บอลลูนสำรวจอวกาศอย่างไร NASA เตรียมส่งบอลลูนศึกษาระบบ Sun-Earth

บอลลูนสำรวจอวกาศอย่างไร NASA เตรียมส่งบอลลูนศึกษาระบบ Sun-Earth

ถ้าพูดถึงบอลลูนขนาดใหญ่ที่นักวิทยาศาสตร์มักจะปล่อยกันแล้วละก็ หลาย ๆ คนก็คงนึกถึงบอลลูนตรวจอากาศที่จะลอยขึ้นไปเก็บข้อมูลชั้นบรรยากาศของโลกแล้วจึงตกกลับลงมา แต่ทุกวันนี้เทคโนโลยีของเราไปไกลมากกว่านั้นแล้วและนักวิทยาศาสตร์ก็สามารถหาวิธีประยุกต์ใช้บอลลูนดังกล่าวมาช่วยในด้านการสำรวจอวกาศที่ประหยัดขึ้นและสะดวกขึ้น

โครงการ NASA Scientific Balloon Program เป็นโครงการปล่อยบอลลูนสำรวจกว่า 18 เที่ยวบินเริ่มต้นในปี 2021 ซึ่งจะทยอยปล่อยตั้งแต่ปลายเดือนเมษายนไปจนถึงปลายกลางเดือนมิถุนายน หนึ่งในภารกิจชิ้นใหญ่ของ Scientific Balloon Program ก็คือ BOBCAT หรือ Balloon-Borne Cryogenic Telescope Testbed ซึ่งเป็นชุดสาธิตเทคโนโลยีสำหรับการเอากล้องโทรทรรศน์หล่อเย็นอุณหภูมิต่ำขึ้นไปบนขอบชั้นบรรยากาศของโลก โดยจะเริ่มหล่อเย็นตัวกล้องโทรทรรศน์ที่ความสูงประมาณ 120,000 ฟุต

ภาพจากบอลลูน BOBCAT-1 เมื่อปี 2019 ที่ความสูง 133,000 ฟุต – ที่มา NASA

กล้องโทรทรรศน์หล่อเย็นแบบนี้จะถูกใช้เพิ่ม Sensitivity ในการสำรวจวัตถุที่อยู่ในช่วง far-infrared เช่น หลุมดำ เนบิวลา และระบบดาวเกิดใหม่นั่นเอง

ยังมีอีก 6 บอลลูนที่จะต้องไปเริ่มต้นในช่วงเดือนพฤษภาคมไปจนถึงกลางเดือนมิถุนายน 4 ใน 6 นั้นเป็นบอลลูนสำรวจดวงอาทิตย์ทีศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลกและดวงอาทิตย์ด้วยบอลลูน ซึ่งการสำรวจด้วยบอลลูนแบบนี้ทำให้ประหยัดต้นทุนในการสำรวจไปได้มากและยังเป็นโอกาสที่จะให้นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเครื่องมือสำรวจแบบใหม่ ๆ อีกด้วย

ASHI: All-Sky Heliospheric Imager

All-Sly Heliospheric Imager เป็นบอลลูนพร้อมกับอุปกรณ์สำรวจลมสุริยะขนาดประมาณล้อรถหนัก 15 กิโลกรัม ซึ่ง ASHI จะทะยานขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลกเพื่อให้ครอบคลุมซีกท้องฟ้าอย่างน้อยซีกหนึ่งจากนั้นจึงใช้เลนส์กล้อง Fisheye พร้อมกับ Detector ในการกันแสงกระเจิงเพื่อถ่ายรูปมุมกว้างของชั้นบรรยากาศของโลกและวัดผลกระทบของลมสุริยะเมื่อมันผ่านชั้นบรรยากาศของโลก ซึ่ง Payload ใน ASHI นั้นอยู่ระหว่างการวางแผนสำหรับนำไปติดตั้งบนดาวเทียมค้างฟ้า (Geostationary Satellite)

ภาพของ Balloon ขณะกำลังปล่อยจาก NASA’s Columbia Scientific Balloon Facility ในปี 2019 – ที่มาNASA’s Goddard Space Flight Center/Joy Ng

BALBOA: BALIoon-Based OBservations for sunlit Aurora

BALBOA เป็นกล้องช่วงคลื่น Infrared มุมกว้างที่จะถูกใช้ในการถ่ายรูป Aurora ในตอนที่มีแสงอาทิตย์อยู่บริเวณขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ด้วยการตรวจจับการเรืองแสงของอากาศในชั้นบรรยากาศของโลกทั้งงโลก เพื่อศึกษาผลกระทบของอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ต่อชั้นบรรยากาศของโลก

ภาพของแสง Aurora เมื่อถ่ายจากสถานีอวกาศนานาชาติ – ที่มา NASA

เรามีการศึกษา Aurora มาก่อนแล้วโดยเฉพาะในตอนที่มันมืดและมองเห็นได้ชัด แต่ไม่เคยมีการศึกษา Aurora ตอนกลางวันเลยเพราะว่าแสงแดดทำให้เราไม่สามารถมองเห็นแสง Aurora ได้ แต่ BALBOA จะช่วยให้เราสามารถสำรวจ Aurora แม้ในตอนกลางวันได้นั่นเอง

BBC: Balloon-borne Chripsounder

ฺฺBBC เป็นการสาธิตทางเทคโนโลยีด้านการสำรวจชั้น Ionosphere ของโลกซึ่งเป็นชั้นที่อนุภาคของชั้นบรรยากาศถูกชาร์จ (Electrically Charged) โดยอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ ซึ่งการที่มันมีประจุทำให้ชั้นบรรยากาศชั้นนี้มีความแปรปรวนสูงตลอดเวลาจากปฏิสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์โดยตรง

Balloon-borne Investigation of Temperature and Speed of Electrons in the corona (BITSE) ของ NASA, Korea Astronomy และ Space Science Institute – ที่มา NASA/s Godard Space Flight Center/Joy Ng

โดย BBC จะลอยขึ้นไปในชั้นบรรยากาศประมาณ 40 กิโลเมตรก่อนที่มันจะส่งสัญญาณวิทยุสาดขึ้นไปบนชน Ionosphere แล้วรอให้สัญญาณที่ส่งออกไปสะท้อนกลับมาที่ Detector ของมันอาศัยหลักการสะท้อนของสัญญาณนั่นเอง ซึ่งการสะท้อนของสัญญาณนี้จะทำให้เราสามารถคำนวณกลับหาค่าความหนาแน่นของอนุภาคในชั้นบรรยากาศบริเวณนี้ได้นั่นเอง ซึ่งการเปลี่ยนแปลงของค่าตัวแปรต่าง ๆ ในชั้นนี้อาจรบกวนสัญญาณต่าง ๆ ที่ผ่านเข้าออกได้ เช่น สัญญาณวิทยุ สัญญาณจากดาวเทียม GNSS (GPS) ผลการศึกษาชั้น Ionosphere อาจจะถูกนำไปใช้ในการเพิ่มความแม่นยำของระบบการสื่อสารได้นั่นเอง

ไดอะแกรมการแบ่งชั้นบรรยากาศของโลก – ที่มา NASA

BOOMS: Balloon Observation of Microburst Scales

BOOMS เป็นบอลลูนสำรวจตรวสิ่งที่เรียจกว่า “Microburst” ซึ่งเป็นการสว่างวาบของแสงในช่วงคลื่น X-ray บริเวณชั้นบรรยากาศของขั้วโลกซึ่งคาดว่าน่าจะเกิดเมื่ออิเล็กตรอนพลังงานสูงชนเข้ากับชั้นบรรยากาศของโลกและกระทบกับอนุภาคของแก๊สในชั้นบรรยากาศทำให้เกิดการแตกตัวกลายเป็นแสงในช่วงคลื่น X-ray ก่อนที่แสงเหล่านั้นจะถูกดูดกลืนโดยชั้นบรรยากาศอีกครั้งทำให้มันมีลักษณะเป็นแสงวาบ ทำให้ไม่สามารถวัดค่าตัวแปรใด ๆ ได้จากพื้นดิน

การแผ่แสงช่วงคลื่น X-ray บริเวณขั้วโลกเหนือจาก Polar Ionospheric X-ray Imaging Experiment (PIXIE) บนยาน POLAR ของ NASA – ที่มา POLAR, PIXIE, NASA

ซึ่งแสงวาบเหล่านี้เกิดขึ้นในหลัก 100 milliseconds ในพื้นที่เล็ก ๆ เพียงแค่ 2 ถึง 5 กิโลเมตรไปจนถึง 16 กิโลเมตรบริเวณที่เกิดแสง Aurora นักวิทยาศาสตร์ทราบถึงปรากฏการณ์นี้มากว่า 60 ปีแล้ว แต่ก็ไม่เคยมีอุปกรณ์ตัวไหนที่สามารถถ่ายรูปความละเอียดเสียงของการเกิดแสงวาบเหล่านี้ได้ บอลลูนอากาศที่เคลื่อนที่ช้าแต่อยู่สูงพอที่จะมองเห็นแสงเหล่านี้จึงเป็นหนึ่งในวิธีที่อาจถ่ายรูป Microburst ได้นั่นเอง

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

NASA’s scientific balloons return to flight with Spring 2021 campaign

Lofted by NASA Balloons, New Experiments Will Study Sun-Earth System

เราใช้คุกกี้เพื่อพัฒนาประสิทธิภาพ และประสบการณ์ที่ดีในการใช้เว็บไซต์ของคุณ คุณสามารถศึกษารายละเอียดได้ที่ นโยบายความเป็นส่วนตัว และสามารถจัดการความเป็นส่วนตัวเองได้ของคุณได้เองโดยคลิกที่ ตั้งค่า

Privacy Preferences

คุณสามารถเลือกการตั้งค่าคุกกี้โดยเปิด/ปิด คุกกี้ในแต่ละประเภทได้ตามความต้องการ ยกเว้น คุกกี้ที่จำเป็น

Allow All
Manage Consent Preferences
  • Always Active

Save