การส่งยานสู่ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ระบบสุริยะมากที่สุด

หลังจากที่ได้ใช้ชีวิตอยู่แต่บนโลกเป็นเวลานานนับล้านปี ในปี 1969 มนุษย์ก็สามารถหนีแรงโน้มถ่วงของโลกไปเดินบนดวงจันทร์ได้เป็นครั้งแรก แต่ยังไม่สามารถเดินทางไปถึงดาวเคราะห์ดวงอื่น หรือดาวฤกษ์ที่อยู่นอกระบบสุริยะได้ เพราะหนทางที่ไกลมากเป็นอุปสรรคสำคัญ ดังจะเห็นได้จากตัวเลขโดยประมาณว่า ถ้าให้ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ (ประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร) มีค่า 1 AU (astronomical unit) ดาวพฤหัสบดีจะอยู่ไกลจากโลก 4.2 AU ดาวเนปจูนอยู่ที่ระยะ 29 AU ยาน Voyager 1 ขณะนี้อยู่ห่างจากโลกประมาณ 200 AU และเมฆ Oort ซึ่งเป็นที่อยู่ของบรรดาก้อนน้ำแข็งและก้อนหินทั้งหลายก็จะอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางตั้งแต่ 2,000 – 50,000 AU ส่วนดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดคือ Proxima Centauri นั้นก็อยู่ห่างถึง 266,000 AU

เมื่อครั้งที่ NASA ส่งยาน New Horizons ไปสำรวจพลูโตที่อยู่ไกล 4,780 ล้านกิโลเมตร (32 AU) ยานต้องใช้เวลานาน 9.5 ปีจึงจะถึง ถ้ามนุษย์อวกาศใช้ความเร็วนี้การเดินทางไปดาวแคระแดง Proxima Centauri ที่อยู่ไกล 4.22 ปีแสง (40 ล้านล้านกิโลเมตร) ก็ต้องใช้เวลานานถึง 76,000 ปี

ดาวฤกษ์ดวงนี้ (ซึ่งเป็นหนึ่งในสามของระบบ Alpha Centauri ที่ประกอบด้วย Alpha Centauri A, Alpha Centauri B และ Proxima Centauri) แต่ Proxima Centauri เป็นดาวฤกษ์ที่ไม่สุกสว่าง คือ มีแสงมัว ทำให้ยากต่อการสังเกต กระนั้นมันก็จะเป็นดาวฤกษ์ดวงแรกที่มนุษย์ตั้งใจจะส่งยานไปสำรวจ ด้วยการใช้เทคโนโลยีรูปแบบใหม่ที่ไม่เคยมีใครเคยใช้มาก่อน

ในกรณีการส่งกระสวยอวกาศขึ้นโคจรรอบโลก NASA ได้ใช้เชื้อเพลิงที่ประกอบด้วยออกซิเจนเหลวผสมกับไฮโดรเจนเหลว ซึ่งให้พลังงานมากเพียงพอ แต่ถ้า NASA ใช้เชื้อเพลิงชนิดเดียวกันนี้ ในการเดินทางไป Proxima Centauri ให้ถึงภายในเวลา 100 ปี เชื้อเพลิงที่ต้องใช้จะมีมวลเท่าเอกภพ ด้วยเหตุนี้เชื้อเพลิง “ปรกติ” ที่ใช้กันในวันนี้จึงใช้ไม่ได้ ถ้าจะส่งยานไปยังดาวฤกษ์ที่อยู่นอกระบบสุริยะ

ครั้นจะใช้พลังงานนิวเคลียร์แบบ fission ที่ได้จากการแบ่งแยกนิวเคลียสของ uranium หรือ plutonium เวลาถูกยิงด้วย neutron ปฏิกริยานี้จะให้พลังงานมากกว่าเชื้อเพลิงออกซิเจน/ไฮโดรเจนเหลวที่ใช้ในกระสวยอวกาศประมาณล้านเท่า แต่เทคโนโลยีนี้ก็มีปัญหาเรื่องอุณหภูมิของยานที่จะสูงประมาณ 1 แสนองศาเซลเซียส ดังนั้น ยานอวกาศที่จะไปดาวฤกษ์ถ้าต้องพึ่งพาปฏิกิริยานี้ในการขับเคลื่อน ก็จะต้องมีระบบทำความเย็นที่ดียิ่งกว่าดีเป็นล้านเท่า ซึ่งเราก็ยังไม่มี

ส่วนแนวคิดที่จะใช้พลังงานแบบ fusion ซึ่งได้จากการหลอมรวมนิวเคลียสของธาตุ deuterium กับ helium 3 ก็มีปัญหาเรื่องเชื้อเพลิง เพราะยานไม่มีแหล่งเติมพลังงานจึงต้องนำไปเองในปริมาณมาก และถ้ายานต้องใช้เวลานาน 50 ปี นั่นหมายความว่า เมื่อเริ่มเดินทาง ถ้านักบินอวกาศมีอายุ 30 ปี กว่าถึงจุดหมายปลายทาง เขาก็ชราตายพอดี นอกจากนี้ เวลาเกิดปฏิกิริยา fusion ในเตาปฏิกรณ์ ความรุนแรงและความร้อนแรงของปฏิกิริยาจะมีมากมหาศาลจนผู้โดยสารในยานจะไม่ปลอดภัยจากรังสีแกมมาที่อาจเป็นอันตรายถึงชีวิต นอกจากนี้การเร่งยานจนมีความเร็วสูงมาก จะทำอันตรายต่อสุขภาพของผู้โดยสารด้วย

นอกจากปัญหาด้านเทคโนโลยีแล้ว ปัญหาเกี่ยวกับสุขภาพของทุกคนในยานก็ยิ่งใหญ่พอๆ กัน เพราะทุกคนต้องการปัจจัยด้านอาหาร อากาศ และยารักษาโรคที่จะต้องนำไปอย่างพอเพียง เพื่อจะได้ปลอดภัยตลอดการเดินทางไปและกลับ การขนสัมภาระไปมากจะมีผลทำให้ยานมีน้ำหนักมาก จนจรวดมีปัญหาในการนำยานหนีแรงโน้มถ่วงของโลก และถ้าการเดินทางต้องใช้เวลานานเป็นหมื่นปี คณะผู้โดยสารในยานก็จะมีสภาพเป็นชุมชนที่โดดเดี่ยว ในทำนองเดียวกับผู้อพยพจากยุโรป เวลาเดินทางไปตั้งถิ่นฐานในอเมริกา หลังจากที่ Columbus เพิ่งพบอเมริกา คือ ไหนจะต้องใช้ชีวิตอย่างแออัดบนยาน อีกทั้งต้องหาทางเอาชีวิตรอดตลอดเวลา ถ้ายานทำงานบกพร่อง เจ้าหน้าที่ต้องซ่อมอุปกรณ์เอง เวลาผู้โดยสารคนใดล้มป่วยก็ต้องรักษาพยาบาลกันเอง สำหรับปัญหาสภาพไร้น้ำหนักนั้น ยานอาจได้รับการออกแบบให้หมุนรอบตัวเองตลอดเวลา เพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงเทียม และภายในยานจะต้องมีระบบบำบัดของเสีย และระบบการเกษตรที่ครบวงจร เพื่อการอยู่รอดอย่างมีคุณภาพของทุกคนในยานด้วย

ในส่วนของการติดต่อกับโลกโดยใช้คลื่นแสงหรือคลื่นวิทยุ เพราะเหตุว่าสัญญาณจะต้องใช้เวลานานเป็นปีจึงจะถึงกัน และสัญญาณอาจแผ่วมาก ดังนั้น เพื่อไม่ให้ผู้เดินทางรู้สึกโดดเดี่ยว เพราะขาดการติดต่อกับผู้อยู่บนโลก โครงการจะต้องมีสถานีเสริมกำลังของสัญญาณเป็นระยะๆ ตลอดเวลาด้วย

สำหรับการถูก “กักขัง” ในบริเวณแคบให้อยู่แต่ภายในยานเป็นเวลานานนับพันปี อาจทำให้สมาชิกรู้สึกเครียด และถ้าชุมชนมีความเห็นแบ่งแยกเป็น 2 ฝ่าย โดยฝ่ายหนึ่งต้องการให้เดินทางต่อ แต่อีกฝ่ายหนึ่งต้องการให้กลับบ้าน ทั้งสองฝ่ายจะตกลงกันอย่างไร

ด้านทารกที่ถือกำเนิดขณะพ่อแม่เดินทาง ก็จะไม่รู้จักญาติผู้ใหญ่ แต่ก็ต้องเดินทางไปต่างดาวตามการตัดสินใจของพ่อแม่ โดยไม่มีทางเลือกใดๆ ส่วนการแต่งงานกันระหว่างผู้โดยสารก็อาจมีข้อจำกัดเรื่องความหลากหลายของ gene จนทำให้ทายาทมีปัญหาด้านสุขภาพได้

ดังนั้นในภาพรวม การเดินทางไปต่างดาวจึงเป็นไปได้ แต่ก็ยากที่จะทำได้สำเร็จ เพราะต้องใช้งบประมาณมากมหาศาล จนไม่มีชาติหนึ่งชาติใดเพียงชาติเดียวที่จะให้ทุนสนับสนุนการเดินทางที่ว่านี้ได้

แต่ความพยายามที่จะไปก็มีผลกระทบในทางบวกบ้าง คือ นักเทคโนโลยีจะมีวัสดุใหม่ที่ใช้ทำตัวยาน และมีเทคนิคการสร้างเครื่องยนต์กับคอมพิวเตอร์ที่ช่วยในการเดินทางได้อย่างปลอดภัย เป็นการเปิดประตูการสำรวจของมนุษย์ไปนอกโลกด้วย

การพัฒนาเทคโนโลยีทั้งหลายเหล่านี้จะสามารถเกิดได้เร็ว ถ้าชาวโลกประสบภัยพิบัติที่รุนแรง เช่น โลกร้อนจนน้ำทะเลเหือดแห้ง หรืออากาศมีมลพิษจนสิ่งมีชีวิตทั้งหลายต้องล้มตาย เพราะความหายนะเหล่านี้จะบีบบังคับให้มนุษย์โลกต้องอพยพไปอยู่ที่ดาวดวงอื่น แต่มนุษย์คงไปดาวอังคาร มากกว่าที่จะไปอาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ที่อยู่นอกระบบสุริยะ

เมื่อปัญหาการส่งคนไปสำรวจดาวฤกษ์ยังเป็นเรื่องไกลตัวเช่นนี้ ดังนั้น บางคนจึงมีแนวคิดใหม่ที่กำลังจะเป็นจริงและสร้างความฮือฮา นั่นคือ การส่งยานยนต์หรือหุ่นยนต์ไปสำรวจดาวแทนที่จะใช้คน

เมื่อวันที่ 12 เมษายนที่ผ่านมานี้ อัครมหาเศรษฐีมูลค่าหมื่นล้านบาทชาวรัสเซียชื่อ Yuri Milner กับนักฟิสิกส์ชื่อดังคือ Stephen Hawking ได้ร่วมกันออกแถลงการณ์ประกาศให้โลกรู้ว่า ทั้งสองมีโครงการ Breakthrough Starshot ที่จะส่งยานอวกาศขนาดจิ๋ว (ความยาว 10 เซนติเมตร และหนักไม่ถึง 1 กรัม) จำนวนนับพัน เดินทางสู่ระบบดาวฤกษ์ Alpha Centauri ซึ่งอยู่ใกล้โลกมากที่สุด คือประมาณ 4.4 ปีแสง (คิดเป็นระยะทางประมาณ 4.1 ล้านล้านกิโลเมตร) และคาดหวังว่าในการเดินทางครั้งนี้ นอกจากยานจะได้เห็นดาวฤกษ์ที่ระยะ “ใกล้” แล้ว ยานอาจสามารถถ่ายภาพ และเก็บข้อมูลของดาวเคราะห์บริวารซึ่งอาจมีมนุษย์อาศัยอยู่ แล้วส่งข้อมูลทั้งหลายกลับโลก

ตามแผนที่ได้วางไว้ ทันทีที่ยานอยู่นอกบรรยากาศโลก ยานจะกางแผงซึ่งมีพื้นที่ประมาณ 1 ตารางเมตรออก เพื่อรับแสงเลเซอร์ที่มีกำลัง 1 แสนล้านวัตต์จากโลก ให้อนุภาค photon ของแสงพุ่งปะทะ “ใบเรือ” ที่ทำด้วยวัสดุ mylar การกระดอนกลับของ photon จากแผงจะขับดันยานให้พุ่งไปข้างหน้า จนกระทั่งยานมีความเร็วประมาณ 1 ใน 5 ของความเร็วแสง (คือประมาณ 60,000 กิโลเมตร/วินาที) ซึ่งถ้าทุกสิ่งทุกอย่างดำเนินไปอย่างราบรื่น คือไม่มีอุปสรรคใดๆ ยานจะใช้เวลาในการเดินทางอีกนาน 20 ปีก็จะถึงจุดหมายปลายทาง

แต่ก่อนที่ทุกสิ่งทุกอย่างจะพร้อมสำหรับการเดินทาง Milner คิดว่า การสร้างยานและพัฒนาแสงเลเซอร์ เพื่อการเดินทางต้องใช้เวลาอีก 30 ปี และเงินสนับสนุนอีก 3,500 ล้านบาท เมื่อยานถึงจุดหมายปลายทาง คือ Proxima Centuari แล้ว ยานก็จะส่งข้อมูลกลับโลก Milner คิดว่าโครงการนี้จะต้องการเงินอีก 35,000 ล้านบาท และได้ประกาศว่า เขาจะไม่ให้เงินสนับสนุนใดๆ อีก และหวังว่า องค์การ NASA, UN, CERN หรือองค์การอื่นๆ จะเข้ามาอุปการะและสนับสนุนโครงการนี้ต่อไป

ความจำเป็นที่ Milner ต้องใช้เงินมากมหาศาลนี้ได้ทำให้สังคมหันมาสนใจความฝันที่อาจเป็นจริงของเขา และมีความเห็นทั้งสนับสนุนและต่อต้าน โดยฝ่ายที่เห็นด้วย คิดว่ามันเป็นโครงการสร้างสรรค์ที่ท้าทายความสามารถของมนุษย์ ในการออกสำรวจเอกภพ ส่วนฝ่ายที่ต่อต้านก็คิดว่า โครงการอาจล้มเหลวและสูญเปล่า หรือเป็นไปไม่ได้ นอกจากนี้เลเซอร์ที่ใช้ในโครงการอาจทำอันตรายสภาพแวดล้อมของโลกได้

Yuri Milner ซึ่งเป็นผู้ริเริ่มโครงการนี้ เป็นชาวรัสเซียวัย 55 ปี ชื่อ Yuri ของเขามาจากชื่อของมนุษย์อวกาศชื่อ Yuri Gagarin ที่รัสเซียได้ส่งขึ้นอวกาศไปโคจรรอบโลกเป็นคนแรกเมื่อปี 1961 บิดาของ Milner จึงตั้งชื่อบุตรชายที่เกิดในปีนั้น ตามชื่อของวีรบุรุษ Gagarin เพื่อความเป็นสิริมงคล

ในการจะทำให้ความฝันเป็นจริง Yuri เล่าว่า หลังจากที่เขาได้พิจารณาความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องยนต์เพื่อขับเคลื่อนยานหลายรูปแบบเช่น ใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ fusion หรือ fission เพื่อเปลี่ยนมวลของเชื้อเพลิงเป็นพลังงาน โดยการเก็บอะตอมไฮโดรเจนที่มีประปรายในอวกาศ แล้วนำมาหลอมรวม (fuse) กับอะตอมแอนติไฮโดรเจนที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการนิวเคลียร์บนยาน เขาได้พบว่า พลังงานที่เกิดขึ้นมีค่าพอประมาณ แต่การเดินทางต้องใช้เชื้อเพลิงมากถึง 900,000 ตัน เพื่อเดินทางนาน 40 ปี มวลของเชื้อเพลิงที่มากมหาศาลนี้จะทำให้การใช้จรวดที่ขับเคลื่อนโดยพลังงานนิวเคลียร์เป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้

ส่วนการคิดใช้พลังงานที่ได้จากปฏิกริยา fission ซึ่งเกิดจากการแยกตัวของนิวเคลียสยูเรเนียม หรือพลูโตเนียมนั้น ยานจำต้องมีเตาปฏิกรณ์ปรมาณูติดไปด้วย และความร้อนที่เกิดขึ้นตลอดเวลา จะทำให้ยานจำเป็นต้องมีระบบการระบายความร้อน ยานจึงต้องมีขนาดมโหฬาร ดังนั้น การติดตั้งเตาปฏิกรณ์ fission ในยานจึงทำไม่ได้อีก ในที่สุด Milner ก็สามารถหาแหล่งพลังงานที่เหมาะสมได้ คือเขาจะใช้แสงเลเซอร์ในการขับเคลื่อนยานอวกาศออกนอกระบบสุริยะจนถึงจุดหมายปลายทาง

เพราะแสงเลเซอร์ที่จะใช้มีกำลังสูงถึง 1 แสนล้านวัตต์ ซึ่งพลังงานระดับนี้อยู่ในวิสัยที่นักวิทยาศาสตร์สามารถจะสร้างได้ในอีก 20 ปี และถ้าให้แหล่งกำเนิดแสงทำงานประสานกันแบบ phase array คือวางแหล่งแสงเรียงรายเป็นแถว แล้วโฟกัสแสงไปที่ยานอวกาศอย่างพร้อมเพรียงกัน นี่ก็เป็นเรื่องที่ไม่เกินความสามารถของวิศวกรในอนาคตอีกเช่นกัน

แต่เทคนิคนี้ก็มีประเด็นหนึ่งที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องระมัดระวังมาก นั่นคือจะทำลายสิ่งแวดล้อม เพราะแสงเลเซอร์ที่มีความเข้มสูง จะทำลายบรรยากาศของโลก แต่ Milner ก็ตระหนักในภัยนี้ดี จึงวางแผนจะใช้เทคนิค adaptive optics ในการปรับแสงไม่ให้เป็นภัย ส่วนการคิดจะติดตั้งแหล่งแสงเลเซอร์ในอวกาศ เพื่อก้าวข้ามปัญหาการทำลายบรรยากาศโลกนั้น จะทำให้โสหุ้ยของการลงทุนเพิ่มมากอีก 100 เท่า ดังนั้น Milner จะใช้วิธียิงแสงเลเซอร์จากพื้นดินสู่ยานในอวกาศ

สำหรับประเด็น ที่ยานเวลาได้รับแสงแล้ว มันอาจหมุนรอบตัวเองจนไม่มีใครสามารถควบคุมยานได้ Milner ก็ได้ย้ำว่า ยานที่หมุนอาจมีเสถียรภาพมากกว่ายานที่ไม่หมุน และนี่ก็คือปัญหาวิจัยที่วิศวกร และนักวิทยาศาสตร์ในอนาคตต้องหาคำตอบให้จงได้

ในส่วนของความสามารถในการสร้างยานขนาดจิ๋วนั้น Milner คิดว่า เทคนิคของนาโนเทคโนโลยี รวมถึงวิทยาการด้าน microelectronics และ nanomaterials ในอีก 20 ปีจะได้รับการพัฒนาไปมาก จนยานที่มีขนาดจิ๋วเท่าฝ่ามือจะสามารถรับแสงเลเซอร์ และส่งสัญญาณกลับถึงโลกได้ โดยใช้หัววัดและอุปกรณ์ถ่ายภาพบนยาน ซึ่งได้รับการออกแบบที่เหมาะสม โดยยานจะต้องมีแบตเตอรี่ขนาด 1 วัตต์และหนักไม่เกิน 1 กรัม เพื่อใช้ในการรับ-ส่งข้อมูลกลับโลก ตลอดการเดินทางนาน 20 ปี

แต่ถ้าโครงการนี้ล้มเหลว (ซึ่งก็เป็นไปได้) Milner ก็ยังมีความเห็นว่า ข้อมูลที่ได้จากการวิจัยจะเป็นประโยชน์ต่อนักวิจัยในอนาคต เพราะความต้องการจะสำรวจอวกาศของมนุษย์จะไม่มีวันหมดหรือหยุด นั่นคือเขากำลังพยายามจะสร้างยาน New Horizons ลำใหม่ไปสำรวจดาวฤกษ์ เหมือนดังที่ยาน New Horizons ของ NASA เคยไปสำรวจดาวเคราะห์แคระชื่อ Pluto เมื่อเร็วๆ นี้

ถ้าโครงการนี้สำเร็จลุล่วง คนทั้งโลกก็จะได้เห็นภาพดาวฤกษ์ที่อยู่นอกระบบสุริยะอย่างใกล้ชิด เหมือนกับการใช้กล้องโทรทรรศน์ที่มีเลนส์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 250 กิโลเมตรในการสังเกตดูดาวฤกษ์ยังไงยังงั้น

เมื่อเดือนสิงหาคมที่ผ่านมานี้ คณะนักดาราศาสตร์ภายใต้การนำของ Guilem Anglada Escude แห่ง Queen Mary College มหาวิทยาลัยลอนดอน ได้รายงานการเห็นดาวเคราะห์ชื่อ Proxima b ที่โคจรรอบ Proxima Centauri แล้ว นี่เป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด

ความจริงทีมนักดาราศาสตร์ชุดนี้ได้เห็นร่องรอยของดาวเคราะห์ดวงนี้มาตั้งแต่ปี 2013 ด้วยกล้องโทรทรรศน์ Very Large Telescope แห่งหอดูดาว Paranal ในชิลี และได้ใช้เวลาประมาณ 3 ปี ในการยืนยันว่า ดาวเคราะห์ดวงใหม่มีมวลประมาณ 30% ของโลก โคจรอยู่ห่างจากดาวฤกษ์ Proxima Centauri ประมาณ 7.3 ล้านกิโลเมตร โดยใช้เวลา 11.2 วันในการโคจรครบรอบ และอุณหภูมิที่ผิวอาจแปรปรวนได้ ตั้งแต่ -33 องศาเซลเซียสจนถึงกว่า 100 องศาเซลเซียส ทั้งนี้ก็ขึ้นกับว่า ดาวเคราะห์ดวงนี้มีบรรยากาศและทะเลหรือไม่

แต่สำหรับโอกาสที่ดาวเคราะห์ดวงนี้จะเหมือนโลกนั้น นับว่าค่อนข้างน้อย เพราะ Proxima Centauri เป็นดาวเคราะห์แดงที่มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 3 เท่า จึงสามารถปล่อยรังสีเอ็กซ์ และรังสีเหนือม่วงออกมาฆ่าทำลายสิ่งมีชีวิตบน Proxima b ได้ ดังนั้น Proxima b น่าจะมีโอกาสเหมือนดาวอังคารมากกว่าโลก

แต่จะเป็นจริงได้แค่ไหนนั้น เราก็ต้องคอยการเห็นดาวดวงนี้จากยานที่โครงการ Breakthrough Starshot ที่จะไปถึงในอีก 50 ปี

อ่านเพิ่มเติมจาก “Steven Hawking and a Russian Billionaire Want to Build an Interstellar Starship” โดย M. Stone ใน Gizmodo (2016)






เกี่ยวกับผู้เขียน

สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์