/ Science

ยาน แคสซีนี–ไฮเกนส์ ผู้ลงเหยียบผืนดินของดาวอันแสนไกล

เรารู้ว่าเมื่อ 30 ปีที่แล้ว มนุษย์สามารถเดินทางไปเหยียบดวงจันทร์ได้สำเร็จหลังจากที่มีการส่งยานอวกาศต่างๆไปลงดวงจันทร์มากมาย ในปัจจุบันก็เช่นกัน เราสามารถส่งยานต่างๆไปลงจอดที่ดาวอังคารเพื่อส่งข้อมูลต่างๆ รวมถึงถ่ายภาพสวยๆมาให้เราได้ศึกษา

รู้จักกับยานอวกาศ

ผมขออธิบายคร่าวๆก่อนว่า การสำรวจ ดวงดาวโดยยานอวกาศนั้นเราสามารถทำได้หลักๆอยู่ 4 แบบ ก็คือ

  • Remote vision - ใช้การคำนวนจากแสงที่ผ่านชั้นบรรยากาศมา แล้วตรวจธาตุองค์ประกอบของดาว ด้วยอุปกรณืที่ชื่อว่า sprectrometer ที่ตรวจวิเคราะห์ความยาวของอนุภาคโฟตอน (แสง หรือความถี่อื่นๆเช่น อัลตร้าไวโอเล็ต, เอ็กซ์เรย์, แกมม่า) วิธีนี้ง่ายที่สุดและลงทุนน้อยที่สุด เหมือนกับการส่องกล้องไปดูดาวเฉยๆ ไม่ต้องนำยานอวกาศเข้าไปใกล้ หรือสามารถใช้ดาวเทียมที่โคจรอยู่รอบโลกแทนได้ เช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble

Hubble in orbit


  • Flyby - การบินโฉบ หมายถึงการส่งยานอวกาศไปที่ดวงดาวโดยตรง แต่แค่ทำการบินผ่านเฉยๆ เหตุผลที่ทำเช่นอาจจะเป็นเพราะ ยานอวกาศนั้นถูกออกแบบมาให้สำรวจดาวหลายดวงระหว่างภารกิจ เช่น ยาน Voyager ที่ทำการ flyby ดาวเคราะห์ต่างๆในระบบสุริยะ

Voyager spacecraft


  • Orbit - การโคจร ยากมากๆ เพราะต้องลดความเร็วในการเดินทางของยานให้ช้าพอที่แรงโน้มถ่วงของดาวนั้นๆ ทำให้ยานอวกาศโคจรรอบดาวนั้น โดยยานอวกาศก็จะต้องมี "เชื้อเพลิงสำหรับเบรก" เรียกว่า การ Burn Orbit จรวดจับดันจะจุดในทิศทางตรงข้ามกับการเคลื่อนที่และปรับความเร็วให้เข้าสู่วงโคจร ไม่เช่นนั้น ยานอาจจะเลยดาวไปและไม่สามารถกลับมาได้เลย ตัวอย่าง Orbitor ก็เช่นยาน MAVEN ที่โคจรรอบดาวอังคาร

Now Orbiting Mars! After a 10-month, 442 million mile journey, our Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) arrived in Marsorbit late Sunday. It is the first spacecraft dedicated to exploring the upper atmosphere of Mars, answering important questio


  • Lander, Rover - หมายถึงการลดจอดเพื่อสำรวจดาวดวงนั้นโดยตรง โดยอาจมีการส่งทั้ง orbitor และ lander ไปในภารกิจเดียวกัน และส่งตัว lander ไปลงจอด โดยที่ orbitor ก็ยังโคจรเพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศ, ถ่ายภาพ หรือเป็นตัว repeater สัญญาณ ให้กับ lander
    เช่น ยาน MSL - Curiosity ที่ลงไปวิ่งเล่นบนดาวอังคาร

Curiosity 'Selfie'


พูดถึง Lander

วันนี้เราจะมาเจาะลึกถึง Lander กัน เรารู้ว่ามี lander หลายลำไปลงจอดที่ดาวอังคาร แต่หลายคนอาจจะไม่รู้ว่า นอกจากดาวอังคารแล้ว เมื่อก่อนเรายังส่งยานไปลงจอดที่ดาวศุกร์เช่นเดียวกัน ซึ่งยานเด่นๆที่สำคัญก็คือยานอวกาศรุ่นบุกเบิกของ สหภาพโซเวียตคือยาน Venera ( ภาษารัสเซีย - Венера) ซึ่งแปลว่า ดาวศุกร์ (สิ้นคิด!) ซึ่งเป็นภารกิจที่นานมากแล้ว ยานหลายลำอยู่ก็สำเร็จบ้างไม่สำเร็จบ้าง

Venera-9

ภาพบนนี่คือภาพของยาน Venera ซึ่งตัว lander จะถูกยัดอยู่ในก้อนกลมๆด้านบน เมื่อถึงดาวแล้ว ยานจะปล่อยก้อนกลมๆนั่นออก ให้ทำการเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ (atomspheric entry) ร่มหลักจะกางออก และฝาครอบยานตัวล่างจะถูกสลัดทิ้งไป ร่มชูชีพจะค่อย ๆ พยุงยานอวกาศให้ลงจอดอย่างนิ่มนวลโดยไม่ต้องมีจรวดช่วยขับดัน (เพราะคอมพิวเตอร์ ณ เวลานั้นยังไม่ฉลาดพอที่จะคำนวนเรื่องการขับดันโดยใช้ข้อมูลน้อยขนาดนั้นได้ ภายหลังมีการนำเรื่องคลื่นไมโครเวฟ มาช่วยคำนวน)

โอเค เรารู้ละ ว่ามี ดาวอังคาร ดาวศุกร์ และ ดวงจันทร์ ที่เราส่งยานไปลงจอดได้ แล้วดาวที่ไกลที่สุด ที่เราส่งยานไปลงจอดได้คือที่ไหนหล่ะ ?

...

ดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์

ใช่ครับ ดวงจันทร์ของดาวเสาร์ที่ชื่อว่าไททัน ซึ่งเป็นดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ โคจรอยู่ห่างจากผิวดาวเสาร์ประมาณ 1,200,000 กิโลเมตร

Titan, Saturn's Moon (NASA, File Photo)

Cassini–Huygens

ชื่อของยานลำนี้มาจากนักดาราศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ถึง 2 ท่าน คือ Giovanni Cassini นักคณิตศาสตร์ อิตาเลี่ยน-ฝรั่งเศส ในยุคปี 1600s ซึ่งเป็นผู้ที่แบ่งชั้นของวงแหวนดาวเสาร์ และตั้งกฏเกี่ยวกับการโคจรของดวงจันทร์ อีกท่านหนึ่งก็คือ Christiaan Huygens นักฟิสิกส์ช่วยยุค 1600s เช่นเดียวกัน ซึ่งเป็นผู้ค้นพบดวงจันทร์ ไททัน และศึกษาเรื่อง การเลี้ยวเบนของคลื่น (Diffraction of Wave) ซึ่งเด็ก ม.ปลาย คงรู้จักดี

Cassini–Huygens สร้างโดย JPl หรือ Jet Propulsion Laboratory แห่งมหาวิทยาลัย เทคโนโลยี แคลิฟอร์เนีย ( Caltech )

ภาพนี้ถ่ายเมื่อ September 10, 1997 ครับ รายละเอียดอ่านที่ต้นทางได้ว่าเขากำลังทำอะไรอยู่

Repair to the Huygens probe

Cassini - Huygens Spacecraft

ยาน Cassini–Huygens ประกอบไปด้วยยาน 2 ชิ้น คือ Cassini orbiter และ Huygens lander ซึ่งก็เหมือนกับที่ผมอธิบายไป เมื่อเดินทางไปถึง Cassini จะสลัดตัว Huygens lander ออกเพื่อให้ลงจอดบนดวงจันทร์ของดาวเสาร์

ยานถูกส่งโดยจรวด Titan IV B-33 (ดัดแปลงมาจากจรวดยิงหัวรบนิวเคลียร์ ที่ใช้ในช่วงสงครามเย็น) พุ่งขึ้นในวันที่ 15 ตุลาคม 1997 จากแหลม Caneveral สหรัฐอเมริกา เป็นการเริ่มต้นการเดินทางที่ยาวนานสู่ดาวเสาร์ ตัวยานโคจรแบบ Holiocentrict คือมีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง โดยเดินทางเข้าไปทางฝั่งดวงอาทิตย์ (เอ๊ะ?) ครับ จากนั้นก็บินโฉบดาวศุกร์ ในเดือนเมษายนปี 1998 จากนั้นก็ใช้แรงโน้มถ่วงของดาวศุกร์นั่นแหละ ในการทำสิ่งที่เรียกว่า Gravity assist มวลมหาศาลของดาวทั้งดวง ช่วงเร่งความเร็วของยานอวกาศ ถึงสองครั้ง! ยานวนกลับมาหาดาวศุกร์อีกรอบในปี 1999 จากนั้นก็พุ่งตรงมาที่โลก (?!?!) ครับ ยานกลับมาเฉียดโลกอีกครั้งเพื่อเร่งความเร็วด้วย gravity assit จากมวลของโลก ในปีเดียวกัน ทำให้ยานตอนนี้เดินทางด้วยความเร็วสูงสู่ดาวเสาร์

Cassini's Holiday Greetings


แม้จะอาศัย gravity assit ถึง 3 ครั้ง แต่ยานก็ต้องใช้เวลาเดินทางทั้งหมด 7 ปี จนเดินทางถึงดาวเสาร์ในปี 2004 จากนั้นก็ถึงเวลาของยานที่จะทำ Orbital insertion หรือการเข้าสู่วงโคจร เครื่องยนต์ของยานทำงานในการลดความเร็ว จนยาน Cassini–Huygens สามารถเข้าสู่วงโคจรของดาวเสาร์ได้อย่างปลอดภัยในเดือน มิถุนายน ปี 2004

จากดวงดาว ลงสู่ผืนดิน

25 ธันวาคม ปี 2004 ในที่สุดก็ถึงวันที่ยาน Huygens จะต้องแยกจาก Cassini แล้ว ต่อไปนี้ผมจะเขียนชื่อของยานทั้งสองลำแยกกันแล้วนะครับ Huygens แยกตัวออกในค่ำคืนวันคริสมาสต์ของโลก หน้าที่ของการความคุม Huygens ถูกส่งต่อไปให้ ESA หรือ องค์กรอวกาศแห่งยุโรป ซึ่งเป็นผู้ออกแบบและควบคุมยาน Huygens บอกลา Cassini และพุ่งตรงไปยังดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ .. ดวงจันทร์ไททัน

Huygens พุ่งตรงสู่ไททัน อยู่นานหลายวัน จนถึงวันที่ 14 มกราคม 2005 ยานก็ได้ค่อยๆสัมผัสกับชั้นบรรยากาศ ไม่มีนักวิทยาศาสตร์คนใดเคยเห็นพื้นผิวของดาวไททันมาก่อน พวกเขาจึงออกแบบยาน Huygens ให้สามารถลงจอดได้ในทุกสภาวะ ไม่ว่าจะเป็นบนแผ่นดิน หรือบนผืนน้ำ ยานพุ่งผ่านชั้นบรรยากาศอย่างปลอดภัย เมื่อร่มชูชีพกางออกเพื่อพยุงยานให้ค่อยๆสัมผัสกับพื้น ภาพถ่ายใบแรกของ "ดวงจันทร์อันแสนห่างไกล" ก็ได้ถูกบันทึกไว้ ยานค่อยๆลงจอดบนผืนดิน

Huygens

Huygens’ fish-eye view of Titan

ยาน Huygens ลงจอดได้อย่างปลอดภัย 2 ชั่วโมง 30 นาทีหลังจากพุ่งผ่านชั้นบรรยากาศ
ภาพและข้อมูลวิทยาศาสตร์จากยานถูกส่งมาให้โลกไม่นานหลังจากนั้น

Huygens Landing

รวมภาพจริงจากยาน

Titan's Surface

105727main_h1-330

Planetary Surfaces comparison poster

แม้ว่าภารกิจการลงจอดที่ดวงจันทร์ไททัน สำเร็จลุล่วงไปแล้ว แต่ยานแคสสินียังคงปฏิบัติภารกิจในวงโคจรรอบดาวเสาร์ไปอีกจนถึงปี 2017 ก่อนที่จะค่อยๆลดความเร็วลงและ สละชีวิตด้วยการเก็บข้อมูลชุดสุดท้ายส่งมายังโลกในวินาทีสุดท้ายขณะที่ยานถูกเผาไหม้ไปในชั้นบรรยกาศ

รูปภาพทั้งหมดในบทความ เมื่อคลิกจะนำทางไปสู่ Flickr ของช่างภาพเจ้าของรูป ซึ่งทุกท่านได้ให้สิทธ์ในการเผยแพร่ด้วย HTML โดยอ้างแหล่งที่มา และไม่หวังผลกำไร ภายใต้ ข้อสัญญา ครีเอทีฟคอมมอนส์ รายละเอียด คลิกที่นี่ เพื่ออ่านข้อตกลง โดย Nutn0n.com ไม่ได้เป็นผู้ถือสิทธ์ หรือเจ้าของ ขออ้างสิทธ์ของภาพให้แก่เจ้าของตาม username ที่ระบุไว้

*ข้อมูลด้านบนเป็นการอธิบายอิงตามความเข้าใจของผู้เขียน การแบ่งแยกประเภทและหมวดหมู่ อาจไม่ตรงกับการอ้างอิงอย่างเป็นทางการ

*สำหรับข้อมูลอย่างเป็นทางการ สามารถสืบค้นได้ที่ หน้าภารกิจอย่างเป็นทางการ