กล้องโทรทรรศน์อวกาศ: ประเภท ภารกิจหลัก และอนาคต

ลอส กล้องโทรทรรศน์อวกาศ พวกมันกลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ดีที่สุดที่เรามีสำหรับการสอดแนมจักรวาลจากนอกชั้นบรรยากาศโลก การวางพวกมันไว้ในวงโคจรหรือจุดยุทธศาสตร์อย่างจุดลากรางจ์ ช่วยให้เราหลีกเลี่ยงปัญหาต่างๆ เช่น... ความปั่นป่วนของอากาศมลภาวะทางแสงหรือการดูดซับความยาวคลื่นบางช่วง ทำให้เราสามารถมองเห็นจักรวาลได้อย่างชัดเจน ซึ่งเมื่อมองจากพื้นดินแล้วเป็นไปไม่ได้เลย

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ได้มีการนำกองยานสังเกตการณ์อวกาศที่หลากหลายมาใช้งานเพื่อครอบคลุม สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดตั้งแต่รังสีแกมมาที่มีพลังงานสูงที่สุดไปจนถึงคลื่นวิทยุ ซึ่งรวมถึงรังสีเอกซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็นได้ อินฟราเรด และไมโครเวฟ นอกจากนี้ยังมีภารกิจตรวจจับอนุภาคต่างๆ เช่น รังสีคอสมิก และแม้แต่ต้นแบบของกล้องโทรทรรศน์คลื่นความโน้มถ่วงก็ได้รับการพัฒนาขึ้น เราจะสำรวจกล้องโทรทรรศน์อวกาศประเภทหลักๆ ภารกิจที่เป็นตัวแทนมากที่สุด และโครงการสำคัญๆ ที่กำลังจะเกิดขึ้นอย่างใจเย็นและละเอียดถี่ถ้วน

กล้องโทรทรรศน์อวกาศคืออะไร และเหตุใดจึงสำคัญมาก?

กล้องโทรทรรศน์อวกาศนั้นโดยพื้นฐานแล้วเป็น หอดูดาว ติดตั้งบนยานอวกาศหรือดาวเทียมที่ปฏิบัติการเหนือชั้นบรรยากาศ ต่างจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน แพลตฟอร์มเหล่านี้สามารถสังเกตการณ์ช่วงสเปกตรัม (เช่น รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา หรือรังสีอัลตราไวโอเลตรุนแรง) ที่ชั้นบรรยากาศปิดกั้นไว้เกือบทั้งหมด และยังหลีกเลี่ยงความบิดเบี้ยวที่ทำให้ภาพทางแสงที่มองเห็นจากหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินพร่ามัวอีกด้วย

กล้องโทรทรรศน์อวกาศจะถูกจำแนกตามประเภทของรังสีที่ศึกษา รังสีแกมมา รังสีเอกซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีออปติคัล รังสีอินฟราเรด ไมโครเวฟ และคลื่นวิทยุนอกจากนี้ยังมีภารกิจที่มุ่งเน้นไปที่อนุภาคพลังงานสูง (รังสีคอสมิก) และโครงการที่เพิ่งเริ่มต้นเพื่อตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงจากอวกาศ แต่ละแถบเหล่านี้เผยให้เห็นจักรวาลที่แตกต่างกัน ตั้งแต่หลุมดำและการระเบิดของรังสีแกมมา ไปจนถึงแสงสลัวๆ ของพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล หรือการกระจายตัวของสสารมืด

กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมา: จักรวาลที่แสนสุดขั้ว

กล้องโทรทรรศน์รังสีแกมมาวัดโฟตอนของ พลังงานสูงมาก มีต้นกำเนิดมาจากปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่รุนแรง รังสีนี้ถูกดูดซับโดยชั้นบรรยากาศของโลก ดังนั้นเราจึงสามารถศึกษาได้จากบอลลูนสตราโตสเฟียร์ หรือที่ดีกว่านั้นคือจากดาวเทียมหรือยานสำรวจที่โคจรอยู่ในอวกาศลึกเท่านั้น

แหล่งกำเนิดรังสีแกมมาโดยทั่วไปได้แก่ ซูเปอร์โนวา ดาวนิวตรอน พัลซาร์ และหลุมดำ ในระบบดาวคู่หรือนิวเคลียสกาแล็กซีที่แอคทีฟ นอกจากนี้ ยังมีการระเบิดรังสีแกมมาอันลึกลับ ซึ่งเป็นการระเบิดที่สั้นมากแต่มีพลังงานมหาศาล ซึ่งได้รับการศึกษาลักษณะนี้มานานหลายทศวรรษ

มีหอสังเกตการณ์รังสีแกมมาจำนวนมากที่ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศตลอดมา หนึ่งในผู้บุกเบิกคือยานสำรวจของสหภาพโซเวียต โปรตอน-1, โปรตอน-2 และโปรตอน-4ทั้งหมดอยู่ในวงโคจรต่ำของโลกในช่วงทศวรรษ 60 ตามด้วยภารกิจต่างๆ เช่น SAS 2 ดาวเทียมดาราศาสตร์ขนาดเล็กหมายเลข 2 ของ NASA คอส-บี จาก ESA หรือ เฮ้า 3 ชาวอเมริกันที่รวมเครื่องดนตรีเพื่อพลังงานสูง

ในช่วงทศวรรษ 1980 และ 1990 มีโครงการสำคัญๆ เช่น ระเบิดมือ (ความร่วมมือระหว่างฝรั่งเศสและโซเวียต) ดาวเทียม พิสัย และเหนือสิ่งอื่นใด หอสังเกตการณ์รังสีแกมมาคอมป์ตัน (CGRO) จาก NASA ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของชุด Great Observatories CGRO ได้สังเกตการณ์ท้องฟ้าระหว่างปี พ.ศ. 1991 ถึง พ.ศ. 2000 ในวงโคจรต่ำของโลก โดยทำแผนที่แหล่งกำเนิดรังสีแกมมาหลายร้อยแหล่ง และช่วยจำแนกการระเบิดของรังสีแกมมาออกเป็นประเภทต่างๆ

ต่อมามีภารกิจเฉพาะทาง เช่น เลกรี (เครื่องถ่ายภาพรังสีแกมมาพลังงานต่ำ) ภาษาสเปน เฮเต้ 2 มุ่งเน้นไปที่การระเบิดชั่วคราว หอสังเกตการณ์ยุโรป อินทิกรัล หรือดาวเทียม รวดเร็วสามารถตรวจจับการระเบิดของรังสีแกมมาได้อย่างรวดเร็ว และชี้เครื่องมือเพื่อติดตามวิวัฒนาการของปรากฏการณ์ดังกล่าว ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีสิ่งที่น่าสนใจดังต่อไปนี้: ความคล่องตัว, กล้องโทรทรรศน์อวกาศรังสีแกมมาแฟร์มี และการทดลอง GAPซึ่งติดตั้งในภารกิจ JAXA ในวงโคจรที่เป็นศูนย์กลางดวงอาทิตย์ ซึ่งศึกษาการโพลาไรเซชันของคลื่นแกมมา

กล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์: รังสีเอกซ์ของจักรวาล

กล้องโทรทรรศน์เอกซ์เรย์มุ่งเน้นไปที่โฟตอนของ พลังงานสูงแต่รุนแรงน้อยกว่ารังสีแกมมาชั้นบรรยากาศยังปิดกั้นรังสีนี้ด้วย ดังนั้นการสังเกตการณ์เหล่านี้จึงทำได้เฉพาะบนบอลลูนที่ระดับความสูงมากหรือในวงโคจรเท่านั้น รังสีเอกซ์ถูกปล่อยออกมาจากกระจุกดาราจักรและนิวเคลียสดาราจักรที่ยังคุกรุ่นอยู่ ไปจนถึงซากซูเปอร์โนวา ระบบดาวคู่รังสีเอกซ์ที่มีดาวแคระขาว ดาวนิวตรอน และหลุมดำ รวมถึงแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์บางส่วนในระบบสุริยะของเรา เช่น ดวงจันทร์ แม้ว่าในกรณีนี้ความสว่างส่วนใหญ่มาจากรังสีเอกซ์จากดวงอาทิตย์ที่สะท้อนออกมา

ในบรรดาหอสังเกตการณ์ X แรกๆ มีสิ่งที่โดดเด่นดังต่อไปนี้: Uhuru (พ.ศ. 1970) ดาวเทียมดวงแรกที่อุทิศให้กับคลื่นความถี่นี้โดยเฉพาะ ตามมาด้วยภารกิจต่างๆ เช่น เอเอ็นเอส (ดาวเทียมดาราศาสตร์เนเธอร์แลนด์) แอเรียล วีชาวอินเดีย Aryabhata, เอสเอเอส-ซี จาก NASA หรือหอสังเกตการณ์พลังงานสูง HEAO-1 และ HEAO-2 (หลังนี้เรียกว่า หอสังเกตการณ์ไอน์สไตน์) ซึ่งช่วยปรับปรุงแคตตาล็อกของแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ได้อย่างมาก

ญี่ปุ่นมีบทบาทสำคัญกับดาวเทียมเช่น ฮาคุโช (คอร์ซา-บี), เทนมะ, Ginga, อ.ส.ค หรือใหม่กว่า Suzaku y ฮิโตมิยุโรปก็สำคัญเช่นกัน เอ็กโซแซท และรัสเซีย แอสตรอนซึ่งรวมการสังเกตการณ์อัลตราไวโอเลตและเอ็กซ์เรย์ในวงโคจรรูปวงรีสูง

ในช่วงทศวรรษ 90 และ 2000 ภารกิจต่างๆ ที่เกิดขึ้นได้กลายมาเป็นมาตรฐานที่แท้จริงในปัจจุบัน โรแซท เขาได้ทำการสำรวจแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์อ่อนอย่างละเอียด เบปโปแซ็กซ์ มันมีบทบาทสำคัญในการระบุตำแหน่งของการระเบิดของรังสีแกมมาด้วยความสามารถในการติดตามรังสีเอกซ์ และ Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) ทำให้สามารถศึกษารายละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อนเกี่ยวกับความแปรปรวนของระบบที่มีหลุมดำและดาวนิวตรอนได้

ผู้ที่ยังคงใช้งานอยู่ได้แก่ หอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์จันทรา (นาซา) และ XMM-นิวตัน (ESA) ซึ่งทั้งสองอยู่ในวงโคจรรูปวงรีสูง ซึ่งทำให้สามารถสังเกตการณ์ได้อย่างต่อเนื่องยาวนาน เมื่อไม่นานมานี้ นูสตาร์ผู้เชี่ยวชาญด้านการเอกซเรย์แบบแข็ง หอสังเกตการณ์อินเดีย แอสโทรแซทกล้องโทรทรรศน์จีน เอชเอ็กซ์เอ็มที, รัสเซีย-เยอรมัน สเปกเตอร์-อาร์จี และภารกิจที่เน้นด้านโพลาไรมิเตอร์ เช่น ทรงเครื่องเช่นเดียวกับ เอ็กซ์ริสม์ o XPoSat และ ยานสำรวจไอน์สไตน์ซึ่งขยายขีดความสามารถในการสเปกโตรสโคปีและความแปรปรวนของรังสีเอกซ์

กล้องโทรทรรศน์อัลตราไวโอเลต: มองไกลกว่าสีม่วง

กล้องโทรทรรศน์อัลตราไวโอเลตมีความเชี่ยวชาญในความยาวคลื่นระหว่าง ประมาณ 10 และ 320 นาโนเมตรรังสีนี้ถูกดูดซับโดยชั้นบรรยากาศเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นเราจึงสามารถศึกษาได้จากชั้นบรรยากาศเบื้องบน พื้นผิวดวงจันทร์ หรืออวกาศเท่านั้น ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ร้อนจำนวนมาก และกาแล็กซีหลายแห่ง ล้วนปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลตออกมาในปริมาณมาก ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการวิเคราะห์กระบวนการก่อตัวดาวฤกษ์และองค์ประกอบทางเคมี

ภารกิจ UV แรกๆ ได้แก่ OAO-2 (สตาร์เกเซอร์) y OAO-3 โคเปอร์นิคัส กล้องโทรทรรศน์ของนาซา โอไรออน 1 และ โอไรออน 2 ติดตั้งบนสถานีอวกาศโซเวียต กรณีพิเศษอย่างหนึ่งคือ กล้องถ่ายภาพรังสีอัลตราไวโอเลตระยะไกล/สเปกโตรกราฟ ติดตั้งโดยนักบินอวกาศของยานอพอลโล 16 บนพื้นผิวดวงจันทร์ ซึ่งทำให้สามารถสังเกตการณ์รังสี UV จากสภาพแวดล้อมที่ไม่มีชั้นบรรยากาศได้

ดาวเทียม เอเอ็นเอส นอกจากนี้ยังมีเครื่องมือ UV แต่การก้าวกระโดดครั้งใหญ่เกิดขึ้นโดย โครงการสำรวจรังสีอัลตราไวโอเลตนานาชาติ (IUE)ภารกิจร่วมระหว่างองค์การอวกาศยุโรป (ESA), นาซา (NASA) และสหราชอาณาจักร ปฏิบัติการในวงโคจรรูปวงรีสูงเป็นเวลาเกือบสองทศวรรษ กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการศึกษาสเปกตรัมของแสงอัลตราไวโอเลต สหภาพโซเวียตเป็นผู้บริจาคกล้องโทรทรรศน์ แอสตรอน, ก็อ่อนไหวต่อแบนด์นี้เช่นกัน

El กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลแม้จะโด่งดังในเรื่องภาพถ่ายแสงที่มองเห็นได้ แต่มันก็มีเครื่องมือที่ทรงพลังมากในช่วงใกล้อัลตราไวโอเลต ซึ่งทำให้มันสามารถสำรวจชั้นบรรยากาศของดาวฤกษ์ ภูมิภาคกำเนิดดาวฤกษ์ และกระจุกดาวอายุน้อยได้ ต่อมาก็มีภารกิจต่างๆ เช่น... ยูเว่ (Extreme Ultraviolet Explorer) หอสังเกตการณ์ แอสโตร 1 และ แอสโตร 2หรือ ฟิวส์ (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer) มุ่งเน้นไปที่รังสีอัลตราไวโอเลตไกล

ในศตวรรษที่ 21 มีโครงการต่างๆ เช่น ชิพ, ภารกิจ กาเล็กซ์ เพื่อศึกษาวิวัฒนาการของกาแล็กซีในรังสี UV ดาวเทียมของเกาหลี ไกสแซท 4และภารกิจล่าสุดเช่น IRISมุ่งหน้าสู่บริเวณเปลี่ยนผ่านของดวงอาทิตย์ หอสังเกตการณ์ของญี่ปุ่น ฮิซากิการทดลองใต้วงโคจร เช่น การทดลองจรวดสเปกตรัมของดาวศุกร์หรือกล้องโทรทรรศน์ที่ติดตั้งบนดวงจันทร์เช่น กล้องโทรทรรศน์อัลตราไวโอเลตบนดวงจันทร์ (LUT). แอสโทรแซท นอกจากนี้ยังรวมเครื่องมือ UV และภารกิจพลังงานแสงอาทิตย์ เช่น อดิตยา-L1 ซึ่งรวมถึงการสังเกตในช่วงนี้จากจุดลาเกรนจ์ L1

กล้องโทรทรรศน์อวกาศ: แสงที่มองเห็นได้คุณภาพเหนือชั้น

ดาราศาสตร์เชิงแสงเป็นศาสตร์ที่คลาสสิกที่สุด โดยเน้นที่ความยาวคลื่นระหว่างประมาณ 400 และ 700 นาโนเมตรการวางกล้องโทรทรรศน์แบบออปติคัลในอวกาศช่วยลดความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศและการดูดกลืนแสงส่วนใหญ่ ส่งผลให้ได้ภาพความละเอียดสูงมาก เครื่องมือเหล่านี้ใช้ในการสังเกตการณ์ดาวเคราะห์ ดวงดาว เนบิวลา กาแลคซีจานดาวเคราะห์น้อยและวัตถุแทบทุกชนิดที่ส่องแสงที่มองเห็นได้

หนึ่งในเหตุการณ์สำคัญประการแรกคือ ฮิปปาร์คอส (ESA) มุ่งเน้นการวัดตำแหน่งและพาราแลกซ์ของดาวฤกษ์อย่างแม่นยำ โดยวัดตำแหน่งและระยะทางของดาวฤกษ์เพื่อหาระยะห่าง ในช่วงปลายทศวรรษ 80 และต้นทศวรรษ 1990 ได้มีการปฏิวัติวงการบัญชีรายชื่อดาวฤกษ์ ไม่นานหลังจากนั้น ในปี 90 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลซึ่งเป็นโครงการร่วมกันของ NASA และ ESA ที่ยังคงดำเนินการอยู่จนถึงทุกวันนี้ในวงโคจรต่ำรอบโลก

กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลสังเกตการณ์โดยใช้แสงที่มองเห็นและใกล้ระดับอัลตราไวโอเลตเป็นหลัก แม้ว่าหลังจากภารกิจซ่อมบำรุงแล้ว กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลยังได้รับความสามารถเพิ่มเติมอีกด้วย ใกล้อินฟราเรดด้วยความเสถียรและความคมชัด ทำให้ได้ภาพเอกภพที่โดดเด่นที่สุดบางภาพ ช่วยให้วัดค่าคงที่ของฮับเบิลได้อย่างแม่นยำมาก และเผยให้เห็นรายละเอียดของกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกล กระจุกดาวทรงกลม จานก่อตัวดาวเคราะห์ และอื่นๆ อีกมากมาย

หอสังเกตการณ์ทางแสงอื่นๆ ในวงโคจรได้แก่ กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กของแคนาดา มากที่สุด, ฝรั่งเศส-ยุโรป โคโรต์อุทิศให้กับดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะและการแกว่งตัวของดาวฤกษ์ หรือกลุ่มดาวเทียมระดับนาโน ไบรท์ภารกิจต่างๆ เช่น รวดเร็วแม้ว่าเครื่องมือเหล่านี้จะถูกสร้างมาเพื่อศึกษาการระเบิดของรังสีแกมมา แต่เครื่องมือเหล่านี้ยังมีเครื่องมือออปติกที่ใช้ติดตามวิวัฒนาการของปรากฏการณ์เหล่านี้ด้วย

ในด้านของดาวเคราะห์นอกระบบ ดาวเทียม เคปเลอร์ นับเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญด้วยการตรวจจับดาวเคราะห์นับพันดวงโดยใช้เทคนิคการผ่านหน้าจากวงโคจรที่เป็นศูนย์กลางดวงอาทิตย์ ต่อมาหอสังเกตการณ์ TESS จาก NASA และภารกิจยุโรป เชอปส์ซึ่งมุ่งเป้าไปที่การระบุลักษณะของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่รู้จักแล้วจากวงโคจรที่สอดคล้องกับดวงอาทิตย์ แอสโทรแซท นอกจากนี้ยังรวมถึงเครื่องมือออปติคัลและโครงการต่างๆ เช่น Gaiaเมื่อตั้งอยู่ที่จุดลาเกรนจ์ L2 ได้มีการปรับปรุงการวัดตำแหน่งดาวให้ละเอียดยิ่งขึ้น จึงสามารถสร้างแผนที่สามมิติของกาแล็กซีของเราได้แม่นยำที่สุด

กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด: เปิดเผยจักรวาลอันมืดมิดและเย็นเยียบ

แสงอินฟราเรดมี พลังงานต่ำกว่าแสงที่มองเห็น เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาวัตถุที่เย็นหรืออยู่ไกลมาก ซึ่งความสว่างถูกปรับไปทางแดงเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพ ในช่วงอินฟราเรด เราจะสังเกตเห็นดาวฤกษ์ที่เย็น (รวมถึงดาวแคระน้ำตาล) กลุ่มฝุ่นที่กำลังก่อตัวดาวฤกษ์ จานดาวเคราะห์ก่อนเกิด และกาแล็กซีที่อยู่ไกลมาก

โครงการสำคัญแรกๆ ที่มีได้แก่ IRASซึ่งสร้างแผนที่อินฟราเรดของท้องฟ้าที่สมบูรณ์เป็นครั้งแรก และค้นพบจานฝุ่นรอบดาวฤกษ์ต่างๆ เช่น โฟมาลโฮต์ เบต้าพิคทอริส และเวกา จากนั้นกล้องโทรทรรศน์ของญี่ปุ่นก็เกิดขึ้น กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดในอวกาศและหอสังเกตการณ์ยุโรป มาตรฐาน ISO (หอสังเกตการณ์อวกาศอินฟราเรด) ซึ่งสำรวจท้องฟ้าในช่วงอินฟราเรดกว้างจากวงโคจรที่เป็นวงรีสูง

ภารกิจทางการทหารและวิทยาศาสตร์ MSX นอกจากนี้ยังให้ข้อมูลอินฟราเรดในขณะที่ดาวเทียม สวส มุ่งเน้นไปที่ความยาวคลื่นย่อยมิลลิเมตร ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการศึกษาโมเลกุลในเมฆระหว่างดวงดาว ภารกิจนี้ WIREแต่น่าเสียดายที่มันไม่สามารถบรรลุเป้าหมายได้หลังจากความล้มเหลวในช่วงแรก

El กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของหอดูดาวขนาดใหญ่ของนาซา ได้ศึกษาอินฟราเรดกลางและอินฟราเรดไกลจากวงโคจรที่ดึงพลังงานจากดวงอาทิตย์ ก่อให้เกิดผลลัพธ์อันน่าทึ่งเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวฤกษ์ กาแล็กซีอินฟราเรด และดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ภารกิจของญี่ปุ่น Akari ขยายการศึกษาเหล่านี้ในขณะที่หอสังเกตการณ์ เฮอร์เชล กล้องโทรทรรศน์ ESA/NASA ซึ่งตั้งอยู่ที่จุดลาเกรนจ์ L2 ถือเป็นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดที่ใหญ่ที่สุดที่ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศ จนกระทั่งฮีเลียมหมดลงในปี 2013

ดาวเทียม WISE มันทำแผนที่ท้องฟ้าครอบคลุมช่วงอินฟราเรดกลางทั้งหมด ตรวจจับทุกอย่างตั้งแต่ดาวเคราะห์น้อยใกล้เคียงไปจนถึงกาแล็กซีที่อยู่ไกลมาก และดาวฤกษ์ปัจจุบันคือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST)ที่ L2 ยานนี้ได้รับการออกแบบให้สังเกตการณ์เป็นหลักในช่วงอินฟราเรด กระจกแบบแบ่งส่วนขนาดมหึมา 6,5 เมตร และเครื่องมือไครโอเจนิก ช่วยให้ยานสามารถศึกษากาแล็กซีแรกเริ่ม การก่อตัวของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ และชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้อย่างละเอียดอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ภารกิจนี้ยังจะทำงานในช่วงแสงอินฟราเรดใกล้และแสงที่มองเห็นได้ด้วย Euclid จาก ESA มุ่งเน้นไปที่สสารมืดและพลังงานมืดจาก L2

กล้องโทรทรรศน์ไมโครเวฟ: เสียงสะท้อนของบิ๊กแบง

กล้องโทรทรรศน์อวกาศไมโครเวฟถูกนำมาใช้เป็นหลักในการวัดด้วยความแม่นยำสูง พื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลแสงเรืองรองจากฟอสซิลของบิ๊กแบง จากการสังเกตการณ์เหล่านี้ พารามิเตอร์ทางจักรวาลวิทยาที่สำคัญต่างๆ ได้ถูกระบุ เช่น อายุของจักรวาล ปริมาณของสสารมืดและพลังงานมืด และรูปทรงเรขาคณิตขนาดใหญ่ของจักรวาล

ดาวเทียมถือเป็นผู้บุกเบิกในย่านความถี่นี้ โคบี ยานสำรวจพื้นหลังจักรวาลของนาซา ซึ่งเป็นครั้งแรกที่ตรวจวัดความต่างอุณหภูมิขนาดเล็กของคลื่นไมโครเวฟพื้นหลังจักรวาล ต่อมาหอสังเกตการณ์สวีเดน โอดิน โดยได้รวมการศึกษาไมโครเวฟและระดับซับมิลลิเมตรในวงโคจรต่ำของโลกเข้าด้วยกัน

ก้าวกระโดดครั้งใหญ่ต่อไปคือภารกิจ ดับเบิลยูแมป ยานสำรวจไมโครเวฟแอนไอโซทรอปิกวิลกินสันของ NASA ซึ่งตั้งอยู่ที่จุดลากรางจ์ L2 ได้ปรับปรุงการวัดของ COBE อย่างมากและสร้างสิ่งที่เรียกว่า "แบบจำลองจักรวาลวิทยามาตรฐาน" ต่อมา ESA ได้ปล่อยดาวเทียมดวงนี้ พลังค์นอกจากนี้ที่ L2 ยังได้รับแผนที่พื้นหลังจักรวาลที่แม่นยำที่สุดจนถึงปัจจุบัน ก่อนที่จะถูกนำกลับไปยังวงโคจรที่ปลอดภัยตามระบบสุริยะหลังจากภารกิจสิ้นสุดลง

กล้องโทรทรรศน์วิทยุอวกาศ: อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ในระดับดาวเคราะห์

แม้ว่าบรรยากาศจะค่อนข้างโปร่งใสต่อคลื่นวิทยุ แต่การวางเสาอากาศไว้ในอวกาศช่วยให้เรา... อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ฐานยาวมาก โดยการรวมกล้องโทรทรรศน์วิทยุโคจรเข้ากับเสาอากาศบนพื้นผิวโลก การเชื่อมโยงสัญญาณทำให้ได้ความละเอียดเชิงมุมเทียบเท่ากล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดเท่ากับระยะห่างระหว่างสัญญาณทั้งสอง ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาโครงสร้างที่มีขนาดกะทัดรัดอย่างยิ่ง

ภารกิจสำคัญในพื้นที่นี้คือ ฮัลก้า (VSOP) ซึ่งปล่อยขึ้นสู่อวกาศโดยองค์การอวกาศญี่ปุ่น (ISAS) ยานลำนี้โคจรรอบโลกในวงโคจรรูปวงรีสูง ให้ค่าพื้นฐานสูงสุดหลายหมื่นกิโลเมตร ยานลำนี้สำรวจซากซูเปอร์โนวา เมเซอร์ เลนส์โน้มถ่วง และนิวเคลียสกาแล็กซีกัมมันตภาพรังสีด้วยความละเอียดสูงเป็นพิเศษ

ล่าสุดโครงการรัสเซีย สเปกเตอร์-อาร์ (เรดิโอแอสตรอน) นอกจากนี้ยังได้ขยายความเป็นไปได้เหล่านี้ด้วยวงโคจรที่ยาวมากเป็นพิเศษ (จาก 10,000 กม. เป็นเกือบ 390,000 กม.) โดยร่วมกับกล้องโทรทรรศน์วิทยุภาคพื้นดิน ก่อให้เกิดระบบอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดระบบหนึ่งที่เคยสร้างมา

เครื่องตรวจจับอนุภาคและรังสีคอสมิกในอวกาศ

นอกจากโฟตอนแล้ว ภารกิจอวกาศจำนวนมากยังมีเครื่องมือที่สามารถตรวจจับได้ รังสีคอสมิกและอนุภาคพลังงาน มีต้นกำเนิดมาจากดวงอาทิตย์ กาแล็กซีของเรา หรือแหล่งกำเนิดจากนอกกาแล็กซี รังสีคอสมิกบางชนิดมีพลังงานสูงมาก ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น เจ็ตเชิงสัมพัทธภาพจากนิวเคลียสกาแล็กซีที่ยังคุกรุ่นอยู่

ภารกิจแรกๆ ที่ใช้เครื่องตรวจจับอนุภาคคือภารกิจของโซเวียต โปรตอน-1 และโปรตอน-2ซึ่งวัดโปรตอนและอิเล็กตรอนในวงโคจรต่ำของโลก ดาวเทียม เฮ้า 3 นอกจากนี้ยังรวมเครื่องมือสำหรับศึกษาเกี่ยวกับนิวเคลียสของจักรวาลด้วย

เปิดตัวในยุค 90 แซมเพ็กซ์ (NASA/DE) มุ่งเน้นไปที่อนุภาคพลังงานสูงในแมกนีโตสเฟียร์ของโลก การทดลองนี้ AMS-01 เขาบินไปในภารกิจกระสวยอวกาศเพียงช่วงสั้นๆ เพื่อทดสอบ สเปกโตรมิเตอร์แม่เหล็กอัลฟา, สารตั้งต้นของ AMS-02ติดตั้งถาวรบนสถานีอวกาศนานาชาติเพื่อค้นหาสสารตรงข้ามและเบาะแสของสสารมืด

ภารกิจ PAMELAความร่วมมือระหว่างหน่วยงานยุโรปและรัสเซียศึกษาการไหลของอนุภาคพลังงานสูงในวงโคจรต่ำของโลก ขณะเดียวกัน IBEX NASA ตรวจสอบอะตอมพลังงานเป็นกลางเพื่อทำแผนที่ปฏิสัมพันธ์ระหว่างลมสุริยะและมวลสารระหว่างดวงดาวและดาวเทียม เช่น เขื่อน (จีน) กำลังศึกษาอิเล็กตรอนพลังงานสูง โพซิตรอน และรังสีแกมมา เพื่อค้นหาสัญญาณทางอ้อมของสสารมืด

กล้องโทรทรรศน์อวกาศคลื่นความโน้มถ่วง

คลื่นความโน้มถ่วงคือ ระลอกคลื่นแห่งกาลอวกาศ สัญญาณเหล่านี้เกิดจากเหตุการณ์ต่างๆ เช่น การควบรวมของหลุมดำหรือดาวนิวตรอน บนโลก เครื่องตรวจจับอย่าง LIGO และ Virgo ได้ตรวจวัดสัญญาณเหล่านี้แล้ว แต่ขอบเขตสำคัญต่อไปคือการนำอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แรงโน้มถ่วงขึ้นสู่อวกาศ ซึ่งสามารถสร้างแขนที่ยาวขึ้นมากซึ่งไวต่อความถี่ต่ำได้

ขั้นตอนทางเทคโนโลยีขั้นแรกคือ ลิซ่า ผู้เบิกทาง (ESA) ภารกิจสาธิตที่ทดสอบระบบควบคุมมวลและเลเซอร์อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ในวงโคจรเฮลิโอเซนทริก ความสำเร็จนี้ปูทางไปสู่โครงการในอนาคต LISA (Laser Interferometer Space Antenna)ซึ่งวางแผนไว้สำหรับปี 2030 ซึ่งประกอบด้วยดาวเทียม 3 ดวงที่ห่างกันนับล้านกิโลเมตรก่อตัวเป็นรูปสามเหลี่ยมและมีความสามารถในการติดตามคลื่นความโน้มถ่วงจากแหล่งกำเนิดขนาดใหญ่ในระดับจักรวาล

หอสังเกตการณ์หลักและภารกิจเรือธง

NASA ได้ส่งเสริมกล้องโทรทรรศน์อวกาศชุดหนึ่งภายในกลุ่มกล้องโทรทรรศน์อวกาศของตน หอดูดาวใหญ่แต่ละอันมุ่งเน้นไปที่ส่วนหนึ่งของสเปกตรัม ที่กล่าวมาข้างต้น ฮับ​​เบิล มันครอบคลุมทั้งแสงที่มองเห็นและแสงอัลตราไวโอเลตใกล้ (มีแสงอินฟราเรดบางส่วน) ซีจีอาร์ เขาเชี่ยวชาญด้านรังสีแกมมา หอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์จันทรา สำรวจรังสีเอกซ์อ่อนและ กล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ เขาอุทิศตนให้กับอินฟราเรด

นอกจากนี้ ยังมีภารกิจอีกจำนวนหนึ่งที่แม้จะไม่ได้เป็นหอสังเกตการณ์ขนาดใหญ่อย่างเป็นทางการ แต่ก็สร้างผลกระทบมหาศาล: IRAS โดยเป็นเครื่องติดตามท้องฟ้าอินฟราเรดเครื่องแรก แอสตรอน y ระเบิดมือ ในเขตโซเวียต; มาตรฐาน ISO ยุโรป; ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ โคโรต์; ไอยูอี ในรังสีอัลตราไวโอเลต; หอสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ SOHO; ดาวเทียมของแคนาดา สซิแซท-1 เพื่อศึกษาบรรยากาศของโลก ผู้บุกเบิกรังสีเอกซ์ Uhuru, เฮ้า; การวัดตำแหน่งทางดาราศาสตร์ ฮิปปาร์คอสกล้องโทรทรรศน์ขนาดกะทัดรัดของแคนาดา มากที่สุดหรือญี่ปุ่น ASTRO-F (อาคาริ)ในหมู่คนอื่น ๆ

ในสาขาจักรวาลวิทยา ภารกิจต่างๆ เช่น ดับเบิลยูแมป y พลังค์ ทำให้สามารถกำหนดพารามิเตอร์ของแบบจำลองจักรวาลวิทยามาตรฐานได้อย่างแม่นยำ ที่ระดับพลังงานสูง หอสังเกตการณ์เช่น อินทิกรัล y รวดเร็ว พวกเขายังคงตรวจจับปรากฏการณ์ชั่วคราวในขณะที่โครงการเช่น อินทิกรัล, ดับเบิลยูแมป, สเปกเตอร์-อาร์ o โอดิน พวกเขาได้ให้มุมมองที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นของการแผ่รังสีพลังงานและโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาล

ยักษ์ใหญ่คนใหม่: เจมส์ เวบบ์, โรมัน, ยูคลิด และอีกมากมาย

El กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ได้กลายเป็นหอดูดาวชั้นนำแห่งทศวรรษปัจจุบัน ดำเนินงานร่วมกันโดย NASA, ESA และ CSA จากจุดลากรางจ์ L2 หอดูดาวแห่งนี้ออกแบบมาเพื่อศึกษาประวัติศาสตร์ของจักรวาลในทุกช่วง ตั้งแต่กาแล็กซีแรกเริ่ม ไปจนถึงการก่อตัวของระบบดาวเคราะห์ และการวิเคราะห์ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ ภาพอินฟราเรดของหอดูดาวนี้ช่วยให้สามารถเปรียบเทียบได้ เช่น ระหว่างการสังเกตการณ์กาแล็กซีอย่าง NGC 628 กับภาพที่ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิล ซึ่งเผยให้เห็นรายละเอียดที่ไม่เคยเห็นมาก่อนในฝุ่นและก๊าซ

ต้องขอบคุณเว็บบ์ที่ทำให้มีการระบุตัวผู้สมัคร กาแล็กซีโบราณอย่างยิ่งกล้องโทรทรรศน์นี้ให้ภาพซากซูเปอร์โนวาที่ชัดเจนและน่าทึ่ง พร้อมทั้งมุมมองที่ละเอียดของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ความสำเร็จของกล้องโทรทรรศน์นี้เกิดจากประสบการณ์กว่าสี่ทศวรรษจากกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดรุ่นก่อนๆ เช่น IRAS, ISO, Spitzer และ Akari ซึ่งวางรากฐานทางเทคโนโลยีและวิทยาศาสตร์

มองไปในอนาคตอันใกล้นี้ NASA กำลังเตรียมพร้อม กล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน (เดิมชื่อ WFIRST) ซึ่งตั้งอยู่ที่ L2 เช่นกัน ออกแบบมาเพื่อศึกษาพลังงานมืด โครงสร้างขนาดใหญ่ และประชากรดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะด้วยมุมมองที่กว้างมาก ในด้านดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ESA จะพัฒนา PLATOซึ่งจะเน้นไปที่การค้นหาและจำแนกลักษณะของ ดาวเคราะห์นอกระบบที่สามารถอยู่อาศัยได้ รอบดวงดาวที่คล้ายกับดวงอาทิตย์

ในบรรดาโครงการที่มีความทะเยอทะยานที่สุด มีดังต่อไปนี้: หอสังเกตการณ์โลกที่อยู่อาศัยได้ออกแบบมาเพื่อศึกษารายละเอียดดาวเคราะห์ขนาดโลกในเขตที่อยู่อาศัยได้และค้นหา ชีวประวัติ ในชั้นบรรยากาศของดาวฤกษ์ เพื่อทำสิ่งนี้ จะใช้เทคนิคต่างๆ เช่น โคโรนาแกรฟ หรืออาจเป็นแผ่นบังแสงภายนอก (starshades) ที่สามารถปิดกั้นแสงของดาวฤกษ์และเผยให้เห็นสัญญาณจางๆ ของดาวเคราะห์

กล้องโทรทรรศน์เอกซ์เรย์ ATHENA กล้องโทรทรรศน์ขั้นสูงสำหรับฟิสิกส์ดาราศาสตร์พลังงานสูง (ATE) ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างองค์การอวกาศยุโรป (ESA), นาซา (NASA) และองค์การอวกาศญี่ปุ่น (JAXA) ได้รับการออกแบบมาเพื่อศึกษาหลุมดำมวลมหาศาล กระจุกกาแล็กซี และก๊าซร้อนที่ปกคลุมจักรวาลในขอบเขตกว้างใหญ่ ภารกิจนี้เกี่ยวข้องกับคลื่นความโน้มถ่วง LISA มันจะเป็นหอสังเกตการณ์อวกาศขนาดใหญ่สำหรับติดตามการชนกันของหลุมดำขนาดมหึมาและระบบขนาดกะทัดรัดอื่นๆ

ยังมีแนวคิดเกี่ยวกับอนาคตอีกมากมายภายใต้ร่มเงาของ โครงการพัฒนาเทคโนโลยีหอดูดาวที่ยิ่งใหญ่ (GOMAP) และสิ่งที่เรียกว่า หอสังเกตการณ์อันยิ่งใหญ่แห่งใหม่ซึ่งมองไปไกลกว่าปี 2040 และมุ่งมั่นที่จะพัฒนาเทคโนโลยีที่จำเป็นเพื่อสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ขึ้นและแม่นยำยิ่งขึ้น ทั้งในด้านแสงและอินฟราเรด รวมถึงด้านพลังงานสูง

โครงการและภารกิจอื่นๆ ที่กำลังพัฒนา

นอกจากชื่อใหญ่ๆ แล้ว ยังมีโครงการอีกมากมายที่จะนำมาใช้ในกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นต่อไป NASA กำลังดำเนินการอยู่ โทลิมันมุ่งเน้นไปที่การศึกษาระบบอัลฟาเซนทอรีเพื่อค้นหาดาวเคราะห์ที่อาจอยู่อาศัยได้โดยใช้เครื่องวัดตำแหน่งทางดาราศาสตร์ที่มีความแม่นยำสูง ส่วนจีนกำลังเตรียมกล้องโทรทรรศน์ ซุนเทียนซึ่งเป็นหอสังเกตการณ์ทางแสงที่สามารถติดตั้งบนสถานีอวกาศของจีนเพื่อการบำรุงรักษา และจะมีมุมมองที่กว้างมาก

ภารกิจอื่นๆ ที่กำลังจะเกิดขึ้น ได้แก่ การตรวจสอบวัตถุแปรผัน การตรวจสอบวัตถุตัวแปรอวกาศหอสังเกตการณ์สเปกโทรสโกปี สเฟียx, แอสโทรแซท-2 อินเดียมาแทนที่ Astrosat หรือกล้องโทรทรรศน์ของยุโรป ARIELเชี่ยวชาญการวิเคราะห์บรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะจาก L2 ทั้งหมดนี้จะมาร่วมกับทีมวิจัยปัจจุบันเพื่อครอบคลุมช่วงพลังงานและวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ที่หลากหลาย

หอสังเกตการณ์สุริยะและภารกิจใหม่ๆ ที่มุ่งเน้นศึกษาดาวฤกษ์ของเราให้ดีขึ้นก็กำลังได้รับการพัฒนาเช่นกัน ทำความเข้าใจเกี่ยวกับ พายุสุริยะและการพ่นมวลโคโรนา เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปกป้องดาวเทียม ระบบไฟฟ้า และระบบสื่อสารบนโลกที่ต้องพึ่งพาเทคโนโลยีมากขึ้น ภารกิจต่างๆ เช่น SOHO o โปรบา-3เครื่องมือรุ่นเก่าเหล่านี้ได้ปูทางไปสู่เครื่องมือรุ่นใหม่ทั้งในวงโคจรของโลกและในจุดเฉพาะในระบบดวงอาทิตย์-โลก

เมื่อมองภาพรวม ตั้งแต่กาลิเลโอที่ชี้กล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กไปที่ดวงอาทิตย์ในศตวรรษที่ 17 ไปจนถึงหอสังเกตการณ์ขนาดมหึมาที่ L2 ที่สามารถมองเห็นกาแล็กซีที่เพิ่งเกิดใหม่ ก็จะเห็นได้ชัดว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นใหม่แต่ละรุ่น มันขยายขอบเขตของเราออกไป: เราตรวจจับกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลมากขึ้น ติดตามหลุมดำมวลยวดยิ่ง วิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศนอกระบบสุริยะ และปรับแต่งพารามิเตอร์ทางจักรวาลวิทยา ทุกสิ่งบ่งชี้ว่าหอสังเกตการณ์ที่กำลังจะเกิดขึ้น ไม่ว่าจะเป็น Webb, Roman, Euclid, PLATO, ARIEL, LISA, Habitable Worlds Observatory และอื่นๆ จะไม่เพียงแต่ช่วยให้เราตอบคำถามคลาสสิกเกี่ยวกับต้นกำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาลเท่านั้น แต่ยังจะก่อให้เกิดปริศนาใหม่ๆ ที่เราไม่เคยคาดคิดมาก่อนอีกด้วย