xs
xsm
sm
md
lg

การเก็บหินและดินบนดาวอังคารมาวิเคราะห์บนโลกในปี 2020

เผยแพร่:   โดย: สุทัศน์ ยกส้าน

ยาน Curiosity  ขณะขุดเจาะสำรวจดาวอังคาร
เมื่อยานยนต์ Curiosity ที่ขับเคลื่อนได้ประสบความสำเร็จในการลงจอดบนดาวอังคาร Adam Steltzner รู้สึกยินดีมาก เพราะเขากับทีมวิศวกรคือผู้ออกแบบสร้างยานลำนั้น

งานชิ้นต่อไปที่ Stelzner กำลังทำคือ การสร้างยานที่สะอาดปราศจากจุลินทรีย์ใดๆ แม้แต่ตัวเดียวเพื่อส่งไปเก็บหินและดินจากดาวอังคารกลับมาวิเคราะห์หาสิ่งมีชีวิตในห้องปฏิบัติการบนโลก โดยใช้ภาชนะที่เป็นท่อโลหะที่สะอาดสุดๆ ในการเก็บรักษาบนดาวอังคารเพื่อให้มั่นใจว่าไม่มีจุลินทรีย์ใดๆ จากโลกลงไปปนเปื้อน

โดย NASA ได้คาดว่า ในต้นปี 2020 ยานสำรวจ 6 ล้อที่มีน้ำหนัก 1 ตัน จะออกเดินทางด้วยจรวดจากแหลม Canaveral ในรัฐ Florida เพื่อนำท่อโลหะ 31 ท่อ จากโลกไปนาน 7 เดือนสู่ดาวแดง เมื่อถึงจุดหมายปลายทาง ยานก็จะถูกบังคับให้เคลื่อนที่ไปบนภูมิประเทศ เพื่อเก็บดินหินตัวอย่างรวมถึงอากาศที่มีอยู่อย่างเจือจางบนดาว จากนั้นก็จะปิดปากท่อให้สนิท แล้วนำวางลงบนพื้นดาวเพื่อคอยยานอวกาศอีกลำหนึ่งนำท่อเหล่านี้กลับโลก ในอีกหลายปี

ถ้าโครงการนี้บรรลุเป้าหมาย ดิน หิน และอากาศที่เก็บกลับมาได้จะเป็นวัสดุตัวอย่างจากอวกาศที่มีค่ามากที่สุด สำหรับนักวิทยาศาสตร์ทุกคน เพื่อใช้ในการวิเคราะห์ว่า บนดาวอังคารมีสิ่งมีชีวิตหรือไม่ (สิ่งมีชีวิตนี้หมายถึง จุลินทรีย์หรือวัสดุชีวภาพ หรืออินทรีย์โมเลกุล)

นี่จึงเป็นเหตุผลที่อธิบายว่า เหตุใด Adam Steltzner จึงต้องทำความสะอาดยานอย่างดีที่สุด เพราะถ้ามีจุลินทรีย์เพียงตัวเดียวจากโลกเล็ดรอดไปถึงดาวอังคาร โครงการก็จะล้มพับทันที และนั่นหมายถึงเงินงบประมาณ 85,000 ล้านบาทก็จะสูญเสียไปด้วย และโครงการอื่นๆ ที่จะติดตามโครงการนี้มาก็จะถูกเลื่อนออกไปอย่างไม่มีทางเลี่ยง

แต่ถ้าโครงการประสบความสำเร็จ นั่นจะเป็นการเปิดศักราชของการศึกษาธรณีวิทยาต่างดาวเคราะห์ (ไม่นับดวงจันทร์)

เพื่อให้โครงการนี้บรรลุเป้าหมาย นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรของ NASA ได้เพ่งเล็งเรื่องรายละเอียดของการเก็บหินและดินตัวอย่าง และทุกขั้นตอนที่ยานต้องทำงาน โดย NASA เองก็ต้องวางแผนก่อนว่าจะส่งยานไปลง ณ ตำแหน่งใดจึงจะดีที่สุด มีประโยชน์มากที่สุด และปลอดภัยที่สุด เพราะตระหนักดีว่า ความสำเร็จในปี 2020 ขึ้นกับการตัดสินใจ และการดำเนินการในปี 2017 นี้

ในอดีตที่ผ่านมา เช่นในปี 1996 NASA ได้ส่งยาน Pathfinder หนัก 11 กิโลกรัมไปลงบนดาวอังคาร ถึงปี 2003 ยานแฝด 2 ลำชื่อ Spirit และ Opportunity ที่หนัก 180 กิโลกรัมก็ได้ลงไปสำรวจดาวอังคารเช่นกัน มาคราวนี้ในปี 2012 ยาน Curiosity ที่หนัก 900 กิโลกรัมก็ได้ลงไปทำหน้าที่สำรวจบ้าง โดยแต่ละยานมีวัตถุประสงค์ต่างๆ กัน

สำหรับยานที่จะส่งไปดาวอังคารในปี 2020 นั้นมีโครงสร้างและองค์ประกอบประมาณ 85% ที่เหมือน Curiosity ทุกประการไม่ว่าจะเป็นเรื่องอุปกรณ์สื่อสาร แบตเตอรี่ และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ต่างๆ โดยวิศวกรไม่จำเป็นต้องออกแบบใหม่ แต่ก็จะมีส่วนที่ใหม่จริงๆ คือ อุปกรณ์ที่จะเก็บตัวอย่างหิน และอุปกรณ์อื่นๆ อีก 7 ชิ้น ซึ่งได้แก่ กล้องถ่ายภาพที่จับภาพระยะใกล้ อุปกรณ์เลเซอร์ อุปกรณ์ spectrometer ซึ่งสามารถทำงานได้โดยใช้แสง ultraviolet และ x-rays เพื่อวิเคราะห์หินและแร่ตัวอย่างอย่างละเอียด

ข้อมูลที่ได้จากการศึกษาจะช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจธรรมชาติของดาวอังคารดีขึ้น แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะมีอุกกาบาตจากดาวอังคารหลายร้อยก้อนแล้วก็ตาม แต่อุกกาบาตเหล่านั้นเกิดจากการที่อุกกาบาตรอื่นชนกระแทกดาวอังคาร แล้วสะเก็ดที่เกิดจากการถูกพุ่งชนได้กระเด็นมาตกบนโลก ซึ่งเหตุการณ์ดังกล่าวอาจจะเกิดเมื่อหลายพันล้านปีก่อน และไม่ได้ถูกส่งมาโลกอย่างธรรมชาติ ดังนั้น NASA จึงหวังว่า การศึกษาหินที่เก็บได้ใหม่จะช่วยในการรู้ประวัติความเป็นมาของภูมิประเทศบนดาว และทำให้รู้วิวัฒนาการของดาวด้วย

สำหรับขั้นตอนในการเก็บหินตัวอย่างนั้น โครงการได้รับการออกแบบให้ใช้แขนหุ่นยนต์เจาะก้อนหินเพื่อสกัดเนื้อหินออกมาประมาณ 15 กรัมเพื่อใส่ลงในท่อ แล้วปิดปากท่ออย่างสนิทแน่นไม่ให้อากาศเข้าออก จากนั้นนำเข้าเก็บในตัวยาน โดยใช้เวลาทำงานทั้งหมดไม่เกิน 1 ชั่วโมง

ท่อที่ใช้เก็บมีทั้งหมด 31 ท่อ แต่ละท่อมีความยาว 14 เซนติเมตร และมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 2 เซนติเมตร ขณะเดินทางไปดาวอังคารจะมีท่อหนึ่งที่เปิดอ้าไว้ เพื่อเก็บอะไรก็ตามที่ถูกพ่นออกมาจากจรวด แล้วท่อนั้นจะถูกปิดทันทีที่ยานลงจอดบนดาวอังคาร ส่วน 30 ท่อที่เหลือมีไว้สำหรับเก็บวัตถุตัวอย่าง ดังนั้นการเปรียบเทียบของในหลอด 1 หลอดกับอีก 30 หลอดจะทำให้รู้ว่า ตัวอย่างที่ได้มาจากดาวมีอะไรจากโลก (จากจรวด) ไปปะปนอยู่บ้าง

สำหรับดินและหินตัวอย่างที่ถูกนำกลับมานั้น จะได้รับการดูแลอย่างดีที่สุด เหมือนเมื่อครั้งที่มนุษย์อวกาศ Apollo นำดินและหินจากดวงจันทร์กลับโลก
Adam Steltzner อธิบายกระบวนลงจอดของยาน Curiosity
ความจริงในประเด็นความสะอาดนี้ เมื่อครั้งที่ NASA ส่งยาน Viking ไปลงบนดาวอังคาร วิศวกรทุกคนก็กังวลเรื่องจุลินทรีย์จากโลกเช่นกัน จึงได้ทำความสะอาดยานอย่างหมดจด โดยใช้ความร้อนฆ่าเชื้อและชโลมยานด้วยแก๊สฮีเลียมนาน 4 วัน เพื่อให้มั่นใจ

ในความเป็นจริง ไม่มีใครสามารถบอกได้อย่างมั่นใจ 100% ว่าตัวยานทั้งหมดสะอาดหมดจด ดังนั้น คำถามจึงกลายเป็นว่า ยานจะสกปรก (คือไม่สะอาด) ได้ถึงระดับใด นักวิทยาศาสตร์จึงจะรับได้ และคำตอบก็มีว่า วัตถุตัวอย่างใดที่มีสารอินทรีย์คาร์บอนไม่เกิน 40 ส่วนใน 1,000 ล้านส่วนให้ถือว่าสะอาด

แต่วัตถุตัวอย่างก็อาจจะมี tungsten ปนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เพราะอุปกรณ์ที่ใช้เจาะหินและดินทำด้วย tungsten และนั่นหมายความว่า การวัดอายุของหินและดินโดยใช้เทคนิคที่อาศัย tungsten และ hafnium จะไม่ได้ผล นักวิทยาศาสตร์จึงต้องใช้เทคนิคอื่นแทน

คำถามอีกคำถามหนึ่งที่ทุกคนกังวลคือ ในขณะที่ยานจอดคอยบนดาวอังคารนั้น ท่อเก็บวัตถุตัวอย่างจะถูกแผดเผาโดยแสงแดดให้มีอุณหภูมิสูง ดังนั้น สารอินทรีย์ (ถ้ามี) จะเสื่อมสภาพ ซึ่งจะทำให้ข้อมูลบางข้อมูลสูญเสียไป คณะทำงานได้วางแผนให้เก็บท่อในสถานที่ๆ มีอุณหภูมิสูงไม่เกิน 60 องศาเซลเซียส

เมื่อจรวดนำหินและดินตัวอย่างกลับโลก ทันทีที่ตัวอย่างถึงโลก นักวิทยาศาสตร์ก็จะตรวจหา amino acid, protein หรือสารเคมีอื่นๆ รวมถึงวัดปริมาณ isotope ต่างๆ ในโมเลกุลที่สำคัญ เพื่อศึกษากระบวนการทางชีววิทยาที่มีในสิ่งมีชีวิต และต้องวิเคราะห์อย่างรอบคอบทุกด้าน จึงจะลงความเห็นได้ว่า บนดาวอังคารมีสิ่งมีชีวิตหรือไม่ ซึ่งก็ไม่ใช่เรื่องง่าย เพราะใครๆ ก็รู้ว่า รังสีคอสมิกจากอวกาศสามารถเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของหินและดินได้ ตลอดเวลาที่ผ่านมาเป็นล้านๆ ปี นักวิทยาศาสตร์จึงต้องพยายามหาหินที่เพิ่งปริแตกจากหน้าผา เพื่อหินที่ได้จะไม่ถูกกระทบกระเทือนโดยรังสีคอสมิกมาก และนั่นก็หมายความว่า สถานที่เก็บหินตัวอย่างจะต้องมาจากที่ต่างๆ กันประมาณ 20 สถานที่ โดยใช้เวลาเก็บตั้งแต่ 1-1.5 ปี (เวลาบนดาวอังคาร) และ NASA ต้องบังคับยานให้เคลื่อนที่ไปหาหินและดินที่น่าสนใจตลอดทาง เพื่อให้ได้หินและดินในปริมาณมากที่สุด

NASA ได้พบว่า ตลอดเวลาที่ยาน Curiosity พำนักอยู่บนดาวอังคารนาน 4.5 ปีนั้น ยานเดินทางได้ไกลเพียง 16 กิโลเมตร ดังนั้นจึงคิดจะให้ยานที่จะไปในปี 2020 เดินทางให้เร็วกว่า และไกลกว่า Curiosity

ความสำเร็จของยานในปี 2020 จึงขึ้นกับว่า ยานจะลงจอดบนส่วนใดของดาวอังคาร ซึ่งตามแผนจะมี 8 สถานที่โดย 4 ที่อยู่ที่บริเวณ “ทะเลสาบ” ซึ่งในอดีตเคยมีน้ำ ส่วนอีก 4 ที่อยู่บนหินอายุมากที่เคยมีน้ำซึมผ่าน สำหรับที่ๆ ยานจะไปลงจอดเป็นจุดตั้งต้นนั้น NASA จะตัดสินใจในอีก 1-2 ปี ก่อนยานจะออกเดินทาง

ในด้านการตรวจสอบโครงการนี้เป็นขั้นสุดท้ายนั้น ได้ผ่านไปเรียบร้อยแล้ว ตั้งแต่เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ปีนี้ และ NASA จะทดสอบอุปกรณ์ต่างๆ อีกหลายครั้ง เพื่อความมั่นใจจนกระทั่งถึงเดือนกรกฎาคมหรือสิงหาคม ปี 2020

หลังปี 2020 NASA ก็ยังไม่มีโครงการส่งยานใดๆ ไปดาวอังคารอีก ทีมงานจึงหวังจะให้ NASA กำหนดแผนส่งจรวดนำยานไปเอาหินตัวอย่างกลับก่อนปี 2022 และพร้อมกันนั้นก็คาดหวังให้ NASA วางแผนส่งคนไปดาวอังคารด้วย

อันที่จริงความคิดที่จะนำหินและดินบนดาวอังคารกลับมาโลกนี้ได้เกิดขึ้นตั้งแต่ปี 1985 แต่โครงการลักษณะนี้ต้องใช้เวลาในการตระเตรียม รวมเวลาทั้งหมดร่วม 40 ปี จึงจะดำเนินการได้

คนที่วิจัยเรื่องทำนองนี้ นอกจากจะต้องการเงิน และเวลาแล้วยังต้องมีความอดทนสูงมากด้วย เพราะเวลาส่วนใหญ่จะใช้ไปในการ “คอย”

อ่านเพิ่มเติมจาก Universe: The Definitive Visual Guide โดย Martin J. Rees, ed จัดพิมพ์โดย Dorling Kindersley, New York ปี 2012






เกี่ยวกับผู้เขียน

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

อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
กำลังโหลดความคิดเห็น...