ข้อใดเป็นประโยชน์ของกล้องโทรทรรศน์ที่ถูกต้องที่สุด

เทคโนโลยีอวกาศ

เมื่อ :

วันจันทร์, 25 มกราคม 2564

         ในคืนที่ดาวเต็มฟ้า เรามักมองดวงดาวที่สวยงามและได้เพียงสังเกตแสงระยิบระยับของดวงดาวด้วยตาเปล่า แต่หากเราต้องการรู้ลักษณะของดวงดาวหรือวัตถุท้องฟ้าอื่น ๆ ที่แสนไกลให้ชัดเจนยิ่งขึ้น คงต้องพึ่งอุปกรณ์ของนักดาราศาสตร์ นั่นคือ กล้องโทรทรรศน์ ในบทเรียนนี้เราจะได้ศึกษาลักษณะและหลักการทำงานของกล้องโทรทรรศน์ประเภทต่าง ๆ ทั้งนี้เพื่อทำความเข้าใจเทคโนโลยีอวกาศที่นักวิทยาศาสตร์สร้างขึ้นมาเพื่อใช้ในการศึกษาข้อมูลต่าง ๆ ของวัตถุท้องฟ้าที่อยู่ไกลจากโลกของเรา

ภาพที่ 1 นักดาราศาสตร์ใช้กล้องโทรทรรศน์ในการศึกษาวัตถุท้องฟ้า
ที่มา  //www.pexels.com/photo/black-telescope-under-blue-and-blacksky-2034892/, Lucas Pezeta

กล้องโทรทรรศน์ : สมบัติพิเศษที่มากกว่าดวงตามนุษย์

          กล้องโทรทรรศน์ (Telescope) หรือ กล้องส่องทางไกล เป็นทัศนอุปกรณ์ที่นักดาราศาสตร์ใช้ในการศึกษาวัตถุท้องฟ้า โดยมีสมบัติสำคัญ 2 ประการ คือ ความสามารถในการรวมแสงที่มากกว่าดวงตาของมนุษย์ ทำให้สามารถสังเกตหรือศึกษาวัตถุท้องฟ้าที่อยู่ไกลและมีความสว่างน้อยได้ เรียกสมบัตินี้ ว่า “กำลังรวมแสง (Light-Gathering Power)”  สมบัติสำคัญอีกประการหนึ่ง คือ ความสามารถในการขยายขนาดภาพของวัตถุ เสมือนการดึงภาพที่อยู่ไกลเข้ามาใกล้ ๆ ทำให้เห็นรายละเอียดของภาพได้ชัดเจนมากขึ้น เรียกสมบัตินี้ ว่า “กำลังขยาย (Magnification)”  นอกจากนี้กล้องโทรทรรศน์ยังเป็นอุปกรณ์ที่สามารถรับสัญญาณจากวัตถุท้องฟ้าในช่วงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขอบเขตกว้างกว่าช่วงที่ดวงตามนุษย์รับรู้ได้ ดังนั้นภาพที่เห็นจากการรับสัญญาณในช่วงสเปกตรัมที่ต่างกัน จะมีลักษณะและรายละเอียดที่แตกต่างกัน  กล้องโทรทรรศน์จึงสามารถใช้ในการถ่ายภาพดวงดาว เพื่อนำมาเป็นข้อมูลในการศึกษาลักษณะของดวงดาวเหล่านั้นได้อีกด้วย

 ประเภทของกล้องโทรทรรศน์

          องค์ประกอบสำคัญที่ทำให้กล้องโทรทรรศน์มีสมบัติพิเศษดังกล่าว คือ เลนส์หรือกระจกเว้าที่ทำหน้าที่รวมแสง และเป็นส่วนประกอบสำคัญของกล้องโทรทรรศน์ เราสามารถแบ่งกล้องโทรทรรศน์ เป็น 3 ประเภทหลัก ๆ ได้แก่ กล้องโทรทรรศน์แบบหักเห กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง และกล้องโทรทรรศน์แบบผสม โดยกล้องแต่ละประเภทจะมีส่วนประกอบและหลักการทำงานแตกต่างกัน ตามรายละเอียด ดังนี้  

1. กล้องโทรทรรศน์แบบหักเห (Refracting Telescope)

           กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง ใช้หลักการรวมแสงโดยใช้เลนส์นูน กล้องชนิดนี้ประกอบด้วยเลนส์นูน 2 ชุด คือ เลนส์ใกล้วัตถุ มีขนาดใหญ่ ความยาวโฟกัสมาก (f1) และเลนส์ใกล้ตา มีขนาดเล็ก ความยาวโฟกัสน้อย (f2) เมื่อลำแสงขนานเดินทางผ่านเลนส์ใกล้วัตถุ เกิดการรวมแสงที่ระยะโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ (เกิดภาพจริงหัวกลับ) ซึ่งเป็นจุดที่เท่ากับความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา จากนั้นแสงเกิดการหักเหผ่านเลนส์ใกล้ตา ทำให้สามารถเกิดภาพเสมือน ขนาดใหญ่ สามารถขยายภาพของวัตถุให้มีขนาดใหญ่ขึ้นได้ ดังภาพที่ 2 ทั้งนี้ขนาดของภาพขึ้นอยู่กับกำลังขยายของกล้อง ซึ่งหาได้จาก

           กำลังขยาย = ความยาวของเลนส์ใกล้วัตถุ/ความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา

ภาพที่  2  เส้นทางเดินของแสงและการเกิดภาพ ในกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง
ที่มา ดัดแปลงจาก //commons.wikimedia.org/wiki/File:Telescope-schematic.png

          จากภาพที่ 2 จะสังเกตได้ว่าหากต้องการสร้างกล้องที่มีกำลังขยายมาก จำเป็นต้องสร้างกล้องที่มีขนาดใหญ่ เพราะกำลังขยายของกล้องสัมพันธ์กับความยาวโฟกัสของเลนส์ และความยาวโฟกัสของเลนส์สัมพันธ์กับความยาวของลำกล้อง เนื่องจากแสงที่มนุษย์รับรู้ได้ (Visible Light) มีความยาวคลื่นเป็นช่วงกว้าง เมื่อแสงเคลื่อนที่และหักเหผ่านเลนส์เดี่ยวจะทำให้เกิดการรวมแสงที่ระยะโฟกัสต่างกัน เรียกว่า เกิดความคลาดสี ดังนั้นเพื่อให้เลนส์นูนของกล้องโทรทรรศน์สามารถรวมแสงในทุกความยาวคลื่นได้ในจุดเดียว เลนส์นูนส์ที่สร้างขึ้นจึงต้องมีสมบัติแก้ความคลาดสี แต่เลนส์ดังกล่าวมีน้ำหนักมาก ราคาแพง ทำให้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ในยุคปัจจุบันนิยมใช้กระจกเว้าแทนเลนส์นูน นอกจากนี้กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงมีสมบัติกำลังรวมแสงน้อยแต่มีกำลังขยายมาก จึงนิยมใช้ศึกษาวัตถุท้องฟ้าที่มีความสว่างมาก ขนาดเล็ก เช่น ดวงจันทร์และดาวเคราะห์ แต่ไม่เหมาะสำหรับวัตถุท้องฟ้าที่มีขนาดใหญ่ แต่สว่างน้อย เช่น เนบิวลาและกาแล็กซี

1. กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง (Reflecting Telescope)

          กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบนิวตัน  (Newtonian Reflector) ใช้หลักการรวมแสงด้วยกระจกเว้า  โดยติดตั้งกระจกเว้าอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของ ลำกล้อง เมื่อแสงตกกระทบและรวมแสงที่จุดโฟกัสซึ่งเป็นตำแหน่งตรงกลางของลำกล้องแล้ว  จะมีกระจกเงาราบสะท้อนลำแสงออกสู่เลนส์ใกล้ตา ซึ่งอยู่ด้านข้างของลำกล้อง ดังภาพที่ 3

ภาพที่ 3 กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง
ที่มา ดัดแปลงจาก //commons.wikimedia.org/wiki/File:Diagram_Reflector_Newton.svg

          กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง จะไม่ทำให้เกิดปัญหาความคลาดสี การใช้กระจกเว้าทำให้ต้นทุนในการสร้างมีราคาถูก  สามารถสร้างกล้องขนาดใหญ่ได้  หอดูดาวส่วนใหญ่จึงมักใช้กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงขนาดใหญ่ มีกำลังรวมแสงสูง สามารถสังเกตวัตถุท้องฟ้าที่มีความสว่างน้อยและอยู่ไกลมาก เช่น เนบิวลาหรือกาแล็กซีได้ อย่างไรก็ตามภาพที่ได้จากกล้องชนิดนี้อาจไม่คมชัดเทียบเท่ากับกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง เนื่องจากภาพที่เกิดจากการรวมแสงจากเลนส์นั้นมีความคมชัดและสว่างกว่าการรวมแสงด้วยกระจกเว้า

1. กล้องโทรทรรศน์แบบผสม (Catadioptic Telescope)

           กล้องโทรทรรศน์แบบผสม เป็นกล้องแบบสะท้อนแสงที่ใช้ทั้งกระจกเว้า กระจกนูน และเลนส์ปรับแก้ภาพ โดยเมื่อลำแสงตกกระทบที่กระจกเว้า ซึ่งถือเป็นกระจกปฐมภูมิ จะเกิดการรวมแสง และไปตกกระทบที่กระจกนูน ซึ่งถือเป็นกระจกทุติยภูมิ จากนั้นลำแสงจะสะท้อนไปยังเลนส์ใกล้ตา และมีเลนส์ปรับแก้ภาพ ชดเชยความโค้งของกระจกนูน โดยเลนส์ปรับแก้ภาพไม่ได้มีผลต่อกำลังรวมแสงและกำลังขยายของกล้อง ดังภาพที่ 4

ภาพที่ 4 กล้องโทรทรรศน์แบบผสม แบบชมิดท์ แคสสิเกรน ( Schmidt-Cassegrain Telescope )
ที่มา ดัดแปลงจาก //commons.wikimedia.org/wiki/File:Diagram_Reflector_ArgunovCassegrain.svg

          จากการใช้กระจกนูนในการบีบลำแสงดังกล่าว ทำให้กล้องโทรทรรศน์แบบผสมมีขนาดกะทัดรัด ลำกล้องสั้น ติดตั้งสะดวก โดยกล้องชนิดนี้เหมาะสำหรับการใช้สังเกตวัตถุท้องฟ้าขนาดเล็ก เช่น ดาวเคราะห์ แต่ไม่เหมาะสำหรับวัตถุขนาดใหญ่ เช่น เนบิวลาหรือกาแล็กซี

 ฐานตั้งกล้อง

          อุปกรณ์อย่างหนึ่งที่สำคัญต่อการทำงานของกล้องโทรทรรศน์ คือ ฐานตั้งกล้อง ทั้งนี้เพราะกล้องโทรทรรศน์มีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก ต้องมีฐานรองรับที่ติดตั้งมั่นคง แข็งแรง ฐานตั้งกล้องแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ ฐานระบบขอบฟ้า (Alt-azimuth Mount) มีแกนหมุนได้ 2 แนว คือ แนวระดับ สำหรับปรับค่าตามมุมทิศ (Azimuth) และแกนหมุนแนวดิ่ง สำหรับปรับค่าตามมุมเงย (Altitude) ฐานตั้งกล้องอีกประเภทหนึ่ง คือ ฐานระบบศูนย์สูตร (Equatorial Mount) มีแกนหมุน 2 แนว ตามระบบศูนย์สูตร คือ แกนที่ชี้ไปยังขั้วท้องฟ้า (Polar Axis) จะหมุนตามการเคลื่อนที่ของดาว (แนวตะวันออก – ตะวันตก) อีกแกนหนึ่ง คือ แกนที่หมุนตั้งฉากกับแกนขั้วท้องฟ้า หรือ แกนเดคลิเนชัน (Declination Axis) ซึ่งเป็นการหมุนกล้องตามแนวขั้วฟ้าเหนือ – ใต้  ลักษณะของฐานตั้งกล้องแต่ละประเภทแสดงดังภาพที่ 5

ภาพที่ 5 ฐานตั้งกล้องระบบขอบฟ้าและระบบศูนย์สูตร 
ที่มา ดัดแปลงจาก //commons.wikimedia.org/wiki/File:Astronomy_telescope_on_azimutal_mount-Secretan-P5200297.JPG ,Rama และ //commons.wikimedia.org/wiki/File:Astronomy_telescope_on_equatorial_mount-Carl_Zeiss-P5200294-black.jpg ,Rama 

           กล่าวโดยสรุป ในบทเรียนนี้เป็นการศึกษาเกี่ยวกับกล้องโทรทรรศน์ ซึ่งเป็นทัศนอุปกรณ์ที่นักดาราศาสตร์ ใช้ในการศึกษาวัตถุท้องฟ้า โดยใช้หลักการรวมแสงเพื่อให้สามารถมองเห็นวัตถุที่มีความสว่างน้อย และขยายขนาดของภาพให้เห็นรายละเอียดของวัตถุที่อยู่ไกลห่างจากโลกได้ชัดเจนยิ่งขึ้น กล้องโทรทรรศน์ มี 3 ประเภท ได้แก่ กล้องโทรทรรศน์แบบหักเห แบบสะท้อนแสง และแบบผสม กล้องโทรทรรศน์ถือว่าเป็นเทคโนโลยีอวกาศอย่างหนึ่ง ที่ทำให้นักดาราศาสตร์เข้าใจวัตถุท้องฟ้า และปรากฏการณ์ต่างๆ ทางอวกาศได้ดียิ่งขึ้น

แหล่งที่มา

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LISA).  ประเภทของกล้องโทรทรรศน์.  สืบค้นเมื่อ 10 มกราคม 2563, จาก //www.lesa.biz/astronomy/telescope/telescope-type

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.).  หนังสือเรียน รายวิชาพื้นฐาน โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 – 6 (e-book).  สืบค้นเมื่อ 10 มกราคม 2563, จาก //www.scimath.org/ebook/sci/sci-sec4/9/eBook/?fbclid=IwAR2viZqLWIyE1m6OxOmdgKcGKbxtTriv1l4ufiPOciXc87DYEvgwrNPX8YA

สมาคมดาราศาสตร์ไทย.  กล้องโทรทรรศน์.  สืบค้นเมื่อ 10 มกราคม 2563, จาก //thaiastro.nectec.or.th/library/article/236/

Nasa Space Place.  How Do Telescopes Work?.  Retrieved January 10, 2020, from //spaceplace.nasa.gov/telescopes/en/ 

Return to contents

ระบบขนส่งอวกาศ

           มนุษย์มีความสนใจที่จะศึกษาเกี่ยวกับตนเองและสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่รอบตัว ตั้งแต่ใกล้ตัวจนไกลออกไปถึงสิ่งที่อยู่นอกโลก จึงต้องศึกษาค้นคว้า พัฒนา คิดค้น เครื่องมือต่าง ๆ ที่สนับสนุนให้มนุษย์ได้ข้อมูล สารสนเทศต่าง ๆ ที่จะทำให้สามารถสรุปหรือสร้าง    องค์ความรู้เกี่ยวกับเรื่องนั้น ๆ ได้ถูกต้องแม่นยำที่สุด

          ในการศึกษาศึกษาเรื่องอวกาศก็เช่นกัน มนุษย์ต้องอาศัยความรู้วิทยาศาสตร์พื้นฐานเรื่องแรงโน้มถ่วง และต้องนำความรู้ดังกล่าวไปหาคำตอบต่อไปว่า เราจะเดินทางไปอวกาศได้อย่างไร ต้องใช้พาหนะอะไร และออกแบบอย่างไรจึงจะเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกได้

ภาพที่ 1 ระบบขนส่งอวกาศกำลังนำยานขนส่งอวกาศออกไปปฏิบัติภารกิจ
ที่มา :  //pixabay.com, Wikilmages

          การส่งดาวเทียมและยานอวกาศจากพื้นโลกขึ้นสู่อวกาศต้องใช้ความเร็วในการส่งยานอวกาศเพื่อต่อสู้กับแรงโน้มถ่วงของโลกให้ขึ้นไปโคจรที่ความสูงต่าง ๆ โดยต้องอาศัยจรวดที่มีแรงขับดันและความเร็วสูง ความเร็วของจรวดต้องมากกว่า 7.91 กิโลเมตรต่อวินาที จึงจะสามารถขึ้นไปโคจรรอบโลกในระดับต่ำสุด แต่ถ้าใช้ความเร็วมากกว่านี้จะสามารถสู่อวกาศและโคจรอยู่ในระดับที่สูงขึ้น เช่น ถ้าความเร็วจรวดเป็น 8.66 กิโลเมตรต่อวินาที จะสามารถขึ้นไปโคจรที่ระดับความสูง 1,609 กิโลเมตร และถ้าให้ความเร็วมากกว่า 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที ยานอวกาศจะหลุดออกจากวงโคจรของโลก เราเรียกความเร็วนี้ว่า ความเร็วหลุดพ้น (Escape Velocity)

          เราสามารถคำนวณหาความเร็วหลุดพ้นได้จากสูตร  

          เมื่อ Ve  คือ ความเร็วหลุดพ้น

                G  คือ ค่าคงตัวของแรงโน้มถ่วง เท่ากับ 6.67 x 10-11 Nm2. Kg-2

                M  คือ มวลของโลก เท่ากับ 5.98 x 1024 kg

                 r   คือ รัศมีของโลกรวมกับความสูงจากผิวโลก

          จากสูตร เราสามารถคำนวณหาความเร็วหลุดพ้นได้ โดยความเร็วหลุดพ้นของจรวดมีค่าลดลงเมื่อระยะห่างจากโลกมากขึ้น ดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 แสดงความเร็วหลุดพ้นที่ความสูงต่าง ๆ

ที่มา : หนังสือเรียน รายวิชาพื้นฐาน โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 – 6 ( น.158 ), สสวท.

ระบบการขนส่งอวกาศ

          ในการส่งยานอวกาศหรือดาวเทียมขึ้นสู่อวกาศ จะต้องอาศัยระบบขนส่งอวกาศ ซึ่งประกอบด้วย 3 ส่วนหลักคือ

1. จรวดเชื้อเพลิงแข็ง คือส่วนที่อยู่ขนาบทั้ง 2 ข้างของถังเชื้อเพลิงภายนอก

2. ถังเชื้อเพลิงภายนอก คือส่วนที่ยานขนส่งอวกาศเกาะอยู่ ซึ่งเป็นถังที่เก็บเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลว และออกซิเจนเหลว

3. ยานขนส่งอวกาศ เป็นส่วนทำหน้าที่เป็นห้องทำงานของนักบิน ห้องปฏิบัติการของนักวิทยาศาสตร์ และบรรทุกสัมภาระที่จะไปปล่อยในวงโคจรในอวกาศ ได้แก่ ดาวเทียม หรือชิ้นส่วนของสถานีอวกาศ ในการปล่อยดาวเทียมจะมีการใช้แขนกลยกดาวเทียมไปปล่อยในอวกาศ ซึ่งบังคับด้วยสปริงดีดดาวเทียมออกไปจากห้องบรรทุกสัมภาระ และใช้แขนกลยื่นไปจับดาวเทียมที่ชำรุดเข้ามาเก็บในห้องสัมภาระเพื่อทำการซ่อมต่อไป

ภาพที่  2  ส่วนประกอบของระบบขนส่งอวกาศ
ที่มา : ดัดแปลงจาก //www.pickpik.com/space-shuttle-endeavour-shuttle-space-liftoff-launch-132053 

           เมื่อปล่อยจรวดออกจากฐาน จรวดเชื้อเพลิงแข็งเป็นตัวขับเคลื่อนโดยจะให้ความเร็วมากกว่าความเร็วหลุดพ้น เมื่อถึงระดับหนึ่งจรวดเชื้อเพลิงแข็งทั้งสองแท่งหมดลง ก็จะถูกดีดออกจากถังเชื้อเพลิงภายนอก โดยมีร่มชูชีพพยุงให้ตกลงในทะเล ถังเชื้อเพลิงภายนอกเมื่อจ่ายเชื้อเพลิงหมดก็จะถูกสลัดออกแล้วถูกเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศ เหลือแต่ยานขนส่งอวกาศปฏิบัติงานตามภารกิจ เมื่อปฏิบัติภารกิจเรียบร้อยแล้วก็จะนำนักบินอวกาศและนักวิทยาศาสตร์กลับสู่พื้นโลกโดยใช้การร่อนลงจอดคล้ายกลับเครื่องบิน ด้วยเหตุนี้ยานขนส่งอวกาศจึงต้องมีปีกไว้สำหรับสร้างแรงยก แรงต้านทาน และควบคุมท่าทางการบินขณะที่กลับสู่ชั้นบรรยากาศของโลก และมีวัสดุที่ป้องกันความร้อน ที่เกิดจากการเสียดสีกับชั้นบรรยากาศของโลกติดป้องกันไว้ด้านล่างตลอดลำตัวเครื่อง เพื่อไม่ให้ยานลุกไหม้ไปในชั้นบรรยากาศ ยานขนส่งอวกาศสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้แต่ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาสูงมาก และอาจเกิดความผิดพลาดอื่น ๆ ที่คาดไม่ถึงที่อาจส่งผลต่อชีวิตของนักบินอวกาศได้

ชีวิตในอวกาศ

          ขณะที่ยานอวกาศเคลื่อนที่โคจรอยู่รอบโลกโดยไม่ตกมายังผิวโลกนั้น แรงโน้มถ่วงของโลกที่ดึงดูดยานจะสมดุลกับแรงหนีศูนย์กลางที่ยานอวกาศจะหนีจากโลก ในสภาวะเช่นนี้มนุษย์อวกาศและวัตถุอื่น ๆ ในยานอวกาศจะไม่มีแรงดึงตัวเองลงบนพื้นรองรับจึงเสมือนกับไม่มีน้ำหนักหรือที่เรียกว่าอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก ซึ่งในปัจจุบันยังไม่สามารถจำลองแรงโน้มถ่วงโลกบนยานอวกาศได้  มนุษย์อวกาศจึงต้องปรับร่างกาย และการใช้ชีวิตให้เข้ากับสภาพไร้น้ำหนัก โดยทำการฝึกทำงานในสระน้ำขนาดใหญ่ก่อนที่จะถูกส่งขึ้นสู่อวกาศ

ภาพที่ 3 มนุษย์อวกาศฝึกทำงานในสระน้ำ เพื่อปรับร่างกายและการใช้ชีวิตให้เข้ากับสภาพไร้น้ำหนัก
ที่มา : //pxhere.com/th/photo/836641

          ขณะที่อยู่ในยานอวกาศ มนุษย์อวกาศสามารถแต่งตัวเหมือนที่อยู่บนพื้นโลก เนื่องจากยานอวกาศได้ปรับสภาพแวดล้อมให้เหมือนบนพื้นโลก แต่เมื่อออกไปปฏิบัติภารกิจนอกยานหรือในขณะที่ยานขึ้นสู่อวกาศหรือกลับสู่โลก จะต้องสวมใส่ชุดอวกาศ ชุดอวกาศทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันรังสี เป็นฉนวนควบคุมอุณหภูมิ และบรรจุออกซิเจนสำหรับหายใจและสร้างความกดอากาศ  ชุดอวกาศจึงมีขนาดใหญ่และพองลม

การรับประทานอาหาร ในยุคแรก ๆ นั้น มนุษย์อวกาศจะต้องรับประทานอาหารที่ถูกบดจนมีสภาพกึ่งเหลวโดยการบีบใส่ปากรับประทาน แต่ในยุคปัจจุบันนี้ มนุษย์อวกาศสามารถประกอบอาหารง่าย ๆ โดยนำส่วนประกอบต่าง ๆ ที่บดใส่หลอด มาผสมหรือประกอบอาหารง่าย ๆ บนยานอวกาศได้

          ในการปฏิบัติภารกิจระยะยาวมนุษย์อวกาศจำเป็นต้องทำความสะอาดร่างกาย ในยุคแรกมนุษย์อวกาศต้องอาบน้ำในภาชนะคล้ายถุง เพื่อป้องกันไม่ให้หยดน้ำหลุดลอยไปทั่วยาน แต่ในปัจจุบันมนุษย์อวกาศทำความสะอาดร่างกายโดยใช้สารเหลวที่ไม่ต้องล้างออก เช่นเดียวกับสารเหลวที่ใช้ล้างมือป้องกันเชื้อโรค

          ในการขับถ่าย มนุษย์อวกาศปัสสาวะลงท่อซึ่งจะนำไปรีไซเคิลให้เป็นน้ำบริสุทธิ์เพื่อใช้อุปโภคบริโภคต่อไป โถอุจจาระมีลักษณะคล้ายกับโถส้วมบนเครื่องบินซึ่งใช้ความดันอากาศดูดของเสียออกแทนการใช้น้ำ ชักโครก ของเสียที่ถ่ายออกจะถูกทำให้สลายไปในอวกาศ หรือทำให้แห้งแล้วเก็บกลับมาทิ้งบนโลก

          มนุษย์อวกาศจำเป็นต้องมีการออกกำลังกายอยู่เสมอ เพราะการอยู่ในสภาพไร้น้ำหนักนาน ๆ ทำให้กล้ามเนื้อลีบ เนื่องจากสภาพไร้นำหนักทำให้ไม่ต้องออกแรง อุปกรณ์ที่ใช้ในการออกกำลังกายในอวกาศมีลักษณะคล้ายอุปกรณ์ในโรงยิม แต่จะมีสายรั้งร่างกายให้ติดอยู่กับอุปกรณ์ตลอดเวลา

          ยานอวกาศเดินทางอยู่นอกโลกจึงไม่มีกลางวันกลางคืน มนุษย์อวกาศจึงยึดถือเวลาบนโลกในการปฏิบัติงานและพักผ่อน  เวลานอนมนุษย์อวกาศต้องนอนบนเตียงโดยมีสายรัดตัวไม่ให้ลอยหรือการสอดตัวเข้าไปในถุงนอน

ภาพที่ 4 สภาวะไร้น้ำหนักในยานอวกาศ
ที่มา : //www.piqsels.com

แหล่งที่มา

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LISA). กระสวยอวกาศ. สืบค้นเมื่อ 10 กุมภาพันธ์ 2563, จาก //www.lesa.biz/space-technology/space-shuttle

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LISA). ชีวิตในอวกาศ. สืบค้นเมื่อ 10 กุมภาพันธ์ 2563, จาก //www.lesa.biz/space-technology/spacecraft/life-in-space

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LISA). หลักการส่งยานอวกาศ. สืบค้นเมื่อ 10 กุมภาพันธ์ 2563, จาก //www.lesa.biz/space-technology/spacecraft/space-flight

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.). หนังสือเรียน รายวิชาพื้นฐาน โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 – 6 (e-book). สืบค้นเมื่อ 12 กุมภาพันธ์ 2563, จาก //www.scimath.org/ebook/sci/sci-sec4/9/eBook/?fbclid=IwAR2viZqLWIyE1m6OxOmdgKcGKbxtTriv1l4ufiPOciXc87DYEvgwrNPX8YA

Return to contents

การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศ

           ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีอวกาศ เกิดจากการศึกษาค้นคว้าและพัฒนาอย่างต่อเนื่องของมนุษยชาติ ทำให้เราได้หลักฐาน ข้อมูลที่เกี่ยวกับเอกภพ เกี่ยวกับโลก และดวงดาวต่าง ๆ ทำให้เราเข้าใจถึงกำเนิดของโลก ระบบสุริยะ และเอกภพ รวมทั้งปรากฏการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นบนโลกของเราได้อย่างดี

ภาพที่ 1  ดาวเทียม
ที่มา : //pixabay.com, SpaceX-Imagery

          นักวิทยาศาสตร์ได้มีการนำความรู้ทางวิทยาศาสตร์ในการศึกษา พัฒนาและประดิษฐ์อุปกรณ์ถ่ายภาพในช่วงคลื่นต่าง ๆ จากระยะไกล ตลอดจนพัฒนาเครื่องรับและส่งสัญญาณให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น แล้วนำอุปกรณ์ และเครื่องส่งสัญญาณไปประกอบเป็นดาวเทียม แล้วส่งไปโคจรรอบโลก ทำเราให้สามารถสังเกตเห็นสิ่งต่าง ๆ บนโลกได้จากระยะไกลในเวลาอันรวดเร็ว เราได้มีการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศในด้านต่าง ๆ ดังนี้

          1. ด้านการสื่อสาร

          เราใช้ดาวเทียมสื่อสารเพื่อการสื่อสารและโทรคมนาคมทั้งในประเทศและระหว่างประเทศ ซึ่่งดาวเทียมจะถูกส่งเข้าสู่เส้นทางโคจรอยู่ในแนวศูนย์สูตร โคจรรอบโลกด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากับโลกหมุนรอบตัวเอง จึงทำให้ดูเหมือนลอยนิ่งอยู่ตลอดเวลา วงโคจรนี้อยู่สูงจากพื้นโลกโดยประมาณ 35,786 กิโลเมตร ซึ่งความสูงในระดับนี้จะเป็นผลทำให้เกิดแรงดึงดูดระหว่างโลกกับดาวเทียม ในขณะที่โลกหมุนก็จะส่งแรงเหวี่ยง ทำให้ดาวเทียมเกิดการโคจรรอบโลกตามการหมุนของโลก วงโคจรนี้เรียกว่าแถบวงโคจรคลาร์ก (Clarke Belt) ซึ่งเรียกตามชื่อผู้ริเริ่มแนวคิดการสื่อสารดาวเทียมคือ อาเธอร์ ซี คลาร์ก (Arthur C. Clarke)

          มนุษยชาติมีการพัฒนาดาวเทียมเพื่อใช้ประโยชน์ในการสื่อสารอย่างต่อเนื่อง เริ่มตั้งแต่ พ.ศ. 2500 รัสเซีย ได้ส่งดาวเทียมสปุตนิก ซึ่งเป็นดาวเทียมดวงแรกของโลกขึ้นสู่อวกาศได้สำเร็จ หลังจากนั้น พ.ศ. 2505 สหรัฐอเมริการ่วมกับอังกฤษ ฝรั่งเศส สื่อสารข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกสำเร็จด้วยดาวเทียมเทลสตาร์ 1 ในขณะเดียวกันรัสเซีย ใช้ดาวเทียมวอลสตอก 3 และ 4 ในการส่งสัญญาณโทรทัศน์ผ่านดาวเทียม และหลังจากนั้นประเทศต่าง ๆ ทั่วโลกก็เริ่มมีการใช้ดาวเทียมเพื่อการสื่อสารเป็นลำดับ ทำให้โลกของเรากลายเป็นโลกไร้พรมแดนอย่างที่เห็นในปัจจุบัน 

          ประเทศไทยใช้ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมอินเทลแซท (Inteksat – International Telecommunication Satellite Consortium) และดาวเทียมปาลาปา (Palapa) ของประเทศอินโดนีเซีย  โดยใช้สถานีภาคพื้นดินอยู่ที่ อ. ศรีราชา จ. ชลบุรี เพื่อให้บริการโทรศัพท์ระหว่างประเทศ การถ่ายทอดสัญญาณโทรทัศน์ การโทรคมนาคมภายในประเทศ นอกจากนี้ยังมีการใช้งานดาวเทียมในการระบุตำแหน่งบนพื้นโลกเรียกว่าระบบจีพีเอส โดยบอกพิกัดเส้นรุ้งและเส้นแวงของผู้ใช้งานเพื่อใช้ในการนำทาง

ภาพที่  2  สถานีรับสัญญาณดาวเทียมภาคพื้นดิน
ที่มา : //pixabay.com, Wikilmages

1. ด้านการพยากรณ์อากาศ

          เราใช้ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา เพื่อเก็บข้อมูลของสภาพบรรยากาศระดับสูง ทำให้ได้ข้อมูลที่สำคัญทำให้การพยากรณ์อากาศแม่นยำมากขึ้น ข้อมูลและภาพถ่ายจากดาวเทียมที่สามารถถ่ายภาพและส่งสัญญาณข้อมูลสู่ภาคพื้นดินในเวลาจริง (Real Time) ทำให้สามารถสังเกตเห็นการก่อตัว การเปลี่ยนแปลง และการเคลื่อนที่ของพายุที่เกิดขึ้นบนโลก ทำให้การเตือนภัยเป็นไปอย่างทันท่วงที ช่วยป้องกันและบรรเทาความเสียหายที่จะเกิดขึ้นได้อย่างมาก ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา สามารถแบ่งตามวงโคจรออกเป็น 2 ชนิดได้แก่

          (1) ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาวงโคจรค้างฟ้า (Geostationary Meteorological Satellite) ดาวเทียมชนิดนี้จะอยู่ในตำแหน่งเส้นศูนย์สูตรของโลกมีความสูงจากพื้นโลกประมาณ 35,786 กิโลเมตร โคจรรอบโลกใช้เวลา 24 ชั่วโมง ไปพร้อม ๆ กับการหมุนรอบตัวเองของโลก ดาวเทียมชนิดนี้สามารถถ่ายภาพพื้นที่ได้เป็นบริเวณกว้าง ครอบคลุมทั้งทวีปและมหาสมุทร สามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศได้ โดยถ่ายภาพซ้ำเพื่อทำการเปรียบเทียบ ดาวเทียมชนิดนี้ได้แก่ GOES,  MTSAT

          (2) ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาวงโคจรใกล้ขั้วโลก (Near Polar Orbiting Meteorological Satellite) เป็นดาวเทียมที่มีระดับความสูงจากพื้นโลกเพียง 850 กิโลเมตร จึงให้ภาพรายละเอียดสูง แต่ปกคลุมพื้นที่เป็นบริเวณแคบ ๆ จึงเหมาะสำหรับใช้สังเกตรายละเอียดการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศระดับภูมิภาค ดาวเทียมชนิดนี้ได้แก่ NOAA

ภาพที่  3  ภาพถ่ายจากดาวเทียมการก่อตัวของพายุเฮอริเคนเจมินา ( Hurricane Jimena )
ที่มา : //commons.wikimedia.org/wiki/File:Jimena_Aug_30_2003_2025Z.jpg,   NASA

1. ด้านการสำรวจทรัพยากร

          เราใช้ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร ซึ่งเป็นดาวเทียมวงโคจรต่ำที่มีวงโคจรแบบใกล้ขั้วโลก (Near Polar Orbit) ที่ระยะสูงประมาณ 850 กิโลเมตร ภาพที่ได้จึงมีรายละเอียดน้อยกว่าเมื่อเทียบกับภาพถ่ายที่ได้จากดาวเทียมทำแผนที่ เพราะครอบคลุมพื้นที่เป็นบริเวณกว้างกว่า ดาวเทียมชนิดนี้สามารถบันทึกภาพได้ทั้งในช่วงแสงที่ตามองเห็นและรังสีอินฟราเรด จึงสามารถบันทึกภาพได้แม้ในเวลากลางคืนเนื่องจากโลกแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรที่มีชื่อเสียงมากได้แก่ LandSat, Terra และ Aqua (MODIS Instruments)  ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรของไทยมีชื่อว่า ธีออส (Theos)  ซึ่งขึ้นสู่วงโคจรจากฐานส่งจรวดเมืองยาสนี ประเทศรัสเซีย สถานีรับสัญญาณอยู่ที่เขตลาดกระบัง นอกจากสำรวจแหล่งทรัพยากร แล้วข้อมูลที่ได้ยังใช้ประโยชน์เพื่อการเฝ้าสังเกตสภาวะแวดล้อมที่เกิดบนโลก ช่วยเตือนเรื่องอุทกภัย และความแห้งแล้งที่เกิดขึ้น การตัดไม้ทำลายป่า การทับถมของตะกอนปากแม่น้ำ รวมไปถึงแหล่งที่มีปลาชุกชุมอีกด้วย

1. ด้านการสังเกตการณ์ดาราศาสตร์

           เราใช้ดาวเทียมสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ ซึ่งเป็นดาวเทียมที่มีกล้องโทรทรรศน์และอุปกรณ์ดาราศาสตร์สำหรับศึกษาวัตถุบนท้องฟ้า ดาวเทียมประเภทนี้มีทั้งประเภทที่โคจรอยู่รอบโลก ประเภทที่โคจรผ่านไปใกล้ดาวเคราะห์ และลงสำรวจดาวเคราะห์  ตัวอย่างของดาวเทียมประเภทนี้ได้แก่  ดาวเทียม MAGELLAN สำรวจดาวศุกร์  ดาวเทียม GALILEO สำรวจดาวพฤหัส เป็นต้น

1. ด้านการท่องเที่ยว

          การท่องเที่ยวอวกาศถูกเปิดตัวขึ้นมาจากนาซ่า (NASA) และ 3 บริษัทยักษ์ใหญ่ของโลก ได้แก่ Space X, Blue Origin (Amazon) และ Virgin Galactic แต่ละบริษัทมีรูปแบบการท่องเที่ยวที่นำเสนอแตกต่างกัน เช่น Space X วางแผนจะนำนักท่องเที่ยวขึ้นไปยังอวกาศ จากนั้นบินไปทัวร์ดวงจันทร์ แล้วกลับมายังโลก ระยะทางรวม 640,000 - 800,000 กิโลเมตร มีการคาดการณ์ราคาไว้ราว 10,000,000 บาทต่อคน ส่วน Blue Origin (Amazon) มีรูปแบบการท่องเที่ยวโดยพาขึ้นไปยังอวกาศ สัมผัสชีวิตไร้แรงโน้มถ่วง  1 วัน พร้อมถ่ายเซลฟี่กับโลก ปัจจุบันบริษัททำการทดสอบขึ้นไปและกลับมาลงจอดสำเร็จแล้วหลายครั้ง โดยมีการนำหุ่นจำลองมนุษย์ไว้ด้านในด้วย ต่อไปจะเริ่มการทดสอบด้วยผู้โดยสารจริง ๆ ราคาตั๋ว 7,500,000 - 9,000,000 บาทต่อคนโดยประมาณ แผนการที่วางแผนคาดว่าจะสามารถเปิดท่องเที่ยวอวกาศได้ในหลังปี ค.ศ. 2020 เป็นต้นไป

แหล่งที่มา

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LISA).  ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา. สืบค้นเมื่อ 10 กุมภาพันธ์ 2563, จาก //www.lesa.biz/earth/atmosphere/weather-forcasting/weather-data/satellites

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.).  หนังสือเรียน รายวิชาพื้นฐาน โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 – 6 (e-book).  สืบค้นเมื่อ 10 กุมภาพันธ์ 2563, จาก //www.scimath.org/ebook/sci/sci-sec4/9/eBook/?fbclid=IwAR2viZqLWIyE1m6OxOmdgKcGKbxtTriv1l4ufiPOciXc87DYEvgwrNPX8YA

Thai PBS News. เตรียมท่องอวกาศ "นาซา" เตรียมเปิดทัวร์สถานีอวกาศ ปีหน้า. สืบค้นเมื่อ 12 กุมภาพันธ์ 2563, จาก //news.thaipbs.or.th/content/280710

Praniti Wongkumjan. เที่ยวอวกาศกับ 3 บริษัทดัง SpaceX – Amazon – Virgin คุณจะต้องมีเงินเท่าไร!?.สืบค้นเมื่อ 12 กุมภาพันธ์ 2563, จาก //www.billionmindset.com/spacex-amazon-virgin-travel-space/

Return to contents

หัวเรื่อง และคำสำคัญ

กล้องโทรทรรศน์ เทคโนโลยีอวกาศ ประเภทของกล้องโทรทรรศน์,ระบบขนส่งอวกาศ, ความเร็วหลุดพ้น, สภาพไร้น้ำหนัก,เทคโนโลยีอวกาศ, ดาวเทียม, การสื่อสาร, การพยากรณ์อากาศ, การสำรวจทรัพยากร, การสังเกตการณ์ดาราศาสตร์ และการท่องเที่ยว

รูปแบบการนำเสนอ แบ่งตามผลผลิต สสวท.

สื่อสิ่งพิมพ์ในรูปแบบดิจิทัล

ลิขสิทธิ์

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)

วันที่เสร็จ

วันศุกร์, 07 กุมภาพันธ์ 2563

สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา

โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ

ช่วงชั้น

มัธยมศึกษาตอนปลาย

กลุ่มเป้าหมาย

ครู
นักเรียน
บุคคลทั่วไป

ดูเพิ่มเติม

ข้อใดเป็นประโยชน์ของกล้องโทรทรรศน์ที่ถูกต้องที่สุด *

ข้อใดคือการทำงานของกล้องโทรทรรศน์ที่ถูกต้อง

ข้อใดเป็นประโยชน์ของเทคโนโลยีอวกาศ

ประโยชน์ของดาวเทียมคือข้อใด