เราสามารถเปลี่ยนดวงอาทิตย์ให้เป็นกล้องโทรทรรศน์ยักษ์ได้หรือไม่ ?

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ นับว่าเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่มีความซับซ้อนมากที่สุดชนิดหนึ่งที่มนุษย์พัฒนาขึ้น ปัจจุบันกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) ถือเป็นผลงานทางวิศวกรรมขนาดใหญ่ที่น่าทึ่งและมีความซับซ้อนมากที่สุดชิ้นหนึ่งของมนุษย์ แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงค้นหาวิธีการใหม่ ๆ ในการสำรวจอวกาศโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีขนาดใหญ่ขึ้น และหนึ่งในแนวคิดที่น่าสนใจ คือ การใช้ดวงอาทิตย์ทั้งดวงเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดยักษ์ เพื่อใช้ในการสำรวจอวกาศ

แนวคิดการสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศจาก "ดวงอาทิตย์" 

เพื่อให้เห็นภาพว่า หากได้มีการสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศ “เลนส์แรงโน้มถ่วง" โดยใช้ดวงอาทิตย์ขึ้นจริง กล้องโทรทรรศน์อวกาศนี้ จะมีขีดความสามารถเพียงใด นักวิทยาศาสตร์จึงยกตัวอย่างง่าย ๆ ด้วยตัวอย่างความสามารถของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) 

โดยปัจจุบันกล้องโทรทรรศน์อวกาศ เจมส์ เวบบ์ (JWST) นับว่าเป็นเทคโนโลยีกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ทรงประสิทธิภาพมากที่สุดในโลก ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ศึกษาดาราศาสตร์อินฟราเรด โดยถูกส่งไปประจำตำแหน่งจุด ลากร็องฌ์ ที่ 2 หรือระยะทางระหว่างโลก-ดวงอาทิตย์ที่ราว 1,500,000 กิโลเมตร

ทั้งนี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) ที่มีขนาดกระจกรวมกันทุกบาน จะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 21.3 ฟุต หรือ 6.5 เมตร ด้วยขนาดกระจกนี้ ทำให้ตัวกล้องมีพลังในการจับภาพถ่ายต่าง ๆ ที่น่าทึ่ง เช่น สามารถใช้มองเห็นรายละเอียดของเหรียญที่อยู่ห่างออกไป 40 กิโลเมตร หรือจับภาพรายละเอียดขนาดเล็กของลูกฟุตบอลที่อยู่ห่างออกไป 550 กิโลเมตร และยังสามารถถ่ายภาพความละเอียดกว่า 10 อาร์ควินาที ซึ่งทำงานได้ดีกว่าสายตามนุษย์  

กล้องโทรทรรศน์อวกาศจาก "ดวงอาทิตย์" สร้างขึ้นแบบใด?

แต่จะเกิดอะไรขึ้นหากมนุษย์สามารถพัฒนาเทคโนโลยี "กล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่" ได้มากกว่านี้หลายเท่า หนึ่งในนั้นคือแนวคิดการสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศจากดวงอาทิตย์ โดยใช้จานรับสัญญาณขนาดใหญ่ (Relay Spacecraft) บินโคจรตัดผ่านระบบสุริยะ เพื่อทำหน้าที่สะท้อนสัญญาณจากดวงอาทิตย์ ซึ่งจะต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูง ที่ปัจจุบันยังไม่สามารถทำได้

และแม้ว่าขนาดที่ใหญ่ของดวงอาทิตย์ ซึ่งมีความร้อนสูงอาจไม่มีลักษณะใด ๆ เหมือนเลนส์หรือกระจกของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ แต่ในทฤษฎีสัมพันธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ วัตถุที่มีมวลมากจะหักเหกาลอวกาศรอบตัวของมัน แสงที่พุ่งผ่านพื้นผิวของดวงอาทิตย์จะหักเหออกไป และแทนที่จะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง แสงจะมุ่งไปยังจุดโฟกัสพร้อมกับแสงอื่น ๆ ที่พุ่งผ่านดวงอาทิตย์ในเวลาเดียวกัน

นักดาราศาสตร์จึงพัฒนาแนวคิดการใช้ประโยชน์จากทฤษฎีนี้โดยเรียกว่า "เลนส์ความโน้มถ่วง" (gravitational lensing) เพื่อศึกษากาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดในจักรวาล เมื่อแสงจากกาแล็กซีเหล่านั้นผ่านเข้าใกล้กระจุกกาแล็กซีขนาดยักษ์ มวลของกระจุกกาแล็กซีนั้นจะขยายภาพพื้นหลัง ทำให้เราเห็นได้ไกลกว่าปกติ

โดยนักดาราศาสตร์คาดว่า “เลนส์แรงโน้มถ่วง" โดยใช้ดวงอาทิตย์ช่วย จะทำให้ได้ภาพที่มีความละเอียดสูงอย่างแทบไม่น่าเชื่อ เสมือนว่าเรามีกระจกกล้องโทรทรรศน์ที่มีความกว้างเท่ากับดวงอาทิตย์ทั้งดวง จานรับสัญญาณขนาดใหญ่ (Relay Spacecraft) ที่วางในตำแหน่งโฟกัสที่ถูกต้อง จะสามารถควบคุมแรงโน้มถ่วงที่บิดเบือนจากดวงอาทิตย์ได้ ทำให้สามารถสังเกตจักรวาลที่อยู่ไกลออกไปได้ด้วยความละเอียดที่น่าทึ่ง ซึ่งคาดว่าจะมีประสิทธิภาพมากกว่ากล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope, EHT) ประมาณ 1 ล้านเท่า

กล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope, EHT)

สำหรับกล้องโทรทรรศน์ อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope, EHT) ประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่กระจายอยู่ทั่วโลกจากหลายทวีปซึ่งช่วยเพิ่มความละเอียดในการมองเห็น และมีผลงานในการสังเกตหลุมดำที่อยู่ห่างจากโลกหลายล้านปีแสง เช่น หลุมดำในกาแล็กซี M87 ในปี 2019

ข้อจำกัดในการสร้างให้เป็นจริง

อย่างไรก็ตาม การที่จะใช้ดวงอาทิตย์เป็นเลนส์แรงโน้มถ่วงให้กับกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ยังมีข้อจำกัดในแง่ของเทคโนโลยีปัจจุบัน เนื่องจากจุดโฟกัสของแสงที่หักเหไปนั้นอยู่ไกล เทียบได้กับระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ 542 เท่า และไกลกว่าระยะทางที่ยานวอยเอจเจอร์เดินทาง 1 ถึง 3 เท่า หรือเป็นระยะทางประมาณ 72,000 ล้านกิโลเมตร ซึ่งเป็นยานอวกาศที่นับว่าเดินทางไกลที่สุดของมนุษย์ หลังถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อปี 1977 

ความท้าทายทางด้านวิศวกรรมอวกาศยังไม่หยุดแค่ตรงนั้น เพราะนอกจากต้องขนส่งจานรับสัญญาณขนาดใหญ่ (Relay Spacecraft) ไปยังตำแหน่งที่ห่างจากโลก 72,000 ล้านกิโลเมตร ตัวยานอวกาศยังต้องมีพลังงานเพียงพอ ที่จะสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่หลายสิบกิโลเมตรบนอวกาศ เพื่อแปลงสัญญาณภาพในลักษณะภาพโมเสกแบ่งเป็นชิ้นส่วนเล็ก ๆ และส่งข้อมูลกลับมายังโลก 

เทคโนโลยีปัจจุบันยังไม่สามารถสร้างกล้องโทรทรรศน์อวกาศจาก "ดวงอาทิตย์" ได้

แนวคิด “เลนส์แรงโน้มถ่วง" โดยใช้ดวงอาทิตย์นั้นย้อนกลับไปถึงช่วงทศวรรษ 1970 โดยในขณะนั้นนักดาราศาสตร์ได้เสนอให้พัฒนากลุ่มดาวเทียมคิวบ์แซตขนาดเล็กน้ำหนักเบา ติดตั้งใบเรือสุริยะเพื่อเร่งความเร็วให้ไปถึง 542 AU หรือระยะทางห่างจากโลก 81,083 ล้านกิโลเมตร เมื่อไปถึงตำแหน่งดังกล่าวดาวเทียมจะชะลอความเร็วและประสานการเคลื่อนที่ สร้างภาพถ่ายขึ้นมา และส่งข้อมูลกลับมายังโลก 

ดังนั้นในปัจจุบันแนวคิดการสร้าง “เลนส์แรงโน้มถ่วง" โดยใช้ดวงอาทิตย์ จึงยังไม่สามารถเกิดขึ้นได้ เนื่องจากข้อจำกัดด้านเทคโนโลยีของมนุษย์ยังไม่สามารถพัฒนาจานรับสัญญาณขนาดใหญ่ (Relay Spacecraft) ที่มีขนาดใหญ่และพลังงานเพียงพอที่จะรับสัญญาณจากดวงอาทิตย์จากระยะไกลดังกล่าว และคาดว่าต้องใช้เวลาหลักร้อยปีหรือพันปี หากอารยธรรมของมนุษย์ไม่ล่มสลายไปเสียก่อน จึงจะสามารถพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูงเพียงพอสำหรับการสร้าง “เลนส์แรงโน้มถ่วง" โดยใช้ดวงอาทิตย์

ที่มาของข้อมูล Paul M. Sutter / Space.com