่งนี้ทำให้ LSST แตกต่างจากกล้องเช่น Hubble หรือแม้แต่ JWST ที่มุ่งเน้นการถ่ายภาพเชิงลึกของพื้นที่เล็ก ๆ บนท้องฟ้า LSST เลือกจะถ่ายภาพในมุมกว้าง ครอบคลุมวัตถุท้องฟ้าหลายพันล้านดวงในแต่ละคืน แล้วสะสมภาพเหล่านั้นไว้เป็นข้อมูลที่สามารถนำไปศึกษาปรากฏการณ์เชิงเวลา เช่น ซูเปอร์โนวา การเคลื่อนที่ของวัตถุในระบบสุริยะ หรือแม้แต่การตรวจจับวัตถุที่อาจเป็นภัยต่อโลกอย่างดาวเคราะห์น้อย
ในแต่ละคืน LSST จะสร้างข้อมูลหลายล้าน Gigabyte หรือเทียบเท่าภาพถ่ายระดับ 4K หลายแสนภาพ และภายใน 60 วินาทีหลังจากที่ภาพถ่ายเสร็จ ระบบจะสามารถแจ้งเตือนไปยังนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกหากพบการเปลี่ยนแปลง เช่น มีแสงวาบใหม่ในท้องฟ้า หรือดาวดวงหนึ่งมีการเคลื่อนตัวผิดปกติ
กระจกใหญ่ไม่พอแต่ต้องมีเซนเซอร์ที่ดี
ในการสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่มองเห็นจักรวาลได้ดีขึ้น คำถามสำคัญไม่ได้มีแค่ว่า “กระจกใหญ่แค่ไหน” หรือ “กล้องละเอียดแค่ไหน” แต่คือการประสานกันของทั้งสองสิ่ง กระจกใหญ่ช่วยให้เก็บแสงได้มากขึ้น (Light-Gathering Power) ซึ่งเปรียบได้กับการมีถังน้ำที่ใหญ่ขึ้นสำหรับเก็บแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลหรือจาง ส่วนเซนเซอร์ที่ดีคือการมีระบบกรอกน้ำที่ไวและไม่รั่ว คือรับแสงได้เร็ว ละเอียด และ Noise ต่ำพอจะไม่ทำให้น้ำปนเปื้อนภาพที่ได้
ในกรณีของ LSST กระจกขนาด 8.4 เมตร (ซึ่งนับว่าใหญ่ระดับท็อปของโลก) ถูกออกแบบให้รวมแสงจากบริเวณท้องฟ้ากว้างถึง 3.5 องศา ส่งต่อมายังเซนเซอร์ขนาด 3.2 กิกะพิกเซล ซึ่งประกอบด้วย CCD กว่า 189 ชิ้นเรียงกันแบบไม่มีรอยต่อ เหมือนตาข่ายขนาดยักษ์ที่ละเอียดพอจะนับเม็ดฝนจากก้อนเมฆคนละฟ้าได้ในเฟรมเดียว เมื่อสองอย่างทำงานร่วมกันอย่างไร้รอยต่อ จึงทำให้ LSST กลายเป็น “กล้องที่ทั้งมองได้ลึกและกว้างในเวลาเดียวกัน” ซึ่งไม่ใช่เรื่องปกติในกล้องโทรทรรศน์ที่ผ่าน ๆ มา เพราะส่วนใหญ่มักต้องเลือกว่าจะ “เห็นไกลแต่อย่างเดียว” หรือ “เห็นกว้างแต่ไม่ลึก” แต่ LSST ทำได้ทั้งคู่ และทำซ้ำได้ทุก 2-3 คืนด้วย
ความท้าทายด้านวิศวกรรม
เบื้องหลังของ LSST เต็มไปด้วยนวัตกรรมทางวิศวกรรมระดับสุดขั้วที่ผลักขีดจำกัดของสิ่งที่เคยเป็นไปได้ในวงการดาราศาสตร์ เริ่มจากกระจกหลักที่ใช้คือกระจกขนาด 8.4 เมตรที่ “หล่อขึ้นมาชิ้นเดียว” โดย University of Arizona Mirror Lab ซึ่งนับเป็นหนึ่งในกระจกที่ซับซ้อนที่สุดที่มนุษย์เคยสร้าง เพราะมันไม่ใช่กระจกเรียบแบนแบบทั่ว ๆ ไป แต่เป็น “กระจกสองชั้นในแผ่นเดียว” โดยมีทั้งกระจกปฐมภูมิ หรือ Primary Mirror) และกระจกปฐมภูมิเสริม Tertiary Mirror อยู่ในจานกระจกเดียวกันเพื่อประหยัดพื้นที่และลดความซับซ้อนในการจัดแนวลำแสง ซึ่งถ้าคิดในเชิงระบบ optical มันคือการบีบระบบโฟกัสสามชั้นลงมาให้เล็กพอจะหมุนได้ในระดับเสี้ยวองศา งานนี้ทั้งวัสดุ เทคนิคการหล่อ และเครื่องจักรต้องออกแบบเฉพาะเพื่อสิ่งนี้เท่านั้น
ในส่วนของกล้องถ่ายภาพ LSST ซึ่งมีความละเอียด 3.2 กิกะพิกเซลนั้น ก็ต้องใช้นวัตกรรมการควบคุมอุณหภูมิที่ประณีตพอ ๆ กับระบบในกล้องถ่ายภาพอวกาศ เพราะ CCD กว่า 189 ตัวต้องทำงานในอุณหภูมิ -100 องศาเซลเซียส เพื่อให้ Noise ต่ำที่สุด ความท้าทายคือ กล้องนี้ไม่อยู่ในอวกาศที่เย็นจัด แต่ตั้งอยู่บนโลกซึ่งมีลม ฝุ่น ความชื้น และอุณหภูมิผันผวนตลอดเวลา จึงต้องใช้ระบบ Cryogenic Cooling ที่ควบคุมอุณหภูมิในระดับจุดทศนิยม และทำงานได้ต่อเนื่องเป็นปีโดยไม่ต้องหยุดซ่อม ซึ่งทีมวิศวกร SLAC หรือ Stanford Linear Accelerator Center ต้องออกแบบทั้งระบบ Vacuum Seal รอบกล้อง ระบบฉนวนกันความร้อน และวงจรไฟฟ้าภายในให้ทำงานได้โดยไม่กระทบกับคุณภาพของภาพเลยแม้แต่น้อย
ด้านการก่อสร้างหอดูดาวเองก็ไม่แพ้กัน Cerro Pachón ไม่ใช่สถานที่ที่ขับรถขึ้นไปง่าย ๆ แต่เป็นภูเขาแถบ Andes ที่ลมแรง และแผ่นดินไหวเกิดได้ตลอดเวลา ทีมก่อสร้างต้องปรับพื้นที่อย่างแม่นยำระดับมิลลิเมตรเพื่อให้กล้องหมุนได้ในทุกองศาโดยไม่มีแรงกระตุก นอกจากนี้ โดมของหอดูดาวก็ต้องออกแบบให้หมุนได้รวดเร็วพอ ๆ กับตัวกล้อง โดยที่สามารถเปิด-ปิดได้ภายในไม่กี่วินาทีเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนเป้าหมายของการถ่ายภาพ และต้องกันฝุ่นชิลีที่ขึ้นชื่อเรื่อง “ละเอียดระดับทำให้เซ็นเซอร์พังได้” อีกด้วย
เป้าหมายทางวิทยาศาสตร์คือการสร้างการค้นพบที่เรายังไม่รู้
เป้าหมายทางวิทยาศาสตร์ของ LSST ไม่ใช่การตอบคำถามเดียวจบเหมือนกล้องบางตัว แต่คือการเปิดฐานข้อมูลที่กว้างและลึกพอให้เราตั้งคำถามใหม่ ๆ ได้อีกนับไม่ถ้วน ในแผนแม่บทของโครงการได้วางไว้ชัดเจนว่า LSST จะมุ่งเน้นการสำรวจใน 4 แกนหลัก โครงสร้างและวิวัฒนาการของเอกภพ, สำรวจระบบสุริยะและดาวเคราะห์น้อย, วัตถุแปรผันและการเปลี่ยนแปลงชั่วขณะ และแผนที่ทางดาราจักรและโครงสร้างขนาดใหญ่ ซึ่งทั้งหมดนี้เชื่อมโยงกับคำถามพื้นฐานที่มนุษย์มีต่อจักรวาล เช่น จักรวาลขยายตัวเร็วขึ้นเพราะอะไร พลังงานมืดมีอยู่จริงหรือเป็นแค่ภาพลวง หรือแม้แต่ “มีอะไรในระบบสุริยะที่เรายังไม่เคยเห็นอีกบ้าง”
หนึ่งในความหวังสำคัญคือ การใช้ LSST ตรวจจับวัตถุใกล้โลกหรือ Near Earth Object ที่อาจเป็นอันตรายต่อโลกในอนาคต ด้วยความถี่ในการถ่ายภาพและการเปรียบเทียบภาพแบบ Real-time ทำให้สามารถตรวจพบวัตถุขนาดเล็กระดับไม่กี่ร้อยเมตรที่เคลื่อนตัวผ่านระบบสุริยะได้เร็วและแม่นยำยิ่งขึ้น อีกด้านหนึ่ง กล้องนี้จะช่วยให้เราศึกษาการเกิด Supernova นับล้านดวงในช่วง 10 ปี และเข้าใจกลไกการตายของดาวฤกษ์ในช่วงเวลาจริงมากกว่าที่เคยทำได้ ในขณะเดียวกัน มันก็ช่วยสร้างแผนที่การกระจายตัวของดาราจักรหลายพันล้านแห่ง เพื่อวัดค่าพารามิเตอร์พื้นฐานของจักรวาล เช่น ค่าคงที่ฮับเบิล หรือค่า Equation of State ของ Dark Energy
พูดง่าย ๆ คือ ถ้า James Webb คือกล้องที่ช่วยให้เรา “มองชัดในระยะไกล” LSST คือกล้องที่ช่วยให้เรา “เห็นความเปลี่ยนแปลงทั้งหมดในจักรวาล” ไม่ว่าจะเป็นความสว่างของดาวที่หรี่ลงในชั่วคืน การชนของดาวเคราะห์น้อย หรือการบิดเบี้ยวของแสงจาก Gravitational Lens ที่เผยให้เห็นมวลของสสารมืดเบื้องหลัง ซึ่งแต่ละอย่างล้วนเป็นเบาะแสที่อาจเปลี่ยนตำราฟิสิกส์ที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
