กล้องโทรทรรศน์ยักษ์แห่งอนาคต

ประวัติศาสตร์ของดาราศาสตร์คือประวัติศาสตร์ของกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ กระจกที่ใหญ่ขึ้นรวบรวมแสงได้มากขึ้นตามพื้นที่ และเห็นรายละเอียดได้คมขึ้น กล้องที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันมีกระจกราว 10 เมตร แต่ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า กล้องรุ่นใหม่จะใหญ่กว่านั้นหลายเท่า กำหนดการด้านล่างเป็นแผนในช่วงที่เขียนบทความนี้ ซึ่งโครงการขนาดใหญ่มักเลื่อนออกไป

กล้องภาคพื้นดินขนาดยักษ์

• Extremely Large Telescope (ELT) ของหอดูดาวยุโรปซีกโลกใต้ (ESO) กำลังสร้างบนยอดเขาเซร์โรอาร์มาโซเนสในทะเลทรายอาตากามา ประเทศชิลี กระจกหลักกว้าง 39 เมตร ประกอบจากกระจกหกเหลี่ยม 798 ชิ้น รับแสงได้มากกว่ากล้องที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันราว 15 เท่า โดมสูงราว 80 เมตร ESO ตั้งเป้าให้กล้องเห็นแสงแรกราวเดือนมีนาคม ค.ศ. 2029 และเริ่มงานวิทยาศาสตร์เต็มรูปแบบราวปลายปี ค.ศ. 2030
• Giant Magellan Telescope (GMT) ใช้กระจกกลมขนาด 8.4 เมตรเจ็ดบาน รวมเป็นกล้องขนาดเทียบเท่า 25.4 เมตร กำลังสร้างในประเทศชิลีเช่นกัน
• Thirty Meter Telescope (TMT) กล้องขนาด 30 เมตร ซึ่งแผนการสร้างบนยอดเขาเมานาเคอาในฮาวายติดปัญหาข้อขัดแย้งกับชาวพื้นเมืองฮาวายที่ถือว่าภูเขาแห่งนี้ศักดิ์สิทธิ์ อนาคตของโครงการจึงยังไม่แน่นอน

กล้องขนาดนี้จะไร้ประโยชน์ถ้าภาพสั่นไหวจากความปั่นป่วนของอากาศ กล้องรุ่นใหม่จึงใช้ทัศนศาสตร์แบบปรับตัว (adaptive optics) ยิงเลเซอร์ขึ้นไปสร้างดาวเทียมในบรรยากาศ วัดว่าอากาศบิดเบือนแสงอย่างไร แล้วปรับรูปทรงกระจกที่บิดตัวได้ราวหนึ่งพันครั้งต่อวินาทีเพื่อหักล้างการบิดเบือนนั้น ทำให้ภาพจากพื้นโลกคมได้ใกล้เคียงหรือคมกว่ากล้องในอวกาศ

เป้าหมายสำคัญคือถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรง และวิเคราะห์บรรยากาศของดาวเคราะห์ขนาดหินที่โคจรรอบดาวฤกษ์ใกล้ ๆ เพื่อหาแก๊สอย่างออกซิเจนหรือมีเทนที่อาจเป็นร่องรอยของสิ่งมีชีวิต รวมถึงศึกษาดาราจักรยุคแรก และวัดการขยายตัวของเอกภพโดยตรงด้วยการเฝ้าดูการเลื่อนของสเปกตรัมดาราจักรไกลนานหลายปี

กล้องวิทยุขนาดสองทวีป

Square Kilometre Array (SKA) เป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ใหญ่ที่สุดที่เคยสร้าง แบ่งเป็นสองส่วน ส่วนความถี่กลางเป็นจานรับสัญญาณราวสองร้อยจานในประเทศแอฟริกาใต้ และส่วนความถี่ต่ำเป็นเสาอากาศรูปต้นคริสต์มาสกว่าหนึ่งแสนต้นในทะเลทรายของออสเตรเลียตะวันตก เมื่อทำงานร่วมกันจะมีพื้นที่รับสัญญาณรวมเทียบเท่าหลายแสนตารางเมตร เริ่มทยอยเก็บข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ในช่วงปลายคริสต์ทศวรรษ 2020 จะศึกษาแก๊สไฮโดรเจนในยุคที่ดาวฤกษ์รุ่นแรกจุดประกาย ทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไปด้วยพัลซาร์ และอาจได้ยินสัญญาณวิทยุจากอารยธรรมอื่นถ้ามีอยู่จริงในระยะใกล้

ในอวกาศ

• LISA (Laser Interferometer Space Antenna) ขององค์การอวกาศยุโรป เป็นยานสามลำที่บินเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านละ 2.5 ล้านกิโลเมตร ตามหลังโลกในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ ใช้เลเซอร์วัดระยะระหว่างกันด้วยความแม่นยำระดับเล็กกว่าอะตอม เพื่อตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงความถี่ต่ำจากหลุมดำมวลยวดยิ่งที่ชนกัน ซึ่งเครื่องตรวจบนโลกอย่าง LIGO ตรวจไม่ได้ ตั้งเป้าออกเดินทางราวปี ค.ศ. 2035
• Habitable Worlds Observatory กล้องอวกาศรุ่นต่อจากเจมส์ เว็บบ์ ที่ NASA กำลังออกแบบ เป้าหมายเฉพาะคือถ่ายภาพดาวเคราะห์คล้ายโลกรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์อย่างน้อยราวสองโหลดวง และค้นหาสัญญาณของสิ่งมีชีวิตในบรรยากาศ คาดว่าจะออกเดินทางราวปลายคริสต์ทศวรรษ 2030 ถึง 2040
• PLATO และ Ariel ขององค์การอวกาศยุโรป จะค้นหาดาวเคราะห์ขนาดโลกรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ และศึกษาบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบนับพันดวงตามลำดับ
• ซวินเทียน (Xuntian) กล้องอวกาศของจีนที่มีกระจกขนาดใกล้เคียงฮับเบิล แต่มองได้กว้างกว่าราวสามร้อยเท่า จะโคจรใกล้สถานีอวกาศเทียนกงเพื่อให้นักบินอวกาศซ่อมบำรุงได้

กล้องเหล่านี้จะทำงานร่วมกับกล้องที่มีอยู่แล้วอย่างเจมส์ เว็บบ์ โรมัน และหอดูดาวเวรา รูบิน เหมือนวงดนตรีที่แต่ละเครื่องเล่นคนละย่านเสียง ภาพรวมของเอกภพที่ได้จะคมชัดและครบถ้วนกว่าที่เคยมีมา