ตามล่าละอองดาว
พวงร้อย คำเรียง (pkhamriang@hotmail.com)
เส้นทางโคจรของยานอวกาศสตาร์ดัสต์ (ภาพโดย JPL/Caltech)

โครงการอวกาศสตาร์ดัสต์ (Stardust) หรือ "ละอองดาว" คือโครงการที่จะส่งยานอวกาศในราวเดือนกุมภาพันธ์ 2542 ไปยังดาวหางที่มีชื่อว่า วีล-ทู (Wild-2) โดยคาดว่าจะไปถึงในเดือนมกราคม 2547 วิธีส่งยานไปนั้น จะใช้วิธีที่เรียกว่า Gravity Assist คืออาศัยแรงเหวี่ยงจากสนามแรงโน้มถ่วงของโลกมาช่วยผ่อนแรง ในรอบแรก ตัวยานจะโคจรเวียนรอบโลก เพื่ออาศัยแรงเหวี่ยงของโลกเหวี่ยงยานให้ขึ้นสู่วงโคจรที่ยืดออกกว้างขึ้นไป จนวนรอบดวงอาทิตย์ได้ในเวลาสองปีครึ่ง วงโคจรจะยืดออกไปไกลจนเข้าสู่วงโคจรของดาวหาง วีล-ทู ได้ในปี พ.ศ. 2557 การทำเช่นนี้ ส่วนหนึ่งก็เพื่อเอาแรงโน้มถ่วงของโลกมาช่วยประหยัดเชื้อเพลิง อีกสาเหตุหนึ่งก็คือ ยานจะได้เข้าใกล้ดาวหางด้วยความเร็วไม่สูงเกินไปนัก เพื่อจะจับละอองดาวอย่างละมุนละม่อม ไม่ให้บอบช้ำนัก จะได้เอามาศึกษาภายหลัง

หลังจากที่ใช้เวลาเดินทางเป็นเวลาห้าปี ยานสตาร์ดัสต์จะไปวนโคจรรอบดาวหางสองรอบ รอบแรกเป็นการบินผ่านไปถ่ายรูป รอบหลังเพื่อเก็บฝุ่นดาวหางที่เพิ่งระเหิดหลุดจากส่วนหัว หรือ โคม่า (coma) กลับมาศึกษา นับว่าเป็นครั้งแรกในโลกที่เราจะเก็บละอองดาวจากตัวดาวหางและนำกลับมายังโลก และนับเป็นโครงการอวกาศโครงการแรกที่มีเป้าหมายหลักเพื่อการศึกษาดาวหางโดยตรง และยังมีผลพลอยได้อีก คือ ยานสตาร์ดัสต์จะเก็บฝุ่นระหว่างดวงดาว (interstellar dust) จากอวกาศกลับมาพร้อมกันด้วย

เมื่อยานเข้าใกล้ดาวหางครั้งสุดท้าย ตัวยานอวกาศจะบินเฉียดนิวเคลียสไปแค่ 150 กิโลเมตรเท่านั้น โดยจะบินฝ่าม่านพายุสะเก็ดดาวเข้าไปในหัว อันเป็นละอองดาวสด ๆ ที่เพิ่งจะสลัดตัวออกจากนิวเคลียส นับว่าเป็นละอองดาวของแท้บริสุทธิ์ ที่ยังไม่ได้ถูกแปรสภาพไป จึงถือเป็นสารที่ใกล้เคียงกับสิ่งที่เป็นส่วนประกอบแรกเริ่ม ของระบบสุริยะมากที่สุดเท่าที่จะหามาได้

ยานสตาร์ดัสต์ กำลังบินเข้าหาดาวหาง วีล-ทู เพื่อเก็บสะเก็ดของมัน

เมื่อสิบกว่าปีมาแล้ว ในช่วง พ.ศ. 2529 องค์การอวกาศของทั้งยุโรป สหภาพโซเวียต (ในขณะนั้น) และญี่ปุ่น ได้ส่งยานอวกาศเฉียดเข้าไปถ่ายภาพดาวหางฮัลเลย์ นับเป็นครั้งแรกที่มีการศึกษาดาวหางในระยะใกล้ขนาดนั้น เช่นเดียวกับ ดาวหาง เทมเพิล-ทัตเทิล ที่มาทิ้งสะเก็ดดาวเป็นฝนดาวตกให้เราได้ดูกันเมื่อกลางเดือน พฤศจิกายนที่ผ่านมา ดาวหางฮัลเลย์โคจรในทิศกลับกันกับโลก ดังนั้นยานอวกาศจากโลก และตัวดาวหางฮัลเลย์จะวิ่งเข้าหากันด้วยความเร็วสูงมาก ประกอบกับดาวหางฮัลเลย์นั้นมีปฏิกิริยาเคมีเนื่องด้วยก๊าซแข็งระเหิดพวยพุ่ง ฝุ่นและหินถูกสลัดออกจากนิวเคลียสอย่างรุนแรงมาก จนกล้องถ่ายภาพของยาน จิออตโต (Giotto) ของอิตาลีที่เข้าไปถ่ายรูปในระยะใกล้ถึงกับเสียหายไป และก่อความเสียหายอื่น ๆ ให้อีกมาก เนื่องจากูกซัดด้วยสะเก็ดดาวจากดาวหาง แม้สะเก็ดดาวนี้มีขนาดเล็กเพียงไม่เกินเมล็ดข้าว แต่มันพุ่งเข้าใส่ด้วยความเร็วถึง 68 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จึงมีอานุภาพพอ ๆ กับแรงระเบิดจากระเบิดมือเลยทีเดียว แต่เคราะห์ดีที่ตัวยานจิออตโตเองไม่ถึงกับเสียหายไปด้วย เครื่องจับฝุ่นของยานได้บันทึกว่า สะเก็ดดาวพุ่งกระทบยานแรงพอ ๆ กับแรงกระเทือนจากการกระหน่ำลั่นกลองรบเลยทีเดียว

ภาพนิวเคลียสของดาวหางฮัลเลย์ ถ่ายโดยยานจีออตโต จากองค์การอวกาศแห่งยุโรป

ดาวหางวีล-ทูนี้ไม่มีปฏิกิริยามากมายอย่างดาวหางฮัลเลย์ และเป็นดาวหางที่โคจรไปในทิศเดียวกับโลก ยานจึงสามารเข้าไปใกล้ด้วยความเร็วที่ไม่สูงนัก คือประมาณ 6.1 กิโลเมตรต่อวินาที ในขณะที่จิออตโตพุ่งเข้าใส่ดาวหางฮัลเลย์เร็วกว่านั้นกว่าสิบเท่า ยานสตาร์ดัสต์จึงสามารถเข้าได้ใกล้กว่า ถ่ายภาพได้ชัดกว่า โดยที่ตัวกล้องและตัวยานจะเสี่ยงภัยน้อยกว่า ภาพที่จะถ่ายได้จะสามารถช่วยให้เราได้เห็นส่วนนิวเคลียส ส่วนหัว ส่วนหาง และการหมุนรอบตัวเองของดาวนี้ด้วยเป็นครั้งแรก ข้อมูลใหม่ ๆ ที่ได้จากยานสตาร์ดัสต์จะให้ความรู้เกี่ยวกับดาวหางมากอย่างไม่เคยมีมาก่อน

เมื่อบรรลุภาระหน้าที่แล้ว ยานสตาร์ดัสต์จะนำตัวอย่างสะเก็ดดาวที่จับมาได้กลับมายังโลก โดยจะเหวี่ยงแคปซูลที่บรรจุละอองดาวหางกลับมายังโลกในปี พ.ศ. 2549

เราจะศึกษาพวก ดาวหาง และ อุกกาบาตไปทำไมกัน?

แคปซูลบรรจุสะเก็ดดาวหาง วีล-ทูยามกลับถึงโลก จะถูกเหวี่ยงมาตกในรัฐยูท่าห์ สหรัฐอเมริกา

เราก็มีขี้ฝุ่นเต็มบ้านเต็มเมืองอยู่แล้ว จะเดือดร้อนสร้างยานออกไปกวาดเก็บกันกลางอวกาศ ให้เมื่อยไปทำไม มันก็เหมือนกันไม่ใช่หรือ แล้วเราจะเก็บละอองดาว หรือขี้ฝุ่นอวกาศมาทำอะไรกัน

อย่าเพิ่งดูถูกขี้ฝุ่นพวกนี้ว่าเป็นเรื่องขี้ผงไปนะ ที่เรียกกันว่า "ละอองดาว" หรือ "สะเก็ดดาว" ก็เพราะมันต่างกับขี้ฝุ่นทั่วไปตามบ้านเรา (โดยเฉพาะบ้านผู้เขียน มีเยอะแยะเลย) ละอองดาว หรือฝุ่นอวกาศนี้ เป็นเศษสิ่งตกค้างจากการสร้างโลกสร้างระบบสุริยะ ที่เขาเรียกว่าละอองดาวนี้คือสารชิ้นเล็กชิ้นน้อยที่ประกอบด้วยซิลิกา (หรือ เกล็ดแก้ว อันเป็นส่วนประกอบสำคัญของทราย เขาถึงได้เอาทรายมาทำกระจกไงล่ะ) และสารคาร์บอน ที่บ้างก็คล้ายถ่าน บ้างก็คล้ายดินน้ำมันและก๊าซระเหย ที่อาจเป็นไอ้น้ำหรือก๊าซต่าง ๆ เช่น ก๊าซมีเทน เป็นต้น

ละอองดาว เป็นตัวการสำคัญที่ทำให้เกิดสิ่งต่าง ๆ ในสภาพแวดล้อมของเราและในจักรวาล เช่น ดาวตก วงแหวนรอบดาวเคราะห์ต่าง ๆ โดยความจริงแล้ว มีสิ่งต่าง ๆ มากมายในจักรวาลที่มาจาก กลุ่มควัน กลุ่มฝุ่น ของละอองดาวพวกนี้นี่เอง

สาเหตุที่เขามุ่งศึกษาดาวหางก็เพราะดาวหาง เป็นวัตุเก่าแก่ที่สุดในระบบสุริยะของเรา ซึ่งยังคงรักษาสภาพดั้งเดิมของสารต้นกำเนิดของเนบิวลาอันเป็นบรรพบุรุษของดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์ทั้งหลายในระบบสุริยะ

สารดั้งเดิมพวกนี้เคยมีมาก่อนบนโลกและดาวเคราะห์ต่าง ๆ หากถูกเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพแวดล้อม และจากการที่ถูกแดดแผดเผาอย่างต่อเนื่องกันมานับพัน ๆ ล้านปี ทำให้สารพวกนี้สลายตัวไปหมดแล้ว แต่เนื่องจากดาวหางและอุกกาบาตมีวงโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรีที่แคบยาวมาก ๆ ใช้เวลาส่วนมากอยู่ห่างไกลสุดขอบสุริยะในแดนอันมืดมิดและหนาวเย็น ด้วยเหตุที่มันใช้เวลาอยู่แสนไกลจากดวงอาทิตย์ นาน ๆ จึงจะแวะเวียนเข้าใกล้ดวงอาทิตย์สักครั้ง ดังนั้น ดาวหางส่วนใหญ่ จึงยังคงรักษาสภาพเดิมไว้ได้มาก นักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อว่า ดาวหางและอุกกาบาตเป็นแหล่งที่ยังมีสารดั้งเดิมจากสมัยแรกกำเนิดจักรวาลคงอยู่เป็นจำนวนมาก อย่างที่จะหาที่ไหนไม่ได้อีกแล้ว หากเราศึกษาและทำความเข้าใจพวกดาวหางเหล่านี้ ก็จะช่วยให้เราค้นพบกุญแจสำคัญที่จะให้คำตอบ เกี่ยวกับต้นกำเนิดของระบบสุริยะ และจะช่วยให้เราเข้าใจการเกิดตัวของดาวเคราะห์ทั่วไปในจักรวาลได้ดีขึ้น จากเดิมที่แทบจะไม่รู้อะไรเลย

และที่สำคัญที่สุดก็คือ ความเข้าใจเกี่ยวกับดาวหางและอุกกาบาต จะมีส่วนช่วยไขปริศนาว่า สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นบนโลกได้อย่างไร

ภาพด้านหลังของดวงจันทร์ ซึ่งคงสภาพหลุมอุกกาบาตที่โดนถล่มมาตลอด เกือบห้าพันล้านปี โดยหลุมเหล่านี้ มิได้โดนกร่อนกัดซัดเซาะดังเช่นหลุมที่เกิดขึ้นบนโลก เนื่องจากดวงจันทร์ไม่มีบรรยากาศ (ภาพโดย นาซา)

เชื่อกันว่าดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ หรือดาวอื่น ๆ แรกเริ่มก็คงมาจากเศษฝุ่น เศษหิน ที่วนเวียนรอบดวงดาว มาผนึกรวมตัวกันเกิดเป็นดาวเคราะห์ขึ้นมา เมื่อประมาณ 4.6-3.8 พันล้านปีมาแล้วนั้น ยังมีเศษอะไรต่อมิอะไรบินกันให้ว่อนอยู่ทั่วระบบสุริยะ ดาวเคราะห์น้อยใหญ่ที่เพิ่งเกิดใหม่จึงถูกถล่มกันขนานใหญ่เรียกกันว่า ยุคบอมบาร์ดใหญ่ครั้งหลัง (Late Heavy Bombardment) โลก และดาวเคราะห์อื่นต่างถูกล่มใส่กันอย่างไม่หยุดยั้ง

จากแรงถล่มระเบิดเปิดเปิงพวกนี้ ทำให้พื้นผิวมีอุณหภูมิสูงจัดมาก น้ำในมหาสมุทรที่มีอยู่แต่แรก หากไม่ระเหยหายไปในอวกาศด้วยความร้อนจัด ก็โดนระเบิดสาดขึ้นฟ้าหายไปหมดไม่เหลือหรอ โมเลกุลที่มีคาร์บอนทั้งหลายที่มีมาแต่แรกบนพื้นโลก ก็มอดไหม้สูญสลายไปหมดสิ้น ในสภาพเช่นนี้ ไม่มีสิ่งมีชีวิตใด ๆ จะรอดอยู่ได้ และก็จะไม่มีสารอะไรหลงเหลือให้ก่อตัวเกิดเป็นสิ่งมีชีวิตขึ้นมาได้อีก

แต่ว่า สิ่งมีชีวิตบนโลกเริ่มเกิดมาหลังจากนั้นไม่นานเอง จากฟอสซิลเก่าแก่ที่สุดที่ค้นพบได้มีอายุประมาณ 3.5 พันล้านปี ช่วงเวลาเพียงสามร้อยล้านปีนั้น นับว่าสั้นมากเมื่อเทียบการพัฒนาสิ่งมีชีวิตกับสภาพของโลกก่อนหน้านั้น ในเมื่อส่วนประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิต คือ คาร์บอน กับ น้ำ ไม่มีหลงเหลืออยู่บนโลกแล้ว ถ้าอย่างนั้น สิ่งมีชีวิตที่ทิ้งร่องรอยบนฟอสซิลเหล่านี้ เอาสารประกอบสำคัญนั้นมาจากไหนกันล่ะ นี่เป็นปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์ขบไม่แตกกันมานานแล้ว

แผนที่แหลมยูคาทาน ประเทศเม็กซิโก แสดงขอบเขตของร่องรอยหลุมอุกกาบาตยักษ์ที่เป็นสาเหตุให้ไดโนเสาร์สูญพันธุ์ไป เมื่อ 65 ล้านปีมาแล้ว

ความเป็นไปได้มากที่สุดก็คือ มันตกมากับดาวหางที่ถล่มใส่โลกอย่างต่อเนื่องกันมานั่นเอง หลังจากที่พื้นโลกเริ่มเย็นลงแล้ว ดาวหางและอุกกาบาตต่าง ๆ ก็ยังพากันแวะเวียน ทุ่มตัวตกสู่โลกอยู่อย่างไม่ขาดสาย แม้จะน้อยลงมาก แต่ดาวหางและอุกกาบาตเป็นสื่อเดียวที่นำเอาวัตถุใหม่ ๆ ตกลงมาบนพื้นโลก และก็มีแต่ดาวหางเท่านั้นที่ประกอบด้วย น้ำ และ สารอินทรีย์เป็นจำนวนมาก

นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อกันว่า สิ่งมีชีวิตมิได้เกิดมาจากสารที่มีเหลืออยู่บนโลก หากมาจากอวกาศอันไกลโพ้นโดยดาวหางเป็นตัวนำมาให้ เนื่องด้วยดาวหางประกอบด้วยวัตถุก่อสร้างเบื้องต้นของสิ่งมีชีวิตที่สำคัญคือ น้ำ และ คาร์บอน หากพิสูจน์ได้ว่าเป็นเช่นนั้นจริง คงจะกล่าวได้ว่าเรา ๆ ท่าน ๆ ทั้งหลาย ถูกส่งมายังโลกด้วยไปรษณีย์อวกาศคือดาวหางทั้งหลายนั่นเอง เราจึงน่าจะมีต้นกำเนิดมาจากสะเก็ดดาว นักวิทยาศาสตร์จึงหวังว่า การศึกษาสะเก็ดดาวหางจะมีส่วนช่วยไขปัญหาสร้างโลกได้ทีเดียว

ดาวหาง ก็เป็นได้ทั้งตัวสร้างและตัวทำลาย คือตั้งแต่ยุคสร้างโลกเป็นต้นมา ดาวหาง และ อุกกาบาตใหญ่น้อยก็ตกสู่โลกมิได้ขาด แต่ไม่ได้มีมากเช่นยุคบอมบาร์ดใหญ่ซึ่งสิ้นสุดลงไป ก่อนหน้าการกำเนิดของสิ่งมีชีวิตได้ไม่นาน ดาวหางและอุกกาบาตรุ่นหลัง ๆ นี้ ก็ได้พิฆาตเข่นฆ่า สิ่งมีชีวิตมากน้อยไปตามขนาดของมัน ครั้งที่ร้ายแรงที่สุดหลังจากยุคบอมบาร์ดใหญ่ก็คือเมื่อ 65 ล้านปีมาแล้ว นักวิทยาศาสตร์ขุดพบฟอสซิลไดโนเสาร์ที่ตายหมู่กันเป็นจำนวนมาก และไม่มีปรากฏว่า จะมีไดโนเสาร์เหลืออยู่บนโลกหลังจากนั้น ราวกับว่าอยู่ ๆ มันก็พากันตายลงพร้อม ๆ กันจนหมดสิ้น เมื่อไม่ถึงยี่สิบปีมานี้เอง นักวิทยาศาสตร์สามารพิสูจน์ได้ว่า มีวัตถุจากอวกาศขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 กิโลเมตร ตกสู่โลกเมื่อ 65 ล้านปีก่อนที่แหลมยูคาทาน ในอ่าวเม็กซิโก ซึ่งทิ้งร่องรอยหลุมกว้างถึง 180 กิโลเมตรฝังลึกอยู่ใต้ดินประมาณ 1 กิโลเมตร ทำให้มีเศษฝุ่นจำนวนมหาศาล ถูกสาดขึ้นไปยังบรรยากาศชั้นบน บดบังแสงอาทิตย์จนพื้นโลกมืดมิดอยู่เป็นเวลาถึงสองปี และได้ทำลายสิ่งมีชีวิตบนโลกถึง 75 เปอร์เซ็นต์ อันเป็นจุดจบอย่างสมบูรณ์ของยุคไดโนเสาร์นั่นเอง

ผลกระทบอันสำคัญก็คือ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ยังเป็นแค่สัตว์เล็กคล้ายหนูรอดมาได้ และวิวัฒนาการจนครอบครองโลกได้ในทุกวันนี้ หากไดโนเสาร์ไม่ถูกทำลายไปในครั้งนั้น เจ้าหนูตัวเล็ก ๆ นั่นก็คงไม่มีสิทธิ์แก่งแย่งหาอาหารแข่งกับไดโนเสาร์ตัวโตที่พัฒนามาก่อนได้ พวกเรา ๆ ท่าน ๆ ทั้งหลาย จะไปอยู่ที่ไหนกันก็ไม่รู้

หลุมมรณะ ภาพวาดโดย วิลเลียม ฮารต์แมน แรงถล่มของอุกกาบาตสาดฝุ่นจำนวนมหาศาลขึ้นไปบดบังแสงอาทิตย์ จนฟ้ามืดมิดอยู่ถึงสองปี สิ่งมีชีวิตใหญ่น้อยประสบภัยพิบัติกันทั่วหน้า เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย ยูซีแอลเอ พบชิ้นส่วนที่ทำให้เชื่อได้ว่า วัตุที่ถล่มโลกเมื่อ 65 ล้านปีก่อนนี้ เป็นอุกกาบาต
ภาพวาดยานสตาร์ดัสต์แล่นเข้าหา ดาวหาง วีล-ทู (Wild-2)

อย่าเพิ่งมองแต่พลังทำลายของมันแต่อย่างเดียว ดาวหางอันมีอยู่มากมายในระบบสุริยะนั้นมีน้ำแข็งเป็นส่วนประกอบจำนวนมาก ในเมื่อมีน้ำ เราก็สามารถเอามาแยกออกมาเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ซึ่งก็คือโฮเดรซีน ที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในจรวดและยานอวกาศนั่นเอง

ในอนาคต ใครจะไปรู้ได้ว่า เราอาจจะเดินทางไปในอวกาศด้วยการแวะเติมเชื้อเพลิงจรวดจากสถานีดาวหางต่าง ๆ ก็เป็นได้

การจะจับละอองดาวนั้น ใช่ว่าจะทำกันได้ง่าย ๆ สะเก็ดดาวในอวกาศ จะวิ่งใส่เครื่องมือด้วยความเร็วที่สูงกว่าลูกกระสุนจากปืนยาวหลายเท่า สะเก็ดนิดเดียวที่เล็กกว่าเส้นผมนี้จะก่อแรงปะทะพอ ๆ กับยิงด้วยลูกกระสุนขนาด .22 เลยทีเดียว เมื่อกระทบเข้าใส่เครื่องมือที่จะจับมัน ก็จะปะทะกันอย่างรุนแรง ตัวสะเก็ดดาว อาจจะระเหิดหายไปไม่มีเหลือ หรือหากมันจะรอดมาได้ ส่วนประกอบทางเคมี ก็จะเปลี่ยนแปลงไป จะเอามาวิเคราะห์อะไรก็ไม่ได้ เป็นการเปล่าประโยชน์ไป เพราะเราต้องการจับสะเก็ดดาวสด ๆ เอามาศึกษา ว่ามันมีส่วนประกอบอะไรบ้าง

แล้วเราจะจับละอองดาวกันอย่างไรดี

โชคดีที่มีของดีมาให้ได้ใช้กัน สิ่งนั้นคือ แอโรเจล อันทำมาจาก ซิลิกา ซึ่งเป็นสิ่งเดียวกับที่ใช้ทำกระจกนั่นเอง แต่มันประกอบด้วยสายใยที่ผสมด้วยฟองอากาศกับฟองแก้ว ต่อกันเป็นทาง เหมือนสายสร้อยที่ร้อยด้วยลูกปัดเม็ดน้อยนิด จึงมีความบางเบายิ่งกว่าใยแก้วเสียอีก กล่าวคือมีอากาศผสมอยู่ถึง 99% มันหนักกว่าอากาศเพียงสามเท่า และบางมากจนเกือบใส ดูเหมือนควันจาง ๆ บางครั้งเขาก็เรียกมันว่า ควันแก้ว (frozen smoke)

ดร. ปีเตอร์ โสว กับ ก้อน แอโรเจล

ควันแก้วจะไม่ใสทีเดียวนัก เพราะเวลาสร้างในห้องปฏิบัติการ แรงดึงดูดของโลกทำให้ฟองอากาศมันมีขนาดไม่เท่ากันและเรียงตัวกันอย่างไม่เป็นระเบียบนัก มันจึงหักเหแสงที่ส่องผ่านไปบ้างจนทำให้ดูขุ่น ๆ เหมือนก้อนวุ้น ขณะนี้มีการกำลังทดลองสร้างแอโรเจลในอวกาศ โดย จอห์น เกลน เมื่อเร็ว ๆ มานี้เอง ในสภาพไร้น้ำหนัก คาดว่าฟองอากาศจะออกมามีขนาดใกล้เคียงกันมากขึ้น และเรียงตัวได้อย่างมีระเบียบดีขึ้น คาดว่าคงจะทำให้แอโรเจลลดความขุ่นมัวลงไปได้ เมื่อใดที่มีการค้นพบวิธีทำให้แอโรเจลใสขึ้นมาได้ ก็จะมีประโยชน์ตามมาอย่างมหาศาล เราคงต้องติดตามผลการทดลองกันต่อไป

แอโรเจล เป็นฉนวนกั้นความร้อนจากอุณหภูมิสูงๆได้ดี ภาพโดย Ernest Orlando, Lawrence Berkeley National Laboratory

แอโรเจลนี้ เบากว่ากระจกถึงพันเท่า แต่เป็นฉนวนกั้นความร้อนที่ดีกว่ากระจกถึงกว่าสามสิบเท่า แผ่นแอโรเจลหนาเพียงหนึ่งนิ้วจะกั้นความร้อนได้เท่ากับกระจก 32 แผ่น แม้จะนำมันไปเผา กว่าจะละลายก็ต้องเป็นอุณหภูมิถึงเกือบ 1,400 องศาเซลเซียส

ถ้าค้นวิธีทำให้มันใสได้ เราอาจนำมาใช้ตามอาคารบ้านเรือนแทนกระจก ซื่งจะประหยัดพลังงานในการรักษาอุณหภูมิภายในได้มาก ประมาณว่า บ้านที่ใช้แอโรเจลแทนกระจก จะลดการใช้ไฟฟ้า หรือก๊าซทำความร้อนลงได้ถึงสามสิบเปอร์เซ็นต์ แต่ในปัจจุบันยังเอามาใช้ไม่ได้ เพราะแอโรเจลยังขุ่นและมองทะลุไม่ได้ จึงยังไม่มีใครอยากเอามาใช้แทนกระจก จนกว่าจะพบวิธีมาทำให้มันใสขึ้นมาได้เสียก่อน

แอโรเจลนี้ นักวิทยาศาสตร์แห่ง มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด เป็นผู้ค้นพบเมื่อประมาณหกสิบปีมาแล้ว แต่วิธีการทำยุ่งยากมากจนไม่มีใครคิดจะเอามาใช้ทำประโยชน์ จนเมื่อยี่สิบปีมานี้เองที่ ดร. ปีเตอร์ โสว แห่งเจพีแอลขององค์การนาซา ได้ประยุกต์วิธีทำแอโรเจลที่ไม่ยุ่งยากจนพอที่จะเอามาใช้ทำประโยชน์ได้ นาซาเพิ่งได้ทดลองแอโรเจลในกระสวยอวกาศในระยะสิบกว่าปีมานี้ แรกทีเดียวมันถูกเน้นในด้านเอามาใช้เป็นฉนวนกันหรือเก็บความร้อนเป็นหลัก อุปกรณ์ชิ้นแรกที่ได้ใช้แอโรเจลในโครงการอวกาศอย่างเต็มที่ก็คือ ยานสำรวจขนาดจิ๋ว โซเจอร์เนอร์ ที่ไปดาวอังคารกับยานมาร์สพาธไฟน์เดอร์เมื่อปีที่แล้วนี่เอง

รูปยานโซเจอร์เนอร์ที่ต้องทนความหนาวจัดขนาดอุณหูมิ -100 องศาเซลเซียส บนดาวอังคาร

ยานโซเจอร์เนอร์ของยานมาร์สพาธไฟน์เดอร์ใช้แอโรเจลนี้เป็นฉนวนรักษาความร้อน จากความหนาวจัดถึง -100 องศาเซลเซียสบนดาวอังคาร ในขณะที่อุปกรณ์ไฟฟ้าของโซเจอร์เนอร์จะทนอุณหภูมิได้เพียง -40 องศาเซลเซียสเท่านั้น ดอนน่า เชอร์ลี รองผู้อำนวยการโครงการนี้กล่าวว่า "หากเราใช้ฉนวนกันความร้อนอย่างธรรมดาทั่ว ๆ ไป โซเจอร์เนอร์คงหนาวตายไปนานแล้ว และคงไม่สามารถทนทำงานอยู่บนดาวอังคารได้ถึงเจ็ดเดือนหรอก" และความเบาราวปุยเมฆของแอโรเจลก็ได้ช่วยลดน้ำหนักของยานพาธไฟน์เดอร์ทั้งลำลงไปได้ 20% ซึ่งก็ช่วยลดค่าใช้จ่ายของโครงการได้เป็นจำนวนมาก เนื่องจากค่าส่งยานอวกาศออกไปนอกโลกนั้นเพิ่มขึ้นตามน้ำหนักบรรทุก ประมาณว่าน้ำหนักหนึ่งปอนด์จะต้องใช้ค่าใช้จ่ายถึงหนึ่งหมื่นเหรียญสหรัฐเพื่อส่งออกไปในอวกาศ

แอโรเจล ตัวจับละอองดาว

เมื่อความสนใจต่อดาวหางและดาวเคราะห์น้อยมีมากขึ้น เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์เริ่มเข้าใจแล้วว่า ดาวหางเป็นสิ่งที่นำสารก่อชีวิตมาแพร่กระจายบนดาวเคราะห์ จึงได้มีการตระเตรียมโครงการที่จะไปจับเอาละอองดาวหางมาศึกษา แต่ก็เกิดปัญหาให้ขบคิดกันว่าจะเอาสารอะไรมาจับละอองดาวโดยไม่ให้บอบช้ำ เพื่อจะได้เอามาศึกษาในสภาพใกล้เคียงกับของดั้งเดิมให้มากที่สุด หลังจากที่ได้มีการทดสอบสารต่าง ๆ แล้ว จึงได้พบว่าแอโรเจลนี้มีความเหมาะสมที่สุด

ดาวหาง วีล-ทู เป้าหมายของโครงการ

ยานสตาร์ดัสต์นี้เป็นเพียงโครงการอวกาศที่สองที่เอาแอโรเจลมาใช้ หลังจากโครงการบุกเบิกดาวอังคารพาธไฟน์เดอร์ แต่คราวนี้แอโรเจลไม่ต้องแสดงบทเป็นสองรองใครเหมือนเมื่อคราวไปดาวอังคาร แต่จะได้เป็นตัวเอกเต็มที่ เพราะจะเป็นตัวเก็บละอองดาวอันเป็นเป้าหมายหลักของโครงการนี้

ภาพวาดของยานสตาร์ดัสต์ขณะเก็บตัวอย่างจากดาวหางวีล-ทู ในปีพ.ศ. 2547

การจับละอองดาวมาศึกษานั้น เขาต้องการถนอมให้มันคงสภาพเดิม ให้มากที่สุดเท่าที่จะมากได้ เมื่อละอองดาวที่ปะทะอะไรก็ตาม ด้วยความเร็วสูงขนาดนั้นมันก็จะเกิดแรงต้านเหมือนเวลาที่เราปาลูกบอลใส่กำแพง แรงต้านของกำแพงจะโยนให้ลูกบอลกระเด้งกลับ แต่ของเล็ก ๆ แข็ง ๆ ที่วิ่งด้วยความเร็วสูงอย่างละอองดาว จะมีแรงต้านมากถึงกับทำให้โมเลกุลของมันปริแยกออก และสลายตัวเป็นควันพลาสมาไปเลยก็เป็นได้ ดังนั้นสารที่จะเอามาจับละอองดาวนี้จะต้องไม่สะท้อนแรงต้านกลับมาใส่สะเก็ดละอองดาวจนเสียหาย คือต้องหยุดมันได้ แต่ไม่ทำลายมันลงไป

จากการทดลองในห้องแล็บ เขาเทียบผลการทดลองแอโรเจลกับโฟม และฟองน้ำผลปรากฏว่า แม้แอโรเจลจะไม่นิ่มเท่าโฟมแต่มันมีความหยุ่นน้อยกว่า จึงไม่ส่งอาการสะท้อนกลับฝุ่นที่แล่นมาชนมันเข้า และจะสามารถทะลวงแอโรเจลที่แสนเปราะบางให้เป็นทางยาวได้ ทางนี้มีลักษณะเป็นอุโมงค์รูปหัวแครอตที่มีหัวเรียวหางป้อม

ยามที่สะเก็ดดาวปะทะผิวแอโรเจล มันทะลวงฝ่าเข้ามาได้เพราะแอโรเจลนั้นบอบบางมาก การไปหักโครงสร้างภายในของแอโรเจล เจ้าฝุ่นเม็ดนั้นก็ต้องเสียพลังงานไปทีละน้อย จึงถูกชะลอไปในตัว จนกระทั่งหยุดสนิทไปในที่สุด นักวิทยาศาสตร์สามารถสำรวจรูนี้จากร่องรอยที่มีอยู่ และเอามาใช้วิเคราะห์ความเร็วกับทิศทางของสะเก็ดดาวนั้นได้ แม้ตัวสะเก็ดจะมีบางส่วนบุบบี้ไปบ้าง แต่การที่มันค่อย ๆ ชะลอช้า ๆ จึงช่วยนอมสภาพเดิมของมันได้มาก มันจะทิ้งรอยไว้ให้เอามาวิเคราะห์ได้ภายหลัง

ภาพจากห้องทดลอง อนุภาคที่ทะลวงอุโมงค์รูปแครอต ทะลุในแอโรเจล อนุภาคฝังตัวในแอโรเจลที่เห็นได้ถนัดตา

ผนังที่ทำจากโฟมหรือฟองน้ำนั้น การสะท้อนกลับจะไปทำลายสารที่ชนใส่มันได้ และที่สำคัญ แรงต้านของผิวที่ค่อนข้างเหนียวจะทำให้เกิดความร้อนขึ้นมาหลอมละลายละอองดาว บางส่วนเสียหายไปได้ แอโรเจลจึงมีความเหมาะสมที่สุดที่จะเอามาจับละอองดาว

ด้วยเหตุที่แอโรเจลเป็นสิ่งที่ค่อนข้างจะโปร่งใส ไม่ใช่ของทึบ หากเอามาส่องกล้องดูก็เห็นได้ง่ายว่ามีอะไรฝังตัวอยู่ในนั้น จึงสะดวกมากที่จะเอามาวิเคราะห์ทีหลังโดยไม่ต้องผ่าให้เสียหาย โดยเอากระบอกใส่แอโรเจลหลาย ๆ อันมาต่อกันเหมือนรวงผึ้งที่ทำเป็นแผง เรียกว่า แผงเก็บละอองดาว (Dust Collector) เวลาไม่ใช้ก็ให้มันนอนราบ พอจะใช้ก็ยกตั้งรอท่าให้สะเก็ดดาวพุ่งมาชน เสร็จแล้วก็จะถูกเก็บเข้าอย่างมิดชิด และจะถูกส่งกลับโลกให้นักวิทยาศาสตร์เอามาศึกษาต่อไป

แผงเครื่องมือเก็บละอองดาวของยานสตาร์ดัสต์ ภาพวาดเฉพาะตัวแผงเก็บละอองดาว ขณะออกปฏิบัติการ

เมื่อเกิดฝนดาวตกสิงโตในเดือนพฤศจิกายน 2541 นั้น องค์การนาซาได้ส่งบอลลูนพร้อมด้วยเครื่องมือเก็บละอองดาวขึ้นไป โดยหวังจะเก็บละอองดาวมาบ้าง แต่ก็หวังได้น้อยเต็มที เนื่องจากบอลลูนจะลอยขึ้นไปได้แค่ 30 กิโลเมตร แต่สะเก็ดดาวจะเริ่มไหม้เมื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศตั้งแต่ระดับ 120 กิโลเมตรมาแล้ว แม้จะเก็บได้ (ซึ่งมีโอกาสแค่สิบเปอร์เซ็นต์เท่านั้น) มันก็ไหม้ละลายไปมากแล้ว แต่ก็ถือเป็นโอกาสดีที่จะได้ทำการทดสอบแอโรเจลไปจับละอองดาวหางเป็นครั้งแรก เพื่อจะเป็นการซักซ้อมรับมือกับของจริงเมื่อยานสตาร์ดัสต์ไปจับของจริงจากดาวหางวีล-ทู และส่งตัวอย่างกลับโลกในปี พ.ศ. 2549

แคปซูลบรรจุแผงเก็บละอองดาวจะถูกส่งกลับมายังโลกโดยจะถูกเหวี่ยงกลับมาตกในรัฐยูทาห์ ในปี พ.ศ. 2549

ข้อมูลอ้างอิง