ตามปกติเวลาใครพูดถึง Antarctica ทุกคนจะรู้ว่ามันเป็นทวีปที่ 7 ของโลก ที่มีขนาดกว้างใหญ่ไพศาลประมาณ 1.4 ล้านกิโลเมตร จึงมากกว่าพื้นที่ของจีนและอินเดียรวมกันเสียอีก ทวีปนี้มีน้ำแข็งที่มีความหนาโดยเฉลี่ย 4 กิโลเมตรปกคลุมตลอดทั้งปี มีอุณหภูมิโดยเฉลี่ย - 50 องศาเซลเซียส ความหนาวเช่นนี้ ทำให้ไม่มีชาวพื้นเมืองใดๆ อาศัยอยู่ได้เลย จะมีก็แต่นกเพนกวิน และแมวน้ำที่ชอบตั้งถิ่นฐานอยู่ตามบริเวณขอบของทวีปเท่านั้น
ในอดีตเมื่อ 120 ปีก่อน Antarctica เคยเป็นดินแดนที่นักสำรวจและนักผจญภัยทั้งหลายพยายามเดินทางไปด้วยเท้า เพื่อจะได้ชื่อว่าเป็นผู้ที่ไปถึงขั้วโลกใต้ได้เป็นคนแรก ผลปรากฏว่า Roald Amundsen (1872-1928) นักสำรวจชาวนอร์เวย์สามารถทำได้สำเร็จวันที่ 14 ธันวาคม ปี 1911 และ Robert Scott (1811–1887) ชาวอังกฤษก็ได้ไปถึงขั้วโลกใต้เป็นคนที่สอง แต่ได้เสียชีวิตลงในช่วงที่เดินทางกลับ เพราะไม่สามารถต่อสู้กับภัยหนาวอย่างสุดขั้ว และอุปสรรคต่าง ๆ ได้ ความกล้าหาญและความพยายามของ Scott จึงได้กลายมาเป็นตำนานให้โจษจันกันมาตราบจนวันนี้
หลังจากที่ยุคการผจญภัยในต่างแดนสิ้นสุด Antarctica ก็ได้เปลี่ยนสภาพไปเป็นห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์มากขึ้น ๆ เพื่อให้นักสมุทรศาสตร์ นักอุตุนิยมวิทยา นักธรณีวิทยา นักชีววิทยา นักฟิสิกส์ นักดาราศาสตร์ ฯลฯ ได้ไปทำงานหาความรู้อย่างต่อเนื่อง เพราะทวีปมีสภาพแวดล้อม และธรรมชาติที่แปลก ประหลาดที่ท้าทาย และน่าสนใจมากมาย
ประวัติศาสตร์ได้จารึกว่า Fabian Gottlieb von Bellingshausen (1778 –1852) นักสำรวจชาวรัสเซียเป็นบุคคลแรกที่ได้เห็นทวีป Antarctica เมื่อปี 1820 ขณะขบวนเรือของเขา หลังจากที่ได้สำรวจชายฝั่งของทวีปออสเตรเลียแล้ว ได้แล่นใบลงไปทางใต้ และเห็นแผ่นดินที่มีแต่น้ำแข็งปกคลุมจนดูขาวโพลนไปหมด Bellingshausen จึงไม่สนใจ เพราะคิดไปว่า คงไม่มีมนุษย์อาศัยอยู่เป็นแน่ อีกหนึ่งปีต่อมา คือ ในปี 1821 พรานล่าแมวน้ำชื่อ John Davis ชาวอังกฤษ อาจจะเป็นบุคคลแรกที่ได้ขึ้นไปเหยียบย่างบนทวีปน้ำแข็งนี้ เพราะได้เห็นฝูงแมวน้ำจำนวนมากนอนอาบแดด จึงต้องการจะล่า เพื่อเอาหนังไปทำเครื่องหนังขาย
หลังจากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็เริ่มลงพื้นที่ เช่น นักอุตุนิยมวิทยา เวลาต้องการจะรู้ว่า สภาพอากาศบนโลกในอดีตเป็นอย่างไร หรือการระเบิดของภูเขาไฟ Tambora ในอินโดนีเซียนั้นรุนแรงแค่ไหน ฯลฯ เพราะเวลาหิมะตก หิมะจะกักขังฟองอากาศอยู่ภายใน ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไปนาน ๆ ความหนาของชั้นหิมะก็ยิ่งเพิ่ม และนั่นก็หมายความว่า ฟองอากาศที่อยู่ยิ่งลึก จะบรรจุฟองอากาศที่มีอายุยิ่งมาก การวิเคราะห์องค์ประกอบของอากาศที่อยู่ภายในฟองทำให้เรารู้ว่า ความเข้มข้นของแก๊ส CO2 ในอดีตเมื่อหลายล้านปีก่อน มีค่าน้อยกว่าความเข้มข้นของ CO2 ในปัจจุบันมาก
ส่วนประเด็นเรื่องการระเบิดของภูเขาไฟนั้น นักภูเขาไฟวิทยาก็สามารถประเมินความรุนแรงของการระเบิดได้ จากการศึกษาปริมาณของฝุ่นละอองที่ภูเขาไฟพ่นออกมา แล้วลอยมาตกบนทวีป Antarctica ว่ามากหรือน้อย และมีปริมาณเท่าใด การรู้ปริมาณฝุ่น และองค์ประกอบของฝุ่น ตลอดจนถึงระยะทางที่ฝุ่นอยู่ห่างจากภูเขาไฟต้นเหตุ สามารถบอกความรุนแรงของการระเบิดได้
ก่อนนี้ประมาณ 50 ปี ได้มีการสำรวจพบว่า ในบรรยากาศชั้น stratosphere ที่ระยะ 15-30 กิโลเมตร เหนือขั้วโลกใต้ มีชั้น ozone ที่ทำหน้าที่ป้องกัน มิให้รังสีอัลตราไวโอเลต (UV) จากดวงอาทิตย์พุ่งผ่านลงมาทำร้ายสิ่งมีชีวิตบนโลก ปรากฏว่าชั้น ozone นี้ มีรูโหว่ขนาดใหญ่ปรากฏขึ้น และรูมีแนวโน้มจะขยายขนาดให้ใหญ่ขึ้นตลอดเวลา ผู้คนทั้งโลกจึงรู้สึกกลัว เพราะถ้ารังสี UV กระทบคนในปริมาณมากและเป็นเวลานาน จะทำให้คนเป็นมะเร็งผิวหนัง การเห็นรูโหว่ทำให้นักวิทยาศาสตร์เสนอให้โลกเลิกใช้สาร chlorofluorocarbons (CFC) ในระบบทำความเย็น เช่น แอร์และตู้เย็น เพราะสารนี้ทำลาย ozone จากนั้นการสั่งห้ามใช้ CFC ก็ได้มีผลบังคับตั้งแต่ปี 1989 เป็นต้นมา
ในปี 1986 นักธรณีวิทยาชาวอาร์เจนตินา ชื่อ David Weishampel แห่งมหาวิทยาลัย Johns Hopkins ในสหรัฐฯ ได้ปรารภว่า เราได้พบซากฟอสซิลของไดโนเสาร์ในแทบทุกหนแห่งบนโลกแล้ว ยกเว้นในทวีป Antarctica ข้อสังเกตนี้ได้ชักนำให้ William Hammer (1858 –1934) นักชีววิทยาสัตว์ดึกดำบรรพ์ ในสังกัด Augustana College ในรัฐ Illinois ของสหรัฐอเมริกาออกสำรวจเกาะ James Ross ที่ตั้งอยู่ใกล้แหลมชื่อ Antarctica ของทวีป Antarctica และได้พบฟอสซิลของไดโนเสาร์ ในยุค Cretaceous สองซาก บนภูเขา Kirkpatrick ที่อยู่ห่างจากขั้วโลกใต้ประมาณ 600 กิโลเมตร
การค้นพบนี้จึงเป็นหลักฐานอีกชิ้นหนึ่งที่ยืนยันว่า ในอดีตเมื่อ 300-200 ล้านปีก่อน ทวีปอเมริกาใต้ Antarctica, Africa, แผ่นทวีปที่เป็นประเทศอินเดีย และ Australia เคยอยู่ติดกันเป็นมหาทวีป Pangea และเมื่อ 120 ล้านปีก่อน Pangea ได้แตกแยกจากกัน โดยอิทธิพลของหินเหลวในชั้นกลางของโลก (mantle) ทำให้เปลือกทวีปที่มีทวีปต่าง ๆ ตั้งอยู่แตกกระจัดกระจายจากกันตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา
ด้วยเหตุนี้สัตว์ดึกดำบรรพ์ที่เคยมีชีวิติยู่ในยุค Paleozoic บนมหาทวีป Pangea จึงได้กระจายไปใช้ชีวิตอยู่บนทวีปต่าง ๆ ด้วย และนอกจากสัตว์แล้ว นักธรณีวิทยายังคาดคะเนว่า ในเมื่อแอฟริกาและอเมริกาใต้มีแร่, เพชร, ทองคำ, ตะกั่ว, เหล็ก ฯลฯ อย่างอุดมสมบูรณ์ ดังนั้น Antarctica ก็น่าจะมีแร่เหล่านี้อย่างอุดมสมบูรณ์ด้วย
ความน่าสนใจอีกประการหนึ่งของนักชีววิทยา คือ เทคโนโลยีการสำรวจระยะไกล (remote sensing) ได้แสดงให้รู้ว่า ใต้แผ่นน้ำแข็งที่หนามาก มีทะเลสาบจำนวนมากมาย และทะเลสาบที่ใหญ่มี่สุด คือ ทะเลสาบ Vostok ที่มีพื้นที่ 15,690 ตารางกิโลเมตร และมีความลึกตั้งแต่ 510-900 เมตร ทะเลสาบนี้อยู่ใต้สถานีสำรวจ Vostok ของรัสเซีย และเป็นทะเลสาบน้ำจืดที่อยู่ต่ำกว่าผิวน้ำแข็งประมาณ 4 กิโลเมตร ความน่าสนใจ คือ นักวิทยาศาสตร์คาดหวังว่าจะมีสิ่งมีชีวิตดีกดำบรรพ์ เช่น แบคทีเรีย รา หรือสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นที่ไม่มีใครรู้จักอาศัยอยู่ และเมื่อใดที่มีการขุดเจาะลงไปถึงทะเลสาบ Vostok เราก็จะรู้ว่า สิ่งมีชีวิตในทะเลสาบนี้จะแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตบนดวงจันทร์ Europa และ Ganymede หรือไม่ และอย่างไร
ในวารสาร Nature Geoscience ฉบับวันที่ 27 ตุลาคม ปี 2022 Martin Siegert ในสังกัดที่ Imperial College ของมหาวิทยาลัยลอนดอน ได้รายงานว่า มีแม่น้ำที่ยาว 460 กิโลเมตร ไหลผ่านใต้แผ่นน้ำแข็งของทวีป Antarctica ซึ่งการไหลของแม่น้ำนี้ได้ทำให้มวลน้ำแข็งของทวีปละลายไปในปริมาณมาก การพบนี้ได้ลบล้างความเชื่อเดิม ๆ ที่ว่า ทวีป Antarctica มีแต่น้ำแข็ง และแทบไม่มีน้ำเหลวเลย
นักวิจัยได้ให้เหตุผลสำหรับการมีแม่น้ำใต้น้ำแข็งว่า มาจากน้ำแข็งที่อยู่บริเวณฐานของแผ่นน้ำแข็งใหญ่ถูกแรงดันจากน้ำแข็งที่อยู่ข้างบนให้เคลื่อนที่เสียดสีกับผิวหินและดินข้างล่าง ทำให้เกิดความร้อนซึ่งจะไปละลายตัวมัน และเมื่อใดที่น้ำแข็งบนทวีปละลายหมด ระดับน้ำทะเลทั่วโลกจะสูงขึ้นถึง 4.3 เมตร
ดังนั้นการวิจัยเรื่องหนึ่งที่กำลังฮอตมากในปัจจุบัน คือ การศึกษาเรื่องอิทธิพลของทวีป Antarctica ต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศบนโลก
นอกจากนี้วงการวิทยาศาสตร์ก็ยังได้พบอีกว่า Antarctica เป็นดินแดนที่เหมาะกับการค้นคว้าด้านดาราศาสตร์ด้วย จากการที่นักดาราศาสตร์ได้สำรวจพบว่า ระบบสุริยะมีดาวเคราะห์น้อยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวกว่า 1 กิโลเมตร ประมาณ 2 ล้านดวง และทุกปีจะมีดาว 50,000 ดวง ที่มีมวลมากกว่า 1 กิโลกรัม ตกผ่านบรรยากาศโลก การเสียดสีกับบรรยากาศทำให้ดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็กได้ลุกไหม้เป็นดาวตก แต่ดาวเคราะห์น้อยที่ลุกไหม้ไม่หมด ก็จะตกสู่โลก เป็นอุกกาบาต
ในสายตาของคนบางคน อุกกาบาตเป็นวัตถุมงคล เพราะเป็นหินที่ตกจากสวรรค์ หลายคนจึงนิยมเก็บสะสมเป็นของหายาก บางคนก็เก็บไว้ในพิพิธภัณฑ์ส่วนตัว และในบางประเทศก็มีพิพิธภัณฑ์อุกกาบาต ที่จัดแสดงหินที่มีสีสันสวย และมีองค์ประกอบที่หลากหลายนี้ให้ผู้คนได้เข้ามาชม ทำให้วัตถุที่ถือกำเนิดมาพร้อม ๆ กับโลก เป็นสิ่งที่ทุกคนสนใจ การศึกษาธรรมชาติของอุกกาบาต จึงเปรียบเสมือนการนั่งยานย้อนเวลาหาอดีตไปสู่ขณะที่โลกเพิ่งถือกำเนิดใหม่ ๆ คือ เมื่อ 4,600 ล้านปีก่อน
นักดาราศาสตร์บางคนยังเชื่ออีกว่า อุกกาบาตได้นำน้ำและสิ่งมีชีวิตจากนอกโลกมายังโลก การระดมตกของอุกกาบาตและดาวหางได้ทำให้โลกมีทะเล รวมถึงสิ่งมีชีวิตพวกจุลินทรีย์รุ่นแรกๆ บนโลกด้วย
แต่ปัญหาสำคัญในการศึกษาเรื่องนี้ คือ เรามักไม่รู้ว่าอุกกาบาตรจะตกที่ใดและเมื่อไร นอกจากนี้สีของอุกกาบาตก็มักไม่แตกต่างจากก้อนหิน แร่ หรือโลหะทั่วไป ดังนั้นเวลามันตกถึงพื้นดิน เราจึงไม่สามารถเห็นความแตกต่างของมันจากก้อนแร่อื่น ๆ ได้ เพราะสีของอุกกาบาตกับสีของพื้นดินจะใกล้เคียงกัน แต่ถ้าอุกกาบาตนั้นตกบนทวีป Antarctica สีของอุกกาบาตจะตัดกับสีขาวของน้ำแข็งอย่างเห็นได้ชัด จึงเป็นเรื่องที่สะดวกสำหรับนักดาราศาสตร์จะเก็บมาศึกษา ดังนั้นตลอดเวลา 45 ปีที่ผ่านมานี้ รัฐบาลอเมริกันจึงได้สนับสนุนการเก็บอุกกาบาตจากทวีป Antarctica มาวิเคราะห์จนสามารถเก็บได้เป็นจำนวนมากกว่า 21,000 ชิ้นแล้ว
นักดาราศาสตร์มีอีกวิธีหนึ่งที่มักใช้ในการเก็บอุกกาบาต คือ ใช้เรดาร์ตรวจดูวิถีโคจรของดาวตก แล้วนำอุปกรณ์ที่มีปลายซึ่งทำด้วยมาเหล็กตรวจดู เพราะในอุกกาบาตมักมีสารแม่เหล็ก สัญญาณที่ได้ยินจะบอกว่า ตำแหน่งนั้นมีอุกกาบาตตกอยู่
ที่ออสเตรเลียมีทะเลทรายแห่งหนึ่งชื่อ Great Victoria Desert ซึ่งตั้งอยู่ระหว่างออสเตรเลียตะวันตกกับออสเตรเลียใต้ พื้นที่ในบริเวณนี้มีอุกกาบาตตกบ่อยมาก นักดาราศาสตร์ออสเตรเลียจึงได้จัดตั้งเครือข่าย Desert Fireball Network ซึ่งประกอบด้วยกล้องโทรทรรศน์ 50 กล้อง ให้โฟกัสดูลูกไฟดาวตกที่กำลังพุ่งผ่านชั้นบรรยากาศ เพื่อจะได้รู้ขนาด ความเร็ว และวิถีโคจรของอุกกาบาต จนสามารถคำนวณได้ว่ามันจะตก ณ ที่ใด และเมื่อไหร่ จากนั้นทีมนักดาราศาสตร์ก็จะขับรถไปตรวจดู แล้วเก็บอุกกาบาตไปศึกษา และได้พบว่า ในบางครั้งอุกกาบาตบางลูกมีต้นกำเนิดมาจากดาวเคราะห์น้อยที่อยู่นอกระบบสุริยะ (exoasteroid) เพราะมีองค์ประกอบที่เป็นแร่เหล็กในปริมาณมากผิดปกติ และอุกกาบาตบางลูกก็มาจากดาวอังคาร
เมื่อวันที่ 20 มกราคม ปี 2023 นี้ Vinciane Debaille จากมหาวิทยาลัย Brussels ใน Belgium ได้รายงานการพบก้อนอุกกาบาตที่หนัก 7.6 กิโลกรัมใน Antarctica และได้นำไปเก็บแสดงที่ Royal Belgian Institute of Natural Sciences เพื่อวิเคราะห์ว่ามาจากดาวดวงใด และได้เดินทางผ่านสภาพแวดล้อมรูปแบบใดบ้างก่อนจะตกถึงโลก
วงการดาราศาสตร์ได้ประจักษ์มานานแล้วว่า ท้องฟ้าเหนือ Antarctica แทบไม่มีเมฆหมอกปกคลุม หรือมีความชื้นเลย เมฆฝุ่นละอองก็มีในปริมาณน้อยตลอดทั้งปี ความสว่างใสของบรรยากาศในลักษณะนี้ จึงทำให้ Antarctica เป็นสถานที่เหมาะสำหรับการใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องดูดาวและสำรวจอวกาศ
กล้องโทรทรรศน์ที่คนทั่วไปรู้จักมีหลายรูปแบบตามชนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มาจากดาวหรือกาแล็กซี ดังนั้น เราจึงมีกล้องโทรทรรศน์หลายรูปแบบ เช่น กล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ แสงที่ตาเห็น อินฟราเรด อัลตราไวโอเลต ไมโครเวฟ แกมมา และคลื่นโน้มถ่วง ปัจจุบันนี้นักวิทยาศาสตร์ยังมีกล้องโทรทรรศน์อีกรูปแบบหนึ่ง เรียก กล้องโทรทรรศน์นิวทริโน (neutrino telescope) เพื่อรับอนุภาค neutrino ที่มาจาก supernova จากดวงอาทิตย์ และจากแหล่งกำเนิดรังสีคอสมิกอื่น ๆ เพื่อจะได้รู้โครงสร้างภายในของดาวฤกษ์ต่างๆ และเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นภายในของดวงอาทิตย์ รวมถึงของโลกด้วย
ปัจจุบันโลกมีกล้องโทรทรรศน์นิวทริโนแล้วประมาณ 20 กล้อง เช่น ในอเมริกา รัสเซีย อินเดีย ญี่ปุ่น ฯลฯ เพื่อรับนิวทริโนจากอวกาศ และจากเตาปฏิกรณ์ปรมาณูบนโลก เพราะเหตุว่า อนุภาคนิวทริโนมีอันตรกิริยากับอนุภาคอื่น ๆ ค่อนข้างน้อยมาก คือ แทบไม่มีอันตรกิริยากับอนุภาคใด ๆ เลย ดังนั้นการจะเห็นมันเปลี่ยนแปลงเพราะมีอนุภาคอื่น ๆ จึงเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นได้ยากมาก ด้วยเหตุนี้อุปกรณ์ตรวจจับอนุภาคนิวทริโน จึงจำเป็นต้องมีขนาดมโหฬาร (เพราะถ้ามีขนาดเล็ก อนุภาค neutrino จะพุ่งผ่านอุปกรณ์นั้นไปเสมือนว่า อุปกรณ์เป็นสุญญากาศ) และในเวลาเดียวกัน กล้องโทรทรรศน์นิวทริโนจำต้องมีเกราะกำบังอนุภาคชนิดอื่น ๆ เพื่อไม่ให้เข้าอนุภาคอื่น ๆ เข้ามาวุ่นวายภายในตัวกล้องด้วย และก็ได้พบว่า ขั้วโลกใต้มีน้ำแข็งในปริมาณมาก ดังนั้นถ้ามีการใช้น้ำแข็งที่มีปริมาตรหลายลูกบาศก์กิโลเมตรเป็นสสารอยู่ในตัวกล้อง กล้องก็จะสามารถตรวจรับอนุภาคนิวทริโนได้
เมื่อ 30 ปีก่อนนี้ โลกจึงมีโครงการ Antarctic Muon And Neutrino Detector Array (AMANDA) เพื่อรับอนุภาค muon neutrino ที่ขั้วโลกใต้ แล้วนักวิทยาศาสตร์ก็ได้พัฒนามาเป็นโครงการ IceCube ซึ่งอยู่ที่สถานีสำรวจ Amundsen–Scott ใน Antarctica โดยมีอุปกรณ์ photomultiplier เพื่อตรวจรับรังสี Cerenkov ที่จะเกิดขึ้นเวลา neutrino มีอันตรกิริยากับสสารภายในกล้อง นอกจากนี้ก็ยังมี detector ติดอยู่ที่ข้างผิวของก้อนน้ำแข็งปริมาตร 1 ลูกบาศก์กิโลเมตร (ก้อนน้ำแข็งนี้มีความยาว กว้าง และลึก ด้านละ 1 กิโลเมตร) ตัวอุปกรณ์อยู่ลึกใต้ผิวน้ำแข็งเป็นระยะทางประมาณ 1.5 กิโลเมตร
อุปกรณ์มูลค่า 10,000 ล้านบาทนี้ จำเป็นต้องได้รับการสนับสนุนจากนานาชาติ ทั้งด้านบุคลากรและงบประมาณ
อนุภาค neutrino สามชนิด และการเปลี่ยนแปลงไป-มา ระหว่างอนุภาคทั้งสามชนิด (neutrino oscillation)
ภาพจาก M. Strassler / profmattstrassler.com
สำหรับเทคนิคการตรวจจับ neutrino นั้น ก็ขึ้นกับชนิดของ neutrino และพลังงานของมัน ซึ่งตามปกติ neutrino ที่พบแล้วมี 3 ชนิด คือ electron neutrino, muon neutrino และ tau neutrino ที่มีมวลแตกต่างกัน ดังนั้นมันจึงสามารถแปรเปลี่ยนไป-มาระหว่างชนิดที่ 1, 2 และ 3 ได้ (ปรากฏการณ์ neutrino oscillation) การวัดมวลของ neutrino นับเป็นเรื่องที่สำคัญมากที่สุดเรื่องหนึ่งของทฤษฎี Standard Model เพราะถ้านักทดลองวัดค่ามวลได้ค่าที่แตกต่างไปจากทฤษฎี นั่นหมายความว่า นักทดลองกำลังอยู่ในดินแดนที่ทฤษฎีฟิสิกส์ยังไปไม่ถึง
ตามปกติเวลา neutrino มีอันตรกิริยากับนิวเคลียส neutrino อาจจะไม่เปลี่ยนแปลงอะไรเลย เราจึงเรียกอันตรกิริยานี้ว่า neutral-current interaction หรืออาจจะเปลี่ยนเป็นอนุภาค lepton นั่นคือ neutrino เปลี่ยนไปเป็นอนุภาค muon และถ้าอนุภาค muon ที่เกิดขึ้นใหม่ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วแสงในตัวกลาง (ice) มันจะปล่อยรังสี Cerenkov (ที่มีสีฟ้าอ่อน) ออกมาให้ photomultiplier ตรวจรับได้
เมื่อ 30 ปีก่อนนี้ โลกจึงมีโครงการ Antarctic Muon And Neutrino Detector Array (AMANDA) เพื่อรับอนุภาค muon neutrino ที่ขั้วโลกใต้ แล้วนักวิทยาศาสตร์ก็ได้พัฒนามาเป็นโครงการ IceCube ซึ่งอยู่ที่สถานีสำรวจ Amundsen–Scott ใน Antarctica โดยมีอุปกรณ์ photomultiplier เพื่อตรวจรับรังสี Cerenkov ที่จะเกิดขึ้นเวลา neutrino มีอันตรกิริยากับสสารภายในกล้อง นอกจากนี้ก็ยังมี detector ติดอยู่ที่ข้างผิวของก้อนน้ำแข็งปริมาตร 1 ลูกบาศก์กิโลเมตร (ก้อนน้ำแข็งนี้มีความยาว กว้าง และลึก ด้านละ 1 กิโลเมตร) ตัวอุปกรณ์อยู่ลึกใต้ผิวน้ำแข็งเป็นระยะทางประมาณ 1.5 กิโลเมตร
อุปกรณ์มูลค่า 10,000 ล้านบาทนี้ จำเป็นต้องได้รับการสนับสนุนจากนานาชาติ ทั้งด้านบุคลากรและงบประมาณ
สำหรับเทคนิคการตรวจจับ neutrino นั้น ก็ขึ้นกับชนิดของ neutrino และพลังงานของมัน ซึ่งตามปกติ neutrino ที่พบแล้วมี 3 ชนิด คือ electron neutrino, muon neutrino และ tau neutrino ที่มีมวลแตกต่างกัน ดังนั้นมันจึงสามารถแปรเปลี่ยนไป-มาระหว่างชนิดที่ 1, 2 และ 3 ได้ (ปรากฏการณ์ neutrino oscillation) การวัดมวลของ neutrino นับเป็นเรื่องที่สำคัญมากที่สุดเรื่องหนึ่งของทฤษฎี Standard Model เพราะถ้านักทดลองวัดค่ามวลได้ค่าที่แตกต่างไปจากทฤษฎี นั่นหมายความว่า นักทดลองกำลังอยู่ในดินแดนที่ทฤษฎีฟิสิกส์ยังไปไม่ถึง
ตามปกติเวลา neutrino มีอันตรกิริยากับนิวเคลียส neutrino อาจจะไม่เปลี่ยนแปลงอะไรเลย เราจึงเรียกอันตรกิริยานี้ว่า neutral-current interaction หรืออาจจะเปลี่ยนเป็นอนุภาค lepton นั่นคือ neutrino เปลี่ยนไปเป็นอนุภาค muon และถ้าอนุภาค muon ที่เกิดขึ้นใหม่ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วแสงในตัวกลาง (ice) มันจะปล่อยรังสี Cerenkov (ที่มีสีฟ้าอ่อน) ออกมาให้ photomultiplier ตรวจรับได้
ปัจจุบันนี้อุปกรณ์ IceCube จับอนุภาค neutrino ได้มากกว่า 1 แสนอนุภาคในทุกปี และนักทดลองได้พบว่าอนุภาค neutrino บางอนุภาคมีพลังงานมากกว่าอนุภาคที่เครื่องเร่งอนุภาค Large Hadron Collider (LHC) ผลิตได้ถึง 100 เท่า
คำถามจึงมีว่า อนุภาคคอสมิกที่มีพลังงานมหาศาลเช่นนี้ มาจากที่ใด และอะไรคือแหล่งให้กำเนิดมัน
สำหรับเรื่องโครงสร้างภายในของดาวต่าง ๆ นั้นก็เป็นเรื่องที่น่าสนใจ เพราะตามปกติเราจะเห็นผิวภายนอก แต่ภายในเราจะไม่เห็น กระนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็สามารถจะล่วงรู้ได้ จากการตรวจจับอนุภาค neutrino ที่เล็ดรอดออกมาจากเตาปฏิกรณ์ fusion ในดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ และ supernova ต่าง ๆ ตลอดจนถึงสามารถใช้อนุภาค neutrino ในการศึกษาโครงสร้างภายในของโลกได้ด้วย
เพราะภายในโลกมีธาตุกัมมันตรังสี potassium-40, uranium-238, thorium-232 ฯลฯ และธาตุเหล่านี้เวลาสลายตัวแบบ beta จะปลดปล่อยอนุภาค anti-neutrino ออกมา ซึ่งมีพลังงานต่าง ๆ กัน ตามชนิดของ nucleus กัมมันตรังสีนั้น ดังนั้นการรู้ปริมาณและพลังงานของอนุภาค anti-neutrino จะช่วยให้เรารู้ปริมาณของ nucleus และชนิดของมันได้ ซึ่งตัวเลขเหล่านี้จะบอกความหนาแน่นของผิวโลกในชั้นต่างๆ ที่อยู่ใต้โลกได้
การทดลองเรื่องนี้ จึงบอกให้เรารู้ว่า โลกมีโครงสร้างภายในที่เป็นชั้น 5 ชั้น ซึ่งมีความหนาแน่นต่างกัน ข้อมูลเหล่านี้ได้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์รู้มวลของโลก รู้มวลของแก่นกลางโลก และรู้การเคลื่อนที่ของคลื่นแผ่นดินไหวว่า สามารถจะทำให้เกิดปรากฏการณ์แผ่นดินไหวได้เมื่อไร ณ ที่ใด และรุนแรงเพียงใดด้วย
อ่านเพิ่มเติมจาก "Antarctic Weather". Australian Antarctic Program. Government of Australia. 18 February 2019. Retrieved 13 January 2021.
ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์
