เครื่องมือทางดาราศาสตร์รังสีอัลตราไวโอเลต

เครื่องมือทางดาราศาสตร์รังสีอัลตราไวโอเลตใช้สังเกตการณ์ส่วนหนึ่งของสเปกตรัมที่อยู่ถัดจากแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งสามารถเข้าถึงได้จากอวกาศเท่านั้น และต้องใช้สารเคลือบ เลนส์ และเครื่องตรวจจับพิเศษที่ทำงานได้ในสภาวะที่แก้วและวัสดุทั่วไปดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต

Definition

เครื่องมือทางดาราศาสตร์รังสีอัลตราไวโอเลตคือกล้องโทรทรรศน์และเครื่องตรวจจับที่อยู่ในอวกาศ ซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการตรวจจับรังสีในช่วงประมาณ 10 ถึง 400 นาโนเมตร โดยใช้เลนส์สะท้อนแสง สารเคลือบพิเศษ และเครื่องตรวจจับแบบโซลาร์บลายด์ที่เหมาะสำหรับความยาวคลื่นที่ถูกดูดซับโดยชั้นบรรยากาศและวัสดุทางแสงทั่วไป

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการแบ่งรังสีอัลตราไวโอเลตออกเป็นช่วงใกล้ ไกล และไกลมาก เลนส์สะท้อนแสงที่มีสารเคลือบพิเศษ เช่น อะลูมิเนียมเคลือบด้วยแมกนีเซียมฟลูออไรด์ เครื่องตรวจจับแบบโซลาร์บลายด์ (solar-blind detectors) ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์แบบไมโครแชนเนลเพลท (microchannel-plate) และแบบนับโฟตอน (photon-counting devices) สเปกโตรกราฟรังสีอัลตราไวโอเลต และปัญหาการปนเปื้อนและการเสื่อมสภาพที่ทำให้การสร้างและการใช้งานเครื่องมือรังสีอัลตราไวโอเลตมีความท้าทาย

Core questions

• เหตุใดดาราศาสตร์รังสีอัลตราไวโอเลตจึงต้องดำเนินการจากอวกาศ?
• เลนส์และสารเคลือบชนิดใดที่ทำงานได้ในย่านรังสีอัลตราไวโอเลต?
• ใช้เครื่องตรวจจับชนิดใด และคำว่า 'โซลาร์บลายด์' หมายความว่าอย่างไร?
• เหตุใดเครื่องมือรังสีอัลตราไวโอเลตจึงไวต่อการปนเปื้อนเป็นพิเศษ?

Key theories

เลนส์และสารเคลือบสำหรับรังสีอัลตราไวโอเลต

แก้วส่วนใหญ่ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต ดังนั้นเครื่องมือจึงต้องอาศัยเลนส์สะท้อนแสงที่มีสารเคลือบที่เลือกมาอย่างระมัดระวัง เช่น อะลูมิเนียมเคลือบด้วยแมกนีเซียมฟลูออไรด์ เพื่อรักษาความสามารถในการสะท้อนแสงในย่านรังสีอัลตราไวโอเลตไกล

เครื่องตรวจจับแบบนับโฟตอนชนิดโซลาร์บลายด์

เครื่องตรวจจับแบบไมโครแชนเนลเพลทและเครื่องตรวจจับแบบนับโฟตอนอื่น ๆ ที่มีโฟโตแคโทด (photocathodes) ที่ไวต่อรังสีอัลตราไวโอเลต สามารถทำให้ไม่ไวต่อแสงจากท้องฟ้าที่สว่างกว่ามาก ซึ่งเป็นคุณสมบัติสำคัญที่เรียกว่า 'โซลาร์บลายด์'

ความไวต่อการปนเปื้อน

ฟิล์มบาง ๆ ของสารปนเปื้อนและแม้แต่การคายก๊าซระดับโมเลกุลก็สามารถดูดซับแสงอัลตราไวโอเลตได้อย่างมาก ดังนั้นเครื่องมือเหล่านี้จึงต้องการความสะอาดอย่างพิถีพิถันในการสร้างและการใช้งาน

Clinical relevance

การสังเกตการณ์ด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตช่วยสำรวจดาวฤกษ์อายุน้อยที่ร้อนจัด สสารระหว่างดาวและระหว่างกาแล็กซีผ่านเส้นการดูดกลืน การพอกพูนมวลในระบบดาวคู่กะทัดรัด และการก่อตัวของดาวฤกษ์ในกาแล็กซี ทำให้สามารถเข้าถึงข้อมูลการวินิจฉัยของก๊าซร้อนและกระบวนการพลังงานสูงที่ไม่สามารถทำได้ที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่า

History

ดาราศาสตร์รังสีอัลตราไวโอเลตเริ่มต้นด้วยจรวดสำรวจและดาวเทียมยุคแรก และยาน International Ultraviolet Explorer ที่มีอายุการใช้งานยาวนานในปี 1978 ทำให้การสังเกตการณ์ด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตเป็นเรื่องปกติ เครื่องมือบนกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและภารกิจเฉพาะทางได้ขยายขีดความสามารถของการถ่ายภาพและสเปกโทรสโกปีด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตในการศึกษาดาวฤกษ์ กาแล็กซี และระหว่างกาแล็กซี

Key figures

• Lyman Spitzer
• George Carruthers

Seminal works

• kitchin2013
• rieke2003

Frequently asked questions

เหตุใดดาราศาสตร์รังสีอัลตราไวโอเลตจึงต้องใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ?

โอโซนและโมเลกุลอื่น ๆ ในชั้นบรรยากาศของโลกดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตเกือบทั้งหมด ดังนั้นรังสีจึงไม่สามารถเดินทางมาถึงพื้นดินได้ การสังเกตการณ์ท้องฟ้าด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตจึงจำเป็นต้องยกเครื่องมือขึ้นไปเหนือชั้นบรรยากาศด้วยจรวดหรือดาวเทียม

การที่เครื่องตรวจจับเป็นแบบโซลาร์บลายด์หมายความว่าอย่างไร?

เครื่องตรวจจับแบบโซลาร์บลายด์จะตอบสนองต่อแสงอัลตราไวโอเลต แต่โดยพื้นฐานแล้วจะไม่ไวต่อแสงที่มองเห็นได้ซึ่งมีปริมาณมากกว่ามาก สิ่งนี้ช่วยป้องกันไม่ให้พื้นหลังแสงที่สว่างกลบสัญญาณอัลตราไวโอเลตที่จางมาก ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากแหล่งกำเนิดทางดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ปล่อยแสงที่มองเห็นได้มากกว่าแสงอัลตราไวโอเลตมาก