ส่วนประกอบของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ

อย่างไรก็ตามแม้ว่าเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุ เช่น Very Large Array Telescope (VLA) จะให้ภาพที่รายละเอียดที่สูงกว่ากล้องโทรทรรศน์อาเรซิโบ แต่ก็ยังเป็นภาพที่มีรายละเอียดต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับภาพที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์ในช่วงคลื่นแสงที่ตามองเห็น ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงมีโครงการพัฒนากล้องโทรทรรศน์วิทยุอวกาศเพื่อทำงานร่วมเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่อยู่บนพื้นโลก ดังเช่น กล้องโทรทรรศน์วิทยุ Halca ในโครงการ Space Very Long Baseline Interferometer เพื่อให้ได้กล้องโทรทรรศน์วิทยุเสมือนที่มีขนาดใหญ่กว่่าโลก ดังภาพที่ 9 นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุเพื่อศึกษา พัลซาร์ แอคทีฟกาแล็กซี และควอซาร์ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุของจักรวาล

เป็นอีกเรื่องที่น่าตื่นเต้นสำหรับประเทศไทยที่จะมีกล้องโทรทรรศน์วิทยุให้ใช้ในระยะเวลาอีกแค่ปีกว่าๆ ข้างหน้า ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุ 40 เมตรที่นับว่าใหญ่ที่สุดในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้อีกด้วย ขณะเดียวกันก็มีความสงสัยเกี่ยวกับการทำงานของกล้องโทรทรรศน์วิทยุว่าทำงานอย่างไร

ทีมข่าวผู้จัดการวิทยาศาสตร์ได้ขอความรู้ไปที่ ดร.พฤทธิ์ เจริญจิตติชัย นักวิจัยชำนาญการและหัวหน้าโครงการกล้องวิทยุดังกล่าว สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (สดร.) ถึงการทำงานของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ โดยได้อธิบายว่า ข้อมูลที่กล้องโทรทรรศน์วิทยุได้รับนั้นไม่ใช่ข้อมูลเสียง แต่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงคลื่นวิทยุ เช่นเดียวกับคลื่นโทรศัพท์มือถือ หรืออุปกรณ์ไร้สายในชีวิตประจำวัน ซึ่งเทหวัตถุท้องฟ้าต่างๆ นั้นสามารถปล่อยคลื่นวิทยุออกมาได้ สำหรับการใช้งานกล้องโทรทรรศน์วิทยุนั้น

ดร.พฤทธิ์อธิบายว่า กล้องโทรทรรศน์วิทยุประกอบด้วยจานรับสัญญาณที่รวมคลื่นวิทยุให้ไปที่จุดโฟกัส ซึ่งกล้องโทรทรรศน์วิทยุจะมีการติดตั้ง สายสัญญาณ (Feed) เหมือนสายอากาศของโทรศัพท์มือถือ ซึ่งมีหลักการทำงานคล้ายกัน นั่นคือเหนี่ยวนำโลหะให้เกิดสัญญาณไฟฟ้าที่จะถูกขยายสัญญาณเพื่อนำไปแปลงสัญญาณอีกทีโดยระบบรับสัญญาณ (receiver)

การใช้งานกล้องโทรทรรศน์วิทยุโดยทั่วไปมี 2 วิธี วิธีแรกคือใช้กล้องโทรทรรศน์ตัวเดียว ทำการศึกษาสเปกตรัมหรือการแปรเปลี่ยนของความเข้มสัญญาณจากเทหวัตถุต่างๆ เช่น ดาวนิวตรอน หรือบริเวณดาวเกิดใหม่ โดยทั่วไปแล้วกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ประกอบไปด้วยสายสัญญาณและระบบรับสัญญาณ 1 ชุด จะเปรียบกับกล้องถ่ายรูปได้ว่าระบบมีเพียง 1 พิกเซล ทั้งนี้ นักดาราศาสตร์สามารถสร้างแผนภาพหรือรูปภาพบริเวณหนึ่งๆ บนท้องฟ้าได้โดยการเคลื่อนกล้องโทรทรรศน์วิทยุให้แสกนบริเวณดังกล่าวได้

วิธีใช้กล้องโทรทรรศน์แบบที่สองเรียกว่าเครือข่าย VLBI (Vary Long Base Line Interferometer) เป็นเทคนิคการใช้อย่างแพร่หลายในย่านคลื่นวิทยุ โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยรับสัญญาณมากกว่า 2 สถานีขึ้นไปรับสัญญาณเทหวัตถุพร้อมๆ กัน ข้อมูลจากแต่ละสถานีจะนำมาประมวลพร้อมกันอีกที แล้วใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์เรียกว่า กระบวนการหาความสัมพันธ์ (Correlation) เพื่อสร้างเป็นภาพอีกที ซึ่งมีศูนย์กระบวนการหาความสัมพันธ์ (Correlation Center) ที่นำข้อมูลจากแต่ละสถานีมาประมวลร่วมกัน แล้วสร้างขึ้นมาเป็นภาพ

ตัวอย่างการใช้งานภาพที่ได้จากกล้องวิทยุ เช่น ใช้ศึกษาบริเวณดาวเกิดใหม่ ดูการเคลื่อนตัวของกลุ่มก๊าซ มีโมเลกุลก๊าซแบบไหนบ้าง หรือการทำแผนที่ท้องฟ้า โดยกวาดสำรวจไปบนท้องฟ้าว่าจะเจออะไรบ้างหรือมีวัตถุใหม่ๆ หรือไม่ แต่การทำงานของทั้ง 2 วิธีข้างต้นก็มีข้อดี-ข้อเสียต่างกัน ตามคำอธิบายของ ดร.พฤทธิ์นั้น วิธีแรกมีกล้องโทรทรรศน์เพียงตัวเดียวก็ทำงานได้เลย

ส่วนการใช้เครือข่าย VLBI ต้องมีการวางแผนจัดเวลากล้องฯ ในเครือข่ายให้ทำงานพร้อมๆ กัน ซึ่งแต่ละสถานีจะมีตารางการใช้งานแล้ว จึงต้องนัดช่วงเวลาล่วงหน้าเป็นเวลานาน ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่วิธีนี้มีความยากในการทำงานมากกว่าใช้กล้องโทรทรรศน์เพียงตัวเดียว

นอกจากนี้ในการศึกษาด้วยเครือข่าย VLBI นั้นกล้องโทรทรรศน์วิทยุเหล่านั้นต้องทำงานที่ความถี่เดียวกัน อย่างกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ญี่ปุ่นและเกาหลีนั้นจะทำงานที่ความถี่สูงกว่า ส่วนกล้องโทรทรรศน์วิทยุในยุโรปจะทำงานที่ความถี่ต่ำกว่า

อย่างไรก็ตาม ในการศึกษาทางด้านดาราศาสตร์วิทยุนั้น ดร.พฤทธิ์ระบุว่า หลายครั้งไม่จำเป็นต้องใช้ภาพ เช่น พัลซาร์และดาวนิวตรอนซึ่งเป็นวัตถุความหน้าแน่นยิ่งยวดโดยมีขนาดเพียง 20 กิโลเมตร นักดาราศาสตร์ศึกษาวัตถุเหลานี้ได้โดยการเสปกตรัมและการเปลี่ยนแปลงของความเข้มสัญญาณ ปัจจุบันนักวิจัย สดร.มีการศึกษาดาราศาสตร์วิทยุใน 2 สาขา คือ ศึกษาเกี่ยวกับพัลซาร์และดาวนิวตรอน กับการศึกษาเกี่ยวกับการปลดปล่อยสเปกตรัม ซึ่งมักพบบริเวณดาวเกิดใหม่

สำหรับกล้องโทรทรรศน์วิทยุ 40 เมตรที่ดำเนินการโดย สดร.นั้น จะอยู่ในพื้นที่จำนวน 50 ไร่ ณ ศูนย์ศึกษาการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้อันเนื่องมาจากพระราชดำริ อำเภอดอยสะเก็ด จังหวัดเชียงใหม่ ซึ่งพื้นที่ดังกล่าวอยู่ห่างตัวเมืองเชียงใหม่ออกไปประมาณ 30 กิโลเมตร โดยมีแผนดำเนินการระหว่างปี 2560-2563 และคาดว่าจะติดตั้งแล้วเสร็จปลายปี 2562 และเริ่มทดสอบระบบก่อนการเปิดใช้งานประมาณปี 2563

ดร.พฤทธิ์กล่าวว่า กล้องโทรทรรศน์วิทยุดังกล่าวจะเป็นโครงสร้างพื้นฐานหลักทางด้านดาราศาสตร์อีกแห่งของประเทศ ถัดจากหอดูดาวแห่งชาติบนดอยอินทนนท์ ที่ดำเนินการในย่านแสงที่ตามมองเห็น ซึ่งจากการดำเนินงานหอดูดาวแห่งชาติฯ ตั้งแต่ปี 2556 นั้น ได้ทำให้เกิดการศึกษาวิจัยทางด้านดาราศาสตร์อย่างกว้างขวางมากขึ้น มีนักวิจัย นักศึกษา รวมถึงต่างชาติเดินทางมาใช้ ซึ่งคาดว่าอนาคตหากเริ่มใช้งานกล้องโทรทรรศน์วิทยุแล้ว ก็จะก่อให้เกิดชุมชนวิจัยทางด้านดาราศาสตร์วิทยุด้วยเช่นกัน