ทุกครั้งที่มนุษย์เงยหน้ามองท้องฟ้า เราไม่ได้แค่ดูดาว แต่เรากำลังเก็บข้อมูลของเอกภพเพื่อสร้าง “แผนที่จักรวาล” ที่ละเอียดขึ้นเรื่อย ๆ ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา คำว่า Sky Survey กลายเป็นเสาหลักของดาราศาสตร์สมัยใหม่ จากยุคที่เรายังต้องเล็งกล้องดูวัตถุทีละดวง สู่ยุคที่กล้องโทรทรรศน์ทั้งระบบกลายเป็นเครื่องถ่ายภาพจักรวาลแบบอัตโนมัติ
แนวคิดเหล่านี้เริ่มต้นจากโครงการอย่าง Sloan Digital Sky Survey หรือ SDSS ตั้งแต่ในช่วงปี 2000 ที่เปลี่ยนโลกด้วยการเปิดฐานข้อมูลกาแล็กซีให้คนทั้งโลกเข้าถึงได้ฟรี วางรากการศึกษาดาราศาสตร์ในแบบที่ใครก็สามารถทำได้ ก่อนจะตามมาด้วยโครงการอย่าง DES, Pan-STARRS, Euclid ยานอวกาศไขปริศนาสสารและพลังงานมืด, และล่าสุดก็คือ รู้จักกับ Rubin Observatory กล้องดิจิทัลที่ใหญ่ที่สุดในโลก ที่จะทำแผนที่มุมกว้างจักรวาลจากบนโลก แต่ท่ามกลางกระแสความร่วมมือระหว่างโลกตะวันตก จีนกลับเลือกทางที่ต่างออกไปนั่นคือ “สร้างระบบใหม่ทั้งหมด” ขึ้นมาเองตั้งแต่กล้องจนถึงระบบข้อมูล
และผลลัพธ์ของทางเลือกนั้นคือ Chinese Space Station Telescope หรือ CSST หรือชื่อจีนว่า Xuntian เขียนเป็นอักษรจีนแบบย่อได้ว่า 巡天 แปลตรงตัวว่า “Tour of Heaven” มันคือกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดกระจกหลัก 2 เมตร ที่จะโคจรในวงโคจรต่ำใกล้โลก พร้อมกับสถานีอวกาศจีน Tiangong ในลักษณะ “Co-orbit” ที่สามารถเดินทางกลับไปเทียบสถานีเพื่อซ่อมหรืออัปเกรดได้ทุกเมื่อแบบอัตโนมัติ
ในทางเทคนิค นี่ไม่ใช่แค่ Space Telescope แต่เป็น “Stage-IV Survey Telescope” ซึ่งเป็นคำที่ในวงการใช้เรียกกล้องรุ่นใหม่ที่ออกแบบมาเพื่อทำ Precision Cosmology โดยเฉพาะ เหมือน Euclid ของยุโรป หรือ Nancy Grace Roman Space Telescope ของ NASA แต่สิ่งที่ทำให้ CSST ต่างออกไปคือ “มุมมองของมันกว้างกว่า Hubble 350 เท่า” และ “ทำทุกอย่างในเครื่องเดียว” ตั้งแต่ถ่ายภาพหลายแถบสี ไปจนถึงเก็บสเปกตรัมแบบ Slitless พร้อมกันได้
การที่จีนเลือกใช้โครงสร้างแบบ Off-Axis Three-Mirror Anastigmat ทำให้กล้องนี้ไม่มีอะไรมากวนใจตรงกลาง เหมือนการตัดกระจกให้แสงผ่านโดยไม่ต้องสะท้อนจากโครงรับกระจก ผลลัพธ์คือภาพที่คมจน Point Spread Function หรือ PSF แทบไม่บิดเบือน เหมาะกับงานวัดการบิดโค้งของแสงในลักษณะ Gravitaional Weak-Lensing ที่ต้องใช้ความละเอียดระดับเศษส่วนของพิกเซลและห้ามมีอะไรมาขวางภาพ
สิ่งที่น่าตื่นเต้นและเป็นสิ่งใหม่มาก ๆ คือในเชิงสถาปัตยกรรม CSST ไม่ได้อยู่โดด ๆ มันคือส่วนหนึ่งของระบบของสถานีอวกาศ Tiangong ที่ถูกออกแบบให้ซ่อมบำรุงได้ในอวกาศ แบบเดียวกับที่ Hubble เคยทำในยุคกระสวยอวกาศ แต่ต่างกันที่ Hubble ต้องใช้มนุษย์ ส่วน Xuntian ใช้ยานยนต์อัตโนมัติและระบบ Docking ที่จีนพัฒนาเองทั้งหมด ทำให้เราสามารถโปแกรมให้มันบินกลับมาต่อกับสถานีได้เอง
ในเชิงวิศวกรรม CSST ออกแบบให้รองรับเครื่องมือถึงห้าชนิด ตั้งแต่กล้อง Survey ขนาด 2,600 ล้านพิกเซล ไปจนถึง Spectrograph ระดับเทระเฮิร์ตสำหรับศึกษาสารระหว่างดาว ในมุมหนึ่งมันเหมือน Euclid, Roman, และ Rubin รวมร่างกันในเครื่องเดียว และแนวคิดนี้เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของเรื่องทั้งหมด จากความทะเยอทะยานของประเทศที่ไม่ได้ต้องการแค่ “กล้องโทรทรรศน์ของตัวเอง” แต่ต้องการ “ระบบความรู้ของตัวเอง” เพราะในจักรวาลที่เต็มไปด้วยข้อมูล ความเป็นเจ้าของกล้องอาจไม่สำคัญเท่ากับ “ความเป็นเจ้าของข้อมูล” ที่มันผลิตออกมา และนี่คืออำนาจที่จีนกำลังจะได้ครอบครอง แค่คิดก็สนุกแล้ว
ข้อมูลทั้งหมดที่เราจะเล่าต่อจากนี้เราจะอ้างอิงจากเปเปอร์ Introduction to the Chinese Space Station Survey Telescope ที่จีนใจดีจัดทำเป็นภาษาอังกฤษให้เราได้อ่านกันได้ฟรี ๆ เรียกได้ว่าเป็นการโชว์ว่าระบบกล้อง CSST ของจีนนี้เจ๋งแค่ไหน และเราจะได้ประโยชน์อะไรจากมันบ้าง ในแบบที่อวดชาวโลกเต็ม ๆ
การออกแบบให้ถ่ายภาพมุมกว้างและแคบได้
ในโลกของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ สิ่งที่เราต้องรู้ก็คือเราไม่สามารถมีกล้องที่มอง “เห็นทุกอย่าง” ได้พร้อมกัน กล้องที่มองได้ลึก มักมองได้แคบ กล้องที่มองได้กว้าง ก็มักเสียความละเอียด นึกภาพกล้องใน iPhone ที่ต้องมีหลาย ๆ กล้องในการเก็บระยะที่แตกต่างกัน ทั้งมุมกว้างและแบบมุมแคบ และทุกโครงการในยุคที่ผ่านมากล้องโทรทรรศน์เองก็ล้วนเลือกข้างระหว่างสองสิ่งนี้ ยกเว้นจีน (ที่แม่งบ้า) โดย CSST ถูกออกแบบขึ้นจากแนวคิดตรงข้ามกับกล้องอย่าง Hubble หรือ Euclid แทนที่จะเพิ่มพลังโดยขยายกระจกให้ใหญ่ขึ้น มันเลือกจะ “เพิ่มมุมมอง” ด้วยวิธีทางออปติกและระบบควบคุมความเสถียรระดับไมโครเรเดียน เพื่อสร้างกล้องที่สามารถมองได้ทั้ง “Wide-field” และ “Deep-Field” ในเวลาเดียวกัน
กล้องโทรทรรศน์ CSST นี้ถูกออกแบบมาให้มีความยาวโฟกัส 28 เมตร ยาวกว่า Hubble เล็กน้อย แต่มี Field of View อยู่ที่ 1.72 ตารางองศา ซึ่งมากกว่า Hubble กว่า 300 เท่า และมากกว่า Euclid ราว 2 เท่า โดยตารางองศา หรือ Square Degree คือหน่วยที่ใช้วัด “ขนาดของพื้นที่บนท้องฟ้า” คล้ายกับเวลาเราวัดพื้นที่บนโลกเป็นตารางกิโลเมตรนั่นแหละ เพียงแต่เปลี่ยนจาก “ระยะทาง” เป็น “มุมมอง” ท้องฟ้าทั้งหมดมีพื้นที่ประมาณ 41,253 ตารางองศา ดังนั้นถ้ากล้องมองเห็นได้ 1 ตารางองศา ก็เท่ากับมองได้ประมาณ 1 ใน 40,000 ส่วนของท้องฟ้าทั้งหมด หรือถ้าให้เห็นภาพง่าย ๆ พื้นที่ท้องฟ้าขนาด 1 ตารางองศา กว้างพอ ๆ กับเราขยายให้ดวงจันทร์ใหญ่กว่าเดิม 5 เท่า เวลาเราพูดว่า Field of View ของ CSST กว้าง 1.72 ตารางองศา หมายถึงมันสามารถถ่ายภาพท้องฟ้าขนาดใหญ่กว่าดวงจันทร์เต็มดวงประมาณ 8–9 เท่าในช็อตเดียว
ในภาษาคนทำกล้อง มันคือการ “ต่อเลนส์เทเล 28 เมตรเข้ากับกล้องไวด์” แล้วทำให้ระบบนั้นคมทั้งภาพโดยไม่มี Distortion เลย ตัวเลขที่อาจดูเรียบง่ายอย่าง 0.074 Arcsec ต่อ Pixel แปลว่ากล้องนี้สามารถเห็นรายละเอียดระดับ 200 นาโนเรเดียน หรือเท่ากับมองเห็นเหรียญบาทจากระยะ 3,000 กิโลเมตร
การหมุนกล้องที่ต้องเร็วและนิ่งเพื่อตามถ่ายภาพ
และในเชิงโครงสร้างน้ำหนักรวมของกล้องทั้งระบบอยู่ที่ 15.5 ตัน ยาว 16 เมตร ซึ่งคือ “ขนาดของรถไฟหนึ่งตู้” ที่ต้องรักษาความนิ่งระดับ 0.85 Arcsecond ตลอดการถ่ายภาพยาว 1,200 วินาที ระบบ Stability พวกนี้ก็เหตุผลเดียวกับกล้องตามท้องตลาดทั่วไปที่ลดการสั่นไหวจากมือของเรา แต่ในอวกาศมันไม่ใช่แค่ต้องถือให้นิ่งแต่ต้องหมุนตามดาวที่จะถ่ายด้วยไม่งั้นเราก็จะเห็นดาวเป็นเส้น ๆ แทน ถ้าเทียบกับกล้อง Euclid ที่มีระบบ Pointing Stability นิ่งอยู่ที่ 0.03 Arcsec ต่อวินาที ซึ่งดีกว่า CSST ถึงพันเท่า ทำให้จีนต้องพัฒนา Fine Guidance Sensor, Fast Steering Mirror, และ Vibration Isolation Platform ที่ทำงานร่วมกันเพื่อชดเชยทุกการสั่นของโครงสร้างในระดับไมโครเมตร ทำงานร่วมกับการหมุนของยานตามดาวที่มันต้องการจะถ่าย
ในขณะเดียวกันนอกจากความนิ่งในการหมุนเพื่อถ่ายภาพยาวแบบ Long Expolsure แล้ว มันก็ต้องหมุนตัวให้ได้เร็วมาก ๆ เช่นกัน ระบบควบคุมทิศทางของ CSST สามารถเปลี่ยนเป้าได้ 20 องศาภายในเวลาไม่ถึง 100 วินาที เร็วกว่ากล้องใด ๆ ในคลาสเดียวกัน เหตุผลคือมันต้องรองรับ “Target of Opportunity” หรือการตอบสนองต่อเหตุการณ์เฉียบพลัน เช่น การระเบิดของดาวฤกษ์หรือสัญญาณจากคลื่นความโน้มถ่วง เพื่อหันไปถ่ายมันให้ทัน โดยทุกครั้งที่กล้องขยับ เซนเซอร์ FGS จะตรวจจับ Deviation ทันทีและส่งข้อมูลเข้าสู่ระบบแก้การสั่นแบบเรียลไทม์ เพื่อให้แนวออปติกคงที่ และเนื่องจากมันอยู่ในวงโคจร Low Earth Orbit ที่มีแรงเสียดทานจากบรรยากาศเหลืออยู่เล็กน้อย ระบบควบคุมต้องคำนวณแบบ Adaptive Control ทุก ๆ รอบการโคจรด้วย
การต่อภาพที่เนียนและไร้รอยต่อ ด้วยระบบกระจกที่ออกแบบพิเศษ
หัวใจของ CSST คือระบบออปติกที่เราเรียกว่า Off-Axis Three-Mirror Anastigmat หรือ TMA ถ้ากล้อง Hubble และ James Webb ใช้กระจกหลักตรงกลางและมีโครง Support กลางรับกระจกทุติยภูมิ พูดให้เห็นภาพก็คือแม่งมีก้านอะไรก็ไม่รู้เข้าไปในบ้องของกล้อง แต่ CSST กลับเลือกใช้กระจกหลักขนาด 2 เมตรที่ถูกเลื่อนออกจากแนวศูนย์กลางออปติก ที่เรียกว่า Off-Axis เพื่อให้แสงเดินทางโดยไม่มี Obstruction หรือเงาบังจากโครงกลาง
ผลที่ได้คือ Point Spread Function ที่ “สะอาด” อย่างที่กล้องอื่นให้ไม่ได้ ไม่มี Diffraction Spikes ที่รบกวนการวัดรูปร่างของกาแล็กซี และนี่คือสิ่งจำเป็นสำหรับงานอย่าง Weak-Lensing ที่ต้องการความแม่นระดับเศษพันของพิกเซลในการวัดการบิดเบี้ยวของแสงจากแรงโน้มถ่วง
ระบบออปติกนี้ยังใช้โครงสร้าง Cook-Type TMA ที่ให้ความโค้งสนามหรือ Field Curvature ต่ำ และการแก้ Aberration แบบสามมิติสมบูรณ์ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเดียวกับที่ใช้ในกล้องสำรวจยุคใหม่อย่าง Roman Space Telescope ของ NASA
แต่ความต่างคือ Roman อยู่ในวงโคจร ณ จุด L2 ที่นิ่งและเย็น ส่วน CSST อยู่ใน Low Earth Orbit ที่เต็มไปด้วยการสั่นสะเทือน ความร้อน และแรงรบกวนจากสนามแม่เหล็กโลก ดังนั้นความแม่นยำระดับ 0.15 Arcsec ที่ CSST ทำได้ในวงโคจร 400 กิโลเมตรถือว่า “โหด” กว่า Roman หลายเท่าในเชิงวิศวกรรม
การแชร์วงโคจรร่วมกับสถานีอวกาศจีน
สิ่งที่ทำให้ Xuntian พิเศษอีกอย่างคือมันไม่ได้ “โคจรอยู่เดี่ยว ๆ” แต่ถูกออกแบบให้เป็นส่วนหนึ่งของ Chinese Space Station หรือสถานีอวกาศ Tiangong โดยใช้สถานีเป็นเหมือนกับศูนย์ซ่อมบำรุงสำหรับ Docking และ Servicing
ระบบนี้ทำให้จีนสามารถบำรุงรักษากล้องได้ตลอดอายุภารกิจ 10 ปี โดยไม่ต้องส่งมนุษย์ขึ้นไปเหมือนที่ NASA เคยทำกับ Hubble และในมุมหนึ่ง นี่คือสัญลักษณ์ของแนวคิด Reusable Astronomy Infrastructure การสร้างโครงสร้างพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่ซ่อมได้ อัปเกรดได้ และไม่ต้องทิ้งหลังใช้งาน
CSST จะโคจรในลักษณะ Co-Orbiting และรักษาระยะห่างแบบ Phase-Shifted หมายความว่า CSST และ Tiangong จะอยู่ในวงโคจรที่ “เหมือนกันแทบทุกอย่าง” ทั้งความเอียงวงโคจรหรือ Inclination และระยะห่างจากโลก แต่มีการ “เหลื่อมเฟส” กันอยู่ราวไม่กี่ร้อยกิโลเมตรตลอดเวลา เพื่อป้องกันไม่ให้เส้นทางชนกัน โดยจะมีระบบ Propulsion ขนาดเล็ก ซึ่งเป็น Monopropellant Hydrazine หรือ Xenon Cold-Gas Thrusters ทำหน้าที่ “Station Keeping” เพื่อรักษาระดับวงโคจรให้ต่างจาก Tiangong ประมาณ 100–200 กิโลเมตรเท่านั้น โดยระยะนี้ถูกเลือกมาแล้วโดยมีเหตุผลหลัก ๆ คือใกล้พอให้สื่อสารระหว่างกันได้โดยตรง ผ่าน S-band กับตัวสถานี Tiangong และไม่ใกล้เกินไปจนเกิดปัญหา Gravitational Coupling หรืออาจเกิดขยะอวกาศชนกัน
เมื่อต้องกลับไปเชื่อมกับตัวสถานี CSST ใช้ระบบ Chinese Low Impact Docking Mechanism หรือ CLIDM ซึ่งเป็นระบบเดียวกับที่ใช้ในยาน Tianzhouและ Shenzhou ซึ่ง CLIDM ถูกออกแบบให้เป็น “Soft Docking System” ที่ใช้ทั้ง Mechanical Capture Ring และระบบ Damping เพื่อลดแรงกระแทกขณะเทียบตัวเข้าหากัน CSST จะใช้ Passive Port (รับ) และ Tiangong จะมี Active Port (เข้า) ขั้นตอนคือ CSST ปรับทิศด้วย Reaction Wheels และ Fine Guidance Sensor เพื่อเล็งเป้ากับสถานี และใช้การนำทางแบบ Vision-Based + LIDAR Hybrid เพื่อคำนวณระยะและมุม Docking หลัง Docking แล้ว ระบบอัตโนมัติของสถานีจะล็อก Mechanical Latch และเชื่อมต่อ Power และ Data Link ผ่าน CAN-Bus Interface
ตามแผนการ Docking จะเกิดขึ้นเฉลี่ย ทุก 3–5 ปี หรือเมื่อมีความจำเป็น เช่น ต้อง อัปเกรด Instrument ทั้งในแบบที่จะอัปเกรดอยู่แล้วหรืออุปกรณ์ดันเกิดเสียขึ้นมา, ตรวจสอบ ระบบ Thermal หรือ Power Bus ต่าง ๆ และสุดท้ายก็คือในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุเช่นถูกชนโดยขยะอวกาศหรือ Micrometeoroid ที่ต้องซ่อม
เมื่ออยู่ในโหมดปฏิบัติการเดี่ยว (ไม่ Dock) CSST จะสื่อสารกับ Tiangong ผ่าน Inter-Satellite Link (ISL) แบบ S-Band และส่งข้อมูลหลักกลับโลกผ่านเครือข่าย Tianlian Relay Satellites ของจีน แต่เมื่อ Dock แล้ว มันจะสลับไปใช้ระบบ Unified Data Bus Protocol หรือ UDBP ซึ่งระบุว่าเป็น “High-Bandwidth Common Interface” ระหว่าง Payload ของสถานีและ External Module ทั้งหมด ข้อดีคือ CSST สามารถใช้พลังงานและ Data Backbone ของสถานีได้โดยตรงในช่วง Maintenance
อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ ที่ทำงานร่วมกันในการมองและฟังเสียงเอกภพ
ในโลกของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นเพื่อ “คำถามเดียว” Hubble ถามว่าเอกภพหน้าตาอย่างไร, Euclid ถามว่ามันขยายตัวเร็วแค่ไหน, ส่วน Roman พยายามตามหาว่าพลังมืดอยู่ตรงไหน แต่ Xuntian หรือ CSST ของจีนกลับเลือกเส้นทางที่ต่างออกไป มันถูกสร้างขึ้นเพื่อ “ไม่ต้องเลือกคำถาม” เพราะเครื่องมือห้าชุดที่อยู่ในร่างของมันไม่ได้ทำงานแยกจากกัน หากแต่รวมกันเป็นระบบ Observatory เต็มรูปแบบ กล้องหนึ่งตัวที่สามารถสำรวจเอกภพในทุกมิติ ทั้งภาพ สี สเปกตรัม และองค์ประกอบของสสารในจักรวาล
หัวใจหลักที่สุดคือ Survey Camera หรือ SC กล้องหลักความละเอียดกว่า 2,600 ล้านพิกเซลที่ครอบคลุมช่วงคลื่นตั้งแต่ 255 ถึง 1,000 นาโนเมตร ครอบคลุมทั้งแสงอัลตราไวโอเลตไปจนถึงใกล้อินฟราเรด กล้องนี้ทำงานได้สองโหมดคือ Multiband Imaging ที่ถ่ายภาพในเจ็ดแถบสี (NUV, u, g, r, i, z, y) และ Slitless Spectroscopy ที่แยกสเปกตรัมออกในสามช่วง (GU, GV, GI) โดยใช้ฟิลด์ภาพขนาดใหญ่ถึง 1.72 ตารางองศา ความละเอียดเชิงมุม 0.15 Arcsec ต่อ Pixel ทำให้ภาพของมันคมชัดระดับเดียวกับ Hubble แต่เก็บท้องฟ้าได้กว้างกว่า 300 เท่า
ในช่วงเวลาเจ็ดปี CSST จะสำรวจท้องฟ้ารวมกว่า 17,500 ตารางองศา พร้อมทั้งถ่ายภาพ Deep Field เพิ่มอีก 400 ตารางองศา และเขต Ultra Deep Field เพื่อเทียบกับข้อมูลของ Euclid และ Roman กล่าวได้ว่าถ้า Hubble คือกล้องที่มองลึกเข้าไปในจักรวาล CSST คือกล้องที่มองลึกและมองรอบ เพื่อสร้างภาพเอกภพแบบสี่มิติที่เปลี่ยนไปตามเวลา
คู่หูของมันคือ Multi-Channel Imager หรือ MCI กล้องสามช่องในย่าน UV, Blue และ Red ที่ใช้ฟิลเตอร์กว่า 30 ตัว เพื่อทำหน้าที่เป็นเครื่องมือ “ตั้งสเกลของจักรวาล” ผ่านการทำ Photometric Calibration ให้กับทุกข้อมูลในภารกิจ MCI จะสร้างฐานข้อมูลแสงมาตรฐาน หรือ Flux Calibration Catalog ของดาวฤกษ์หลายหมื่นดวง เพื่อใช้เทียบค่าความสว่างของภาพจาก SC ทุกเฟรม อีกทั้งยังเป็นกล้องที่ใช้สร้าง “Xuntian Deep Field หรือ XDF” ซึ่งต่อยอดจากแนวคิดของ Hubble Ultra Deep Field แต่ลึกกว่าและครอบคลุมพื้นที่กว้างกว่าหลายร้อยเท่า สิ่งที่ Hubble ใช้เวลาหลายเดือนถ่ายทีละจุด Xuntian จะทำได้ในไม่กี่ชั่วโมงและทำซ้ำได้อีกนับพันจุด โคตรจะขิงใส่กัน
เครื่องมือที่สามคือ Integral Field Spectrograph หรือ IFS กล้องสเปกโตรกราฟแบบสามมิติที่ใช้เทคนิค Integral Field Unit เพื่อเก็บทั้งภาพและสเปกตรัมในแต่ละพิกเซลทำให้มองเห็นการกระจายของธาตุ ความเร็ว และอุณหภูมิภายในกาแล็กซีหรือรอบหลุมดำได้พร้อมกันทุกพิกเซล จุดเด่นของ IFS คือความสามารถในการ “ถ่ายภาพเชิงสเปกตรัมเต็มเฟรม” ซึ่งไม่มีใน Euclid หรือ Roman ที่ใช้เพียง Slitless Grism และนี่เองที่ทำให้ IFS ของ CSST กลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่มีพลังที่สุดสำหรับงานศึกษากระบวนการ Co-Evolution ระหว่างหลุมดำมวลยิ่งยวดกับกาแล็กซี
จากนั้นคือ Cool Planet Imaging Coronagraph หรือ CPI-C อุปกรณ์ที่ทำให้ CSST ขยายขอบเขตจากจักรวาลขนาดใหญ่ไปยังโลกของดาวเคราะห์ CPI-C เป็น Coronagraph ความคอนทราสต์สูงที่ใช้ Deformable Mirror เพื่อหักล้างแสงจากดาวฤกษ์โดยตรง ค่าคอนทราสต์ของมันต่ำกว่า 10 ยกกำลังลบ 8 หมายความว่ามันสามารถดับแสงดาวแม่ได้ถึงหนึ่งในร้อยล้าน Coronagraph ตัวนี้อาจไม่ถึงขั้นความละเอียดของ Roman แต่ถูกออกแบบให้ใช้งานได้นานกว่าโดยไม่ต้องพึ่งระบบ Cryogenic ที่ซับซ้อน และที่สำคัญอย่าลืมว่ามันสามารถ Dock กลับไปซ่อมบำรุงได้เมื่อเทียบกับสถานี Tiangong
เครื่องมือชิ้นสุดท้ายคือ Terahertz Spectrometer หรือ TS ที่ทำงานในย่านความถี่ 0.41–0.51 เทระเฮิร์ธ (หรือ 590–730 ไมโครเมตร) ด้วยความละเอียดสเปกตรัมระดับ 100 กิโลเฮิร์ธ เพื่อศึกษาการกระจายตัวของคาร์บอนและโมเลกุลในสื่อระหว่างดาว หรือ Interstellar Medium ทั้งเส้นสเปกตรัม C I และ CO จุดประสงค์ของมันคือการทำแผนที่ทางเคมีของกระบวนการก่อดาวหรือ Star Formation ซึ่งเป็นสิ่งที่กล้อง Optical ทั่วไปทำไม่ได้เลย TS จึงเป็นเหมือน “หูของจักรวาล” ที่ฟังเสียงของโมเลกุลในขณะที่กล้องอื่นมองแสงของกาแล็กซี เป็นครั้งแรกที่จีนรวมกล้อง Optical และ Terahertz ไว้ในภารกิจเดียว ทำให้ CSST กลายเป็นสะพานเชื่อมระหว่าง Astrophysics และ Astrochemistry อย่างแท้จริง
เมื่อมองภาพรวมของเครื่องมือทั้งห้านี้ สิ่งที่น่าทึ่งไม่ใช่แค่สเปกของแต่ละตัว คิดแยกกันทำแยกกัน แต่คือ “วิธีที่มันทำงานร่วมกัน” ในระบบของ CSST ข้อมูลจากทุกเครื่องมือจะถูกซิงก์กันด้วยเวลามาตรฐานเดียวกัน ใช้ชุด Calibration เดียวกัน และอ้างอิงพิกัดร่วมกัน (ใช่เพราะแม่งคือกล้องตัวเดียวกัน) ทำให้สามารถเชื่อมภาพจาก SC เข้ากับสเปกตรัมจาก IFS และข้อมูลเคมีจาก TS ได้แบบ Cross-Correlation โดยตรง ผลลัพธ์คือ Dataset ของเอกภพในมิติที่ไม่มีใครทำได้มาก่อน ภาพ กาแล็กซี ดาวเคราะห์ และโมเลกุลทั้งหมดถูกร้อยเข้าด้วยกันในโครงสร้างข้อมูลเดียว
ในขณะที่ Euclid เน้น Cosmology, กล้อง Roman เน้น Dark energy และ James Webb เน้น Astrophysics เชิงลึก แล้วค่อยเอาข้อมูลมาประกอบกันทีหลัง แต่ CSST เลือกจะไม่แยกขอบเขตเหล่านั้นออกจากกัน เพราะในปรัชญาของมัน เอกภพคือระบบเดียวกันที่ควรถูกมองแบบองค์รวม และกล้องนี้ก็คือ Embodiment ของแนวคิดนั้น กล้องที่ไม่ได้แค่ “เก็บข้อมูล” แต่ “สร้างความสัมพันธ์ของข้อมูล” เพื่อให้เราเข้าใจเอกภพในทุกมิติที่แสงจะบอกได้
ถ้าจะเปรียบเทียบแบบให้เห็นภาพก็คือ หัวใจทั้งห้าของ CSST จึงเป็นเหมือนอวัยวะของสิ่งมีชีวิตหนึ่งตัว แต่ละส่วนมีหน้าที่เฉพาะ แต่ทั้งหมดเต้นจังหวะเดียวกันเพื่อสร้างภาพเดียวของจักรวาล ถ้า Hubble คือกล้องที่เปิดประตูแห่งการสำรวจ CSST ก็คือกล้องที่สร้างสถาปัตยกรรมของจักรวาลขึ้นใหม่ด้วยตัวเลข
การจัดการกับเวลาการทำงานของกล้อง และโอกาสการโดนรบกวน
การมีกล้องที่ดีที่สุดในโลกไม่เพียงพอ ถ้าคุณไม่รู้ว่าจะให้มันมองตรงไหนก่อน ในภารกิจอย่าง CSST การ “วางตารางการสังเกต” คือหัวใจไม่ต่างจากการสร้างกล้องเอง เพราะทุกองศาที่กล้องนี้ชี้ไปคือทรัพยากรทางเวลาและพลังงานที่มีค่าที่สุดในวงโคจร ดังนั้นจะมาชี้มั่ว ๆ ไม่ได้ ภารกิจหลักของ CSST ถูกออกแบบให้เป็นการสำรวจระยะยาวนานกว่า 10 ปี เพื่อสร้าง “แผนที่เอกภพขนาดใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษย์” ซึ่งจะครอบคลุมพื้นที่กว่า 17,500 ตารางองศา หรือเกือบ 40 เปอร์เซ็นต์ของท้องฟ้าทั้งหมด และไม่ใช่เพียงการถ่ายภาพ แต่เป็นการเก็บข้อมูลหลายชั้น ทั้งภาพหลายแถบสี สเปกตรัม ความลึกของกาแล็กซี และแม้กระทั่งองค์ประกอบทางเคมีของสื่อระหว่างดาว
CSST ใช้วงโคจรที่ออกแบบให้เหมาะสมกับการ “ปูท้องฟ้า” ได้เป็นระบบ ระบบการสังเกตแบ่งออกเป็นหลายระดับ เริ่มจาก Wide Survey ที่เก็บข้อมูลทั่วไปในมุมมองกว้างที่สุด Deep Survey ที่เจาะลึกในบางพื้นที่เพื่อหาวัตถุระยะไกล Ultra Deep Field ที่สำรวจซ้ำหลายรอบเพื่อสร้าง Baseline ด้านเวลา และ Extreme Deep Field ซึ่งเป็นการถ่ายซ้ำต่อเนื่องเพื่อดูการเปลี่ยนแปลงของเอกภพในสเกลปี
ในแต่ละปี กล้องจะสแกนท้องฟ้าตาม Trajectory ที่คำนวณโดยอัลกอริทึมและมีระบบ Scheduling อัตโนมัติซึ่งอ้างอิงจากพารามิเตอร์ทั้งทางแสงและทางโครงสร้าง เช่น ความหนาแน่นของดาว ความสว่างพื้นหลัง และการซ้ำระหว่างเฟรม ก่อนจะส่งข้อมูลเข้าสู่ระบบ Mission Planning ของศูนย์ควบคุมภาคพื้น เพื่อคัดเลือกจุดสังเกตที่ให้ “ประโยชน์ทางฟิสิกส์สูงสุดต่อหนึ่งวินาทีของการเปิดชัตเตอร์” แนวคิดนี้ทำให้ Xuntian ไม่ได้มองท้องฟ้าแบบสุ่ม แต่ “มองด้วยคณิตศาสตร์” พื้นที่แต่ละตารางองศาถูกกำหนดโดย Priority ทางวิทยาศาสตร์ เช่น เขต Galactic Cap สำหรับ งานด้าน Cosmology, Galactic Plane สำหรับการศึกษาดาวในทางช้างเผือก, และ Deep Ecliptic Region สำหรับการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบ
สิ่งที่โหดมาก ๆ และเราจะลืมไปไม่ได้เลยก็คือ เมื่อเปรียบเทียบกับ Euclid ที่ใช้โหมด Scanning บนวงโคจร L2 แบบนิ่ง หรือ Roman ที่ใช้ Fixed Field Observation จากจุดเดียว CSST ต่างออกไปตรงที่มันต้องคำนวณ “การมองบนวงโคจรที่เคลื่อนไหวจริง” ซึ่งมีแรงรบกวนจากโลก แสงอาทิตย์ และเงาเข้าสลับตลอดเวลา วันดีคืนดีอาจมี Starlink มาตัดหน้า (ใช่ อย่าลืมว่ามันอยู่บน Low Earth Orbit) การควบคุมทิศกล้องในแต่ละ Frame จึงต้องใช้การคาดการณ์ทิศทางแสงอาทิตย์และเงาโลกล่วงหน้าหลายชั่วโมง เพื่อป้องกันไม่ให้ภาพถูกแสง Stray Light ปนเข้ามาในช่วงที่กำลังเก็บข้อมูล
การจัดการกับข้อมูลมหาศาลในแต่ละวินาที
ทุกครั้งที่ CSST กดชัตเตอร์ มันไม่ได้สร้างภาพเพียงภาพเดียว แต่สร้างข้อมูลกว่า สิบชั้น หรือในแต่ละ Data Layers
ตั้งแต่ Raw Photon Counts ของ Detector, Flat-Field Calibration, Coordinate Correction, ไปจนถึง Photometric Zero-Point และ Metadata ของอุณหภูมิระบบ ทุกสิ่งอย่าง Timestamp ข้อมูลองศา ตำแหน่งทิศทาง ในทุกการสังเกตข้อมูลหนึ่งชุดจะมีขนาดเฉลี่ยกว่า 100 GB และเมื่อรวมกับการสแกนต่อเนื่องเป็นพัน ๆ เฟรมต่อวัน ปริมาณข้อมูลดิบจะทะลุ 5 Petabytes ภายในไม่กี่ปีแรก หลังจากผ่านการประมวลผลและรวม Metadata, จัด Catalog, และสเปกตรัมเข้าด้วยกันแล้ว ข้อมูลสุดท้ายที่พร้อมเผยแพร่จะมีขนาดมากกว่า 30 Petabytes ขนาดใกล้เคียงกับฐานข้อมูลของ Vera Rubin Observatory แต่มีโครงสร้าง Metadata ซับซ้อนกว่าหลายเท่า เพราะต้องรองรับข้อมูล Cross-Band และ Cross-Instrument ที่เชื่อมโยงกันโดยตรง
ในเปเปอร์อธิบายไว้อย่างละเอียดว่า สถาปัตยกรรมของข้อมูลนี้ถูกออกแบบให้เป็นแบบ Cloud-Native Observatory ใช้ระบบที่เรียกว่า CSST Scientific Data Processing and Management System หรือ SDPMS ซึ่งประกอบด้วยห้าโมดูลหลัก Data Reception, Processing Pipeline, Quality Control, Data Archive, และ Science Portal ทั้งหมดทำงานอยู่บนระบบคลาวด์ของจีนที่มีศูนย์กลางอยู่ในกรุงปักกิ่งและสำรองไว้ที่ศูนย์ Kunming ของ Chinese Academy of Sciences
Data Pipeline ของ CSST ถูกออกแบบให้ทำงานอัตโนมัติในสามระดับข้อมูลคือ Level 0 (Raw Data, Level 1 (Calibrated) และ Level 2 (Catalogued) ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานข้อมูลของ ESA, NASA หรือแม้กระทั่ง CERN เช่นเดียวกับที่ใช้ใน Euclid และ Roman แต่เพิ่ม Level 2+ ซึ่งเป็นข้อมูล “Cross-Matched” ที่รวมข้อมูลจากทุกเครื่องมือของกล้องเข้าด้วยกัน เป็นฟีเจอร์พิเศษของกล้อง CSST
สิ่งที่ทำให้ระบบของจีนต่างออกไปคือการใช้ AI-based Cross-Identification เพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างแหล่งกำเนิดแสงในภาพแต่ละแถบสีและแต่ละเครื่องมือ AI ตัวนี้ไม่ได้แค่จำแนกวัตถุเป็น “กาแล็กซีหรือดาว” แบบที่เราคิดง่าย ๆ แต่สามารถสร้างการเชื่อมโยงระหว่างสเปกตรัมจาก IFS กับสัญญาณจาก TS หรือ CPI-C ได้โดยตรง ทำให้เกิดฐานข้อมูลแบบ Multidimensional ที่ไม่เคยมีใน Observatory ใดมาก่อน
ข้อมูลทั้งหมดนี้จะถูกเก็บไว้ใน CSST Science Data Cloud ซึ่งเปิดให้ผู้ใช้เข้าถึงผ่าน Science Portal ที่มีโครงสร้างคล้ายกับ NASA MAST หรือ ESA ESAC แต่ใช้ระบบ Unified Data Bus Protocol (UDBP) เดียวกับที่ใช้สื่อสารระหว่างสถานีกับกล้องในวงโคจร หมายความว่า ระบบการจัดการข้อมูลภาคพื้นกับอวกาศใช้สถาปัตยกรรมเดียวกันทั้งหมด เป็นการออกแบบเชิงระบบที่ต่อเนื่องตั้งแต่โฟตอนตกบน CCD จนถึงการดาวน์โหลดข้อมูลบนโลก โคตรโหด
แล้วใครจะเข้าถึงข้อมูลได้บ้าง นโยบายวิทยาศาสตร์ของจีน
ส่วนที่อาจสำคัญพอ ๆ กับตัวกล้องคือ “นโยบายข้อมูล” ที่จีนประกาศไว้ใน Paper ข้อมูลของ CSST จะถูกเปิดเผยต่อสาธารณะทุก ๆ สองปี หลังผ่านช่วงเวลาปกป้องสิทธิ์หรือที่จีนเรียกว่า Proprietary Period ของนักวิจัยภายในประเทศ ซึ่งช่วงแรกจะยาวประมาณ 18 เดือน และค่อย ๆ สั้นลงเมื่อภารกิจเข้าสู่ช่วงเต็มระบบ ข้อมูลทั้งหมดจะถูกปล่อยในรูปแบบ “Open-Access Tiered System” โดยระดับ L2 จะเปิดให้สาธารณะทั่วโลกเข้าถึงผ่าน API และ Virtual Observatory Protocol ในแง่ของการเมืองวิทยาศาสตร์ นี่คือก้าวสำคัญ เพราะจีนกำลังทำในสิ่งที่ตรงข้ามกับภาพจำเดิม ๆ ประเทศที่เคยถูกมองว่าปิดกั้นข้อมูลกำลังสร้างฐานข้อมูลทางดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ที่สุดในโลก และเปิดให้ทุกคนเข้าถึงได้ผ่านระบบที่ตัวเองสร้าง
ถ้าในศตวรรษที่ 20 อำนาจของชาติอยู่ที่ใครมีกล้องแรงกว่ากัน ศตวรรษที่ 21 อำนาจจะอยู่ที่ “ใครมีข้อมูลมากกว่ากัน”
CSST คือความเข้าใจของจีนต่อคำนี้อย่างลึกซึ้ง เมื่อข้อมูลจาก ถ้าในศตวรรษที่ 20 อำนาจของชาติอยู่ที่ใครมีกล้องแรงกว่ากัน ศตวรรษที่ 21 อำนาจจะอยู่ที่ “ใครมีข้อมูลมากกว่ากัน” CSST คือความเข้าใจของจีนต่อคำนี้อย่างลึกซึ้ง เมื่อข้อมูลจาก Xuntian ถูกเปิดเผย มันจะเชื่อมต่อกับฐานข้อมูลของ Euclid, Roman และ Rubin ผ่านมาตรฐาน International Virtual Observatory Alliance หรือ IVOA ทำให้เกิดสิ่งที่ในเปเปอร์เรียกว่า “Global Sky Infrastructure” ระบบที่กล้องจากทุกทวีปสามารถใช้ข้อมูลเดียวกันเพื่อตรวจสอบกันข้ามทวีป แต่ในอีกแง่หนึ่ง มันก็หมายความว่า “ระบบประมวลผลของโลก” ต้องเชื่อมต่อกับโครงสร้างคลาวด์ของจีนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นี่คือการเปลี่ยนสมการของการแบ่งปันข้อมูลจาก “ใครส่งกล้องก่อน” เป็น “ใครถือศูนย์กลางของข้อมูล”
ถูกเปิดเผย มันจะเชื่อมต่อกับฐานข้อมูลของ Euclid, Roman และ Rubin ผ่านมาตรฐาน International Virtual Observatory Alliance หรือ IVOA ทำให้เกิดสิ่งที่ในเปเปอร์เรียกว่า “Global Sky Infrastructure” ระบบที่กล้องจากทุกทวีปสามารถใช้ข้อมูลเดียวกันเพื่อตรวจสอบกันข้ามทวีป แต่ในอีกแง่หนึ่ง มันก็หมายความว่า “ระบบประมวลผลของโลก” ต้องเชื่อมต่อกับโครงสร้างคลาวด์ของจีนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ นี่คือการเปลี่ยนสมการของการแบ่งปันข้อมูลจาก “ใครส่งกล้องก่อน” เป็น “ใครถือศูนย์กลางของข้อมูล”
CSST ไม่ได้แค่เปลี่ยนวิธีที่เรามองท้องฟ้า แต่มันกำลังเปลี่ยนวิธีที่ข้อมูลของท้องฟ้าถูกเก็บ จัดการ และแบ่งปัน
ในแง่เทคนิค มันคือการผสานกล้อง โทรคมนาคม คลาวด์ และ AI เข้าด้วยกันในระบบเดียว ในแง่ปรัชญา มันคือการประกาศว่า “ความรู้ของเอกภพไม่ควรอยู่ในมือของชาติเดียว” แต่ในขณะเดียวกัน มันก็สะท้อนว่าจีนต้องการจะเป็น “ศูนย์กลางของการแบ่งปันนั้น” เพราะเมื่อข้อมูลกลายเป็นทรัพยากรของโลก การที่ใครสักคนถือคีย์ของจักรวาลไว้ในเซิร์ฟเวอร์ของตนเอง ก็อาจหมายถึงการเขียนนิยามใหม่ของคำว่า อำนาจทางวิทยาศาสตร์ ไปตลอดกาล
นี่คือแรงกระเพื่อมสำคัญของการสำรวจท้องฟ้าของมนุษยชาติ
จาก Mount Wilson สู่ Palomar จาก Hubble สู่ James Webb ทุกกล้องโทรทรรศน์ที่มนุษย์สร้างขึ้นคือบทสะท้อนของยุคสมัยและอุดมการณ์ที่หล่อเลี้ยงมัน Hubble เกิดขึ้นในยุคที่สหรัฐฯ ต้องการพิสูจน์ว่าความรู้คือพลัง James Webb เกิดขึ้นในยุคที่เทคโนโลยีและทุนมหาศาลกลายเป็นสัญลักษณ์ของความร่วมมือระหว่างรัฐ แต่ CSST เกิดขึ้นในยุคที่ความรู้ไม่ใช่สิ่งที่ต้อง “ครอบครอง” อีกต่อไป มันคือสิ่งที่ต้อง “เชื่อมต่อ” จีนเข้าใจว่าการมองจักรวาลในศตวรรษที่ 21 ไม่ได้เป็นเรื่องของใครสร้างกล้องได้ไกลกว่าใคร แต่ว่าใครสามารถสร้าง “ระบบนิเวศของการรู้” ที่ต่อเนื่องยาวนานและเปิดให้คนทั้งโลกเข้ามามีส่วนร่วมได้มากกว่ากัน
เพราะในยุคของข้อมูล กล้องโทรทรรศน์ไม่ได้เป็นเพียงเครื่องมือในการมองท้องฟ้า แต่กลายเป็นโครงสร้างพื้นฐานของอำนาจและการเมืองของความรู้ มหาอำนาจทางวิทยาศาสตร์ยุคก่อนวัดกันด้วยขนาดของกล้อง แต่โลกยุคใหม่จะวัดกันด้วยความสามารถในการ “แบ่งปันข้อมูล” การที่จีนประกาศจะเปิดเผยฐานข้อมูลของ CSST ทุกสองปีจึงไม่ใช่เพียงท่าทีทางวิทยาศาสตร์ แต่มันคือการวางตัวเองไว้กลางระบบนิเวศของจักรวาล เป็นการสร้าง “มาตรฐานใหม่ของการแบ่งปัน” ที่ไม่ได้พึ่งอำนาจทหารหรือเศรษฐกิจ หากแต่อาศัยอำนาจของความรู้และการเข้าถึง
สุดท้ายแล้ว สิ่งที่จีนกำลังสร้างไม่ใช่กล้องโทรทรรศน์ แต่คือสถาปัตยกรรมของความเข้าใจร่วมกัน กล้องที่อยู่ในวงโคจรเดียวกับสถานีอวกาศของตนเอง แต่ข้อมูลของมันจะวิ่งข้ามพรมแดนของโลก เพื่อหลอมรวมกับข้อมูลจาก Euclid, Roman และ Webb จนกลายเป็นภาพเดียวของเอกภพ และในภาพนั้น มนุษยชาติจะมองเห็นตัวเองอีกครั้งในฐานะสิ่งมีชีวิตที่ไม่ได้แยกออกจากกันด้วยพรมแดน แต่ถูกเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยแสงเดียวกัน เพราะจีนเข้าใจแล้วว่า อนาคตของวิทยาศาสตร์ไม่ได้อยู่ที่การมองไกลกว่าใคร แต่อยู่ที่การ “มองพร้อมกัน” และนั่นคือการปฏิวัติที่เงียบที่สุดแต่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของการมองท้องฟ้า
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
