จักรวาลนั้นกว้างใหญ่ไพศาลสุดที่จะจินตนาการ แม้ดาวฤกษ์ดวงที่อยู่ใกล้เพียงถัดไปจากดวงอาทิตย์ของเรา นั่นคือดาวพร็อกซิมา เซนทอรี (Proxima Centauri) ก็ยังอยู่ไกลถึง 4.37 ปีแสง ระยะทางนี้ต้องถือว่าไกลเกินคิดฝันว่าจะส่งยานเดินทางไปสำรวจได้
ตัวเลข 4.37 ปีแสงอาจดูเป็นเลขจำนวนน้อยๆ แต่หากลองพินิจดูว่า แสงซึ่งก็คือสิ่งที่เร็วที่สุดเท่าที่เรารู้จัก สามารถเดินทางได้เร็วถึง 7½ รอบโลกใน 1 วินาที แต่แสงที่ว่าเร็วนักหนากลับต้องใช้เวลานาน 4.37 ปี กว่าจะไปถึงดาวฤกษ์ที่ใกล้โลกที่สุดดวงนี้
ลองเปรียบเทียบดูอีกทีให้เข้าใจง่ายขึ้น สมมติว่าดวงอาทิตย์มีขนาดเท่าลูกเทนนิส ราวๆ 3 นิ้ว โลกเราก็จะมีขนาดราวๆ เม็ดทราย อยู่ห่างกันถึง 8.1 เมตร และดาวพร็อกซิมา เซนทอรีจะมีขนาดเท่าลูกปิงปองที่อยู่ห่างออกไปไกลถึง 2,370 กิโลเมตร หรือเป็นระยะทางวัดเป็นเส้นตรงจากกรุงเทพฯ ถึงเมืองฝูโจว ประเทศจีน ยานอวกาศที่เดินทางออกไปห่างระบบสุริยะที่สุดเวลานี้นั่นคือยานวอยเอจเจอร์ 1 (ออกจากโลกในปี 2522) จะมีขนาดเท่าประมาณเชื้อไวรัสที่เดินทางได้ไกลเพียง 32 เมตรเศษต่อปี ซึ่งต้องใช้เวลานานถึงราว 73,000 ปีในการเดินทางจากกรุงเทพฯ ถึงเมืองฝูโจว ซึ่งเปรียบแล้วก็คือระยะ 4.37 ปีแสง ซึ่งเป็นตำแหน่งที่อยู่ของดาวฤกษ์เพื่อนบ้านดวงนี้นั่นเอง
แต่ความพยายามของมนุษย์นั้นไม่สิ้นสุด ยิ่งมีการตรวจพบว่ามีดาวเคราะห์คล้ายโลกโคจรเป็นบริวารรอบดาวพร็อกซิมา เซนทอรี ยิ่งสร้างความน่าสนใจที่จะส่งยานโพรบเดินทางไปสำรวจ เผื่อว่าอาจได้พบชีวิตต่างภพที่นั่น
ล่าสุด ด็อกเตอร์ René Heller และทีมงานจากสถาบันวิจัยระบบสุริยะแม็กซ์พลังค์ ประเทศเยอรมนี ได้เสนอวิธีสร้างยานโพรบมวลต่ำขับดันด้วยแรงดันโฟตอนจากแสงอาทิตย์เพื่อให้เดินทางข้ามสู่ระบบดาวอื่นได้ด้วยความเร็วสูงยิ่งกว่าที่เคยคิดค้นกันมาในอดีต
โครงสร้างของยานโพรบมวลต่ำนี้คือวัสดุที่เรียกว่า ‘แอโรกราไฟต์’ ผลงานการประดิษฐ์คิดค้นของนักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัยคีลและฮัมบูร์ก ประเทศเยอรมนี วัสดุมหัศจรรย์นี้มีน้ำหนักเพียง 0.2 มิลลิกรัมต่อตารางเซนติเมตร หรือเบากว่าอากาศ 6 เท่า และเบากว่าอะลูมิเนียมถึง 15,000 เท่า แต่มีความแข็งแรงอย่างไม่น่าเชื่อ
ยานโพรบมวลต่ำที่สร้างจาก ‘แอโรกราไฟต์’ นี้จะอยู่ในรูปคล้าย ‘ใบเรือ’ ขนาดใหญ่ เพื่ออาศัยแรงผลักจากอนุภาคโฟตอนจากแสงอาทิตย์ในการสร้างพลังขับดันส่งพุ่งสู่เป้าหมาย ด้วยคุณสมบัติของโฟตอนที่เป็นอนุภาคไร้มวลแต่มีพลังงานและโมเมนตัม จึงสามารถผลักวัตถุต่างๆ ได้หากวัตถุนั้นมีน้ำหนัก ‘เบา’ พอ
“เราพบว่าชั้นแอโรกราไลต์บางๆ ที่มีความหนาประมาณ 1 มิลลิเมตร เมื่อนำไปสร้างใบเรือให้กับยานโพรบมวลต่ำและได้รับแรงดันโฟตอนจากแสงอาทิตย์ ยานโพรบนั้นก็จะได้แรงผลักจนเกิดความเร็วหลุดพ้นจากระบบสุริยะได้”
เมื่อเราทำให้ยานมีความเบาลงไปอีก ด้วยการลดความหนาของใบเรือให้เหลือเพียง 0.5 มิลลิเมตร ยานโพรบก็จะมีความเร็วในระดับที่จะเดินทางไปถึงดาวอังคารใน 60 วัน และเดินทางไปถึงดาวพลูโตในเวลา 4.3 ปี นั่นหมายถึงเร็วกว่ายานสำรวจพลูโตนิวฮอไรซันส์ถึงสองเท่า!
และหากเราทำให้ยานโพรบเบาลงไปถึงที่สุด ด้วยการทำให้ใบเรือแอโรกราไฟต์บางระดับไมโครเมตร แล้วนำยานนี้ไปไว้ที่ระยะห่างจากดวงอาทิตย์ 0.04 AU หรือ 4% ของระยะห่างระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก เพื่อให้เกิดแรงดันโฟตอนจากแสงอาทิตย์ที่มากพอ ก็จะส่งผลให้เกิดแรงผลักจนยานสามารถทำความเร็วได้ถึง 6,900 กิโลเมตรต่อวินาที เร็วกว่ายานวอยเอจเจอร์ 1 ที่ เดินทางด้วยความเร็ว 17 กิโลเมตรต่อวินาทีอย่างเทียบกันไม่ได้ และจะทำให้ยานลำโพรบมวลต่ำลำนี้ สามารถเดินทางไปถึงดาวพร็อกซิมา เซนทอรีในเวลาเพียง 185 ปีเท่านั้น
ด็อกเตอร์ René Heller ระบุเพิ่มเติมว่า ไอเดียของยานเรือใบเดินทางด้วยแสงนั่นเคยมีมาแล้วก่อนหน้านี้ แต่มีต้นทุนที่ค่อนข้างแพงและต้องใช้แสงเลเซอร์พลังสูงในการขับดันใบเรือ แตกต่างจากยานที่สร้างใบด้วยวัสดุ ‘แอโรกราไฟต์’ ที่มีต้นทุนต่ำกว่ามาก โดยค่าใช้จ่ายของยานโพรบลำนี้ในรุ่นต้นแบบจะตกอยู่ประมาณ 1 ล้านดอลลาร์สหรัฐ และในรุ่นใช้งานจริง ก็จะมีต้นทุนอยู่ราว 10 ล้านดอลลาร์สหรัฐ เท่านั้น
สุดท้ายแล้วปัญหาหลักๆ ในการเดินทางไกลข้ามระบบดาวก็จะไปตกอยู่ที่ระบบสื่อสาร ซึ่งยานที่จะเดินทางไปนั้นจะต้องมีเครื่องมือที่ทรงพลังพอ ที่จะส่งข้อมูลที่พบระหว่างทางกลับมาที่โลก และอุปกรณ์นี้อาจเพิ่มน้ำหนักให้ยานจนทำความเร็วได้ไม่เต็มที่ ซึ่งทีมงานจะต้องระดมสมองเพิ่มเติมเพื่อแก้ไขปัญหานี้ต่อไป
งานวิจัยนี้ตีพิมพ์เผยแพร่ลงในวารสาร Astronomy & Astrophysics
พิสูจน์อักษร: พรนภัส ชำนาญค้า
อ้างอิง:
