Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy หรือ SOFIA คือหอดูดาวบินได้ซึ่งเป็นความร่วมมือของ NASA และ German Aerosapace Center (DLR) การสำรวจเป็นจำนวนมาก เช่น การพบโมเลกุลน้ำบนด้านสว่างของดวงจันทร์เป็นครั้งแรกบนดวงจันทร์ก็เป็นผลงานของกล้อง SOFIA มันถูกใช้เพื่อสำรวจวัตถุอวกาศมาตลอด เช่น หลุมดำ กาแล็กซี และดาวเคราะห์ อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้ SOFIA พึ่งประสบความสำเร็จในการตรวจวัดตัวแปรทางชั้นบรรยากาศของโลกเป็นครั้งแรก
อ่านบทความเกี่ยวกับกล้อง SOFIA ได้ที่นี่ – SOFIA หอดูดาวบินได้บนเครื่อง 747 ที่ออกแบบให้ไปอยู่ตรงไหน เมื่อไหร่ ก็ได้บนโลก
SOFIA เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่ถูกติดตั้งไว้อยู่บนเครื่องบิน Boeing 747SP ซึ่งออกแบบมาให้บินอยู่ในชั้น Stratosphere ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศเหนือชั้น Troposphere ของโลก การที่ SOFIA อยู่บนชั้น Stratosphere นั้นทำให้มันสามารถหลีกเลี่ยงสภาพอากาศต่าง ๆ เช่น เมฆหรือพายุซึ่งอาจบดบังทัศนวิสัยในการส่องกล้องได้ เพราะแม้แต่ความชื้นในอากาศหรือละอองฝุ่นเล็ก ๆ ก็สามารถส่งผลกระทบต่อกล้องโทรทรรศน์ได้
หน้าที่ของ SOFIA คือการส่องกล้องโทรทรรศน์ผ่านชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลกสู่อวกาศ ซึ่งการที่ SOFIA อยู่บนเครื่องบินทำให้มันสามารถบินไปสำรวจวัตถุอวกาศที่มุมไหนของโลกก็ได้ ขอแค่มีสนามบิน SOFIA พึ่งได้รับการ Upgrade ระบบกล้อง Infrared เมื่อไม่นานมานี้พร้อมกับเทคโนโลยี Laser แบบใหม่ในอุปกรณ์ GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequency) ซึ่งนอกจากมันจะสามารถนำมาใช้ในการสำรวจวัตถุนอกอวกาศได้แล้ว มันยังนำมาใช้บนโลกได้ด้วย
อ้างอิงจากเปเปอร์งานวิจัย Direct measurements of atomic oxygen in the mesosphere and lower thermosphere using terahertz heterodyne spectroscopy เป็นครั้งแรกที่ SOFIA และข้อมูลจาก GREAT ถูกนำมาใช้ในการวัดค่า Oxygen ในชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลก Mesosphere และ Thermosphere ซึ่งเป็นชั้นที่อยู่เหนือชั้น Stratosphere ขึ้นไปแต่ต่ำกว่าชั้น Exosphere ซึ่งเป็นอวกาศ
ชั้น Thermosphere เป็นชั้นที่เป็นเสมือนกันชนให้โลก กล่าวคืออนุภาคมีประจุต่าง ๆ จากอวกาศ เช่น รังสี Ultraviolet และ X-ray จะชนเข้ากับชั้น Thermosphere ซึ่งมีความหนาที่สุด อนุภาค Oxygen และ Nitrogen ที่อยู่ในชั้น Themosphere ก็จะถูกอนุภาคมีประจุที่พุ่งเข้ามาชนเข้าเกิดการแตกตัวของโมเลกุลเป็นอะตอม เช่น Atomic Oxygen และ Atomic Nitrogen ในชั้น Thermosphere ยิ่งอยู่สูงจะยิงมีอุณหภูมิสูงขึ้นเรื่อย ๆ เพราะชั้นบรรยากาศและโมเลกุลต่าง ๆ ดูดซับรังสีจากดวงอาทิตย์
ซึ่งการศึกษาในวิจัยอ้างอิงดังกล่าวได้ยืนยันทฤษฎีเรื่องของการวัดและประมาณค่าของความเข้มข้นของ Oxygen ในชั้น Thermosphere และ Mesosphere ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจการดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ของโลกจากดวงอาทิตย์มากขึ้น
SOFIA ถูกใช้ในการสำรวจ Atomic Oxygen (O) หรือ Oxygen โมเลกุลเดี่ยวซึ่งแตกต่างจาก Oxygen (O2) ที่เราใช้ในการหายใจ โดย Atomic Oxygen มีบทบาทสำคัญในการควบคุมอุณหภูมิของชั้นบรรยากาศชั้นบนไม่ให้สูงเกินไป หากเราสามารถวัดความเข้มขนของ Atomic Oxygen ได้ เราก็จะสามารถประมาณอุณหภูมิของชั้นบรรยากาศได้นั่นเอง
ซึ่งการสำรวจเหล่านี้ไม่เคยทำได้ไม่ก่อน ไม่ว่าจะด้วยกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน กล้องโทรทรรศน์อวกาศ หรือแม้แต่ดาวเทียมสำรวจโลก กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินส่วนใหญ่ถูกรบกวนโดยไอน้ำในชั้น Troposphere ทำให้ไม่สามารถวัดได้อย่างแม่นยำ ส่วนดาวเทียมสำรวจโลกส่วนใหญ่วัดค่า Oxygen อ้างอิงจากการวัดสารอื่น ๆ อ้างอิงอีกที จึงไม่แม่นเท่าที่ควร
SOFIA ซึ่งบินอยู่สูงกว่า 40,000 ฟุตซึ่งอยู่เหนือไอน้ำในชั้นบรรยากาศกว่า 99.9% ที่มาพร้อมกับอุปกรณ์สำหรับการวัดค่า Oxygen โดยตรงจากแสงช่วงคลื่น Infrared จึงเป็นอุปกรณ์เพียงอันเดียวที่สามารถทำงานชนิดนี้ได้
อีกอย่างหนึ่งก็คือเมื่อก่อน SOFIA ถูกใช้เพียงแค่การสำรวจอะไรที่มันอยู่นอกโลกเท่านั้น จริง ๆ แล้วข้อมูลการสำรวจทางดาราศาสตร์ของ SOFIA ก็มีข้อมูลของชั้นบรรยากาศปะปนอยู่ด้วยมานานแสนนานแล้ว เพียงแต่ข้อมูลเหล่านั้นถูกจัดให้เป็น “Noise” เพราะว่าเราไม่ได้สนใจข้อมูลชั้นบรรยากาศ เราสนใจข้อมูลอวกาศ
การพัฒนาครั้งนี้ของ SOFIA โดยการ Upgrade อุปกรณ์เพื่อให้ SOFIA สามารถสำรวจชั้นบรรยากาศได้ดีมากขึ้นจึงทำให้ SOFIA สามารถเก็บข้อมูลสองอย่างพร้อมกันได้นั่นก็คือข้อมูลทางด้านดาราศาสตร์และข้อมูลทางด้านชั้นบรรยากาศได้พร้อม ๆ กัน จากก่อนหน้านี้ที่ข้อมูลด้านชั้นบรรยากาศเป็นเพียงแค่ “Noise” หรือสัญญารบกวน ที่มักจะถูกกรองออก แต่ ณ ตอนนี้ มันกลายเป็น Byproduct ของการสำรวจวัตถุทางดาราศาสตร์ไปเรียบร้อยแล้ว
อย่างเช่นในการบินของ SOFIA เมื่อปี 2015 เหนือ Canada กล้อง SOFIA ได้ถ่ายรูป Jellyfish Nebula ซึ่งอยู่ห่างออกไปกว่า 5,000 ปีแสงจากโลก ในขณะเดียวกันก็เก็บข้อมูลชั้นบรรยากาศของโลกที่ติดมากับข้อมูลของ Jellyfish Nebula ไปด้วย
หลังจากนี้ไป SOFIA จะไม่ใช่แค่กล้องโทรทรรศน์อวกาศ แต่จะเป็นเครื่องบินสำรวจชั้นบรรยากาศของโลกไปในตัวด้วยนั่นเอง
เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO
อ้างอิง
