ปืนเลเซอร์ กล้อง และ เครื่องตรวจจับอนุภาค : อุปกรณ์สุดล้ำบนหุ่นยนต์สำรวจดาวอังคาร

หุ่นยนต์สำรวจตัวล่าสุดของนาซ่า คิวริออสซิตี้ (Curiosity, ความสงสัยใคร่รู้) นำล้อแตะพื้นดาวอังคารไปแล้วเมื่อวันที่ 6 สิงหาคม ที่ผ่านมา ด้วยขนาดที่ใหญ่พอ ๆ กับรถคันนึง คิวริออสซิตี้ได้นำอุปกรณ์ล้ำหน้าติดตัวไปด้วยถึงสิบชนิด เพื่อที่จะใช้หาคำตอบเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของดาวอังคาร ชั้นบรรยากาศในปัจจุบัน และสิ่งมีชีวิตในอดีต หรือ ปัจจุบัน

คิวริออสซิตี้ถือเป็นผลงานวิศวกรรมที่ก้าวล้ำเหนือหุ่นยนต์นักสำรวจฝาแฝดชุดก่อนหน้านี้ สปิริต และ ออพเพอทูนิตี้ และมันยังทำงานด้วยแบตเตอรี่พลังงานนิวเคลียร์ ทำให้สามารถออกสำรวจได้ข้ามวันข้ามคืน ในช่วงเวลาสองปีแรกของภารกิจขั้นเริ่มต้น มันจะทำการไต่เขาขึ้นไปยังภูเขาที่สูง 3 ไมล์ (ประมาณ 5 กิโลเมตร) ที่อยู่ในใจกลางของหลุมอุกกาบาตเกล (Gale crater) โดยเจาะ วิเคราะห์ดินและหินไปเรื่อยระหว่างทาง

ที่จริงแล้วการสำรวจได้เริ่มทันทีตั้งแต่แคปซูลที่บรรจุยานสำรวจได้สัมผัสกับชั้นบรรยากาศของดาวอังคารด้วยซ้ำ รอบ ๆ เกราะป้องกันความร้อนของแคปซูลมีอุปกรณ์เก็บข้อมูลชั้นบรรยากาศติดอยู่ 14 จุด ซึ่งรู้จักในชื่อ อุปกรณ์เตรียมการลงจอดของยานสำรวจดาวอังคาร ( Mars Science Laboratory Entry Descent and Landing Instrument, MEDLI) อุปกรณ์นี้จะเก็บข้อมูลชั้นบรรยากาศและข้อมูลการเคลื่อนที่ของยานสำรวจขณะลงสู่พื้นผิว เพื่อใช้ในการวิเคราะห์การลงจอดและเพื่อใช้ในการออกแบบภารกิจดาวอังคารในอนาคตอีกด้วย

นอกจากนี้ กล้องถ่ายภาพการลงจอด (Mars Descent Imager, MARDI) จะเก็บภาพพื้นดินที่พุ่งเข้าหาคิวรออสซิตี้ขณะลงจอด กล้องตัวนี้จะถ่ายภาพวิดิโอความละเอียดสูงแบบสี เพื่อที่นักธรณีวิทยาบนโลกจะได้ใช้ประเมินอย่างแม่นยำว่า เจ้าคิวริออสซิตี้ได้ลงจอดที่ตรงไหน

อุปกรณ์ที่น่าสนใจที่สุดบนเจ้าหุ่นตัวนี้ก็คงไม่พ้น กล้องวิเคราะห์สารเคมี (ChemCam) ที่ไม่ใช้กล้องธรรมดาแต่ว่าอุปกรณ์ตัวนี้จะยิงเลเซอร์ไปยังหินที่ต้องการตรวจสอบ (หรือไม่ก็มะนาวต่างดุ๊ดซักตัวสองตัว) เพื่อที่จะทำให้มันระเหยแล้วกล้องวิเคราะห์สารเคมีตัวนี้ก็จะวิเคราะห์สารเคมีที่ระเหยออกมา ทำให้สามารถตรวจสอบสารประกอบเคมีของหินได้โดยสามารถตรวจสอบได้ไกลถึง 23 ฟุต ( ประมาณ 7 เมตร ) และยังสามารถทำการวิเคราะห์แร่ธาตุบนดาวอังคารอย่างละเอียดแบบที่ไม่เคยมีมาก่อนอีกด้วย

ชุดตรวจสอบสารเคมีและแร่ธาตุ (Chemistry and Mineralogy, CheMin) อุปกรณ์นี้จะมองหาแร่ธาตุต่าง ๆ บนพื้นผิวของดาวอังคาร ลักษณะของแร่ธาตุต่าง ๆ ร่องรอยของการมี(หรือไม่มี) น้ำ ซึ่งจะเปิดเผยประว้ติศาสตร์ของพื้นที่นั่น และยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบว่ามีของเหลวอยู่ในบริเวณนั้นหรือไม่ คิวริออสซิคี้สามารถเจาะเข้าไปในดินเพื่อเก็บตัวอย่างเพื่อป้อนให้กับอุปกรณ์ตัวนี้ บดละเอียดตัวอย่างที่ได้มาและส่งต่อไปยังส่วนวิเคราะห์ ซึ่งเป็นส่วนที่จะกระหน่ำยิงตัวอย่างที่ได้มาด้วยรังสีเอ็กซ์ เพื่อที่จะวิเคราะห์ส่วนประกอบ

เครื่องมือตรวจสอบสภาพแวดล้อม (Rover Environmental Monitoring Station, REM) เป็นนักตรวจสอบสภาพอากาศส่วนตัวของคิวริออสซิตี้ มันจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับความกดอากาศ ความเร็วลม ความชื้น ข้อมูลรังสีอัลตร้าไวโอเลต และอุณหภูมิ เครื่องมือนี้จะติดอยู่ที่บริเวณคอของหุ่นยนต์ ข้อมูลที่ได้นี้จะเป็นตัวช่วยวิเคราะห์การเปลี่ยนฤดูของดาวอังคารอีกด้วย (ก็วางแผนอยู่ยาวตั้งสองปีนี่นา)

เจ้าหุ่นนักสำรวจนี้ไม่เพียงแต่ยิงเลเซอร์ได้เท่านั้น มันยังมีปืนรังสีเอ็กซ์อีกด้วย!      เครื่องวิเคราะห์อนุภาคอัลฟ่าและรังสีเอ็กซ์ (Alpha Particle X-ray Spectrometer, APXS) ติดอยู่ที่ปลายแขนของเจ้าคิวริออสซิตี้ เพื่อที่มันจะสามารถยื่นเครื่องมือนี้ไปแนบกับก้อนหินและดินได้ จากนั้นมันก็จะยิงรังสีเอ็กซ์และอนุภาคอัลฟ่า ไปยังสิ่งที่ต้องการตรวจสอบเพื่อที่จะศึกษาโครงสร้างของธาตุนั้น ๆ

เครื่องมือวิเคราะห์ตัวอย่างบนดาวอังคาร (Sample Analysis at Mars,SAM) เป็นเครื่องมือที่สำคัญมากอีกชิ้นหนึ่งของคิวริออสซิตี้ และเป็นเหตุผลที่เราสามารถเรียกเจ้าหุ่นตัวนี้ว่า “ห้องแลปเคลื่อนที่” ได้ เครื่องมือตัวนี้กินพื้นที่มากกว่าครึ่งหนึ่งของตัวหุ่นทั้งหมด เจ้าเครื่องมือวิเคราะห์นี้ประกอบด้วยเครื่องมือที่มีอยู่ในห้องแลปชั้นนำทั่วโลก เช่น เครื่องมือตรวจสอบมวลสาร (mass spectrometer) ว่าสิ่งที่นำมาวิเคราะห์นั้นคืออะไรและประกอบด้วยธาตุอะไรบ้าง เครื่องมือตรวจสอบก็าซ (gas chromatograph) ทำให้ดินและหินที่นำมาวิเคราะห์ระเหย แล้วจึงจับมาวิเคราะห์ และเครื่องมือตรวจสอบโดยเลเซอร์ เพื่อวัดปริมาณของธาตุเบาทั้งหลาย เช่น คาร์บอน ออกซิเจน ไนโตรเจน และสารเคมีอื่น ๆ ที่สามารถบ่งบอกถึงสิ่งมีชีวิตได้ ว่ามีมากน้อยเท่าไหร่ เครื่องมือวิเคราะห์ตัวนี้ยังมองหาสารประกอบอินทรีย์และมีเทน ซึ่งอาจบ่งบอกได้ถึงสิ่งมีชีวิตในอดีตและปัจจุบันบนดาวอังคาร

การทดลองที่สำคัญอีกเรื่องหนึ่งของคิวริออสซิตี้ก็คือการศึกษาความเป็นไปได้ที่จะอาศัยอยู่บนดาวอังคาร โดยเครื่องมือที่ชื่อ การศึกษาทางพลวัติการสะท้อนกลับของนิวตรอน (Dynamic Albedo of Neutron, DAN) ซึ่งเป็นเครื่องมือที่จะคอยหาการมีอยู่ของน้ำบน หรือใต้พื้นผิวดาวอังคาร ไม่ว่าจะเป็นแบบของเหลวหรือแบบเป็นก้อนน้ำแข็ง โดยการใช้หลักการดูดกลืนนิวตรอน เพราะว่าน้ำมีการดูดกลืนนิวตรอนที่แตกต่างจากธาตุอื่น ๆ เจ้าเครื่องมือนี้สามารถตรวจสอบการมีอยู่ของน้ำได้ลึกถึงหกฟุต (ประมาณ 1.8 เมตร)  และมีความไวของการตรวจจับมาก โดยสามารถตรวจจับน้ำได้แม้มีปริมาณน้อยถึง 0.1% ของแร่ธาตุอื่น ๆ ที่นำมาตรวจสอบ

คิวริออสซิตี้ มีกล้องจำนวนมากเพื่อที่จะถ่ายภาพพื้นดิน เช่น กล้องมาสแคม (MastCam) ซึ่งอยู่บนหัวของหุ่น ประกอบด้วยกล้องสองตัวซึ่งสามารถถ่ายภาพสีและภาพเคลื่อนไหวและยังสามารถนำภาพหลายภาพมาปะติดปะต่อกันเป็นภาพมุมกว้างได้ด้วย หนึ่งในกล้องสองตัวนี้มีเลนส์สำหรับภาพความละเอียดสูง ทำให้คิวริออสซิตี้ศึกษาสภาพพื้นผิวในระยะไกลได้โดยละเอียด

แว่นขยายดาวอังคาร (Mars Hand Lens Images, MAHLI) เป็นเครื่องมือที่เอาไว้ถ่ายภาพระยะใกล้ของหินและดินที่อยู่ใกล้ตัวหุ่น อุปกรณ์ตัวนี้ติดตั้งอยู่ที่ปลายแขนของหุ่นเพื่อที่จะยื่นกล้องเข้าไปใกล้ ๆ ตัวอย่างที่จะศึกษาได้ ภาพที่ได้มีความละเอียดมากที่สุดถึง 12.5 ไมครอน ซึ่งเป็นครึ่งหนึ่งของความกว้างเส้นผมโดยประมาณ เครื่องมือนี้ยังสามารถมองเห็นแสงย่านอัลตร้าไวโอเลตได้อีกด้วย ซึ่งอาจจะมีประโยชน์ในการออกสำรวจตอนกลางคืน

รอบ ๆ ตัวของคิวริออสซิตี้ยังมีกล้องสำหรับหลีกเลี่ยงอันตรายและกล้องเพื่อการนำทาง (Hazcams และ Navcams ตามลำดับ) กล้องสำหรับหลีกเลี่ยงอันตรายนั้นจะติดอยู่ข้างใต้ของหุ่นยนต์ เพื่อป้องกันไม่ให้หุ่นวิ่งไปชนกับวัตถุขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถข้ามได้ (เดี๋ยวจะกลายเป็นหุ่นเกยติ้น) ในขณะที่กล้องเพื่อการนำทางซึ่งติดอยู่ที่บริเวณหัวหุ่นยนต์ ใช้เพื่อควบคุมการเลี้ยว กล้องทั้งสองสามารถถ่ายรูปเป็นรูปสามมิติได้

ภารกิจดาวอังคารในอนาคตอาจต้องพึ่งข้อมูลจาก เครื่องมือตรวจสอบปริมาณรังสี (Radiation Assessment Detector, RAD) ซึ่งเป็นเครื่องมือแรกที่คิวริออสซิตี้เปิดขึ้นหลังจากที่ลงจอดบนดาวอังคารเรียบร้อยแล้ว เครื่องมือนี้จะตรวจสอบปริมาณรังสีบนพื้นผิวดาวอังคารเพื่อที่จะตรวจสอบความเป็นไปได้ที่จะมีสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กอยู่ ข้อมูลนี้ยังสามารถนำไปประเมินว่าบนพื้นผิวดาวอังคารนั้นปลอดภัยหรือไม่ในภารกิจส่งมนุษย์ไปสำรวจดาวอังคารในอนาคต และนำไปคำนวณปริมาณรังสีที่นักบินอวกาศอาจได้รับในขณะทำภารกิจด้วย

ที่มา : http://www.wired.com/wiredscience/2012/08/instruments-mars-rover/?rm

LINE it!