การตัดสินว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลทำงานอย่างไร

ในวงโคจรของโลกที่ต่ำของเรามีกล้องโทรทรรศน์ที่เรียกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าฮับเบิลทำงานอย่างไรเพื่อจับภาพจักรวาลให้เป็นภาพที่น่าทึ่ง?

กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศซึ่งมีข้อดีกว่ากล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินหลายประการ

แม้ว่ากล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินมักจะตั้งอยู่ในบริเวณที่สูงมาก (เช่นบนภูเขา) ที่มีมลพิษทางแสงน้อยที่สุด แต่ก็ยังต้องต่อสู้กับความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศซึ่งจะช่วยลดการมองเห็นได้เล็กน้อย ผลกระทบอย่างหนึ่งของความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศก็คือเมื่อเราเห็นดวงดาวที่ดูเหมือนจะวิบวับ

ข้อเสียอีกประการหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินคือชั้นบรรยากาศของโลกสามารถดูดซับรังสีอินฟราเรดและรังสีอัลตราไวโอเลตที่ผ่านเข้ามาได้มาก ตอนนี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศสามารถตรวจจับคลื่นเหล่านี้ได้ง่ายขึ้น นั่นเป็นเหตุผลที่ฮับเบิลถูกวางไว้ในอวกาศ: เพื่อให้นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาจักรวาลได้ทุกช่วงความยาวคลื่นโดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งที่ไม่สามารถตรวจพบได้จากพื้นผิวโลก

อย่างไรก็ตามมีข้อเสียเปรียบประการหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเช่นกล้องฮับเบิลนั่นคือการบำรุงรักษาและซ่อมแซมเมื่อได้รับความเสียหายเป็นเรื่องยากมาก อย่างไรก็ตามกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลเป็นกล้องโทรทรรศน์ตัวแรกที่ออกแบบมาเพื่อให้นักบินอวกาศได้รับการแก้ไขโดยตรงในวงโคจรของโลกในขณะที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศอื่น ๆ เช่นเคปเลอร์และสปิตเซอร์ไม่สามารถซ่อมแซมได้เลย

ฮับเบิลทำการหมุนรอบโลกครบหนึ่งครั้งทุกๆ 97 นาทีโดยเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 8 กิโลเมตรต่อวินาที คุณอาจคิดว่านี่เป็นความเร็วที่เร็วมาก แต่เนื่องจากมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ของโลกความเร็วฮับเบิลนี้จึงยังไม่สำคัญ

ฮับเบิลจะต้องอยู่ที่ความเร็วนั้นหากยังคงวนรอบโลก ถ้าช้ากว่านี้อีกหน่อยฮับเบิลจะตกลงสู่โลก แต่ถ้าเร็วกว่านั้นมันจะถูกเหวี่ยงออกนอกวงโคจรของโลก ตอนนี้เมื่อมันเคลื่อนที่กระจกฮับเบิลจะจับแสงจากจักรวาลจากนั้นแสงจะถูกส่งไปยังเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์บางอย่าง

รวมอยู่ในกล้องโทรทรรศน์ชนิดหนึ่งที่เรียกว่าตัวสะท้อนแสงแบบคาสเซเกรนวิธีการของฮับเบิลนั้นง่ายมาก แสงจากวัตถุสากลที่สัมผัสกับกระจกหลักของกล้องโทรทรรศน์หรือกระจกหลักจะสะท้อนบนกระจกรอง หลังจากนั้นกระจกทุติยภูมิจะโฟกัสแสงผ่านรูตรงกลางกระจกปฐมภูมิเพื่อส่งไปยังเครื่องมือวิทยาศาสตร์

บางคนอาจรวมถึงคุณด้วยมักอ้างผิด ๆ ว่ากล้องโทรทรรศน์ใช้ขยายวัตถุ แม้ว่าจะไม่เป็นเช่นนั้น หน้าที่ที่แท้จริงของกล้องโทรทรรศน์คือการรวบรวมแสงจากท้องฟ้ามากกว่าที่ตามนุษย์จะทำได้ ยิ่งกระจกเงาของกล้องโทรทรรศน์มีขนาดใหญ่เท่าไหร่ก็ยิ่งสามารถรวบรวมแสงได้มากขึ้นและผลการถ่ายภาพก็จะดีขึ้นเท่านั้น

อ่านเพิ่มเติม: ที่มาของกล้อง: จากนักประดิษฐ์ชาวมุสลิมไปจนถึงกล้องที่มีความซับซ้อนในปัจจุบัน

กระจกหลักของฮับเบิลเองมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตรซึ่งมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินในปัจจุบันซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 เมตรขึ้นไป อย่างไรก็ตามตำแหน่งของฮับเบิลนอกชั้นบรรยากาศให้ความคมชัดในการถ่ายภาพเป็นพิเศษ

เมื่อกระจกฮับเบิลรวบรวมแสงได้แล้วเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ของฮับเบิลจะเริ่มทำงานไม่ว่าจะพร้อมกันหรือแยกกันขึ้นอยู่กับความต้องการของการสังเกต เครื่องมือแต่ละชิ้นได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจสอบจักรวาลด้วยวิธีที่แตกต่างกัน

เครื่องมือเหล่านี้ ได้แก่ :

กล้องไวด์ฟิลด์ 3 (WFC3)ซึ่งเป็นเครื่องมือที่สามารถมองเห็นแสงได้สามประเภท: ใกล้อัลตราไวโอเลตแสงที่มองเห็นได้และใกล้อินฟราเรดแม้ว่าจะไม่พร้อมกัน ความละเอียดและมุมมองของมันนั้นมากกว่าเครื่องมืออื่น ๆ บนกล้องฮับเบิล WFC3 เป็นหนึ่งในสองเครื่องมือใหม่ล่าสุดของฮับเบิลและใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาพลังงานมืดสสารมืดการก่อตัวของดวงดาวและการค้นพบกาแลคซีที่อยู่ไกลออกไป

Cosmic Origin Spectrograph (COS)รวมถึงเครื่องมือฮับเบิลตัวใหม่ COS เป็นสเปกโตรกราฟที่สามารถมองเห็นได้เฉพาะในแสงอัลตราไวโอเลตเท่านั้น สเปกโตรกราฟเปรียบเสมือนปริซึมโดยแยกแสงจากวัตถุท้องฟ้าออกเป็นสีของมัน นอกจากนี้ยังมี "ลายนิ้วมือ" ของความยาวคลื่นของวัตถุที่กำลังสังเกตซึ่งจะบอกให้นักดาราศาสตร์ทราบถึงอุณหภูมิองค์ประกอบทางเคมีความหนาแน่นและการเคลื่อนที่ COS จะเพิ่มความไวแสงอัลตราไวโอเลตของฮับเบิลอย่างน้อย 70 เท่าเมื่อสังเกตวัตถุที่มืดสลัวมาก

กล้องขั้นสูงสำหรับการสำรวจ (ACS)เครื่องมือที่ช่วยให้ฮับเบิลมองเห็นแสงที่มองเห็นได้และออกแบบมาเพื่อศึกษากิจกรรมบางอย่างของเอกภพในยุคแรก ACS ช่วยทำแผนที่การกระจายของสสารมืดตรวจจับวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดในจักรวาลค้นหาดาวเคราะห์ขนาดใหญ่และศึกษาวิวัฒนาการของกระจุกดาราจักร ACS หยุดทำงานในช่วงสั้น ๆ ในปี 2550 เนื่องจากไม่มีไฟฟ้า แต่ได้รับการซ่อมแซมในเดือนพฤษภาคม 2552

สเปกโตรกราฟถ่ายภาพด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ (STIS)ซึ่งเป็นเครื่องมือสเปกโตรกราฟอีกชนิดหนึ่งบนกล้องฮับเบิลที่สามารถมองเห็นได้ในแสงอัลตราไวโอเลตที่มองเห็นได้และใกล้อินฟราเรด ตรงกันข้ามกับ COS STIS ขึ้นชื่อเรื่องความสามารถในการล่าหลุมดำ แม้ว่า COS จะทำงานได้ดีที่สุดสำหรับการศึกษาดวงดาวหรือควาซาร์ แต่ STIS สามารถทำแผนที่วัตถุขนาดใหญ่เช่นกาแลคซี

อ่านเพิ่มเติม: นี่คือขั้นตอนของจันทรุปราคาคุณรู้อะไรไหม?

Near Infrared Camera และ Multi-object Spectrometer (NICMOS)คือเซ็นเซอร์ความร้อนฮับเบิล ความไวต่อแสงอินฟราเรดทำให้นักดาราศาสตร์สังเกตเห็นวัตถุท้องฟ้าที่ซ่อนอยู่หลังฝุ่นระหว่างดวงดาว โดยปกติแล้วเครื่องมือ NICMOS นี้จะใช้เมื่อฮับเบิลกำลังค้นคว้าเกี่ยวกับเนบิวลา

เครื่องมือสุดท้ายFine Guidance Sensors (FGS)เป็นอุปกรณ์ที่สามารถล็อคตำแหน่งของฮับเบิลกับวัตถุท้องฟ้าที่คุณต้องการสังเกตโดยทำให้ฮับเบิลชี้ไปในทิศทางที่ถูกต้อง นอกจากนั้น FGS ยังสามารถใช้วัดระยะทางของดวงดาวได้อย่างแม่นยำ

เครื่องมือฮับเบิลทั้งหมดนี้สามารถใช้งานได้เพราะได้รับการสนับสนุนจากแสงแดด ฮับเบิลมีแผงโซลาร์เซลล์หลายแผงที่สามารถเปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นไฟฟ้าได้โดยตรง ไฟฟ้าบางส่วนจะถูกเก็บไว้ในแบตเตอรี่เพื่อให้กล้องโทรทรรศน์ใช้งานได้เมื่ออยู่เหนือพื้นที่กลางคืนของโลกซึ่งถูกปิดกั้นจากแสงแดด

Hubble juga dilengkapi dengan empat antena yang berfungsi untuk mengirim dan menerima informasi antara Hubble dan Tim Operasi Misi yang berada di Goddard Space Flight Center di Maryland, AS. Selain itu, ada pula dua komputer utama dan sejumlah sistem yang lebih kecil pada Hubble. Salah satu komputer utama digunakan untuk menangani perintah yang mengarahkan teleskop, sementara komputer yang lain adalah untuk memerintahkan instrumen, menerima data mereka, dan mengirimkannya ke satelit, hingga akhirnya diterima Pusat Misi di Bumi.

หลังจาก Mission Center ได้รับข้อมูลจากฮับเบิลเจ้าหน้าที่ที่ทำงานที่นั่นจะเริ่มแปลข้อมูลเช่นความยาวคลื่นอื่น ๆ และจัดเก็บข้อมูลในอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล ฮับเบิลเพียงคนเดียวส่งข้อมูลเพียงพอที่จะกรอกดีวีดีประมาณ 18 แผ่นในแต่ละสัปดาห์ นักดาราศาสตร์สามารถดาวน์โหลดข้อมูลที่เก็บถาวรทางอินเทอร์เน็ตและวิเคราะห์ได้จากทุกที่ในโลก

นั่นคือวิธีการทำงานของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และนอกจากนี้คุณยังสามารถใช้ฮับเบิลเพื่อทำการวิจัยได้อีกด้วย คุณจะต้องส่งข้อเสนอที่ดีที่สุดไปยังศูนย์พันธกิจฮับเบิลเท่านั้น ข้อเสนอที่ได้รับการคัดเลือกจะมีโอกาสใช้ประโยชน์จากความสามารถของฮับเบิลในการสังเกตการณ์และการวิจัย ในแต่ละปีจะมีการตรวจสอบข้อเสนอประมาณ 1,000 รายการและมีการคัดเลือกประมาณ 200 รายการ

สนใจสังเกตจักรวาลด้วยกล้องฮับเบิลหรือไม่?