ไอเดียการใช้เลนส์แบบบาง (Diffractive lens) ในการพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นใหม่
หลังจากที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เริ่มทำการสำรวจจักรวาลมาได้สักพักก็ได้เริ่มแสดงศักยภาพของอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ถือได้ว่ามีราคาแพงและอัดแน่นด้วยเทคโนโลยีก้าวล้ำที่สุดชิ้นหนึ่งของมนุษยชาติ ทำให้เราได้เห็นภาพที่น่าทึ่งรวมถึงข้อมูลใหม่ ๆ มากมายที่เราไม่เคยรู้
แต่กว่าจะมีวันนี้วันที่เจมส์ เวบบ์ ได้ออกทำหน้าที่ได้อย่างที่เหล่านักวิทยาศาสตร์หวังและตั้งใจไว้ ก็ต้องฟันฝ่าอะไรมามากมาย ด้วยงบประมาณที่่บานปลายกว่าที่เคยตั้งไว้และความล่าช้าของโครงการพัฒนาที่ใช้เวลาร่วม 2 ทศวรรษ
จึงนำมาสู่คำถามว่าถ้าเราจะพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นใหม่ที่ดีกว่า ถูกกว่า เพื่อรับไม้ต่อในการทำหน้าที่สำรวจจักรวาลต่อจากกล้องเจมส์ เวบบ์ จะทำได้หรือไม่ อย่างไร?
ซึ่งเมื่อไม่นานมานี้ก็ได้มีการนำเสนอไอเดียในการพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นใหม่โดยใช้เลนส์ชนิดบางในการทำหน้าที่รวมแสงแทนกระจกรวมแสง ซึ่งจะทำให้ตัวกล้องโทรทรรศน์มีน้ำหนักเบากว่าและต้นทุนการผลิตก็ต่ำกว่า
ไอเดียนี้ถูกนำเสนอโดย Daniel Apai นักดาราศาสตร์ที่ทำงานอยู่ในมหาวิทยาลัยแอริโซนาซึ่งเป็นหัวหน้าทีมศึกษาและพัฒนารูปแบบของกล้องโทรทรรศน์ที่จะมารับช่วงต่อกล้องเจมส์ เวบบ์ที่มีเรียกว่า "Nautilus Space Observatory"
โดยจุดเริ่มต้นนั้นมาจากปี 2016 เมื่อ Northrop Grumman บริษัทยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีการบินและอวกาศของสหรัฐฯ ได้เชิญเหล่าผู้เชี่ยวชาญมาร่วมสัมมนากันในหัวข้อ "รูปแบบของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเพื่อการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในอีก 50 ปีข้างหน้า"
ซึ่งในที่ประชุมได้เห็นพ้องกันว่าความท้าทายหลักของโครงการสำรวจอวกาศด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศนั่นคือการส่งอุปกรณ์เหล่านี้ขึ้นสู่อวกาศ เพราะกล้องแต่ละตัวมีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก และที่สำคัญราคาก็สูงลิบ
และก็ได้นำมาสู่ไอเดียในการนำเลนส์ชนิดที่เรียกว่า Diffractive lens ซึ่งอาศัยหลักการเลี้ยวเบนของแสง(แบบเดียวกับการเกิดเงาสลัวที่ขอบของวัตถุเวลาโดนแสง) ซึ่งต่างจากเลนส์ทั่วไปที่ใช้การหักเหของแสงที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางต่างชนิด
รูปเปรียบเทียบ Diffractive lens (ซ้าย) กับเลนส์ทั่วไป
ด้วยการออกแบบลักษณะผิวเลนส์ให้เป็นลวดลายที่ดูเหมือนรอยหยักฟันเลื่อยเมื่อมองจากด้านข้างก็จะทำให้สามารถรวมแสงได้โดยที่ไม่ต้องเพิ่มความหนาชิ้นเลนส์เมื่อขนาดเลนส์มีเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่ขึ้น นั่นจึงทำให้ Diffractive lens จะบางกว่าเลนส์แบบหักเหแสงมาก
ทั้งนี้ Diffractive lens หรือที่รู้จักกันในชื่อ Fresnel lens นั้นไม่ใช่ของใหม่เพราะมันถูกคิดค้นขึ้นโดย Augustin-Jean Fresnel นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศษ ในปี 1819 เพื่อใช้กับโคมไฟส่องนำทางในประภาคาร
โฉมหน้าของนักวิทยาศาตร์ผู้คิดค้น Diffractive lens
โดย Diffractive lens นั้นสามารถทำขึ้นได้โดยใช้วัสดุโปร่งใสอื่นที่ไม่ใช่แก้ว อย่างเช่น อะคริลิค พลาสติกใสก็ได้ ทำให้ยิ่งมีน้ำหนักเบา
Diffractive lens ปัจจุบันก็มีใช้งานอยู่ในชุด VR Head set และชุดเลนส์ในกล้องของ Smart phone ทั้งนี้เพราะคุณสมบัติของตัวเลนส์ที่บางและเบามากนั่นเอง
ลักษณะของผิวเลนส์ที่ใช้ใน VR Headset จะเห็นถึงแนวลวดลายวงแหวนของแต่ละ Step ของผิวโค้งที่ทำให้เกิดการเลี้ยวเบนของแสง
ซึ่งข้อจำกัดของเลนส์ประเภทนี้ก็คือเรื่องความคมชัดของภาพที่ได้ โดยเฉพาะถ้าเป็นเลนส์ Diffractive แบบชิ้นเดี่ยวนั้นภาพที่ได้จะค่อนข้างเบลอ ดังนั้นที่ผ่านมาเลนส์ประเภทนี้จึงไม่เคยถูกใช้งานในทางด้านดาราศาสตร์เลย
แต่ถ้าหากสามารถเอาชนะความท้าทายในการแก้ปัญหาเรื่องความคมชัดของภาพที่ได้จากเลนส์ประเภทนี้ได้ นั่นย่อมหมายถึงเราสามารถผลิตเลนส์ขนาดยักษ์ที่บางเฉียบและมีน้ำหนักเบาได้ เพราะความสามารถในการรวมแสงนั้นเกิดจากลวดลายบนผิวเลนส์ไม่ใช่ความหนาเลนส์
หลังจากการสัมมนา Daniel ก็ได้ร่วมงานกับ Thomas Milster ผู้เชี่ยวชาญในการทำ Diffractive lens ในการพัฒนา Diffractive lens ความคมชัดสูงจนพวกเขาสามารถทำเลนส์ต้นแบบขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางขนาด 5 เซนติเมตรที่ให้ภาพคมชัดในระดับที่สามารถใช้งานด้านดาราศาสตร์ได้
เลนส์ต้นแบบขนาดหน้ากว้าง 5 เซนติเมตร
และปัจจุบันทีมงานของ Daniel กับ Thomas สามารถทำชิ้นเลนส์ขนาดหน้ากว้าง 10 นิ้ว(24 เซนติเมตร)ได้สำเร็จ ซึ่งเมื่อเทียบกับเลนส์แบบหนักเหแสงหน้ากว้าง 10 นิ้วแล้วเลนส์ที่ทีมงานทำขึ้นนี้มีน้ำหนักเบากว่าร่วม 10 เท่าเลยดีเดียว
ซึ่ง Daniel ได้ประเมินว่าชิ้นเลนส์ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 8.5 เมตร ที่จะใช้กับกล้อง Nautilus นั้นจะมีความหนาเพียง 5 เซนติเมตรทำให้ตัวกล้องโทรทรรศน์อวกาศนี้มีน้ำหนักเพียง 500 กิโลกรัม ซึ่งหนักไม่ถึง 1 ใน 3 ของกล้อง เจมส์ เวบบ์
หน้าตาของกล้องโทรทัศน์อวกาศ Nautilus ที่ทีมงานออกแบบ
โดยขณะนี้ทีมของ Daniel กำลังมุ่งทำชิ้นเลนส์ต้นแบบขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1 เมตร ซึ่งถ้าสำเร็จด้วยดีก็จะเป็นการพิสูจน์ความเป็นไปได้ของแนวคิดการใช้ Diffractive lens ในการสำรวจอวกาศไปอีกขึ้น
ซึ่งข้อดีของการใช้เลนส์ที่ทีมพัฒนาขึ้นมานี้คือ ผลิตง่าย รวดเร็วด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่ากระจกรวมแสงแบบที่ใช้ในกล้องเจมส์ เวบบ์ รวมถึงเลนส์ชนิดนี้ไม่ได้มีข้อจำกัดในการใช้งานเท่ากระจกรวมแสงที่ต้องอาศัยการเรียงตัวของกระจกอยู่ในแนวที่ต้องการอย่างแม่นยำจึงจะสามารถทำงานได้
ส่วนประกอบของกล้องโทรทัศน์อวกาศ Nautilus ซึ่งค่อนข้างเรียบง่ายไม่ซับซ้อน
ด้วยค่าใช้จ่ายกับระยะเวลาที่ใช้ในการผลิต และด้วยน้ำหนักที่เบากว่ากล้องเจมส์ เวบบ์ มาก กล้องโทรทัศน์อวกาศ Nautilus จึงถูกออกแบบให้สามารถผลิตและปล่อยขึ้นสู่อวกาศเป็นจำนวนมากเพื่อใช้งานแบบกลุ่มร่วมกันหลายตัวเพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการมองได้อีกด้วย
โดยการใช้งานในรูปแบบกล้องหลายตัวร่วมกันนี้เรียกว่า NAUTILUS ARRAY ซึ่งจะประกอบด้วยกล้อง Nautilus จำนวน 35 ตัวทำงานร่วมกัน
กล้อง Nautilus ถูกออกแบบให้สามารถบรรทุกขึ้นไปกับจรวด BFR ของ SpaceX ได้ทีละ 15 ตัว
ด้วยน้ำหนักของตัวกล้องและการออกแบบที่สามารถพับเก็บในห้องบรรทุกสินค้าได้ทำให้สามารถนำกล้อง Nautilus ขึ้นสู่อวกาศได้ทีละหลายตัว โดยทีมงานประเมินว่าสามารถนำกล้อง Nautilus ขึ้นไปกับยาน BFR ของ SpaceX ได้ถึงเที่ยวละ 15 ตัวเลยทีเดียว
ภาพจำลองขณะทำการปล่อยตัวออกประจำตำแหน่ง
โดยกล้องใน NAUTILUS ARRAY สามารถแยกกันทำงานเพื่อสังเกตวัตถุและเหตุการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นบนฟากฟ้าหลาย ๆ ที่ไปพร้อมกัน หรือจะรวมกันมองไปยังเป้าหมายเดียวเพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการสำรวจเป้าหมาย
ก็นับว่าเป็นอีกไอเดียที่น่าสนใจมากในการพัฒนากล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นถัดไปที่อาจจะมารับช่วงต่อจากกล้องเจมส์ เวบบ์ และกล้องฮับเบิล ก็ต้องรอดูกันต่อไปว่า NASA จะซื้อไอเดียนี้หรือไม่
- 2
ดูเพิ่มเติมในซีรีส์
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
