นี่คือสิ่งที่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ จะสังเกตเห็นต่อไป

โลกมารวมตัวกันเมื่อสัปดาห์ที่แล้วด้วยการแสดงความสามัคคีระดับนานาชาติที่หาดูได้ยากและจ้องมองด้วยความประหลาดใจ ภาพทางวิทยาศาสตร์ครั้งแรก ผลิตโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ทศวรรษแห่งการสร้างสรรค์และผลลัพธ์จากความพยายามของผู้คนหลายพันคนจากทั่วโลก กล้องโทรทรรศน์ได้รับการตั้งค่าให้ปฏิวัติดาราศาสตร์โดยช่วยให้เราสามารถมองลึกเข้าไปในจักรวาลได้มากกว่าที่เคย ก่อน.

เวบบ์มีกระจกที่ใหญ่ที่สุดที่เคยเปิดตัวสู่อวกาศ เช่นเดียวกับกระจกบังแดดที่ใหญ่ที่สุด และเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ทรงพลังที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา ภาพแรกเป็นเพียงรสชาติของสิ่งที่เทคโนโลยีอันน่าทึ่งนี้สามารถทำได้ ดังนั้น เพื่อหาข้อมูลเพิ่มเติมว่าการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ในอนาคตจะเปิดใช้งานโดยยักษ์ใหญ่รายนี้ได้อย่างไร เราได้พูดคุยกับ Mark McCaughrean นักวิทยาศาสตร์สหวิทยาการของ Webb ที่ European Space Agency

McCaughrean จะเป็นหนึ่งในนักวิจัยกลุ่มแรกๆ ที่ใช้ Webb สำหรับงานของเขาใน

เนบิวลานายพรานและเขามีส่วนร่วมในการวางแผนกล้องโทรทรรศน์มานานกว่า 20 ปี เขาเล่าให้พวกเราฟังว่าเวบบ์จะผลักดันขอบเขตของดาราศาสตร์และทำให้ค้นพบสิ่งที่เราไม่เคยจินตนาการมาก่อนได้อย่างไร

มองเห็นจักรวาลในรูปแบบอินฟราเรด

เมื่อนักดาราศาสตร์เริ่มจินตนาการถึงเวบบ์เป็นครั้งแรกในทศวรรษ 1980 พวกเขามีแผนเฉพาะในใจ: พวกเขาต้องการเครื่องมือวิจัยจักรวาลวิทยาเพื่อมองย้อนกลับไปดูกาแลคซีแรกสุดในจักรวาล

นักวิทยาศาสตร์รู้ว่ากาแลคซียุคแรกๆ เหล่านี้อยู่ที่นั่นและใกล้จะสามารถเข้าถึงได้แล้ว เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้สำรวจกาแลคซียุคแรกๆ ที่ค่อนข้างสวยบางกาแล็กซี เมื่อมองในความยาวคลื่นแสงที่มองเห็นได้ ฮับเบิลสามารถระบุกาแลคซีเหล่านี้ได้หลายร้อยแห่ง ซึ่งก่อตัวภายในไม่กี่ร้อยล้านปีของบิ๊กแบง แต่กาแลคซีเหล่านี้ได้ก่อตัวขึ้นแล้ว และนักวิจัยต้องการมองย้อนกลับไปให้ไกลกว่านั้น เพื่อดูว่าพวกมันก่อตัวขึ้นจริง

ในการทำเช่นนั้น พวกเขาต้องการเครื่องมือที่สามารถตรวจดูความยาวคลื่นอินฟราเรดได้ เกินกว่าแสงที่มองเห็นได้ นั่นเป็นเพราะว่ากาแลคซีแรกสุดให้แสงที่มองเห็นได้เช่นเดียวกับกาแลคซีในปัจจุบัน แต่จักรวาลกำลังขยายตัวเมื่อเวลาผ่านไป และนั่นหมายความว่ากาแลคซีที่เราเห็นบนท้องฟ้ากำลังเคลื่อนตัวออกไปจากเรา ยิ่งกาแล็กซีมีอายุมากเท่าไรก็ยิ่งห่างไกลออกไปเท่านั้น และระยะนี้ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าเรดชิฟต์

คล้ายกับปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ ซึ่งเสียงเปลี่ยนระดับเสียงที่รับรู้ตามระยะห่างระหว่างกัน แหล่งกำเนิดและผู้สังเกตเปลี่ยนไป ความยาวคลื่นของแสงจะเปลี่ยนเมื่อแหล่งกำเนิดเคลื่อนตัวออก เรา. แสงนี้เลื่อนไปที่ปลายสเปกตรัมสีแดง จึงเป็นที่มาของชื่อเรดชิฟต์

กาแลคซีที่เก่าแก่ที่สุดจึงมีแสงที่มีการเลื่อนไปทางสีแดงมากจนไม่สามารถสังเกตได้ว่าเป็นแสงที่มองเห็นได้อีกต่อไป แต่จะมองเห็นได้ในรูปแบบอินฟราเรด และนี่คือความยาวคลื่นที่เวบบ์ทำงาน

นี่คือวิธีที่เวบบ์สามารถตรวจจับและระบุกาแลคซีแรกสุดได้ ถ้าเวบบ์สามารถมองเห็นดาราจักรที่ส่องแสงเจิดจ้าในช่วงอินฟราเรด แต่จะสลัวหรือมองไม่เห็นด้วยกล้องโทรทรรศน์ที่ใช้แสงเป็นหลักซึ่งมองเห็นได้เป็นหลัก เช่นเดียวกับฮับเบิล นักวิจัยสามารถมั่นใจได้ว่าพวกเขาได้พบกาแลคซีที่มีการเลื่อนไปทางสีแดงอย่างมาก ซึ่งหมายความว่ามันอยู่ไกลมาก และด้วยเหตุนี้มาก เก่า.

แม้กระทั่งใน ภาพทุ่งลึกภาพแรก จากเวบบ์ คุณสามารถเห็นกาแล็กซีเก่าแก่มากบางกาแล็กซีได้ กระจุกกาแลคซีที่เป็นจุดสนใจของภาพนี้มีอายุ 4.6 ​​พันล้านปี แต่ด้วยมวลของมัน กระจุกดาราจักรจึงทำให้กาลอวกาศโค้งงอไปรอบๆ ซึ่งหมายความว่าแสงที่มาจากกาแลคซีด้านหลังกระจุกดาวนี้ก็โค้งงอเช่นกัน ดังนั้นกระจุกจึงทำหน้าที่เหมือนแว่นขยายในลักษณะที่เรียกว่าเลนส์โน้มถ่วง กาแล็กซีบางแห่ง ที่เห็นในทุ่งลึกนี้มีอายุประมาณ 13 พันล้านปี หมายความว่าพวกมันก่อตัวขึ้นในพันล้านปีแรกของจักรวาล

ขยายไปทำเพิ่ม

หากเดิมทีเวบบ์ถูกมองว่าเป็นเครื่องมือเกี่ยวกับจักรวาลวิทยา ในไม่ช้า มันก็ขยายวงกว้างไปไกลกว่านั้น

กว่าทศวรรษในการวางแผนสำหรับเวบบ์ นักออกแบบตระหนักว่าเครื่องมือที่พวกเขาสร้างขึ้นสามารถนำไปใช้กับสาขาที่หลากหลายมากกว่าแค่จักรวาลวิทยา พวกเขาเพิ่มเครื่องมือใหม่ๆ เช่น MIRI ซึ่งดูความยาวคลื่นอินฟราเรดช่วงกลางมากกว่าอินฟราเรดใกล้ และมีประโยชน์สำหรับการศึกษาการก่อตัวของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์มากกว่าจักรวาลวิทยา ความแตกต่างดังกล่าวนำมาซึ่งความท้าทายเช่นเดียวกับเครื่องดนตรีชิ้นนี้ เครื่องตรวจจับที่แตกต่างกัน จากเครื่องมืออื่นๆ และต้องการมัน คูลเลอร์ของตัวเอง. แต่ควบคู่ไปกับเครื่องมืออื่นๆ มันขยายสิ่งที่ Webb สามารถทำได้ไปสู่ความเป็นไปได้ทั้งหมด

“จุดสนใจเดิมของกล้องโทรทรรศน์นั้นอยู่ที่เอกภพเรดชิฟท์ที่สูงขึ้นมาก” แมคคอเรียนสรุป “นั่นคือเป้าหมายสูงสุดในการค้นหาดาวฤกษ์และกาแล็กซีกลุ่มแรกที่ก่อตัวหลังบิ๊กแบง ทุกสิ่งทุกอย่างหลังจากนั้นก็ 'ดีที่มี' แต่สำหรับความคืบหน้าของโครงการ เราได้จัดการเปลี่ยนประเด็นนั้นออกเป็นสี่หัวข้อ ได้แก่ จักรวาลวิทยา การก่อตัวของดาวฤกษ์ วิทยาศาสตร์เกี่ยวกับดาวเคราะห์ และวิวัฒนาการของกาแล็กซี และเราทำให้แน่ใจว่าหอดูดาวจะสามารถรองรับสิ่งเหล่านั้นได้ทั้งหมด”

กล้องและสเปกโตรกราฟ

Webb มีเครื่องมือสี่อย่างบนเครื่อง: กล้องอินฟราเรดใกล้หรือ NIRCam, สเปกโตรกราฟอินฟราเรดใกล้หรือ NIRSpec, Near InfraRed Imager และ Slitless Spectrograph หรือ NIRISS และอุปกรณ์ Mid-Infrared หรือ มิริ. นอกจากนี้ยังมีเซ็นเซอร์ที่เรียกว่า Fine Guidance Sensor (FGS) ซึ่งช่วยชี้กล้องโทรทรรศน์ไปในทิศทางที่ถูกต้อง

เครื่องมือนี้เป็นการผสมผสานระหว่างกล้องและสเปกโตรกราฟ ซึ่งเป็นเครื่องมือสำหรับแยกแสงออกเป็นช่วงความยาวคลื่นต่างๆ เพื่อให้คุณเห็นว่าช่วงคลื่นใดที่ถูกดูดซับไว้ ซึ่งจะช่วยให้คุณเห็นว่าวัตถุประกอบด้วยอะไรบ้างโดยดูจากแสงที่วัตถุปล่อยออกมา

แม้ว่าภาพที่ถ่ายด้วยกล้องจะได้รับความสนใจจากสาธารณชนมากที่สุด แต่สเปกโตรกราฟไม่ควรถูกมองข้ามในฐานะเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ ประมาณครึ่งหนึ่งของเวลาในการสังเกตที่จัดสรรไว้ในปัจจุบันนั้นมีไว้สำหรับสเปกโทรสโกปี สำหรับงานต่างๆ เช่น การวิเคราะห์องค์ประกอบของบรรยากาศนอกระบบดาวเคราะห์นอกระบบ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะต้องใช้เวลานานกว่าในการถ่ายภาพสเปกตรัมของวัตถุมากกว่าการถ่ายภาพมัน และส่วนหนึ่งเป็นเพราะสเปกโทรสโกปีสามารถทำสิ่งที่การถ่ายภาพไม่สามารถทำได้

กล้องและสเปกโตรกราฟทำงานร่วมกันเช่นกัน เนื่องจากฟิลเตอร์ที่ใช้ในการถ่ายภาพมีประโยชน์ในการเลือกวัตถุที่จะศึกษาด้วยสเปกโตรกราฟ

“ลองจินตนาการว่าคุณถ่ายภาพในที่ลึกโดยใช้ NIRCam” McCaughrean อธิบาย “จากนั้นคุณใช้ตัวกรองที่แตกต่างกันเพื่อเลือกผู้สมัคร เนื่องจากมีหลายสิ่งมากเกินไปที่จะพิจารณาในสาขานั้นทีละรายการด้วยสเปกโทรสโกปี ดังนั้นคุณจำเป็นต้องมีการถ่ายภาพเพื่อค้นหาตัวเลือก” เช่น การดูสีในภาพเพื่อตัดสินใจว่าวัตถุที่กำหนดนั้นเป็นกาแลคซีที่มีการเคลื่อนไปทางสีแดงสูงและไม่ใช่ดาวฤกษ์ใกล้เคียงที่สลัว

สิ่งนี้ได้แสดงให้เห็นแล้วในทางปฏิบัติด้วย ภาพภาคสนามลึกรูปแรกของเวบบ์. การถ่ายภาพนี้กระทำด้วยกล้อง NIRCam ซึ่งสามารถเก็บกาแล็กซีจำนวนมหาศาลทั้งใกล้และไกลไว้ในภาพเดียวที่น่าทึ่ง จากนั้นกำหนดเป้าหมายเฉพาะเช่นก กาแล็กซีที่มีอายุมากกว่า 13 พันล้านปีถูกเลือกและสังเกตด้วยสเปกโตรกราฟ NIRSpec โดยรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบและอุณหภูมิของกาแลคซีในยุคแรกเริ่มนี้

“มันเป็นสเปกตรัมที่สวยงามและสะอาดตามาก” แมคคาเรียนกล่าว “ไม่มีใครเคยเห็นอะไรแบบนั้นมาก่อนจากทุกที่ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าเครื่องจักรนี้ทำงานได้อย่างทรงพลังอย่างเหลือเชื่อ”

หลายโหมด

เพื่อให้เข้าใจถึงความสามารถทั้งหมดของ Webb คุณควรทราบว่าเครื่องมือทั้งสี่ไม่ได้มีเพียงโหมดเดียวเท่านั้น แต่สามารถนำมาใช้ได้หลายวิธีเพื่อดูเป้าหมายที่แตกต่างกัน รวมๆแล้วก็มี 17 โหมด ระหว่างเครื่องมือทั้งสี่ชิ้น และแต่ละชิ้นจะต้องได้รับการทดสอบและตรวจสอบก่อนที่จะประกาศว่ากล้องโทรทรรศน์พร้อมที่จะเริ่มปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์

ตัวอย่างเช่น ใช้เครื่องมือ NIRSpec สามารถตรวจสเปกโทรสโกปีได้หลายประเภท รวมถึงสลิตสลิตสโคปแบบคงที่ ซึ่งเป็นโหมดที่มีความไวสูงในการตรวจสอบเป้าหมายแต่ละชิ้น (เช่นการวิเคราะห์แสงที่ปล่อยออกมาโดยการรวมดาวนิวตรอนที่เรียกว่ากิโลโนวา) หรือสเปกโทรสโกปีหน่วยสนามซึ่งดูสเปกตรัมเป็นทวีคูณ พิกเซลบนพื้นที่เล็กๆ เพื่อรับข้อมูลตามบริบทเกี่ยวกับเป้าหมาย (เช่น การดูกาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไปมากซึ่งถูกบิดเบี้ยวด้วยแรงโน้มถ่วง เลนส์)

สเปกโทรสโกปีประเภทที่สามที่ NIRSpec ทำคือสิ่งที่พิเศษจริงๆ ที่เรียกว่าสเปกโทรสโกปีแบบหลายวัตถุ ใช้บานเกล็ดคล้ายหน้าต่างเล็กๆ ที่จัดเรียงเป็นรูปแบบที่เรียกว่าอาร์เรย์ไมโครชัตเตอร์ “โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสองถึงสามเซนติเมตร ซึ่งเรามีสี่ชิ้น ในอุปกรณ์แต่ละชิ้นมีบานประตูหน้าต่างขนาดเล็กจำนวน 65,000 ชิ้น” McCaughrean กล่าว

บานประตูหน้าต่างแต่ละบานสามารถควบคุมให้เปิดหรือปิดแยกกันได้ ช่วยให้นักวิจัยสามารถเลือกส่วนต่างๆ ของสาขาที่ตนกำลังดูได้ หากต้องการใช้ไมโครชัตเตอร์เหล่านี้ ขั้นแรกนักวิจัยจะถ่ายภาพโดยใช้เครื่องมืออื่น เช่น NIRCam เพื่อเลือกวัตถุที่สนใจ จากนั้นพวกเขาก็สั่งให้บานประตูหน้าต่างที่เกี่ยวข้องกับวัตถุเหล่านี้สนใจให้เปิด ในขณะที่บานอื่นๆ ยังคงปิดอยู่

ซึ่งช่วยให้แสงจากเป้าหมาย เช่น กาแล็กซีบางดวง ส่องผ่านไปยังอุปกรณ์ตรวจจับของกล้องโทรทรรศน์ โดยไม่ปล่อยให้แสงจากพื้นหลังทะลุผ่านได้เช่นกัน “โดยการเปิดประตูตรงที่กาแล็กซีอยู่และปิดประตูอื่นๆ ทั้งหมดเมื่อมีแสงลอดผ่านเข้ามา วัตถุนั้นจะกระจายออกไปเป็นสเปกตรัม และคุณไม่มีแสงอื่นๆ ลอดเข้ามาเลย” แมคคอเรียน พูดว่า. “นั่นทำให้มันอ่อนไหวมากขึ้น”

สเปกโทรสโกปีหลายวัตถุนี้สามารถใช้ในการดูกาแลคซีบางแห่งในภาพระยะใกล้ ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการศึกษากาแลคซีแรกสุดที่มีการเคลื่อนที่ไปทางสีแดงอย่างมาก และวิธีนี้สามารถรับสเปกตรัมจากวัตถุได้มากถึง 100 ชิ้นในคราวเดียว ทำให้เป็นวิธีรวบรวมข้อมูลที่มีประสิทธิภาพมาก

จัดการกับแสงที่มากเกินไป

ดังที่ไมโครชัตเตอร์แสดงให้เห็น ส่วนที่ยุ่งยากอย่างหนึ่งในการทำงานกับอุปกรณ์ที่มีความไวสูงคือการต้องรับมือกับแสงที่มากเกินไป รับงานเจมส์เวบบ์ จะทำบนดาวพฤหัสบดี ในช่วงสองสามเดือนแรกของการดำเนินงาน จริงๆ แล้วเป็นเรื่องยากมากที่จะถ่ายภาพวงแหวนและดวงจันทร์รอบดาวพฤหัสบดีเพราะตัวดาวเคราะห์เองสว่างมาก ถ้าวัตถุจางๆ ที่คุณพยายามสังเกตอยู่ติดกับวัตถุที่สว่างมาก วัตถุนั้นอาจทำให้การอ่านค่าของคุณสว่างจนเกินไป คุณจึงมองเห็นเพียงแสงจากวัตถุที่สว่างกว่าเท่านั้น

ปัญหาที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่อคุณพยายามสังเกตดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อยู่ห่างไกล ซึ่งมีสลัวมากเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ที่พวกมันโคจร เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้ James Webb มีเคล็ดลับอีกอย่างหนึ่งที่เรียกว่า Coronagraphy

ทั้ง NIRCam และ MIRI มีโหมดการถ่ายภาพหลอดเลือด รูปแบบที่ง่ายที่สุดคือการวางแผ่นโลหะขนาดเล็กไว้หน้าวัตถุสว่างเพื่อบังแสง จากนั้นคุณจะสามารถสังเกตแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ ที่หรี่ลงรอบๆ ได้ง่ายขึ้น แต่แนวทางนี้มีข้อจำกัด: หากวัตถุสว่างเคลื่อนที่ไปด้านหลังดิสก์ แสงของมันสามารถทะลุขอบและทำลายการสังเกตได้ คุณสามารถทำให้ดิสก์มีขนาดเล็กลงเพื่อบังเฉพาะจุดที่สว่างที่สุดตรงกลางของวัตถุ แต่คุณยังคงมีแสงเหลืออยู่มากให้จัดการ คุณสามารถทำให้ดิสก์ใหญ่ขึ้นได้ แต่จากนั้นมันจะบังวัตถุอื่นๆ ที่อยู่ใกล้กับวัตถุสว่างออกไป

โหมดโคโรกราฟีอีกรูปแบบหนึ่งที่ใช้ฮาร์ดแวร์ที่เรียกว่ามาสก์เฟสสี่ควอแดรนท์ “นี่เป็นชิ้นเลนส์ที่ฉลาดมาก” McCaughrean กล่าว “มันไม่มีจานโลหะ แต่มีแก้วสี่ชิ้นที่แตกต่างกันซึ่งแบ่งเฟสต่างๆ ให้กับแสงที่เข้ามา เมื่อเราคิดว่าแสงเป็นคลื่น ไม่ใช่โฟตอน แสงจะมีเฟส หากคุณวางแหล่งกำเนิดแสงไว้บนกากบาทตรงบริเวณที่แผ่นเฟสทั้งสี่มาบรรจบกัน คุณก็สามารถทำได้ พยายามทำให้แสงหักล้างดาวฤกษ์จริงๆ เนื่องจากการรบกวนของคลื่น ผล."

นั่นหมายความว่าถ้าคุณเรียงมันให้พอดีเพื่อให้วัตถุสว่างอยู่ตรงกลางของจตุภาคเหล่านี้พอดี แสงจากดาวฤกษ์จะถูกยกเลิก แต่แสงจากวัตถุอื่นเช่นดาวเคราะห์จะยังคงอยู่ มองเห็นได้. ทำให้เหมาะสำหรับการสังเกตดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่โคจรใกล้ดาวฤกษ์แม่ซึ่งอาจมองไม่เห็น

การใช้เวลา

อีกวิธีหนึ่งในการจัดการกับวัตถุที่สว่างและสลัวปนกันคือการอ่านหลายๆ ครั้งเมื่อเวลาผ่านไป ไม่เหมือนกับโทรศัพท์ของคุณ ซึ่งจะถ่ายภาพแล้วรีเซ็ตทันที อุปกรณ์ตรวจจับใน Webb สามารถอ่านค่าได้หลายครั้งโดยไม่ต้องรีเซ็ต

“ดังนั้นเราจึงสามารถถ่ายภาพต่อเนื่องกันเป็นชุดโดยใช้เครื่องตรวจจับตัวเดียวกัน เนื่องจากมันสร้างแสงจากแหล่งกำเนิดแสงสลัว” แมคคอเรียนอธิบาย “แต่เมื่อเราดูข้อมูล เราสามารถใช้ภาพแรกสำหรับแหล่งกำเนิดแสงที่สว่างก่อนที่จะอิ่มตัว จากนั้นจึงสร้างแสงจากแหล่งกำเนิดที่จาง ๆ ต่อไปและรับความไว โดยจะขยายช่วงไดนามิกได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการอ่านตัวตรวจจับหลายครั้ง”

อีกโหมดหนึ่งที่เครื่องมือสามารถทำงานได้เรียกว่าการสังเกตอนุกรมเวลา ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นเพียงการอ่านหลายๆ ครั้งทีละครั้งเพื่อจับวัตถุที่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการจับวัตถุที่วาบไฟ เช่น ดาวนิวตรอนที่เต้นเป็นจังหวะที่เรียกว่าแมกนีทาร์ หรือการดูดาวเคราะห์นอกระบบที่เคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์แม่ในการเคลื่อนที่ที่เรียกว่าการผ่านหน้า

“ในขณะที่ดาวเคราะห์เคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ คุณต้องการที่จะจับมันที่ขอบของการเคลื่อนผ่านและระหว่างการเคลื่อนผ่าน” McCaughrean กล่าว “คุณก็คอยดูมันต่อไป และคุณก็เก็บข้อมูลต่อไป”

ความท้าทายอย่างหนึ่งของวิธีนี้ก็คือ กล้องโทรทรรศน์ต้องอยู่ในแนวที่ใกล้จะสมบูรณ์แบบ เพราะหากขยับแม้เพียงเล็กน้อย ก็จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนในข้อมูล แต่ข่าวดีก็คือว่ากล้องโทรทรรศน์ทำงานได้ดีมากในแง่ของการชี้ไปที่วัตถุและอยู่ในนั้น ต้องขอบคุณเซ็นเซอร์นำทางแบบละเอียดที่ล็อคดาวฤกษ์ใกล้เคียงและปรับตามการรบกวนใดๆ เช่น แสงอาทิตย์ ลม

ความท้าทายในการทำงานกับเวบบ์

เช่นเดียวกับเทคโนโลยีทุกชิ้น มีข้อจำกัดเกี่ยวกับสิ่งที่ Webb สามารถทำได้ ข้อจำกัดในทางปฏิบัติที่สำคัญประการหนึ่งสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่ใช้เวบบ์คือปริมาณข้อมูลที่สามารถรวบรวมได้จากกล้องโทรทรรศน์ ต่างจากฮับเบิลที่โคจรรอบโลก เวบบ์โคจรรอบดวงอาทิตย์ที่ ตำแหน่งที่เรียกว่า L2.

ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 1 ล้านไมล์ ดังนั้น Webb จึงติดตั้ง a เสาอากาศวิทยุอันทรงพลัง ที่สามารถส่งข้อมูลกลับมายังโลกด้วยความเร็ว 28 เมกะบิตต่อวินาที มันค่อนข้างน่าประทับใจ ดังที่ McCaughrean ชี้ให้เห็นว่ามันเร็วกว่า Wi-Fi ที่โรงแรมของเขาที่เราใช้อยู่มาก ที่จะพูดคุยแม้ในระยะทางที่ไกลกว่ามาก แต่ก็ไม่ใกล้เคียงกับจำนวนข้อมูลทั้งหมดที่เครื่องมือสามารถรับได้ต่อ ที่สอง.

หอดูดาวมีที่เก็บโซลิดสเตตจำนวนเล็กน้อย ประมาณ 60GBซึ่งสามารถบันทึกข้อมูลได้ในช่วงเวลาสั้นๆ หากเครื่องมือรวบรวมข้อมูลมากกว่าที่จะส่งกลับได้ โดยทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์ อาจฟังดูไม่มากนักเมื่อเทียบกับพื้นที่จัดเก็บข้อมูลที่คุณได้รับจากโทรศัพท์หรือแล็ปท็อปโดยทั่วไป แต่ ข้อกำหนดของฮาร์ดแวร์ที่ปลอดภัยต่อรังสีและทนทานต่อการใช้งานนานหลายทศวรรษนั้นค่อนข้างแตกต่างกัน

ข้อจำกัดนี้หมายความว่านักวิจัยจะต้องเลือกว่าข้อมูลใดที่พวกเขาจัดลำดับความสำคัญในดาวน์ลิงก์จากกล้องโทรทรรศน์ โดยเลือกเฉพาะข้อมูลที่สำคัญที่สุดสำหรับความต้องการของพวกเขา คุณอาจสงสัยว่าเหตุใดเวบบ์จึงไม่อยู่ในตำแหน่งใกล้กับโลกในกรณีนี้ แต่วงโคจร L2 มีความสำคัญต่อวิธีการทำงาน และสาเหตุก็เนื่องมาจากอุณหภูมิ

“ผู้คนคิดว่าอวกาศนั้นเย็น ไม่ใช่ถ้าคุณอยู่ข้างวัตถุขนาดใหญ่ที่ทำให้คุณร้อนขึ้นทุกวัน เช่น โลกหรือดวงอาทิตย์” แมคคอเรียนกล่าว “ดังนั้น หากคุณต้องการดูอินฟราเรด คุณต้องแน่ใจว่ากล้องโทรทรรศน์ของคุณเย็นอย่างไม่น่าเชื่อ ดังนั้นมันจะไม่เปล่งแสงตามความยาวคลื่นที่คุณพยายามจะมอง ตรวจจับ." นั่นเป็นเหตุผลที่เวบบ์มีแผงบังแดดขนาดใหญ่เพื่อช่วยรักษาความเย็น และเหตุใดจึงอยู่ที่ L2 เพื่อให้บังแดดสามารถปิดกั้นความร้อนจากทั้งดวงอาทิตย์และแสงแดด โลก.

“เราได้สร้างหอดูดาวที่ต้องอยู่ที่ L2 และต้องอยู่ที่นั่นเพื่อให้อากาศเย็น จึงจะสามารถส่งมอบวิทยาศาสตร์นี้ได้ และเนื่องจากอยู่ที่ L2 เราจึงมีแบนด์วิธเพียงจำนวนหนึ่งเท่านั้น” McCaughrean อธิบาย “ไม่มีอะไรเป็นอาหารกลางวันฟรีหรอก เอาเป็นว่า”

ชุมชนเป็นผู้ตัดสินใจ

ปีแรกของการสังเกตการณ์เวบบ์มีการวางแผนอย่างรอบคอบ ในช่วงห้าเดือนแรกของปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ มันจะดำเนินต่อไป โปรแกรมวิทยาศาสตร์รุ่นแรกๆซึ่งออกแบบมาเพื่อขยายขีดจำกัดของฮาร์ดแวร์ของ Webb และดูว่าฮาร์ดแวร์มีความสามารถอะไรบ้าง ภายในปีแรกจะดำเนินการกับโปรแกรมที่ได้รับเลือกให้เข้าร่วม รอบที่ 1รวมถึงการวิจัยเกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบ หลุมดำ ทุ่งลึก และอื่นๆ อีกมากมาย

นอกเหนือจากนั้น งานในอนาคตที่จะดำเนินการโดยใช้ Webb นั้นยังเปิดกว้างอยู่มาก นักวิจัยส่งข้อเสนอสำหรับข้อมูลที่ต้องการรวบรวมโดยใช้ Webb และข้อเสนอเหล่านี้ได้รับการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิเพื่อเลือกข้อมูลที่น่าสนใจทางวิทยาศาสตร์ที่สุด “ชุมชนตัดสินใจว่าจะทำอะไรกับหอดูดาวนี้” McCaughrean กล่าว

การมีส่วนร่วมของชุมชนนี้ได้เปลี่ยนวิธีการใช้เวบบ์ไปแล้ว ตัวอย่างเช่น การวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะใช้เวลาประมาณหนึ่งในสามของเวลาในการสังเกตการณ์ในการวิจัยรอบแรก เมื่อ McCaughrean และเพื่อนร่วมงานของเขากำลังวางแผนว่า Webb จะถูกนำมาใช้ได้อย่างไรในช่วงต้นทศวรรษ 2000 พวกเขาไม่ได้จินตนาการเลย คงจะมีงานวิจัยเกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะจำนวนมากขนาดนี้เกิดขึ้นได้ เนื่องจากมีการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบเพียงไม่กี่ดวงในขณะนั้น เวลา.

สิ่งนี้ทำให้เวบบ์แตกต่างจากภารกิจที่มีจุดประสงค์เฉพาะเจาะจง เช่น หอดูดาว Gaia ของ ESA ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อสร้างแผนที่ 3 มิติของกาแล็กซี และอื่นๆ อีกมากมาย เช่น ฮับเบิล ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบโจทย์หลายๆ คน ความต้องการการวิจัย “มันเป็นหอสังเกตการณ์เอนกประสงค์อย่างแน่นอน” แมคคอเรียนกล่าว “คุณเพียงแค่ต้องดูว่าฮับเบิลมีการพัฒนาอย่างไรในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ส่วนหนึ่งมาจากการวางเครื่องมือใหม่ ๆ แต่ส่วนใหญ่ผ่านทางชุมชนวิทยาศาสตร์ที่ตัดสินใจว่ามีลำดับความสำคัญที่แตกต่างกันและด้านต่าง ๆ ที่ต้องทำ”

ความยืดหยุ่นนี้เกิดขึ้นได้เนื่องจาก Webb ได้รับการออกแบบมาให้มีประโยชน์สำหรับการวิจัยในสาขาต่างๆ มากมาย รวมถึงแอปพลิเคชันที่เรายังไม่เคยนึกถึงด้วย เวบบ์เป็น คาดว่าจะคงอยู่ อย่างน้อย 20 ปี และเราแทบไม่ได้เริ่มสำรวจว่าจะสามารถทำอะไรได้บ้างในเวลานั้น

“นั่นคือสิ่งที่น่าตื่นเต้น หากคุณสร้างหอดูดาวเอนกประสงค์ที่ทรงพลังและมีความสามารถมาก มันก็ถูกจำกัดด้วยความคิดสร้างสรรค์ของชุมชนในหลาย ๆ ด้าน” McCaughrean กล่าว “เวบบ์คือสิ่งที่เราทำในตอนนี้”

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• เจมส์ เวบบ์ ตรวจพบฝุ่นโบราณที่อาจมาจากซูเปอร์โนวายุคแรกๆ
• ซูมเข้าไปในภาพ James Webb อันน่าทึ่งเพื่อดูกาแลคซีที่ก่อตัวเมื่อ 13.4 พันล้านปีก่อน
• เจมส์ เวบบ์ ค้นพบหลุมดำมวลมหาศาลที่ยังคุกรุ่นอยู่ไกลที่สุดเท่าที่เคยค้นพบมา
• เจมส์ เวบบ์ค้นพบเบาะแสเกี่ยวกับโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล
• เจมส์ เวบบ์ ตรวจพบโมเลกุลที่สำคัญในเนบิวลานายพรานที่น่าทึ่ง