ณ วันนี้ หลายประเทศมีโครงการวิจัยอวกาศมากมายที่สมบูรณ์แบบ และอีกหลายชาติกำลังจะมี โดยเฉพาะในช่วงเวลา 15 ปีที่ผ่านมานี้ จีนและอินเดียได้เข้ามามีบทบาทมากในการสำรวจอวกาศ จนถึงระดับที่ทัดเทียมรัสเซีย อเมริกา สหพันธุ์ยุโรปและญี่ปุ่นได้เป็นอย่างดี ด้านตุรกี เกาหลีใต้ Saudi Arabia และ United Arab Emirates ก็มีโครงการอวกาศกับเขาเช่นกัน ด้านประเทศไทยเราก็ได้แถลงการณ์ว่ามีโครงการจะส่งดาวเทียมไปโคจรรอบดวงจันทร์ในปี 2570 ซึ่งนับว่าค่อนข้างช้ากว่าชาติมหาอำนาจทั้งหลายมาก
เพราะเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม ปี 1957 (คือเมื่อ 65 ปีก่อน) คนทั้งโลกได้ตื่นตะลึง เมื่อทางการรัสเซียได้ส่งดาวเทียม (ดาวที่มนุษย์สร้าง มิใช่ดาวที่มีตามธรรมชาติ) ชื่อ Sputnik 1 ขึ้นไปโคจรรอบโลก ตัวดาวเทียมทำด้วยเหล็กกล้า หนัก 84 กิโลกรัม มีลักษณะเป็นทรงกลมขนาดเท่าลูกฟุตบอล ภายในมีอุปกรณ์ส่งคลื่นวิทยุออกมาอย่างสม่ำเสมอ ผ่านทางเสาอากาศ 4 เสา ที่มีความยาวตั้งแต่ 2.4-2.9 เมตร ให้ผู้คนทั้งโลกสามารถรับคลื่นได้ แม้สัญญาณที่ส่งมาจะมิได้ให้ข้อมูลวิทยาศาสตร์อะไร นอกจากจะบอกให้ทุกคนรู้ว่าต้นเสียงสัญญาณกำลังโคจรอยู่ในอวกาศเหนือผิวโลก โดยมีวงโคจรเป็นวงรีที่มีระยะใกล้ที่สุดและไกลที่สุดจากผิวโลก เป็นระยะทาง 215 กิโลเมตร และ 939 กิโลเมตรตามลำดับ โดยมีความเร็วเฉลี่ยเท่ากับ 29,000 กิโลเมตร/ชั่วโมง หรือ 8 กิโลเมตร/วินาที
ข่าวนี้ได้ทำให้ชาวรัสเซียทุกคนรู้สึกภาคภูมิใจในความสามารถของคนในชาติของตนมาก และในเวลาเดียวกัน ข่าวนี้ก็ได้ทำให้ชาวโลกตะวันตกรู้สึกกังวล เพราะ Sputnik 1 มีน้ำหนักมากกว่าดาวเทียมดวงแรกที่อเมริกาตั้งใจจะปล่อยในปี 1958 ถึง 6 เท่า ข้อมูลจึงแสดงว่า จรวดที่ใช้ในการส่งดาวเทียมของรัสเซียต้องมีพลังในการขับเคลื่อนสูงกว่าจรวดของอเมริกามาก และด้วยความสำเร็จนี้โลกจึงรู้ว่า รัสเซียเป็นชนชาติแรกที่พิชิตอวกาศ และยุคอวกาศสำหรับมนุษยชาติได้มาถึงแล้ว
บุคคลแรกที่มิใช่ชาวรัสเซีย ซึ่งได้ที่รับสัญญาณจาก Sputnik 1 คือ Geoffrey Perry ซึ่งเป็นนักวิทยุสมัครเล่น และเป็นครูวิทยาศาสตร์ที่โรงเรียน Kettering Grammar School ในประเทศอังกฤษ ความสำเร็จนี้ได้ทำให้ Perry กลายเป็นเซเลบไปในทันที เพราะหลังจากที่สงครามโลกครั้งที่ 2 ยุติ รัสเซียกับชาติพันธมิตรตะวันตกได้ทำสงครามเย็นกันตลอดมา กิจกรรมทุกอย่างที่คนรัสเซียทำได้เป็นความลับระดับสุดยอด ไม่ว่าจะเป็นเรื่องการสร้างระเบิดนิวเคลียร์ จรวดนำวิถี เรือดำน้ำ การเคลื่อนย้ายกองทัพ ฯลฯ และเวลาทำการทดลองทางทหาร ไม่ว่าจะเรื่องอะไรก็ตาม ถ้าทำได้ไม่สำเร็จ โลกภายนอกก็จะไม่มีวันล่วงรู้ แต่ถ้าทำได้สำเร็จ คนทั้งโลกก็จะรู้ในทันที ซึ่งต่างจากการทำงานของรัฐบาลอเมริกัน ที่ไม่ว่าจะทำได้ดีหรือไม่ได้ผล ทุกคนก็จะรู้หมด
นอกจากจะเป็นข่าวใหญ่ที่มีผลกระทบกว้างใหญ่ ทั้งทางการเมืองและทางเทคโนโลยีแล้ว Sputnik 1 ยังได้บุกเบิกยุคการสำรวจระยะไกล (remote sensing) และกระตุ้นโลกตะวันตกให้มีการปฏิรูปการเรียนวิทยาศาสตร์ในชาติของตน เพราะเมื่อประธานาธิบดี Dwight D. Eisenhower ทราบข่าวนี้ ท่านได้เรียกประชุมที่ปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของอเมริกาทั้ง 14 คน แล้วถามตรง ๆ ว่าอเมริกาได้ปราชัยในการแข่งขันด้านอวกาศกับรัสเซียเรียบร้อยแล้วใช่หรือไม่ Edwin Land ซึ่งเป็นคนที่ประดิษฐ์กล้องถ่ายภาพ Polaroid ได้ตอบท่าประธานาธิบดีว่า คนรัสเซียยอมรับวิทยาศาสตร์ว่าเป็นหลักการคิดที่ทุกคนจำเป็นต้องมีในการดำรงชีวิต แต่สังคมอเมริกันใช้วิทยาศาสตร์ในการเพิ่มพูนความมั่งคั่งของตน คณะที่ปรึกษาจึงเสนอแนะให้รัฐบาลอเมริกันจัดตั้งโครงการกระตุ้นให้เยาวชนรุ่นใหม่ของชาติให้ความสนใจวิทยาศาสตร์มากขึ้น เพราะได้สำรวจพบว่าระดับความสามารถทางคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ของเด็กอเมริกันต่ำกว่าของเด็กรัสเซียมาก ที่ปรึกษาทุกคนจึงเห็นว่าในอนาคตอีกไม่นาน อเมริกาจะเจริญตามรัสเซียในด้านอวกาศไม่ทันอย่างแน่นอน
ดังนั้นในปีต่อมา รัฐบาล Eisenhower จึงจัดตั้ง องค์การ NASA ขึ้น ส่วนรัฐบาลอังกฤษ ฝรั่งเศส และแคนาดาก็ได้จัดตั้งองค์การอวกาศของชาติตนขึ้นเช่นกัน นอกจากนี้ Eisenhower ยังได้จัดสรรงบประมาณ 1,000 ล้านดอลลาร์ เพื่อพัฒนาการศึกษาวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ของชาติด้วย ซึ่งมีผลทำให้มหาวิทยาลัยและโรงเรียนทุกแห่งในประเทศอเมริกามีการเปลี่ยนแปลง คือ สอนคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์มากขึ้น รวมทั้งได้ผลิตนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากขึ้นด้วย จากนั้นภายในเวลาเพียง 15 ปี จำนวนคนที่จบการศึกษาระดับปริญญาเอกทางด้านวิทยาศาสตร์ในสหรัฐฯ ได้เพิ่มมากถึง 4 เท่า และโรงเรียนที่เน้นการสอนวิทยาศาสตร์ขั้นสูงโดยตรงก็ได้เพิ่มจำนวนมากขึ้นด้วย
ภายในเวลาเพียงหนึ่งปี หลังจากที่อเมริกาได้เห็นดาวเทียม Sputnik 1 อเมริกาก็สามารถตามติดรัสเซียได้ ด้วยการส่งดาวเทียม Explorer 1 ขึ้นอวกาศ ภายในดาวเทียมมีอุปกรณ์ตรวจรับรังสีคอสมิก และ Explorer 1 ได้พบแถบรังสี Van Allen ที่ห่อหุ้มโลกเป็นครั้งแรก ด้านรัสเซียก็ได้ส่ง Sputnik 2 ซึ่งมีสุนัขชื่อ Laika อยู่ภายใน ขึ้นไปโคจรในอวกาศ เพื่อปูทางการนำมนุษย์ขึ้นโคจรรอบโลก และไปดวงจันทร์ในที่สุด
แต่การจัดส่งดาวเทียมขึ้นโคจรในอวกาศของชาติใดจะดำเนินไปไม่ได้ ถ้าชาตินั้นไม่มีเทคโนโลยีการสร้างจรวดที่มีประสิทธิภาพสูง ความจำเป็นนี้ทำให้ NASA ต้องเริ่มโครงการสร้างจรวดที่มีประสิทธิภาพอย่างจริงจัง จนทำให้จรวดสามารถทะยานขึ้นจากฐานได้อย่างปลอดภัยยิ่งขึ้น ๆ จนสามารถนำดาวเทียมของสหรัฐฯ ขึ้นโคจรในอวกาศได้เป็นจำนวนมาก เช่น ดาวเทียม TIROS-1 ซึ่งเป็นดาวเทียมดวงแรกที่ส่งขึ้นไปสำรวจสภาวะภูมิอากาศของโลก ในปี 1960
ความท้าทายที่มากที่สุดของดาวเทียมเหล่านี้ คือ การสามารถถ่ายภาพจากอวกาศเบื้องบน แล้วส่งสัญญาณภาพกลับลงมายังโลก โดยใช้เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งได้ทำให้กระบวนการนี้ดำเนินไปได้อย่างรวดเร็ว แต่ก็ยังไม่ดี ต่อมาสหรัฐฯ ก็ได้มีดาวเทียมสำรวจระยะไกลที่ดี คือ ERTS-1 ซึ่งได้เริ่มทำงานเมื่อปี 1972
ณ วันนี้ โลกมีดาวเทียมนับหมื่นดวงกำลังโคจรรอบโลก และส่งข้อมูลหลากหลายรูปแบบกลับลงมาให้เจ้าหน้าที่ประจำโครงการต่าง ๆ ทำการวิเคราะห์ เช่น ดาวเทียม Meteosat ซึ่งถ่ายภาพกลุ่มเมฆในบรรยากาศรอบโลก แล้วส่งภาพที่ได้กลับลงมาทุก 15 นาที ให้นักอุตุนิยมวิทยาวิเคราะห์ เพื่อให้สามารถพยากรณ์สภาพของดินฟ้าอากาศล่วงหน้าได้ และดาวเทียม Landsat ที่ถ่ายภาพของพื้นดินและป่า เพื่อดูเหตุการณ์ไฟป่าที่กำลังเกิดในป่าทั่วโลกหรือที่อาจจะเกิดได้ โดยที่ไม่มีใครรู้ ภาพถ่ายที่ได้ยังสามารถช่วยกระทรวงเกษตรให้รู้อีกด้วยว่า เกษตรกรในชาติต่าง ๆ กำลังปลูกพืชชนิดใด เพราะในบางครั้งเกษตรกรไม่ได้ให้ข้อมูลจริง ดาวเทียมสายลับเหล่านี้ จะช่วยบอกให้ทางการรู้ว่า พวกเขากำลังปลูกพืชอะไรอยู่ และปลูก ณ ที่ใด รวมทั้งปลูกมากหรือน้อยเพียงใดด้วย ดาวเทียมสายลับยังสามารถใช้สืบราชการลับทางทหารได้ด้วย เช่นว่า ฐานปล่อยจรวดนำวิถีของศัตรูตั้งอยู่ ณ ที่ใด สามารถยิงจรวดรูปแบบใดได้ โรงงานผลิตระเบิดปรมาณูอยู่ ณ ที่ใด และกองทหารกำลังเคลื่อนทัพไปที่ใดก็ได้ด้วย ดาวเทียมสอดแนมจึงเป็นอาวุธชนิดใหม่ที่ชาติทุกชาติจำเป็นต้องมี เพื่อการได้เปรียบในการทำสงคราม
ในประเด็นการสำรวจสภาพแวดล้อม ดาวเทียมยังสามารถถ่ายภาพที่แสดงการไหลของกระแสน้ำในแม่น้ำที่มักเปลี่ยนเส้นทางได้อย่างรวดเร็วด้วย เช่น แม่น้ำพรหมบุตรในประเทศอินเดีย ที่บางปีจะแยกเส้นทางการไหลได้หลายสาขา จนคนที่อยู่ภาคพื้นดินไม่สามารถบอกได้ว่าแม่น้ำจะไหลเส้นทางใดเวลาน้ำท่วมมาก ข้อมูลการไหล จึงสามารถบอกได้ว่า การไหลของสายน้ำขึ้นกับเวลาอย่างไร ส่วนดาวเทียมรังสีอินฟราเรด ที่ใช้รับและส่งคลื่นอินฟราเรดก็สามารถบอกระดับคุณภาพของความสมบูรณ์ของพืชและป่าได้ด้วย
สำหรับดาวเทียมที่ได้รับการออกแบบ เพื่อพยากรณ์ความรุนแรงในการเกิดแผ่นดินไหวและภูเขาไฟระเบิด (ทั้งที่อยู่บนดินและใต้น้ำ) ก็สามารถถ่ายภาพการระเบิดของภูเขาไฟใต้น้ำใกล้เกาะ Tonga ก็ได้ช่วยให้โลกเห็นภัยที่เกิดจากคลื่นสึนามิได้ ดังนั้นดาวเทียมจึงช่วยให้เราเข้าใจธรรมชาติของโลกเราดีขึ้น รวมทั้งช่วยให้เรารู้อีกด้วยว่า โลกกำลังเปลี่ยนแปลงเร็วหรือช้าเพียงใด
ในส่วนของบทบาทการทำหน้าที่สื่อสารนั้น นักประพันธ์ชื่อ Arthur C. Clarke ได้เคยเสนอความคิดให้มีการใช้ดาวเทียมเพื่อการสื่อสาร โดยส่งขึ้นไปโคจรที่ระยะสูง 35,786 กิโลเมตรเหนือเส้นศูนย์สูตร เพื่อให้โคจรรอบโลกครบหนึ่งรอบในเวลา 1 วัน เท่ากับโลกพอดี ดาวเทียมจึงดูเสมือนถูกตรึงอยู่กับที่บนท้องฟ้า ในลักษณะที่เป็น geostationary คือ อยู่เหนือตำแหน่งหนึ่งตลอดเวลา เช่น ดาวเทียม Telstar ที่ใช้รับสัญญาณคลื่นวิทยุจากสถานีหนึ่งบนโลก แล้วให้สัญญาณสะท้อนที่ดาวเทียม เพื่อส่งกลับไปที่อีกสถานีหนึ่งบนโลก แนวคิดนี้กว่าจะเป็นความจริงได้ ทุกคนก็ต้องคอยนานถึงปี 1962 เพราะการส่งจรวดไปไกลจากโลกมาก จำเป็นต้องใช้จรวดที่มีพลังสูงพอ
หลังจากที่ได้ส่งดาวเทียมจำนวนนับหมื่นดวงไปโคจรรอบโลกแล้ว ความพยายามขั้นต่อไป คือ การส่งดาวเทียมไปโคจรรอบดวงจันทร์ ในปี 1966 รัสเซียได้ส่งยาน Luna 10 ไปโคจรรอบดวงจันทร์เป็นดวงแรก ในเวลาต่อมาสหรัฐฯ ในโครงการ Apollo ก็ได้ส่งมนุษย์อวกาศไปลงสำรวจดวงจันทร์เป็นครั้งแรก ในปี 1969 ส่วนจีนก็เป็นชาติที่สามที่ได้ติดตามรัสเซียและสหรัฐฯ ไปสำรวจดวงจันทร์ คือ เมื่อ 15 ปีก่อน (ในปี 2007) และอีก 12 ปีต่อมา จีนก็ได้ส่งยานยนต์ไปลงบนดวงจันทร์ เพื่อนำหินและดินที่นั่นกลับมาวิเคราะห์บนโลก ในปี 2014 อินเดียก็ได้ส่งยาน Mars Orbiter ไปดาวอังคาร และในปี 2022 อินเดียกับองค์การอวกาศยุโรป (ESA , European Space Agency) จะร่วมมือกันในโครงการ SMILE (จากคำเต็ม Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer) เพื่อศึกษาอิทธิพลที่สนามแม่เหล็กโลกมีต่อลมสุริยะจากดวงอาทิตย์ โครงการนี้จึงเป็นการวิจัยวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ทางสหรัฐฯ ซึ่งมี National Academy of Sciences เป็นสถาบันหลัก ก็มีโครงการวิจัยอวกาศมากมายที่จะใช้ดาวเทียมและกล้องโทรทรรศน์อวกาศจำนวนมาก ในการค้นหาดาวเคราะห์ที่อยู่นอกระบบสุริยะ โดยงานด้านหน่วยงาน National Space Science Center of the Chinese Academy of Sciences ของจีน ก็มีโครงกร DAMPE (จากคำเต็ม Dark Matter Particle Explorer) ซึ่งพยายามตรวจรับรังสีแกมมาที่สสารมืดปล่อยออกมา
โครงการสำรวจดวงจันทร์ทั้งหลายที่ได้รับอนุมัตินี้ เกิดขึ้นจากการใช้เงื่อนไข 2 ประการ คือ
1. ผลงานที่ได้เป็นองค์ความรู้ใหม่ ที่สำคัญ
2. เป็นโครงการที่ได้รับความร่วมมือจากบุคลากรนานาชาติ เพื่อทำงาน ร่วมกันและเป็นโครงการที่จำเป็นต้องใช้เครือข่ายดาวเทียมหลายดวง เพื่อ สำรวจดวงจันทร์ โดยอาจต้องใช้นักวิจัยมากนับ 1,000 คน จากหลาย ประเทศ เพื่อให้มีผลกระทบต่อสังคมมากที่สุด โครงการไม่เน้นจำนวนวิจัย ที่ตีพิมพ์ ดังเช่นเงื่อนไข
ในวารสาร IEEE Spectrum ฉบับเดือนมกราคมปีนี้ องค์การ JPL (Jet Propulsion Laboratory) ของสหรัฐฯ กับองค์การ Argotec ของอิตาลี ได้เสนอโครงการเครือข่ายดาวเทียม Andromeda ซึ่งประกอบด้วยดาวเทียม 24 ดวง ที่ไปโคจรรอบดวงจันทร์ ในวงโคจร 4 วงที่แตกต่างกัน โดยแต่ละวงจะมีดาวเทียม 6 ดวง เพื่อให้สามารถครอบคลุมพื้นผิวของดวงจันทร์ได้อย่างสมบูรณ์ ดาวเทียมแต่ละดวงจะมีเสาอากาศ 3 เสา เพื่อใช้ส่งและรับข้อมูลระหว่างโลกกับดวงจันทร์ได้ตลอดเวลา ตัวดาวเทียมเป็นกล่องลูกบาศก์ มีขนาด 44x37x40 เซนติเมตร ซึ่งได้พลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์ การมีระบบดาวเทียม “GPS” รอบดวงจันทร์จะช่วยในการนำทางและสื่อสารข้อมูลวิทยาศาสตร์ต่าง ๆ โดยให้วงโคจรของดาวเทียม เป็นวงโคจรที่เสถียรเป็นเวลาอย่างน้อย 5 ปี และมีวงโคจรที่เป็นวงรี มีคาบการโคจร 12 ชั่วโมง โดยมีระยะใกล้ที่สุด 720 กิโลเมตร และไกลที่สุด 8,090 กิโลเมตร
โครงการใหญ่ที่มีชื่อว่า Lunar Gateway เป็นโครงการ (ซึ่งรวมโครงการ Andromeda) ที่ได้รับความร่วมมือจากนานาชาติ ในการจัดส่งสถานีอวกาศไปโคจรรอบดวงจันทร์ เพื่อให้เป็นแหล่งพำนักของมนุษย์อวกาศได้พักชั่ว ก่อนลงไปสำรวจผิวดวงจันทร์ และได้พักชั่วคราวหลังจากที่สิ้นสุดการสำรวจดวงจันทร์ เพื่อเตรียมตัวเดินทางกลับโลก นี่เป็นเพียง 1 ใน 90 โครงการ ที่รัฐบาลนานาชาติจะกระทำ ในช่วงปี2022 ถึง ปี 2030 เพื่อเป็นโครงการนำร่องไปสู่การจัดตั้งสถานีสำรวจดวงจันทร์ของมนุษย์อวกาศอย่างถาวร โดยเฉพาะที่ขั้วใต้ของดวงจันทร์ ซึ่งมีหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ที่นักวิทยาศาสตร์หลายคนคิดว่า มีน้ำแข็งแฝงลึกอยู่ที่ก้นหลุม เพื่อให้มนุษย์อวกาศได้ใช้น้ำในการเพาะปลูกพืช และแยกน้ำแข็งเป็นไฮโดรเจนเหลวกับออกซิเจนเหลว เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวดเวลาจะเดินทางกลับโลก ส่วนบนด้านของดวงจันทร์ที่หันหน้าออกจากโลกตลอดเวลานั้น NASA ก็มีโครงการจะสร้างกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่ เพื่อใช้สำรวจเอกภพในอนาคตเหล่านี้คือเหตุการณ์ที่จะเกิดในอีก 8 ปี ซึ่งผลกระทบจะมีมากจนดาวเทียมไทยเพียงดวงเดียว จะมีบทบาทสำคัญหรือไม่ ใครช่วยตอบข้อสังเกตนี้ที
แม้ดาวเทียม Sputnik 1 จะมิได้ทำให้วิถีชีวิตของคนบนโลกในปี 1957 เปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัดก็ตาม แต่ดาวเทียมดวงนี้ ก็ได้สร้างผลกระทบที่เกิดตามมาอย่างมหาศาลในหลาย ๆ ด้าน ตลอดเวลา 65 ปีที่ผ่านมา และคงจะมีอีกมากมายอย่างมีนัยยะสำคัญในอนาคต เมื่อมนุษย์ส่งดาวเทียมไปสำรวจและทัศนาจรดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ
อ่านเพิ่มเติมจาก How to build a moonbase โดย Elizabeth Gibney ในวารสาร Nature ฉบับที่ 562 ประจำวันที่ 25 ตุลาคม ปี 2018
สุทัศน์ ยกส้าน :ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ"จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์
