บาคาร่า มีศิลปะในการค้นหาข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับสถิตจักรวาล – และผู้เชี่ยวชาญที่ Jet Propulsion Laboratory กำลังทำให้สมบูรณ์โดย RYAN BRADLEY | เผยแพร่เมื่อ 21 พฤศจิกายน 2019 13:43 น ศาสตร์
จาน DSS-14 21 ชั้นในทะเลทรายโมฮาวี
จาน DSS-14 สูง 21 ชั้นที่แยกตัวอยู่ในทะเลทรายโมฮาวี สามารถได้ยินเสียงเรียกร้องจากยานสำรวจอวกาศทั้งในระบบสุริยะและที่ไกลออกไป NASA
เงยหน้าขึ้นมอง ที่ไหนสักแห่งนอกเหนือระบบสุริยะของเรา ซึ่งอยู่ต่ำกว่าศูนย์ มืดสนิท และดาวที่อยู่ใกล้ที่สุดถัดไปอยู่ห่างออกไป 400 ศตวรรษโดยรถยนต์ ประจุไฟฟ้าจุดประกายสัญญาณวิทยุ สัญญาณไฟเป็นลมประมาณ 22 วัตต์ไม่มีพลังงานมากเกินกว่าที่หลอดไฟตู้เย็นทั่วไปต้องการ แหล่งที่มาคือยานโวเอเจอร์ I เสาอากาศ 12 ฟุตกำลังเรียกบ้านจากความมืด
Polaroid Go ตัวเล็ก ๆ สนุกมาก แต่ก็อึดอัดนิดหน่อย
ยี่สิบชั่วโมงต่อมา หลังจากการเดินทางข้ามดวงดาวครั้งยิ่งใหญ่ คลื่นระลอกนี้จะไปถึงโลก เมื่อค่าปิงมาถึงจุดนี้ ความแรงของมันก็ลดลงอย่างมาก—ลดลงเหลือประมาณ 0.1 พันล้านพันล้านวัตต์ การเดินทางของสัญญาณผ่านระบบสุริยะของเราสิ้นสุดลงแล้ว แต่การเดินทางของมันเพิ่งเริ่มต้นขึ้น ความท้าทายในตอนนี้ยิ่งใหญ่กว่าการข้ามมุมกาแล็กซี่ของเรา คือการได้ยินและทำความเข้าใจข้อมูลภายในข้อความ ซึ่งเป็น
เสียงกระซิบที่ห่างไกลที่สุดจากการสร้างสรรค์ของเราเอง
การจับภาพเศษเสี้ยวเล็กๆ ที่แทบไม่ต้องใช้อะไรเลยนั้นต้องใช้หูที่ได้รับการฝึกฝนมาอย่างดีและมีเทคนิค หลายคน สำหรับยานโวเอเจอร์ที่ 1 และ 2 พวกมันมีรูปร่างเป็นจานสูง 21 ชั้นสามจาน โดยแต่ละจานมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 230 ฟุตและหนักเกือบ 3,000 ตัน โดยวางตำแหน่งเท่าๆ กันทั่วโลก สร้างขึ้นเพื่อการฟังในห้วงอวกาศโดยเฉพาะ โดยพวกมันจะหันขึ้นฟ้า พร้อมรับรายงานสถานะรายวันของโพรบ
หนึ่งในจานที่มีชื่อว่า DSS-14 ปรากฏบนผืนทะเลทรายโมฮาวีทางตอนใต้ของแคลิฟอร์เนียที่โดดเดี่ยว ห่างจากทางหลวงที่ใกล้ที่สุดประมาณ 60 ไมล์ มันตั้งอยู่ในหุบเขาเล็กๆ ระหว่างภูเขาที่ขรุขระต่ำ—ซากภูเขาไฟที่ตายไปนานแล้ว หากต้องการเข้าไปใกล้ๆ คุณต้องผ่านประตูรักษาความปลอดภัยสองชั้นที่ฐานทัพทหาร Fort Irwin การบรรยายสรุปอย่างละเอียดจะแนะนำให้คุณรู้จักเพื่อนบ้าน ซึ่งรวมถึงอาวุธยุทโธปกรณ์ที่ยังไม่ระเบิด งูหางกระดิ่งสามสายพันธุ์ แมงมุมอูฐ แมงป่อง และฝูงลาดุร้าย ซึ่งมีเงินเยนสำหรับการควบและกัดชิ้นส่วนของผู้มาเยือนที่ไม่สงสัยเพียงเพื่อลงนรก ของมัน
DSS-14 ปรากฏขึ้นรอบโค้งบนถนน ยืนเหมือนทหารรักษาการณ์ ทอดยาวเป็นเงาโค้งงออยู่บนพื้นทะเลทรายที่สว่างสดใส เหนือศีรษะ ไก่งวงแร้งขี่ลมตามขอบของมัน ทุกอย่างเงียบกริบ ยกเว้นลมกระโชกและเสียงครืน กระทืบ กระทืบเท้าบนผืนทราย แต่ก็มีเสียงอื่นเช่นกัน ที่ไหนสักแห่งที่อยู่ไกลเกินกว่ามนุษย์จะได้ยิน ปะปนกับเสียงฮัมของจักรวาลที่เหลือ
อาคารที่มีฐานอยู่ใน Fort Irwin ซึ่งห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory ของ NASA ได้ตั้งชื่อว่า Goldstone ตามเมืองเหมืองร้างที่ทอดทิ้งมาเป็นเวลานาน มีบ้านเรือนเล็กๆ ประมาณโหลด้วย ซึ่งจานแรกออนไลน์ในปี 1958 (เสาอากาศ Apollo ที่เลิกใช้งานแล้วยังคงหลอกหลอนอยู่บนพื้นป่าละเมาะ ) มีทุ่งที่คล้ายกันในพุ่มไม้ของออสเตรเลีย นอกเมืองแคนเบอร์รา และในโรเบิลโด เด ชาเวลา ใกล้มาดริด ซึ่งก่อตั้งในปี 2508 DSS-14 และสำเนาต่างประเทศเพิ่มขึ้นในทศวรรษ 1960 และ 70 นับตั้งแต่ภารกิจ Mercury IV ในปี 1964 อาร์เรย์ทั้งสามนี้ได้เชื่อมโยงเรากับยานทุกลำที่เราส่งไปเหนือวงโคจรต่ำของโลก
ตำแหน่งของหูที่ใหญ่โตเป็นกุญแจสำคัญ ไซต์ทั้งสามมีระยะห่างตามลองจิจูด (ห่างกัน 120 องศาเพื่อให้ครอบคลุม 360 องศา) และรวมกันในบริเวณใกล้เคียง ความใกล้ชิดกับประมาณไม่มีอะไร การแยกจากกันช่วยป้องกันสัญญาณอวกาศที่มีกำลังสูงและการสื่อสารทางโลก เช่น การพูดคุยกันจากการควบคุมการจราจรทางอากาศ ไม่ให้รบกวนกันและกัน
สิ่งอำนวยความสะดวกทั้งสามและเสาอากาศประกอบด้วย Deep Space Network ซึ่งเป็นโครงการที่ไม่มีสำนักงานใหญ่ของ JPL ใกล้เมือง Pasadena รัฐแคลิฟอร์เนีย ระบบจะคอยฟังคำสั่ง ping จากและส่งคำสั่งไปยังยานสำรวจ ยานอวกาศ ดาวเทียม และโรเวอร์ประมาณ 40 ลำ บางคนอยู่ใกล้ดวงจันทร์ ส่วนอื่นๆ อยู่ห่างไกลออกไป เช่น จูโนที่บินวนรอบๆ ดาวพฤหัสบดี และนิวฮอริซอนส์ ซึ่งในช่วงกลางปี 2015 พลูโตส่งเสียงกระหึ่ม และแน่นอนว่ายานโวเอเจอร์ 1 และ II ซึ่งทั้งสองเปิดตัวในปี 1977 เพื่อศึกษาดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ พวกเขาเป็นภารกิจที่เก่าแก่และไกลที่สุดที่ NASA หรือ JPL หรือใครก็ตามดูแล
การดาวน์โหลดจากยานโวเอเจอร์ทั้งสอง
จะนำเสนอข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับโลกแห่งอวกาศระหว่างดวงดาวที่หายาก: การสังเกตอนุภาคที่มีประจุพลังงานต่ำ สนามแม่เหล็ก และพลาสมาที่เป็นส่วนสำคัญของเอกภพของเรา ข้อมูลจะขี่รูปคลื่นเป็นสตริงของหนึ่งและศูนย์ ในอัตรา 160 บิตต่อวินาที (นั่นคือหนึ่งในสิบห้าของข้อมูลของการเชื่อมต่อเครื่องแฟกซ์ที่ช้าที่สุด) การศึกษาดังกล่าวช่วยให้นักฟิสิกส์ทำสิ่งต่างๆ เช่น ร่างโครงร่างของเฮลิโอสเฟียร์ ซึ่งเป็นฟองแม่เหล็กที่ล้อมรอบระบบสุริยะของเรา และกำหนดความเร็วของลมของดวงอาทิตย์
ในช่วงเวลาที่ NASA กำลังทดลองกับระบบสื่อสารด้วยแสงที่เร็วขึ้นและหนาแน่นขึ้น เป็นการง่ายที่จะสรุปว่าวิทยุจะหายไป ทว่าคนหนึ่งจะไม่มีวันบดบังอีกคนหนึ่ง ขณะที่ยานสำรวจโวเอเจอร์ผลักดันเทคโนโลยีให้ถึงขีดจำกัดภายนอก พวกมันจะเตือนให้ทราบถึงข้อมูลเชิงลึกที่ไม่ซ้ำใครที่คลื่นวิทยุรวบรวมตลอดเส้นทางการบิน สัญญาณรบกวนที่สัญญาณดังขึ้นขณะที่พวกมันกระเพื่อมผ่านดาวเคราะห์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์น้อยเป็นหน้าต่างสู่พื้นที่ใกล้เคียงในจักรวาลของเรา ในบางกรณี สแตติกมีค่าเท่ากับตัวข้อความเอง
ห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น
ห้องมืดที่เรียกว่า JPL คอยติดตามงานฝีมือมากกว่าสามโหล พนักงานดูแลจอภาพตลอดเวลา รับข้อมูลจากห้วงอวกาศ รูปภาพ AFP / Getty
ที่ฝังอยู่ในพื้นห้องในวิทยาเขตของ Jet Propulsion Lab เป็นแผ่นโลหะที่เขียนว่าศูนย์กลางของจักรวาล สัญญาณทุกอย่างจากทุกวัตถุที่เราส่งออกไปยังระบบสุริยะจะเดินทางเข้าและออกจากสถานที่นี้ ห้องมืดที่เรียกว่า Dark Room ซึ่งมีความมืดสว่างขึ้นจากการเรืองแสงของจอภาพหลายสิบจอ ได้รับพนักงานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันไม่เว้นวันหยุดตั้งแต่วันแรกของ Deep Space Network ไม่มากสามารถปิดการทำงานที่นี่ ไม่ฝน ไม่แผ่นดินไหว ไม่แม้แต่ไฟ เมื่อไฟลุกโชนเมื่อหลายปีก่อน วิศวกรดูแลขั้วต่อจากระยะไกลผ่านควันไฟ เพื่อไม่ให้พลาดแม้แต่การโทรจากอวกาศ
ในขณะนั้น ผู้ชายมีหนวดมีเคราสองคนกำลังนั่งเบียดกันอยู่รอบๆ หน้าจอ จ้องมองที่ชุดตัวเลขและเส้นรหัสสี เป็นดาวน์ลิงก์ที่มาจากโพรบ Juno ซึ่งโคจรรอบดาวพฤหัสบดีมาตั้งแต่ปี 2016 Mike Levesque ผู้ดูแลการดำเนินงานของเครือข่ายและกิจกรรม Dark Room ที่เกี่ยวข้อง ยืนดูอยู่ใกล้ๆ และอธิบายกระบวนการ “คนเหล่านี้คือผู้ดำเนินการระบบข้อมูล” เขากล่าวพร้อมพยักหน้าให้กับชายเคราทั้งสอง “หน้าที่ของพวกเขาคือดึงข้อมูลยานอวกาศ”—อุณหภูมิ, เชื้อเพลิง, สิ่งที่เปิด, สิ่งที่ปิด—“และส่งไปยังหน่วยสนับสนุนภารกิจ” ตัวอย่างเช่น บนยานโวเอเจอร์ 1 ที่มี 160 บิต มีเพียง 10 บิตเท่านั้นที่เกี่ยวข้องกับการเดินทางบนยาน
แพ็กเก็ตข้อมูลที่เหลือเดินทางไปที่อื่น ส่วนใหญ่เป็นนักวิทยาศาสตร์ ไม่ใช่วิศวกร อดีตสนใจเกี่ยวกับสิ่งที่เครื่องมือบอกเราเกี่ยวกับพื้นที่รอบโพรบ มากกว่าตัวโพรบเอง
ชายสองคนที่อยู่หน้าจอเรียกใช้โปรแกรมที่ล้างข้อมูลทั้งหมดและค่าศูนย์ แต่บางครั้งพวกเขาก็เก็บเสียงไว้เพราะการรบกวนก็เป็นที่สนใจเช่นกัน เมื่อสัญญาณแพร่กระจายผ่านตัวกลางใดๆ การกระแทกจากบรรยากาศหรือสนามโน้มถ่วง ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในคลื่นเผยให้เห็นความจริงเกี่ยวกับอวกาศ “เมื่อยานเคลื่อนที่ผ่านสิ่งที่น่าสนใจ ข้อมูลเสียงจะเป็นสิ่งที่เราต้องการ” Levesque กล่าว ในช่วงเวลานั้น “เสียงในสัญญาณกลายเป็นวิทยาศาสตร์”
เมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้น ข้อมูลจะส่งไปที่ Kamal Oudrhiri
ซึ่งเป็นหัวหน้ากลุ่ม Planetary Radar & Radio Sciences ของ JPL เพื่อทำความเข้าใจสาขาของเขา เขาอธิบายว่ามันช่วยให้จินตนาการถึงรถโรงเรียนที่เต็มไปด้วยเด็ก ๆ เป้าหมายเดียวของคนขับคือการส่งเด็กทั้งหมดอย่างปลอดภัย แต่ถ้าคุณไม่สนใจรักแร้เลยละ? เกิดอะไรขึ้นถ้าสิ่งที่คุณสนใจจริงๆ คือรถประจำทาง?
เด็กนักเรียนในการเปรียบเทียบของ Oudrhiri คือข้อมูลที่ดำเนินการโดยสัญญาณ สัญญาณคือรถบัส วิศวกรการบินและพนักงานที่ดูแล Mission Control ให้ความสำคัญกับข้อมูล เช่นเดียวกับที่เกือบทุกคนใส่ใจเด็กๆ แต่นักวิทยาศาสตร์ด้านวิทยุพบว่าตัวรถมีความน่าสนใจมากกว่าเพราะเต็มไปด้วยเสียงรบกวน
หากคุณศึกษารถบัสอย่างถี่ถ้วน คุณจะเข้าใจได้ว่ามันผ่านอะไรมาบ้างเมื่อไปถึงจุดหมาย เครื่องหมาย ความไม่สมบูรณ์—ชิ้นส่วนที่น่าเกลียดและผิดรูปร่าง—บอกคุณเกี่ยวกับการเดินทาง: ไม่ใช่แค่ถนนที่เดินทาง แต่รวมถึงยานพาหนะอื่นๆ, สภาพอากาศ, การจราจรตลอดเส้นทาง คนอย่าง Oudrhiri กลั่นกรองข้อผิดพลาดมากมายเหล่านี้ในระดับ โอ้ เกี่ยวกับขนาดของจักรวาล
การทดลองวิทยาศาสตร์วิทยุในยุคแรกๆ หลายครั้งไม่ได้ตั้งใจ ย้อนกลับไปในปี 1971 เมื่อยานสำรวจ Mariner 9 เคลื่อนผ่านดาวอังคาร สัญญาณของมันได้เดินทางผ่านชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์แดง ซึ่งชนกับคลื่นและทำให้คลื่นเปลี่ยนไป “คนในวงการโทรคมนาคมมองว่าเป็นการรบกวน แต่คนอื่นเห็นว่าถ้าคุณศึกษาการรบกวน คุณจะสามารถกำหนดความหนาแน่น ความดัน หรือแม้แต่อุณหภูมิของบรรยากาศบนดาวอังคารได้” Oudrhiri กล่าวต่อ “นั่นคือจุดเริ่มต้นของวิทยาศาสตร์วิทยุ”
ตั้งแต่นั้นมา การดูเสียงที่เกิดจากอวกาศอย่างถี่ถ้วนทำให้เราเข้าใจระบบสุริยะมากขึ้น ตัวอย่างเช่น การรบกวนในการส่งสัญญาณของยานสำรวจ Cassini ช่วยเปิดเผยว่าวงแหวนที่มีสีสันของดาวเสาร์ก่อตัวช้ากว่าตัวดาวเคราะห์เองมาก—10 ล้านถึง 100 ล้านปีก่อน เทียบกับ 4.5 พันล้าน ภารกิจทางจันทรคติ GRAIL ของ NASA ในปี 2555 เกี่ยวข้องกับคลื่นวิทยุส่งคลื่นวิทยุสองลำไปมาเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับการตกแต่งภายในของดวงจันทร์ การตรวจสอบว่าสนามแรงโน้มถ่วงรบกวนการส่งสัญญาณอย่างไรช่วยพิสูจน์ว่าเปลือกโลกของยานอวกาศส่วนใหญ่ไม่หนาแน่นเท่าที่เราคิดไว้ก่อนหน้านี้ บาคาร่า
