หลังจากที่ก่อนหน้านี้ในปี 2020 เราได้รายงานข่าวแผนการสร้างกล้อง Nancy Grace Roman ไปในบทความ Nancy Grace Roman Space Telescope นักล่า Exoplanet ที่กำลังจะถูกปล่อยภายในปี 2025 เราก็ได้เห็นความคืบหน้าของการก่อสร้างตัวกล้องตลอดระยะเวลากว่า 5 ปี จนในที่สุด ปี 2026 ตัวกล้อง Nancy Grace Roman ก็ได้สร้างเสร็จเรียบร้อยและเตรียมถูกปล่อยสู่อวกาศจริง ๆ ซึ่งแอบช้ากว่าที่กำหนดเอาไว้ประมาณ 1 ปี โดย ณ ตอนนี้กล้อง Nancy Grace Roman ได้อยู่ที่ NASA Goddard Space Flight Center และจะถูกส่งไปยัง NASA Kennedy Space Center เพื่อเตรียมปล่อยขึ้นสู่อวกาศด้วยจรวด Falcon Heavy ของ SpaecX ในเดือนกันยายน 2026
ในภาพใหญ่นั้น กล้อง Nancy Grace Roman เป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่เน้นการศึกษาในย่านคลื่นอินฟราเรดย่านใกล้ ตัวกล้องมีน้ำหนักมากกว่า 4 ตัน จะไปโคจรอยู่บริเวณจุด Lagrange L2 ใกล้กับจุดที่ James Webb อยู่ แต่กล้อง Roman นั้นเป็นกล้อง กระจก 2.4 เมตร มีมุมการมองเห็นแบบเป็นมุมกว้างหรือ Wide Field ออกแบบมาเพื่อศึกษาจักรวาลในมุมที่กว้างกว่า James Webb เพื่อให้เห็นกิจกรรมในภาพใหญ่ เช่น การตรวจหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ หรือการทำ Survey เพื่อหาวัตถุที่น่าสนใจในทางดาราศาสตร์ และที่สำคัญคือการทำแผนที่และศึกษาอิทธิพลของสสารมืด และพลังงานมืด ต่อโครงสร้างของจักรวาล โดยภารกิจประมาณนี้ก็จะคล้ายกับกล้อง Euclid ยานอวกาศไขปริศนาสสารและพลังงานมืด ขององค์การอวกาศยุโรป ESA
ในบทความนี้เราจะมาเรียบเรียงและเจาะลึกการก่อสร้างกล้อง Nancy Grace Roman รวมถึงอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญสำหรับภารกิจนี้กัน
ประวัติความเป็นมาและปรัชญาของกล้อง
ถ้าย้อนกลับไปดูจุดเริ่มต้นของ Nancy Grace Roman Space Telescope จริง ๆ แล้วมันไม่ได้เริ่มจากตัวมันเอง แต่เริ่มจากแนวคิดของภารกิจที่ชื่อว่า WFIRST หรือ Wide-Field Infrared Survey Telescope ซึ่งถูกเสนอตั้งแต่ช่วงปี 2010 โดยโจทย์หลักในตอนนั้นชัดมาก คือวงการต้องการกล้องที่สามารถทำ Wide-Field Survey ในย่านอินฟราเรด และต่อมาถูกพัฒนา ก่อนจะถูกเปลี่ยนชื่อเป็น Nancy Grace Roman Space Telescope เพื่อเป็นเกียรติแก่ Nancy Grace Roman ผู้บุกเบิกโครงการกล้องอวกาศของ NASA และมักถูกเรียกว่า “Mother of Hubble”
จุดเปลี่ยนสำคัญที่ทำให้ภารกิจนี้ “เป็นไปได้จริง” ในเชิงงบประมาณและวิศวกรรม เกิดขึ้นในปี 2012 เมื่อ National Reconnaissance Office หรือ NRO ตัดสินใจบริจาค Optical Telescope Assembly ขนาด 2.4 เมตรจำนวนสองชุดให้กับ NASA ซึ่งเป็นฮาร์ดแวร์ระดับเดียวกับที่ใช้ในดาวเทียมสอดแนม กระจกดังกล่าวมีคุณภาพสูงและพร้อมใช้งานในระดับหนึ่ง ทำให้ NASA ไม่ต้องเริ่มจากศูนย์ในการสร้าง Primary Mirror ซึ่งปกติเป็นหนึ่งในส่วนที่แพงและใช้เวลานานการ “ได้กระจกฟรี” ในครั้งนี้จึงไม่ใช่แค่การลดต้นทุน แต่เปลี่ยนดีไซน์ของ WFIRST ไปเลย จากเดิมที่วางแผนใช้กระจกขนาดเล็กกว่า กลายเป็นกล้องระดับเดียวกับ Hubble แต่มี Field of View ใหญ่กว่ามาก
สิ่งแรกที่เราต้องเข้าใจเกี่ยวกับ Nancy Grace Roman ก็คือมันไม่ได้สำคัญที่ว่าเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศพร้อมกับกระจก 2.4 เมตร เท่านั้นแต่ไฮไลต์หลักของมันก็คือ “Detector” ที่มันเลือกใช้ เพราะในโลกของฟิสิกส์ดาราศาสตร์ สมัยใหม่ สิ่งที่กำหนดว่าคุณ “เห็นอะไร” ไม่ใช่แค่ความใหญ่ของกล้อง แต่แต่คือเซนเซอร์ที่อยู่ปลายทางของโฟตอนทุกตัว
กล้อง Roman ใช้ Wide Field Instrument หรือ WFI ที่ประกอบด้วย Detector แบบ HgCdTe หรือ Mercury Cadmium Telluride ซึ่งเป็น Semiconductor Alloy ที่สามารถปรับ Bandgap (ช่องว่างของพลังงาน) ได้ ตามสัดส่วนของธาตุที่ผสมกัน ตรงนี้คือหัวใจสำคัญ เพราะ Bandgap เป็นตัวกำหนดว่ามันจะไวต่อแสงในช่วง Wavelength ไหน ถ้าพูดแบบง่าย HgCdTe คือวัสดุที่เราเลือกได้ว่าจะให้มันมองเห็นแสงในย่านไหนของ Spectrum ซึ่งในกรณีของ Roman มันถูกปรับให้ไวในย่านอินฟราเรดย่านใกล้หรือ Near-Infrared
คำถามคือทำไมต้องอินฟราเรด คำตอบก็เพราะจักรวาลจริง ๆ ไม่ได้โปร่งใสในแสงที่ตามนุษย์มองเห็น ฝุ่นระหว่างดาว หรือ Interstellar Dust จะกระเจิงและดูดกลืนแสง Visible ได้ดีมาก แต่ปล่อยให้แสงอินฟราเรดผ่านไปได้มากกว่า นั่นแปลว่าถ้าอยาก “มองทะลุ” เข้าไปในบริเวณที่ดาวกำลังก่อตัว หรือแม้แต่สังเกตแสงจากกาแล็กซีที่อยู่ไกลมาก ๆ ซึ่งถูก ยืดออกด้วยปรากฎการณ์ Redshift จนหลุดออกจากย่าน Visible ไปแล้ว อินฟราเรดคือคำตอบเดียวที่เหลืออยู่
ทีนี้ทำไมต้องเป็น HgCdTe ด้วย ทำไมไม่ใช้ Silicon Detector แบบกล้องทั่วไป คำตอบสั้น ๆ คือ Silicon “มองไม่เห็น” อินฟราเรดในระดับที่เราต้องการ เพราะ Bandgap ของ Silicon มันจะถูก Fix อยู่ที่ช่วง Visible เป็นหลัก ขณะที่ HgCdTe สามารถออกแบบให้มี Sensitivity สูงในอินฟราเรดย่านใกล้ และที่สำคัญคือมี Quantum Efficiency สูง หมายถึงโฟตอนที่เข้ามามีโอกาสถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าได้มาก ลดการสูญเสียข้อมูลตั้งแต่ต้นทาง
แต่ข้อแลกเปลี่ยนคือ HgCdTe เป็นวัสดุที่ “โคตรจะเรื่องมาก” มากในเชิงวิศวกรรม มันต้องทำงานในอุณหภูมิต่ำเพื่อลด Thermal Noise เพราะตัว Detector เองสามารถสร้าง Signal หรือสัญญาณหลอกจากความร้อนได้ ถ้าไม่คุมอุณหภูมิให้ดี สัญญาณจากจักรวาลที่เราต้องการวัด ซึ่งบางครั้งอ่อนมากระดับไม่กี่โฟตอน จะถูกกลบด้วย Noise จากตัวเซนเซอร์เองทันที นี่คือเหตุผลว่าทำไม Roman ต้องมีระบบ Thermal Control ที่ซับซ้อน และต้อง Calibrate Detector อย่างต่อเนื่อง
อีกประเด็นที่สำคัญคือ Roman ไม่ได้ใช้ Detector ตัวเดียว แต่ใช้ H4RG Detector จำนวน 18 ตัวตัวละ 16,800,000 พิกเซล ต่อกันเป็น Mosaic ขนาดใหญ่ระดับ 300 ล้านพิกเซล ซึ่งในเชิงวิศวกรรม นี่คือการแก้ปัญหาเรื่องแบ่งการผลิตของชิ้นใหญ่ ให้กลายเป็นของชิ้นเล็กหลาย ๆ ชิ้นแทน เพราะการผลิต Detector ขนาดใหญ่ชิ้นเดียวแทบเป็นไปไม่ได้ ต้องแบ่งเป็นหลายตัวแล้ว “เย็บ” เข้าด้วยกัน แต่การเย็บนี้ต้องทำให้คุณภาพและความคงที่ของแต่ละพิกเซลทั้ง Array มีความเหมือนกันในระดับที่สามารถใช้วัดรูปร่างของกาแล็กซีเพื่อศึกษาการบิดโค้งของมันได้ ดังนั้น เราต้องมั่นใจว่าข้อมูลที่ได้นั้นไม่ได้ถูกบิดโดยมาตรฐานการสร้าง Array แต่ละตัว
เบื้องหลังการก่อสร้างกล้อง Nancy Grace Roman
หน่วยงานที่รับผิดชอบในการสร้างและประกอบกล้อง Roman นั้นก็คือ NASA Goddard Space Flight Center เจ้าเดียวกับที่สร้าง James Webb โดยในเชิงโครงสร้าง Roman แบ่งออกเป็นสองส่วนหลัก คือ Optical Telescope Assembly (OTA) กับ Instrument Module ซึ่งในกรณีนี้คือ Wide Field Instrument การออกแบบกล้องโทรทรรศน์ทั่วไปอาจจะเริ่มจาก Optics แล้วค่อยเอา Detector ไปวาง แต่ Roman ต้องออกแบบสองอย่างนี้ไปพร้อมกัน เพราะ Field of View ที่ใหญ่ผิดปกติทำให้ความแม่นยำของ Optical Alignment และ Focal Plane แคบลงอย่างมาก การเบี้ยวเพียงเล็กน้อยระดับไมครอนสามารถ กลายเป็นความผิดพลาดในระดับ Arcsecond บนท้องฟ้า
โดยอุปกรณ์ในส่วน OTA และ Wide Field Instrument นั้นมีมวลรวมกันมากถึง 2,200 กิโลกรัมเลยทีเดียว ยังไม่รวมนมวลของส่วนอื่น ๆ ของยานอวกาศ เช่นระบบ Bus ของตัวยาน หรือระบบ Thermal System ต่าง ๆ
อีกส่วนประกอบที่สำคัญคือ Thermal System เพราะอย่างที่เราบอก Detector อย่าง HgCdTe ที่เราพูดถึงไปก่อนหน้านี้ “แพ้ความร้อน” อย่างรุนแรง Roman ต้องรักษาอุณหภูมิของ Instrument ให้อยู่ในช่วงที่ Thermal Noise ต่ำพอจะไม่กลบสัญญาณจากจักรวาล ซึ่งแปลว่าทั้งโครงสร้างต้องถูกออกแบบให้จัดการ Heat Flow อย่างแม่นยำ ตั้งแต่การเลือกวัสดุ การวาง Radiator ไปจนถึงการทำชั้นแบ่งระหว่างความร้อนที่เกิดจากอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในตัวยานกับส่วนของกล้อง
เมื่อประกอบทุกอย่างเข้าด้วยกัน ขั้นตอนต่อไปคือทำ Environmental Testing นำเข้าไปทดสอบใน Vacuum Chamber ขนาดใหญ่เพื่อจำลองสภาพสุญญากาศและอุณหภูมิของอวกาศ จากนั้นต้องผ่านการทดสอบ Vibration และ Acoustic เพื่อจำลองแรงสั่นสะเทือนจากการปล่อยด้วยจรวด ซึ่งในกรณีนี้คือ Falcon Heavy
สุดท้ายคือการประกอบมันเข้ากับระบบ Bus ของตัวยานอวกาศ และติดตั้งระบบ Attitude Control เพราะสำหรับ Roman ซึ่งประกอบไปด้วยระบบ Reaction Wheel, Star Tracker, Sun Sensor ที่ใช้ในการควบคุมกล้องให้หันไปมองจุดต่าง ๆ บนท้องฟ้าอย่างแม่นยำ และติดตั้งแผง Solar Arrays ที่จะสร้างพลังงานให้กับตัวยาน
เมื่อรวมกันแล้ว Nancy Grace Roman มีมวลรวมทั้งหมด 4,100 กิโลกรัม นับว่าเป็นกล้องที่หนักมาก ๆ น้อง ๆ James Webb ที่หนัก 6,200 กิโลกรัม และนั่นก็คือเหตุผลว่าทำไมเราถึงต้องใช้จรวดขนส่งขนาดใหญ่อย่าง Falcon Heavy ในการนำส่งมันไปอยู่ที่จุด Lagrange L2 นั่นเอง Lagrangian Point คืออะไร ทำไมยานอวกาศถึงต้องไปอยู่ตรงนั้น
แล้วหน้าที่ของมันคือทำอะไรกันแน่ ซ้ำกับกล้องตัวอื่นมั้ย
ทีนี้ เราจะเห็นว่าช่วงหลังเรามีกล้องโทรทรรศน์ต่าง ๆ เยอะแยะเต็มไปหมด ตั้งแต่ James Webb, Euclid, SPHEREx และยังจะมีกล้องอื่น ๆ อีก เช่น NEO Surveyor มันจะมีอะไรเยอะมากมาย แล้ว Nancy Grace Roman Space Telescope “มีไว้ทำอะไร” กันแน่ ทำไมเราไม่มีกล้องตัวเดียวที่ทำงานได้ครอบจักรวาลไปเลย
คำตอบที่ตรงที่สุดคือ มันคือเครื่องมือสำหรับ “ทำแผนที่จักรวาลในเชิงสถิติ” ไม่ใช่การไปดูวัตถุชิ้นใดชิ้นหนึ่งให้ละเอียดที่สุดแบบ James Webb แต่มันคือการเก็บข้อมูลของวัตถุนับล้านนับร้อยล้าน แล้วถามคำถามระดับ Population ว่าจักรวาลโดยรวม “มีแพทเนิร์นอะไรซ่อนอยู่”
ถ้าจะให้เห็นภาพ Roman ทำหน้าที่คล้ายการเอาโดรนบินสำรวจทั้งเมืองแล้วสร้างแผนที่ความละเอียดสูง ขณะที่ James Webb คือการเดินเข้าไปดูบ้านทีละหลังแบบละเอียดมาก ปัญหาคือถ้าคุณมีแค่ James Webb คุณจะรู้ว่าบ้านหนึ่งหลังหน้าตาเป็นยังไง แต่คุณจะไม่รู้ว่า “ทั้งเมือง” ถูกจัดวางยังไง Roman จึงเข้ามาเติมช่องว่างนี้โดยตรง ซึ่งในทางวิทยาศาสตร์การวัดใด ๆ ก็ตาม ความยากมันอยู่ที่การเห็นภาพใหญ่ ถ้าสมมติเรายื่นไม้บรรทัดให้คุณหนึ่งอัน บอกให้คุณวัดแผ่นกระดาษที่อยู่ตรงหน้า มันก็ไม่ยาก แต่ถ้าเราบอกให้คุณวัดขนาดของกรุงเทพมหานคร ด้วยไม้บรรทัดคุณก็ต้องคิดแล้วว่าจะทำยังไงดี
ทีนี้คำถามคือ แล้วมันต่างจาก Euclid ของ ESA หรือ SPHEREx ที่เราเคยเล่าไปในบทความ SPHEREx กล้องโทรทรรศน์มุมกว้าง นักสำรวจกาแล็กซีตัวใหม่ของ NASA ยังไง เพราะสองตัวนี้ก็เป็น Wide-Field Survey เหมือนกัน คำตอบคือ “เหมือนกันในเชิงการทำงาน แต่ต่างกันในวิธีมองจักรวาล”
Euclid ของ ESA ถูก Optimize ไปที่ Cosmology แบบตรงไปตรงมา โดยใช้แสงในย่านที่ตามองเห็นบวกกับอินฟราเรดย่านใกล้ เพื่อวัด Weak Lensing และกระจุกดาราจักรหรือ Galaxy Clustering ในเสกลใหญ่ ซึ่งสามารถดูผลการศึกษาได้จาก กล้อง Euclid เปิดให้นักดาราศาสตร์ศึกษาข้อมูลชุดใหม่ ประกอบไปด้วยมากกว่า 380,000 กาแล็กซี เป้าหมายคือศึกษาพลังงานมืดและโครงสร้างของจักรวาลในเสกลใหญ่ให้แม่นที่สุด ในขณะที่กล้อง Roman ทำงานวิทยาศาสตร์แบบเดียวกันได้ แต่เพิ่มความสามารถทางอินฟราเรด ที่ลึกกว่า และมีความยืดหยุนและอเนกประสงค์มากกว่า รวมถึงมี Microlensing สำหรับตรวจหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะซึ่ง Euclid ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อทำ
ส่วน SPHEREx นี่แทบจะเป็นคนละโลกเลย แม้ว่าจะเป็น Wide-Field เหมือนกัน แต่ SPHEREx เป็น Spectroscopic survey ทั้งท้องฟ้า มันไม่ได้เน้น “ภาพละเอียด” แต่เน้นการวัด Spectrum ของวัตถุจำนวนมหาศาลเพื่อดูส่วนประกอบและศึกษาประวัติของจักรวาล เช่น การกระจายของน้ำแข็ง โมเลกุลอินทรีย์
พอเอาทั้งสามตัวมาวางด้วยกัน ภาพจะเริ่มชัดว่าเรากำลังเข้าสู่ยุคที่ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ไม่ได้มีกล้องตัวเดียวทำทุกอย่าง แต่เป็น Ecosystem ของภารกิจที่แต่ละตัวเก็บข้อมูลคนละมิติ Euclid ให้โครงสร้างจักรวาลในเชิงเรขาคณิต Roman ให้ Distribution และ Evolution ของวัตถุในเชิงสถิติแบบละเอียด และ SPHEREx ให้ข้อมูลเชิงสเปกตรัมและเคมีของจักรวาล
แล้วสิ่งนี้ไปช่วย James Webb Space Telescope ยังไง คำตอบคือ Roman จะกลายเป็น “กล้องชี้เป้า” ชั้นดีให้กับ James Webb เพราะ James Webb มีเวลาจำกัดมากและมุมองแคบ การจะเลือกว่าควรเอาเวลาหลายสิบชั่วโมงไปจ้องวัตถุไหน ต้องอาศัยข้อมูลจาก Survey ก่อนกล้อง Roman จะทำหน้าที่เหมือนการแสกนทั้งท้องฟ้าเพื่อหาวัตถุที่ “น่าสนใจผิดปกติ”
ดราม่าตัดงบวิทยาศาสตร์ที่เสี่ยงต่ออนาคตของกล้อง
ในขณะที่ Nancy Grace Roman กำลังเดินมาถึงเส้นชัยหลังใช้เวลาก่อสร้างหลายปี อีกด้านหนึ่งของวงการกลับมีสัญญาณที่น่ากังวลไม่แพ้กัน คือข้อเสนอร่างงบประมาณปี Fiscal Year 2027 Budget Request ของ NASA ที่อาจเปลี่ยนทิศทางภารกิจวิทยาศาสตร์หลาย ๆ ภารกิจ
ตัวเลขที่ถูกเสนอค่อนข้างชัดและ “แรง” ในเชิงนโยบาย งบรวมของ NASA ถูกเสนอให้ลดลงประมาณ 23% และที่หนักกว่านั้นคือ Science Mission Directorate ซึ่งเป็นหน่วยที่ดูแลภารกิจวิทยาศาสตร์ทั้งหมด อาจถูกตัดจาก 7,250 ล้านดอลลาร์ เหลือเพียง 3,900 ล้านดอลลาร์ หรือหายไปถึง 47% ในปีเดียว
สิ่งที่น่าสนใจคือข้อเสนอนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่เสียทีเดียว เพราะในปี FY 2026 ก็เคยมีนโยบายคล้ายกัน และถูก Congress ปัดตกไป ซึ่งเราเคยรายงานเรื่องนี้ไปในบทความ ส่องร่างงบ NASA และ NOAA ปี 2026 ตัดงบกว่าครึ่ง เสี่ยงยุบกล้อง Nancy Roman และ Mars Sample Return ประเด็นที่ทำให้เรื่องนี้กลายเป็น “ดราม่า” มากขึ้น คือการที่งบฝั่งการสำรวจอวกาศแบบมีมนุษย์โดยเฉพาะโครงการ Artemis ยังคงได้รับการสนับสนุน ในขณะที่ Science ถูกตัดอย่างหนัก
สำหรับ Roman โดยตรง แม้ตัวกล้องจะสร้างเสร็จแล้ว แต่ภารกิจไม่ได้จบที่การปล่อย งบประมาณหลังจากนี้ยังครอบคลุม Operation, Data Processing, Calibration และ Extended Mission ที่อาจยืดไปอีกหลายปี การถูกบีบงบในช่วงนี้จึงไม่ได้แค่เสี่ยงเลื่อนปล่อย แต่เสี่ยงทำให้งานวิทยาศาสตร์ที่ควรจะสร้างได้ “ต่ำกว่าที่ควรจะเป็น” จาก การลงทุนที่ใส่ไปแล้ว
สุดท้ายแล้วการตัดสินใจก็จะอยู่ที่ Congress ซึ่งที่ผ่านมาแสดงให้เห็นชัดว่ามีแรงสนับสนุน Science อยู่พอสมควร แต่คำถามที่น่าสนใจกว่าคือ ต่อให้รอบนี้ Science รอด แล้วในระยะยาว NASA จะสามารถรักษาสมดุลระหว่าง “การไปไกล” กับ “การเข้าใจสิ่งที่เราเห็น” ได้จริงหรือเปล่า เพราะถ้าสองอย่างนี้เริ่มแยกออกจากกันมากขึ้น เราอาจกำลังสร้างอนาคตที่ไปถึงที่ใหม่ได้เร็วขึ้น แต่เข้าใจจักรวาลน้อยลงก็เป็นได้
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
