เป็นเวลากว่า 7 เดือนหลังจากที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webb Space Telescope เดินทางขึ้นสู่อวกาศในค่ำคืนวันคริสต์มาสปลายปี 2021 ทางวิศวกรก็ได้ใช้เวลานับเดือนในการเตรียมพร้อมอุปกรณ์ต่าง ๆ ตั้งแต่กระบวนการในการกางกระจก ไปจนถึงการ Calibrate ชิ้นส่วนทีละชิ้น ๆ เพื่อให้มั่นใจได้ว่า James Webb จะพร้อมสำหรับการทำงานวิทยาศาสตร์ และได้เผยภาพแรกซึ่งเป็นภาพสำหรับการทำ Calibration ทางวิศวกรรม (ไม่นับเป็นผลงานทางวิทยาศาสตร์) จึงยังไม่นับว่าเป็นภาพแรกของ James Webb ซึ่งหลังจากเวลาผ่านไป NASA ก็ได้เผยภาพแรกที่เป็นงานด้านวิทยาศาสตร์ในวันที่ 12 กรกฎาคม 2022
James Webb Space Telescope นับว่าเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ทรงพลังงที่สุดตอนนี้ ทั้งในแง่ของการเป็นกล้องในย่านอินฟราเรด และกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ด้วยกระจกขนาด 6.5 เมตร และเซ็นเซอร์รับแสง Near Infrared Camera (NIRCam) รุ่นใหม่ ทำให้มันกลายเป็นความหวังในการทำงานดาราศาสตร์แห่งอนาคต รวมถึงการมองย้อนกลับไปยังแสงแรก ๆ ของเอกภพ
James Webb Telescope เริ่มต้นการเดินทางสู่ความเข้าใจของจักรวาลที่ลึกและไกลกว่าเคย
โดยเมื่อช่วงเช้าของวันที่ 12 กรกฎาคม 2022 ประธานาธิบดี Joe Biden แห่งสหรัฐอเมริกา ก็ได้ออกมาโชว์ภาพแรกของกล้อง James Webb ด้วยตัวเอง ก่อนที่ในค่ำคืนวันเดียวกัน จะมีการเผยภาพถ่ายที่เหลืออีก 4 รูป
ซึ่งก่อนหน้านี้ NASA ได้ออกมาประกาศแล้วว่า James Webb จะเปิดเผยภาพถ่าย 5 ภาพแรก ของวัตถุท้องฟ้าได้แก่ กระจุกดาราจักร SMACS 0723 กระจุกดาราจักร Stephan’s Quintet เนบิวลาวงแหวน Southern Ring Nebula, Carina Nebula และ Spectrum จากการสังเกตดาวเคราะห์ WASP-96 b ซึ่งทั้งหมดนี้ ถูกคัดเลือกมาอย่างดีในการเป็น 5 ภาพแรกที่ถูกเปิดเผย ผ่านมติของ NASA, ESA, CSA ซึ่งเป็นหน่วยงานที่ดูแลกิจกรรมและการทำงานของกล้อง James Webb
กว่าจะเป็นภาพแรกที่คมชัดของ James Webb การทำ Alignment ต้องทำอะไรบ้าง
ปัจจุบัน กล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webb Space Telescope กำลังทำงานอยู่บริเวณจุด Larange L2 ซึ่งเป็นบริเวณที่แรงโน้มถ่วงของโลกและดวงอาทิตย์สมดุลกันจนทำให้เกิดแรงในทางกลศาสตร์ Lagrange ที่ทำให้ยานอวกาศสามารถโคจรอยู่บริเวณจุดนั้นได้ ซึ่งข้อดีของมันก็คือ การอยู่ห่างจากโลก ทำให้ไม่โดนคลื่นอินฟราเรดจากโลก (วัตถุทุกชนิดที่แผ่รังสีความร้อนได้จะมีการแผ่อินฟราเรด) รบกวนการสังเกตการณ์
ในบทความนี้ เราจะมาวิเคราะห์กันถึง 5 ภาพถ่ายชุดแรก ว่าบ่งบอกอะไรกับเรา คุณภาพเปรียบเทียบระหว่างกล้องช James Webb และ Hubble จะต่างกันขนาดไหน และอนาคตของการทำงานวิทยาศาสตร์โดยกล้อง James Webb จะเป็นอย่างไร
ภาพถ่าย Deep Field ของ SMACS 0723
เริ่มต้นจากภาพของกระจุกดาราจักร SMACS 0723 กลุ่มก้อนของดาราจักรมวลมหาศาลที่สามารถบิดโค้งกาลอวกาศจนเกิดปรากฎการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง (Gravitational Lensing) ปรากฎชัดเจนในภาพ ภาพนี้เป็นภาพแรกที่ถูกเปิดเผยออกมาถึง 12 ชั่วโมงก่อนหน้าภาพถ่ายอื่น เราเรียกภาพลักษณะนี้ว่าภาพตระกูล Deep Field ซึ่งเป็นการถ่ายภาพเฉพาะเจาะจงไปในบริเวณใดบริเวณหนึ่งของท้องฟ้า เพื่อให้เห็นย้อนกลับไปยังอดีต เนื่องจากแสงใช้เวลาเดินทางนับพันนับหมื่นล้านปีกว่าจะมาถึงผู้สังเกต (หมายความว่ายิ่งมองไปไกลแค่ไหน ภาพที่เห็นจะยิ่งปรากฎเป็นภาพอดีต)
ซึ่งกระจุกดาราจักร SMACS 0723 นี้ เปรียบเทียบเวลาและระยะทาง คือการย้อนกลับไป 4,600 ล้านปีก่อน เนื่องจากระยะห่างของมันคือ 4,600 ล้านปีแสง แม้จะไม่ได้ฟังดูไกลมากเหมือนภาพตระกูล Deep Field อื่น ๆ เช่น Hubble Deep Field หรือ Frontier Field แต่อย่าลืมว่าภาพนี้ใช้เวลาในการเปิดหน้ากล้องรับแสงเพียงแค่ 12 ชั่วโมงครึ่งเท่านั้น เทียบกับภาพตระกูล Deep Field อื่น ๆ ที่ใช้เวลาเปิดรับแสงนานหลักร้อยชั่วโมง
ก่อนหน้านี้ กล้อง Hubble เคยถ่ายภาพวัตถุนี้ไปแล้ว โดยเราจะเห็นว่าความคมชัดที่ได้ แตกต่างจาก James Webb อยู่มาก ในเรื่องของความคมชัดของแสง และปริมาณของแสงที่มาปรากฎบนภาพ
ด้วยตัวเลขดังกล่าว ทำให้บ่งบอกได้ว่า เมื่อกล้อง James Webb ถูกใช้งานอย่างเต็มประสิทธิภาพ มันจะช่วยให้เราสามารถมองย้อนกลับไปยังจุดเริ่มต้นแห่งสรรพสิ่ง ด้วยอายุของจักราล ซึ่งอยู่ที่ 14,000 ล้านปี ได้อย่างไม่ยากนัก และโอกาสที่เราจะได้เห็นแสงที่เกือบจะเป็นแสงแรกของสรรพสิ่งทั้งปวง ก็ใกล้เข้ามาเต็มที
และหลังจากที่ได้มีการเผยภาพนี้ ยังได้มีการโชว์ Spectrum ของดาราจักรในภาพถ่ายด้วย (ซึ่งนับว่าโหดมาก เพราะด้วยระยะทางที่ห่างไกลขนาดนี้) ทำให้เราสามารถดูได้ว่าดาราจักร และเทหวัตถุในยุคแรกเริ่มของจักรวาลประกอบไปด้วยธาตุใดบ้าง
Carina Nebula
Carina Nebula เป็นเนบิวลา ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 230 ปีแสง หรือมีขนาดปรากฎบนท้องฟ้าอยู่ที่ 70 พาร์เซก อยู่ห่างออกไปเพียงแค่ 8,500 ปีแสง ในทิศทางของกลุ่มดาวกระดูกงูเรือ วัตถุนี้อาจจะถ่ายภาพไม่ได้ยากนัก เพราะไม่ได้มีแสงที่ริบหรี่จนยากต่อการสังเกต และไม่ได้อยู่ไกลจนเกินไป แต่ภาพถ่ายจากกล้อง James Webb นั้นก็ช่วยให้เราเห็นรายละเอียดในย่านอินฟราเรดได้อย่างชัดเจน และมองผ่านกลุ่มฝุ่นที่เกิดจากซากการระเบิดของดวงดาวเข้าไปเห็นดาวฤกษ์ต่าง ๆ ที่อยู่เบื้องหลังได้อย่างชัดเจน ซึ่งเราไม่เคยเห็นมาก่อน
Stephan’s Quintet 5 ดาราจักรที่ถูกตรึงหากันด้วยแรงโน้มถ่วง
เป็นกระจุกดาราจักรที่อยู่ห่างออกไป 290 ล้านปีแสง ซึ่งเคยเป็นเป้าหมายการสังเกตการณ์ของกล้อง Spitzer Telescope ซึ่งเป็นกล้องที่เน้นถ่ายในย่านอินฟราเรดเช่นกัน หน้าตาของมันนั้น เราอาจจะเคยได้เห็นกันมาแล้วในฐานะดาราจักร 5 ดวง ที่อยู่แทบจะติดกัน เป็นผลมาจากการเคลื่อนที่เข้าหากัน
ดาราจักรทั้ง 5 ดวงนี้เป็นบ้านของดาวฤกษ์นับแสนล้านดวง และระบบนี้ถูกดึงดูดกันด้วยแรงโน้มถ่วงมหาศาล ซึ่งการศึกษาระบบนี้จะช่วยให้เราศึกษาการเคลื่อนที่ของดาราจักรในเอกภพ ซึ่งการถ่ายภาพในย่านอินฟราเรด จะช่วยให้เราเห็นรายละเอียดที่ชัดเจน รวมถึงเห็นบริเวณที่เกิดการชนหรือสะกิดกันระหว่างดาราจักร (ซึ่งในอนาคต Milky Way และ Andromeda ก็จะมาเจอกันแบบนี้แหละ )
และนอกจากนี้ ยังมีการใช้เซ็นเซอร์ NIRSpec ศึกษา Spectrum ของระบบ ทำให้เราเห็นถึงองค์ประกอบต่าง ๆ อย่างชัดเจน
WASP-96 b (ศึกษา Spectrum และค้นพบน้ำบนดาว)
ดาว b ในระบบดาว WASP-96 เป็นดาวเคราะห์แก๊สคล้ายดาวพฤหัสบดี ที่ถูกค้นพบในปี 2013 และอยู่ห่างจากโลกไป 1,120 ปีแสง ซึ่งความน่าสนใจก็คือ นี่จะเป็นความพยายามในการศึกษา Exoplanet ครั้งแรกของกล้อง James Webb (จริง ๆ ภาพอื่นก็ครั้งแรก)
การศึกษา WASP-96 b จะเป็นการศึกษา spectrum ของแสงที่ออกมาจากดาวด้วยอุปกรณ์ NIRISS (Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) ซึ่งก็จะเผยให้เห็นถึงองค์ประกอบทางธาตุเคมีของดาว คล้ายกับการใช้อุปกรณ์บนหอดูดาวบนโลก แต่การศึกษาด้วยกล้อง James Webb ก็ช่วยให้เราได้ข้อมูลที่ละเอียดและไม่ถูกรบกวนโดยบรรยากาศของโลก
ซึ่งข้อมูลของ WASP-96 b ที่ Webb พบก็คือ มีธาตุองประกอบที่เป็นน้ำอยู่ (H2O) จากการสังเกตการณ์ Transit ผ่านหน้าดาวแม่ อย่างไรก็ตาม NASA บอกว่าข้อมูลนี้ยังเป็นเพียงข้อมูลแรก ซึ่งก็คงต้องยืนยันกันต่อไป
Southern Ring Nebula
เป็นเนบิวลาลักษณะ planetary nebula อยู่ห่างออกไปจากโลก 2,000 ปีแสง ก่อนหน้านี้มันเป็นวัตถุที่โด่งดังที่ Hubble เคยถ่ายไว้เช่นกัน กลุ่มแก๊สนี้เคลื่อนที่ห่างออกไปดาวฤกษ์ (ดาวแม่) ที่กำลังตายด้วยความเร็ว 9 ไมล์ต่อวินาที และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของมันก็ใหญ่โตขนาดครึ่งปีแสง
ข้อมูลแรกจาก James Webb นี้แสดงให้เห็น Bubble ที่แยกชั้นออกอย่างชัดเจน และมองเห็นรายละเอียดที่อยู่เบื้องหลังกลุ่มฝุ่นแก๊ส และรอบนี้เราได้เห็นว่าดาวที่เรากำลังสังเกต เป็น Biniry Star หรือดาวคู่อย่างชัดเจนเป็นครั้งแรก
ในบทความเรื่อง ทำไมกระจก James Webb เหมือนกับกระจก IKEA เจาะเบื้องหลังการออกแบบและวิศวกรรม เราได้ชวนทุกคนพูดคุยกันไปถึงวิศวกรรมเบื้องหลังการออกแบบตัวกล้อง James Webb กันไปแล้ว ซึ่งก็น่าจะทำให้เราพอเข้าใจได้ว่า ทำไมกล้อง James Webb ถึงเป็นเครื่องมืออันทรงพลังที่จะช่วยเราไขปริศนาในหลายมิติทางดาราศาสตร์ ตั้งแต่จุดเริ่มต้นของจักรวาล ไปจนถึงการสังเกตการณ์วัตถุทางดาราศาสตร์ใหม่ ๆ เพื่อสร้างความเข้าใจต่อฟิสิกส์ดาราศาสตร์ของเรา
ปัจจุบันยังไม่เคยมีกล้องโทรทรรศน์ใดที่มีขีดความสามารถเพียงพอที่จะสามารถสังเกตเห็นได้ในช่วงคลื่นอินฟราเรดด้วยความละเอียดเท่ากับ James Webb มาก่อน
หลังจากนี้ James Webb จะกลายเป็นเครื่องมือชิ้นสำคัญที่เปิดโอกาสให้ทุกคนสามารถนำข้อมูลจากการสังเกตการณ์ไปใช้ได้ (เหมือนกับกรณีของกล้อง Hubble) จะนำมาซึ่งข้อมูลทางวิทยาศาสตร์และงานวิจัยอีกไม่ถ้วน
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
