Mars Exploration LaRA กระจกสะท้อนเลเซอร์บนดาวอังคาร บนยาน Perseverance ช่วยอนาคตการสำรวจดาวอังคารอย่างไร
LaRA กระจกสะท้อนเลเซอร์บนดาวอังคาร บนยาน Perseverance ช่วยอนาคตการสำรวจดาวอังคารอย่างไร

Chottiwatt Jittprasong

LaRA กระจกสะท้อนเลเซอร์บนดาวอังคาร บนยาน Perseverance ช่วยอนาคตการสำรวจดาวอังคารอย่างไร

October 5, 2020

กระจกสะท้อนแสงเลเซอร์ที่เรียกว่า Laser Retroreflector เป็นกระจกสะท้อนแสงที่ลดการกระจัดกระจาย (Scatter) ของแสงและเพิ่มมุมสะท้อนกลับหมด (Angle of Incidence) ให้กว้างก็เดิมเพื่อสะท้อนแสงแบบกลับหมดในทิศทางเดิมให้มากที่สุด ซึ่งเหตุผลที่ Laser Retroreflector ต้องสะท้อนแสงแบบนั้นเป็นเพราะว่ามันใช้ในการวัดระยะทางด้วยเลเซอร์จากระยะที่ไกลมาก ๆ เช่น ระยะทางจากโลกไปดวงจันทร์ อย่างในการทดลอง Lunar Laser Ranging Experiment (LLRE) ซึ่งอาศัย Laser Retroreflector บนดวงจันทร์ที่นักบินอวกาศโครงการ Apollo 11, 14 และ 15 เอาไปวางไว้ จากนั้นจึงยิงเลเซอร์ความแม่นยำสูงจากโลกขึ้นไปดวงจันทร์แล้วจับเวลาตอนที่มันสะท้อนกลับมายังโลกเพื่อคำนวณระยะทางจากโลกไปดวงอาทิตย์ (สามารถอ่านบทความเจาะลึกเกี่ยวกับ LLRE ได้ที่นี่ รู้จัก LLRE เจาะลึกวิทยาศาสตร์ของกระจกบนดวงจันทร์ ไม่ใช่แค่วัดระยะทาง)

อย่างไรก็ตาม เรายังมี Laser Retroreflector บนดาวอังคารเพียงแค่อันเดียวเท่านั้นคือบนยาน InSight Lander ที่เรียกว่า Laser Retroreflector Array for InSight (LARRI) โรเวอร์ Perseverance ในภารกิจ Mars 2020 กำลังจะเป็นโรเวอร์อันแรกที่จะติด Laser Retroreflector ไปด้วย โดยกระจกที่ติดไปกับ Perseverance มีชื่อเรียกว่า Laser Retroreflector Array (LaRA) โดยขนาดของ LaRA ใหญ่เพียงแค่ฝ่ามือเท่านั้นเอง และในตัว LaRA จะมีรูที่ข้างในรูมีกระจกที่เรียกว่า Glass cells สำหรับสะท้อนแสงกลับหมด

ซึ่งขนาดของมันเมื่อเทียบกับ Laser Retroreflector ของ LLRE แล้ว LaRA นี่เล็กไปเลย นั้นเป็นเพราะว่า LLRE ต้องสะท้อนแสงที่เดินทางมากไกลทั้งหมดมากกว่า 770,000 กิโลเมตร (ไปแล้วกลับ) จึงทำให้เลเซอร์ที่ยิงมาจากโลกต่อให้แม่นยำแค่ไหนเมื่อมันมาถึงดวงจันทร์ส่วนหนึ่งก็จะกระจัดกระจายไปแล้วเพราะระยะทางบางส่วนไม่ได้ออกโลกด้วยซ้ำ (โดนบัง) แล้วตอนมันกระทบกับ Laser Retroreflector มันก็จะสะท้อนกลับมายังโลก หมายความว่ามันก็จะกระจัดมากกว่าเดิมอีกกว่าเท่าตัวเดิมมีน้อยอยู่แล้ว สะท้อนกลับมายิ่งเหลือน้อยกว่าเดิมอีกโดยแสงที่ยิ่งออกไปกว่า 10 กำลัง 7 โฟตอน หรือประมาณ 10 ล้านโฟตอนจะมีแค่อันเดียวเท่านั้นที่สะท้อนกลับมายังโลกได้ อ่าวแล้วดาวอังคารอยู่ไกลกว่าทำไมถึงใช้ Retroreflector อันนิดเดียวเท่านั้นเอง

นั้นเป็นเพราะว่ารอบนี้ LaRA ไม่ได้มีไว้เพื่อสะท้อนแสงจากโลกไปดาวอังคารแล้วกลับมาแต่มันจะใช้สะท้อนแสงจากดาวเทียมในวงโคจรดาวอังคารไปยังพื้นผิวดาวอังคารแล้วกลับมา และที่เจ๋งกว่านั้นก็คือ LaRA มันอยู่บน Perseverance ซึ่งเป็นโรเวอร์ หมายความว่ามันคือ Retroreflector เคลื่อนที่ได้ ต่างกับ Retroreflector ที่เคยมีมาซึ่งตั้งอยู่ตรงไหนก็อยู่ตรงนั้นไปไม่เว้นแม้แต่บน InSight ซึ่งเป็นยานลงจอด ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้

Laser Retroreflector Array (LaRA) บนยาน Perseverance – ที่มา NASA/JPL-Caltech

หมายความว่าเราจะมีแผ่นสะท้อนแสงเลเซอร์เคลื่อนที่ได้บนดาวอังคารทำให้เราจะเอา Retroreflector ที่ว่าไปที่ไหนก็ได้ แล้วยานโคจรเหนือดาวอังคารในอนาคตที่จะติด Laser ไว้ (ณ ตอนนี้ไม่มียานไหนที่มีเลเซอร์ติดไว้เลย) ก็จะทำการยิ่งแสงเลเซอร์ลงไปที่ตำแหน่งของ Retroreflector บนยาน Perseverance จากนั้นจึงสะท้อนกลับไปยังยานโคจรในขณะที่ยานโคจรก็จะถูกติดตามจากโลกอีกทีหนึ่ง

ซึ่งนี่จะทำให้เราสามารถทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้ด้วยซึ่งเป็นเหมือนจิ๊กซอว์ปะติดปะต่อปริศนาพลังงานและสสารมืดได้

นอกจากนี้ Laser Ranging ยังช่วยในการศึกษาทางธรณีวิทยาของดาวอังคารอีกด้วย อย่างเช่น Laser Retroreflector บนยาน InSight ที่ช่วยในการติดตามการเปลี่ยนแปลงการหมุนรอบตัวเองของดาวอังคารโดยตรวจว่ามันแกว่งอย่างไรเพื่อนำข้อมูลไปวิเคราะห์ว่าแกนของดาวอังคารเป็นของแข็งหรือของเหลว นอกจากนี้มันยังสามารถใช้ตรวจการเคลื่อนที่ของพื้นผิวบนดาวอังคารได้ด้วย

SkyCrane ของยาน Curiosity ซึ่งใช้ระบบ Terrain Relative Navigation แบบเดียวกับที่ Perseverance จะใช้ – ที่มา NASA

ในการลงจอดบนดาวอังคารทั่วไป ปัจจุบันเราใช้ระบบนำทางที่เรียกว่า Terrain-Relative Navigation ซึ่งเป็นระบบที่เปรียบเทียบภาพที่ถ่ายได้ระหว่างการลดระดับกับภาพที่มีอยู่ในฐานข้อมูลคอมพิวเตอร์การบินของยานเพื่อนำทางและเปลี่ยนตำแหน่งการลงจอดหากจำเป็น และ Perseverance ก็ใช้ระบบนี้เช่นกัน Laser Retroreflector จะมีส่วนช่วยในการนำทางการลงจอดของยานในอนาคตเพื่อเพิ่มความแม่นยำของระบบ Terrain-Relative Navigation ซึ่งจะทำให้การนำทางความแม่นยำในระดับเซนติเมตรเพราะว่า Laser Ranging ถือเป็นการวัดระยะทางที่แม่นยำที่สุดในปัจจุบันนั่นเอง

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

NASA’s New Mars Rover Is Ready for Space Lasers







เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก