ปฏิบัติการ “กำจัดน้ำแข็ง” ภายใน “กล้องฯ ยูคลิด”

หลังจากที่ “กล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิด” เริ่มต้นปฏิบัติงาน ทีมวิศวกรพบกับปัญหาบางอย่างที่ทำให้แสงสว่างจากดวงดาวพร่ามัว ซึ่งเกิดจาก “น้ำแข็ง” ที่มาเกาะกระจกสะท้อนแสงอันละเอียดอ่อนภายในกล้องโทรทรรศน์ ทีมวิศวกรขององค์การอวกาศของยุโรป (ESA) จึงต้องเริ่มปฏิบัติการ “ละลายน้ำแข็ง” ภายในกล้องเพื่อให้มันสามารถกลับมาส่องภาพได้ชัดเจนดังเดิม

น้ำแข็งที่ก่อตัวและเกาะกระจกของกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิด (Euclid Space Telescope) นั้นน่าจะมีความหนาเพียงไม่กี่นาโนเมตร หรือประมาณแค่ความกว้างของสาย DNA สองถึงสามสายเท่านั้น ซึ่งความหนาของชั้นน้ำแข็งที่แม้จะบางจนมองไม่เห็นนี้ดูเหมือนจะเล็กน้อย แต่มันกลับส่งผลกระทบต่อศักยภาพของกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิดเป็นอย่างมากเนื่องจากตัวกล้องได้รับการออกแบบมาให้มีคุณสมบัติในการตรวจวัดที่แม่นยำจนสามารถตรวจจับความเปลี่ยนแปลงที่เล็กน้อยจากดวงดาวที่ห่างไกลเพื่อทำแผนที่สสารมืดภายในเอกภพของเรา

ภาพถ่ายกระจุกดาวเพอร์เซอุส (Perseus) ซึ่งเป็นหนึ่งในภาพถ่ายแรก ๆ ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิด

เนื่องจากยานอวกาศทุกลำนั้นประกอบขึ้นบนโลก มันจึงหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่วัสดุภายในยานอวกาศจะดูดซับไอน้ำที่อยู่ภายในชั้นบรรยากาศเข้าไปด้วย และเมื่อยานอวกาศเดินทางออกนอกโลก ไอน้ำที่ถูกดูดซับภายในวัสดุก็จะจับตัวเป็นน้ำแข็งเนื่องจากสภาวะที่เย็นจัดภายในอวกาศ และค่อย ๆ ระเหิดออกเมื่อเจอกับความร้อนจากดวงอาทิตย์หรือเครื่องทำความร้อนภายในยานอวกาศ ไอน้ำจะค่อย ๆ ออกมาจากวัสดุเหล่านั้น บ้างก็หลุดออกจากยานอวกาศ บ้างก็เกาะเป็นชั้นน้ำแข็งบาง ๆ รอบชิ้นส่วนภายในยานอวกาศ

ยานอวกาศทุกลำต้องเผชิญกับชั้นน้ำแข็งเกาะอยู่เป็นปกติ เพียงแต่ว่าเมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิด สิ่งนี้กลับสร้างปัญหามากกว่าที่ทีมวิศวกรของ ESA ได้คาดการณ์ไว้

ในช่วงไม่กี่เดือนที่ผ่านมากล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิด ขณะที่กำลังปรับเทียบค่าของอุปกรณ์ภายในกล้องโทรทรรศน์นั้น พวกเขาพบว่าปริมาณแสงที่กล้องโทรทรรศน์สังเกตได้ค่อย ๆ ลดลงอย่างต่อเนื่อง โดยปกติแสงสว่างจากดาวฤกษ์นั้นแทบไม่มีความเปลี่ยนแปลงเลย และเมื่อเทียบกับผลลัพธ์ความสว่างระหว่างกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิดกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศไกอา (Gaia Space Telescope) แล้วก็ยิ่งทำให้มั่นใจได้ว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิดของเรานั้นกำลังมีปัญหา

ชั้นน้ำแข็งค่อย ๆ ก่อตัวอย่างต่อเนื่องและมันก็เป็นเรื่องที่ยากมากที่จะสร้างยานอวกาศโดยปราศจากการสัมผัสกับไอน้ำในชั้นบรรยากาศ ถึงอย่างนั้นทีมวิศวกรก็ได้ร่วมมือกันทำให้ยานอวกาศร้อนขึ้นและหันส่วนของกระจกกล้องโทรทรรศน์บางส่วนเข้าหาแสงอาทิตย์ ซึ่งทำให้ชั้นน้ำแข็งส่วนใหญ่ที่เกาะอยู่บนชิ้นส่วนต่าง ๆ ของกล้องโทรทรรศน์ระเหิดออกไปได้ แต่ถึงกระนั้นเนื่องจากระบบภายในกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิดนั้นซับซ้อนมากและมีชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ดูดซับและกักขังไอน้ำอยู่ทำให้ต่อให้ใช้วิธีนี้แล้วก็ยังคงมีไอน้ำที่ระเหิดออกมาและก่อตัวบนชิ้นกระจกของกล้องโทรทรรศน์อยู่ดี

ภาพถ่ายอุปกรณ์ VIS และ NISP ภายในกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิด ชิ้นส่วนผนังของอุปกรณ์เหล่านี้สามารถกักเก็บไอน้ำไว้ได้มากถึง 1% ของน้ำหนักชิ้นส่วน

ตามขั้นตอนปกติ การกำจัดน้ำแข็งของยานอวกาศและดาวเทียมทั่วไปนั้นจะกระทำโดยการเปิดเครื่องทำความร้อนที่อยู่ภายในยานอวกาศและพยายามหันทุกชิ้นส่วนภายในยานอวกาศให้ได้รับแสงอาทิตย์ให้ทั่วถึงกัน ซึ่งสามารถเพิ่มอุณหภูมิจาก -140°C ให้สูงขึ้นถึง -3°C ซึ่งจะสามารถทำให้น้ำแข็งที่เกาะอยู่ภายในระเหิดออกจากยานอวกาศได้ เพียงแต่ว่าขั้นตอนนี้ไม่สามารถใช้กับกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิดได้เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศยูคลิดมีระบบกระจกสะท้อนแสงที่ซับซ้อนมาก การขยายตัวของกระจกสะท้อนแสงและเลนส์บางชิ้นส่วนจากอุณหภูมิที่เพิ่มมากขึ้น อาจทำให้เกิดความเสียหายต่อตัวกระจกจนไม่สามารถย้อนกลับได้

ทีมวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์จึงร่วมมือกันวิจัยทั้งกระบวนการการเกิดชั้นน้ำแข็งบนกระจกและออกแบบการทดลองในห้องปฏิบัติการเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการการเกิดชั้นน้ำแข็งเหล่านี้ ซึ่งพวกเขาได้คำอธิบายว่าไอน้ำที่ระเหิดออกจากเนื้อวัสดุที่กักเก็บ มันจะตกลงบนพื้นผิวที่ใกล้ที่สุดเท่านั้น ดังนั้นหากเราทำความเข้าใจได้ว่าวัสดุใดภายในกล้องโทรทรรศน์กักเก็บไอน้ำได้ดี เราจะสามารถเปิดจุดที่ทำความร้อนให้กระจกชิ้นนั้นได้อย่างถูกจุดเพื่อแก้ไขปัญหาชั้นน้ำแข็งที่เกาะอยู่บนกระจกได้

ทีมวิศวกรได้ทดลองให้ความร้อนแก่ชิ้นอุปกรณ์ที่มีความเสี่ยงเสียหายจากการขยายตัวทางความร้อนต่ำก่อน ซึ่งตั้งอยู่ที่บริเวณที่คาดการณ์ว่าไอน้ำที่ระเหิดออกมานั้นจะไม่กลับเข้ามารบกวนระบบกล้องโทรทรรศน์อีกครั้งหนึ่ง พวกเขาได้ทำการอุ่นกระจกทั้งหมดสองบานและกำลังประเมินผลของมันภายหลังการทดลอง

ถึงแม้ว่าการอุ่นกระจกจะสามารถลดการก่อตัวของชั้นน้ำแข็งบาง ๆ ได้ แต่ชิ้นส่วนต่าง ๆ ภายในกล้องโทรทรรศน์อวกาศจะยังคงปล่อยไอน้ำออกมาอย่างต่อเนื่องตลอดอายุภารกิจของมัน ดังนั้นทีมวิศวกรต้องรีบคิดค้นหาวิธีในการกำจัดชั้นน้ำแข็งเหล่านี้เพื่อให้ผลกระทบของมันเกิดขึ้นกับผลการดำเนินงานทางวิทยาศาสตร์ให้น้อยที่สุด

ตอนนี้ทีมวิศวกรสามารถแยกพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบของชั้นน้ำแข็งได้เรียบร้อยแล้ว จากนั้นจะดำเนินกระบวนการในการกำจัดน้ำแข็งต่อไป สิ่งที่ทีมวิศวกรกำลังทำอยู่นั้นเป็นขั้นตอนที่ต้องละเอียดอ่อนเป็นอย่างมาก เพราะจะต้องดำเนินงานในการกำจัดน้ำแข็งที่เกาะอยู่ภายในกล้องโทรทรรศน์ที่อยู่ภายในอวกาศที่ห่างไกลกว่า 1.5 ล้านกิโลเมตร และไม่มีมนุษย์คนใดบนโลกสามารถช่วยเหลือและแก้ไขมันได้หากสิ่งเหล่านี้ผิดพลาด และที่สำคัญคือทีมวิศวกรต้องดำเนินงานทั้งหมดอย่างรวดเร็วที่สุดเพื่อประหยัดเวลาในการดำเนินงานทางวิทยาศาสตร์ที่ได้ตั้งเป้าไว้

เรียบเรียงโดย : จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร : ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล: ESA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech