สวัสดีครับ [:อมยิ้ม17:] วันนี้ผม Partita ขอเสนอเนื้อหาดาราศาสตร์เรื่อง กล้องโทรทรรศน์วิทยุ (Radio Telescope) ครับ
ในการสำรวจทางดาราศาสตร์ นอกจากการใช้กล้องโทรทรรศน์ทั่วไปแล้ว อีกวิธีการหนึ่งคือการใช้เครื่องรับสัญญาณคลื่นวิทยุ
เพราะในอวกาศนั้น นอกจากแสงจากวัตถุอวกาศต่าง ๆ แล้ว ยังมีการแพร่คลื่นวิทยุในรูปแบบต่าง ๆ มากมายครับ
การแพร่คลื่นเหล่านี้มาจากวัตถุอวกาศหลายชนิด เช่น แกแลคซี่ Pulsar ดาวฤกษ์ หลุมดำ
หรือแม้กระทั่งร่องรอยอ่อน ๆ ของรังสี Microwave พื้นหลังของจักรวาลซึ่งเรากำลังศึกษาในปัจจุบัน
การศึกษาดาราศาสตร์ด้วยวิธีนี้ เรียกกันว่า Radio Astronomy
ในปี 1932 Carl Jansky วิศวกรของบริษัท Bell Telephone Laboratories ค้นพบสัญญาณวิทยุจากอวกาศเป็นครั้งแรก
ขณะที่เขาทดลองสายอากาศแบบ dipole ที่ต่อแบบ arrays เพื่อรับคลื่นความถี่ช่วง 20MHz เพื่อศึกษาการรบกวนกัน
ของสัญญาณวิทยุจากพายุฝนฟ้าคะนอง เขาพบว่ามีสัญญาณรบกวนที่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญสอดคล้อง
กับการขึ้นตกของดาว ทำให้เขาค้นพบว่าเป็นสัญญาณที่มาจากนอกโลก ซึ่งคือสัญญาณวิทยุจากกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรานั่นเอง
ภาพเสาอากาศที่ Jansky ใช้ทดลองในปี 1932
ต่อมาในปี 1937 Grote Reber ได้ประดิษฐ์สายอากาศสมัยใหม่ในรูปของ "จานรับสัญญาณ" (Parabola Dish) ขึ้นเป็นครั้งแรก
และสามารถรับสัญญาณวิทยุที่ Janskyได้ค้นพบไว้ในปี 1932 และได้ใช้จานรับสัญญาณดังกล่าวทำการสำรวจท้องฟ้า
ในช่วงคลื่นวิทยุ และตีพิมพ์แผนที่ท้องฟ้าในช่วงคลื่นวิทยุเป็นครั้งแรกในปี 1944
ภาพของ Parabolic Antenna ของ Reber
ภาพแผนที่ท้องฟ้าในช่วงคลื่นวิทยุในปี 1944 ที่สำรวจด้วยอุปกรณ์ของ Reber
ในอวกาศ จะมีวัตถุอวกาศหลายประเภทที่แพร่คลื่นวิทยุออกมา เกิดจากกระบวนการภายในของวัตถุนั้น ๆ
ทำให้สามารถกำเนิดคลื่นวิทยุออกมาได้ โดยมีความถี่ธรรมชาติที่กำเนิดโดยวัตถุในอวกาศ
กว้างครอบคลุมมาก เราจึงต้องใช้อุปกรณ์หลากหลายในการตรวจจับ หนึ่งในนั้นคือระบบกล้องโทรทรรศน์อวกาศครับ
ภาพแสดงย่านความถี่ที่กำเนิดในอวกาศ
ภาพแสดงตัวอย่างของแหล่งคลื่นวิทยุในอวกาศ เช่น ดาวนิวตรอน
การทำงานของระบบกล้องโทรทรรศน์วิทยุ เป็นไปตามภาพนี้ครับ
สัญญาณจากอวกาศ จะถูกรับโดยจานรับสัญญาณและส่งเข้าสู่สถานีวิเคราะห์สัญญาณ
และแปลงไปเป็น "ภาพ" ในรูปแบบที่สามารถเข้าใจได้ง่าย
ภาพแสดงการทำงานของระบบกล้องโทรทรรศน์วิทยุ
หากเราจินตนาการถึงสัญญาณคลื่นวิทยุ เราจะนึกถึงว่าเป็นแค่ "ความถี่" และ "ความเข้ม" เพียง 2 อย่าง
ซึ่งความจริงก็เป็นเช่นนั้นครับ แต่ระบบนี้สามารถแสดงออกมาเป็นภาพได้อย่างไร ?
ก็ขอเรียนว่า ภาพจากระบบกล้องโทรทรรศน์วิทยุนี้ ไม่ได้เป็นภาพสวย ๆ สว่าง ๆ แบบที่เราเห็นจากกล้องโทรทรรศน์ทั่วไป
เพราะระบบนี้ไม่มีอุปกรณ์รับแสงใด ๆ เลย ดังนั้น ระบบนี้จึงแสดงภาพออกมาเป็นลักษณะของความเข้มของสัญญาณต่อ 1 พื้นที่
หรือกล่าวโดยง่ายคือแสดงเป็นภาพสีของความเข้ม - ความถี่ ของสัญญาณที่รับได้ โดยเรียงตามสีไปตามความเข้มสัญญาณ
จากสีน้ำเงิน ฟ้า เขียว เหลือง แดง
เพื่อให้เห็นภาพ จึงขอยกตัวอย่างภาพนี้ให้ดูครับ
ภาพนี้แสดงถึง "ภาพ" ที่ระบบนี้วิเคราะห์และแสดงออกมาให้เห็นว่ามีการแพร่คลื่นวิทยุในรูปแบบใดบ้าง
ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญในการศึกษาวัตถุดาราศาสตร์ครับ
ภาพแสดงให้เห็นว่า หากนำแกแลคซี่หนึ่งมาวิเคราะห์ เราจะเห็น "ภาพ" ของมันอย่างไรบ้าง
จากภาพนี้จะเห็นว่า ลักษณะที่แสดงในรูปแบบคลื่นวิทยุก็สามารถแสดงเป็นรูปธรรมได้เหมือนกัน
ว่าในแกแลคซี่หนึ่งนั้นมีการแพร่คลื่นในช่วงใดบ้าง
ระบบของกล้องโทรทรรศน์วิทยุหากจะสังเกตวัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ ในช่วงคลื่นวิทยุให้ได้ชัดเจนมากยิ่งขึ้น (Resolution Power สูงขึ้น)
ก็จะต้องสร้างกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่ มีจาน parabolic ที่ใหญ่หลายสิบเมตร ดังจะเห็นได้จากกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ใหญ่ของโลก
เช่น ....
กล้องโทรทรรศน์วิทยุอะเรซิโบ (Arecibo Telescope) เส้นผ่านศูนย์กลางจาน Parabolic 300 เมตร
กล้องโทรทรรศน์วิทยุกรีนแบงค์ (Green Bank Telescope : GBT) เส้นผ่านศูนย์กลางจาน Parabolic 104 เมตร
แต่ในปัจจุบันนี้ ได้มีเทคนิคใหม่ที่จะทำให้สามารถสำรวจอวกาศได้ดีขึ้น โดยการสร้างจานรับสัญญาณหลายสถานี
ทำการรับสัญญาณพร้อมกัน และ นำข้อมูลที่ได้มาวิเคราะห์รวมกัน ทำให้ได้ข้อมูลที่มีกำลังแยกภาพสูง
เทียบเท่าสัญญาณที่ได้มาจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่ เทคนิคนี้เรียกว่า Interferometer ซึ่งปัจจุบันนี้คือ
เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ VLA : Very Larrge Array .... เครือข่าย LVA นี้ประกอบไปด้วยจานรับสัญญาณวิทยุ
ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 เมตร จำนวน 27 สถานีเชื่อมต่อกันเป็นรูปดาวสามแฉก ตั้งอยู่ในรัฐ New Mexico สหรัฐอเมริกา
ด้วยเทคนิคนี้ ทำให้เครือข่าย VLA มีพลังการสำรวจอวกาศเท่ากับกล้องโทรทรรศน์วิทยุ (เทียม) ที่มี parabolic dish ใหญ่ถึง 36 กิโลเมตร !!
ซึ่งด้วยเทคนิคการกระจายการรับสัญญาณไปที่จานจำนวนมากแบบนี้ ทำให้ resolution power ของระบบสูงมากทีเดียว
LVA สามารถ beam รับสัญญาณได้ละเอียดมากถึง 0.04 arcsec หรือเทียบง่าย ๆ มันสามารถส่องเห็นลูกกอล์ฟที่ห่างออกไป 150 กิโลเมตรได้
ด้วยความละเอียดขนาดนี้นี่เอง ที่มันสามารถจะสำรวจวัตถุอวกาศได้ภาพ pattern การแพร่คลื่นวิทยุที่ละเอียดมากครับ
ภาพของเครือข่ายจานรับสัญญาณของ VLA
ภาพทางอากาศของความกว้างของระบบจาน VLA
ภาพยนต์เรื่อง Contact (1997) ก็เป็นเรื่องของ Radio Astronomy โดนตรง
เป็นหนึ่งในภาพยนต์ในดวงใจผมครับ ,,ภาพนี้ ฉากหลังคือบรรดาจานสายอากาศที่ VLA Site
เครือข่าย VLA นั้นก็นับว่าค่อนข้างใหญ่และทำงานได้ดีแล้ว แต่ด้วยความที่การศึกษาดาราศาสตร์บนโลกนั้นไม่มีที่สิ้นสุด
จึงได้มีการสร้างเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ใหญ่ขึ้นไปอีก คือระบบ VLBI: Very Large Baseline Interferomer
ซึ่งประกอบไปด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุหลายสิบตัว กระจายตัวอยู่ใน Europe , Canada , USA , Russia , Japan และ Australia
ทำให้เปรียบเสมือนเป็นจานรับสัญญาณเทียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับประมาณ 5,300 ตารางไมล์ทีเดียวครับ
ภาพแสดงตำแหน่งกล้องโทรทรรศน์ในเครือข่าย VLBI ของหลายภูมิภาคทั่วโลก
จบแล้วครับ ขอบคุณที่ติดตามอ่านครับ [:นานาขอบคุณ:]
แปล และ เรียบเรียงข้อมูลอ้างอิงจาก
- หลายหน้าของ WikiPedia
- www2.jpl.nasa.gov/radioastronomy
- www.astro.umass.edu
:: กระทู้ดาราศาสตร์ :: กล้องโทรทรรศน์วิทยุ (Radio Telescope)
ในการสำรวจทางดาราศาสตร์ นอกจากการใช้กล้องโทรทรรศน์ทั่วไปแล้ว อีกวิธีการหนึ่งคือการใช้เครื่องรับสัญญาณคลื่นวิทยุ
เพราะในอวกาศนั้น นอกจากแสงจากวัตถุอวกาศต่าง ๆ แล้ว ยังมีการแพร่คลื่นวิทยุในรูปแบบต่าง ๆ มากมายครับ
การแพร่คลื่นเหล่านี้มาจากวัตถุอวกาศหลายชนิด เช่น แกแลคซี่ Pulsar ดาวฤกษ์ หลุมดำ
หรือแม้กระทั่งร่องรอยอ่อน ๆ ของรังสี Microwave พื้นหลังของจักรวาลซึ่งเรากำลังศึกษาในปัจจุบัน
การศึกษาดาราศาสตร์ด้วยวิธีนี้ เรียกกันว่า Radio Astronomy
ขณะที่เขาทดลองสายอากาศแบบ dipole ที่ต่อแบบ arrays เพื่อรับคลื่นความถี่ช่วง 20MHz เพื่อศึกษาการรบกวนกัน
ของสัญญาณวิทยุจากพายุฝนฟ้าคะนอง เขาพบว่ามีสัญญาณรบกวนที่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญสอดคล้อง
กับการขึ้นตกของดาว ทำให้เขาค้นพบว่าเป็นสัญญาณที่มาจากนอกโลก ซึ่งคือสัญญาณวิทยุจากกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรานั่นเอง
ภาพเสาอากาศที่ Jansky ใช้ทดลองในปี 1932
ต่อมาในปี 1937 Grote Reber ได้ประดิษฐ์สายอากาศสมัยใหม่ในรูปของ "จานรับสัญญาณ" (Parabola Dish) ขึ้นเป็นครั้งแรก
และสามารถรับสัญญาณวิทยุที่ Janskyได้ค้นพบไว้ในปี 1932 และได้ใช้จานรับสัญญาณดังกล่าวทำการสำรวจท้องฟ้า
ในช่วงคลื่นวิทยุ และตีพิมพ์แผนที่ท้องฟ้าในช่วงคลื่นวิทยุเป็นครั้งแรกในปี 1944
ภาพของ Parabolic Antenna ของ Reber
ภาพแผนที่ท้องฟ้าในช่วงคลื่นวิทยุในปี 1944 ที่สำรวจด้วยอุปกรณ์ของ Reber
ทำให้สามารถกำเนิดคลื่นวิทยุออกมาได้ โดยมีความถี่ธรรมชาติที่กำเนิดโดยวัตถุในอวกาศ
กว้างครอบคลุมมาก เราจึงต้องใช้อุปกรณ์หลากหลายในการตรวจจับ หนึ่งในนั้นคือระบบกล้องโทรทรรศน์อวกาศครับ
ภาพแสดงย่านความถี่ที่กำเนิดในอวกาศ
ภาพแสดงตัวอย่างของแหล่งคลื่นวิทยุในอวกาศ เช่น ดาวนิวตรอน
สัญญาณจากอวกาศ จะถูกรับโดยจานรับสัญญาณและส่งเข้าสู่สถานีวิเคราะห์สัญญาณ
และแปลงไปเป็น "ภาพ" ในรูปแบบที่สามารถเข้าใจได้ง่าย
ภาพแสดงการทำงานของระบบกล้องโทรทรรศน์วิทยุ
ซึ่งความจริงก็เป็นเช่นนั้นครับ แต่ระบบนี้สามารถแสดงออกมาเป็นภาพได้อย่างไร ?
ก็ขอเรียนว่า ภาพจากระบบกล้องโทรทรรศน์วิทยุนี้ ไม่ได้เป็นภาพสวย ๆ สว่าง ๆ แบบที่เราเห็นจากกล้องโทรทรรศน์ทั่วไป
เพราะระบบนี้ไม่มีอุปกรณ์รับแสงใด ๆ เลย ดังนั้น ระบบนี้จึงแสดงภาพออกมาเป็นลักษณะของความเข้มของสัญญาณต่อ 1 พื้นที่
หรือกล่าวโดยง่ายคือแสดงเป็นภาพสีของความเข้ม - ความถี่ ของสัญญาณที่รับได้ โดยเรียงตามสีไปตามความเข้มสัญญาณ
จากสีน้ำเงิน ฟ้า เขียว เหลือง แดง
เพื่อให้เห็นภาพ จึงขอยกตัวอย่างภาพนี้ให้ดูครับ
ภาพนี้แสดงถึง "ภาพ" ที่ระบบนี้วิเคราะห์และแสดงออกมาให้เห็นว่ามีการแพร่คลื่นวิทยุในรูปแบบใดบ้าง
ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญในการศึกษาวัตถุดาราศาสตร์ครับ
ภาพแสดงให้เห็นว่า หากนำแกแลคซี่หนึ่งมาวิเคราะห์ เราจะเห็น "ภาพ" ของมันอย่างไรบ้าง
จากภาพนี้จะเห็นว่า ลักษณะที่แสดงในรูปแบบคลื่นวิทยุก็สามารถแสดงเป็นรูปธรรมได้เหมือนกัน
ว่าในแกแลคซี่หนึ่งนั้นมีการแพร่คลื่นในช่วงใดบ้าง
ก็จะต้องสร้างกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่ มีจาน parabolic ที่ใหญ่หลายสิบเมตร ดังจะเห็นได้จากกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ใหญ่ของโลก
เช่น ....
กล้องโทรทรรศน์วิทยุอะเรซิโบ (Arecibo Telescope) เส้นผ่านศูนย์กลางจาน Parabolic 300 เมตร
กล้องโทรทรรศน์วิทยุกรีนแบงค์ (Green Bank Telescope : GBT) เส้นผ่านศูนย์กลางจาน Parabolic 104 เมตร
แต่ในปัจจุบันนี้ ได้มีเทคนิคใหม่ที่จะทำให้สามารถสำรวจอวกาศได้ดีขึ้น โดยการสร้างจานรับสัญญาณหลายสถานี
ทำการรับสัญญาณพร้อมกัน และ นำข้อมูลที่ได้มาวิเคราะห์รวมกัน ทำให้ได้ข้อมูลที่มีกำลังแยกภาพสูง
เทียบเท่าสัญญาณที่ได้มาจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่ เทคนิคนี้เรียกว่า Interferometer ซึ่งปัจจุบันนี้คือ
เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ VLA : Very Larrge Array .... เครือข่าย LVA นี้ประกอบไปด้วยจานรับสัญญาณวิทยุ
ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 เมตร จำนวน 27 สถานีเชื่อมต่อกันเป็นรูปดาวสามแฉก ตั้งอยู่ในรัฐ New Mexico สหรัฐอเมริกา
ด้วยเทคนิคนี้ ทำให้เครือข่าย VLA มีพลังการสำรวจอวกาศเท่ากับกล้องโทรทรรศน์วิทยุ (เทียม) ที่มี parabolic dish ใหญ่ถึง 36 กิโลเมตร !!
ซึ่งด้วยเทคนิคการกระจายการรับสัญญาณไปที่จานจำนวนมากแบบนี้ ทำให้ resolution power ของระบบสูงมากทีเดียว
LVA สามารถ beam รับสัญญาณได้ละเอียดมากถึง 0.04 arcsec หรือเทียบง่าย ๆ มันสามารถส่องเห็นลูกกอล์ฟที่ห่างออกไป 150 กิโลเมตรได้
ด้วยความละเอียดขนาดนี้นี่เอง ที่มันสามารถจะสำรวจวัตถุอวกาศได้ภาพ pattern การแพร่คลื่นวิทยุที่ละเอียดมากครับ
ภาพของเครือข่ายจานรับสัญญาณของ VLA
ภาพทางอากาศของความกว้างของระบบจาน VLA
ภาพยนต์เรื่อง Contact (1997) ก็เป็นเรื่องของ Radio Astronomy โดนตรง
เป็นหนึ่งในภาพยนต์ในดวงใจผมครับ ,,ภาพนี้ ฉากหลังคือบรรดาจานสายอากาศที่ VLA Site
จึงได้มีการสร้างเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ใหญ่ขึ้นไปอีก คือระบบ VLBI: Very Large Baseline Interferomer
ซึ่งประกอบไปด้วยกล้องโทรทรรศน์วิทยุหลายสิบตัว กระจายตัวอยู่ใน Europe , Canada , USA , Russia , Japan และ Australia
ทำให้เปรียบเสมือนเป็นจานรับสัญญาณเทียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับประมาณ 5,300 ตารางไมล์ทีเดียวครับ
ภาพแสดงตำแหน่งกล้องโทรทรรศน์ในเครือข่าย VLBI ของหลายภูมิภาคทั่วโลก
จบแล้วครับ ขอบคุณที่ติดตามอ่านครับ [:นานาขอบคุณ:]
แปล และ เรียบเรียงข้อมูลอ้างอิงจาก
- หลายหน้าของ WikiPedia
- www2.jpl.nasa.gov/radioastronomy
- www.astro.umass.edu