สมาคมดาราศาสตร์ไทย

ฟอสฟีนบนดาวศุกร์ หรืออาจจะแค่วิเคราะห์ผิด

ฟอสฟีนบนดาวศุกร์ หรืออาจจะแค่วิเคราะห์ผิด

23 ต.ค. 2563
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
ดาวศุกร์ เป็นดาวเคราะห์บริวารดวงที่สองของดวงอาทิตย์ มีวงโคจรใกล้โลกมากที่สุด มีขนาดใกล้เคียงโลกมาก แต่สภาพแวดล้อมบนดาวศุกร์กลับต่างจากโลกโดยสิ้นเชิง ดาวศุกร์เป็นดาวเคราะห์ที่มีอุณหภูมิสูงที่สุดถึง 470 องศาเซลเซียส แม้แต่ตะกั่วหรือดีบุกก็ต้องละลายเป็นของเหลวเมื่ออยู่ที่นี่ ร้อนกว่าดาวพุธที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่า เนื่องจากบนดาวศุกร์เกิดภาวะเรือนกระจกจากบรรยากาศที่ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์เกือบทั้งหมด อีกทั้งความดันบรรยากาศยังสูงกว่าของโลกราว 90 เท่า หรือเทียบเท่ากับความดันน้ำทะเลที่ระดับความลึก 900 เมตร ด้วยเหตุนี้จึงไม่แปลกที่บางคนเรียกที่นี่ว่า นรก

หากใครอยากจะมองหาสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่นนอกจากโลก ดาวศุกร์คงจะเป็นตัวเลือกลำดับท้ายสุด

เมฆบนดาวศุกร์ ถ่ายโดยยานมาริเนอร์ 10 (จาก NASA)


แต่เมื่อวันที่ 14 กันยายน 2563 คณะนักดาราศาสตร์นำโดย เจน เอส. กรีฟส์ ได้ประกาศการค้นพบสำคัญที่อาจทำให้ดาวศุกร์กลายเป็นดาวเคราะห์ดวงแรกนอกจากโลกที่พบสิ่งมีชีวิต

นักดาราศาสตร์คณะดังกล่าวได้สำรวจดาวศุกร์ในย่านความถี่ 267 กิกะเฮิรตซ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์เจมส์คลาร์กแมกซ์เวลล์เมื่อเดือนมิถุนายนปี 2560 เป็นระยะเวลาห้าคืนติดกัน กล้องเจมส์คลาร์กแมกซ์เวลล์เป็นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด-วิทยุ จานสายอากาศปฐมภูมิมีขนาด 15 เมตร เป็นส่วนหนึ่งของหอดูดาวมานาเคอาบนหมู่เกาะฮาวาย ผลการสำรวจพบสเปกตรัมดูดกลืนในช่วงความยาวคลื่นที่ตรงกับสเปกตรัมของฟอสฟีน 

เพื่อให้แน่ใจ คณะนี้จึงสำรวจซ้ำอีกครั้งด้วยกล้องโทรทรรศน์อัลมาในชิลี ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าและความไวสูงกว่ากล้องเจมส์คลาร์กแมกซ์เวลล์ สิ่งที่พบชัดเจนยิ่งขึ้น มีฟอสฟีนอยู่บนบรรยากาศดาวศุกร์จริง ๆ ไม่มีโมเลกุลหรืออะตอมอื่นใดที่มีสเปกตรัมดูดกลืนแบบเดียวกันนี้ 

ฟอสฟีน มีสูตรเคมีว่า PH3 เป็นสารประกอบชนิดหนึ่ง สถานะปกติเป็นแก๊ส หนึ่งโมเลกุลประกอบด้วยฟอสฟอรัสหนึ่งอะตอมและไฮโดรเจนสามอะตอม โครงสร้างคล้ายแอมโมเนีย (CH3บนโลกฟอสฟีนเกิดขึ้นได้จากสองกรณี คือ เป็นผลผลิตจากสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก พบได้ในธรรมชาติจากการเน่าเปื่อยของสารอินทรีย์ หรืออีกกรณีหนึ่งคือเกิดจากการสังเคราะห์ขึ้นมาในห้องทดลอง


เมื่อนักวิทยาศาสตร์ต้องการค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงอื่น จะทำโดยมองหาตัวบ่งชี้ทางชีวภาพซึ่งเป็นสารเคมีที่เป็นผลผลิตจากสิ่งมีชีวิต แก๊สออกซิเจนบริสุทธิ์เป็นตัวอย่างของตัวบ่งชี้ทางชีวภาพที่ดี เพราะออกซิเจนทำปฏิกิริยากับสารอื่นได้ง่าย จึงมักไม่พบว่ามีออกซิเจนบริสุทธิ์เป็นจำนวนมากเกาะกลุ่มกัน หากพบออกซิเจนบริสุทธิ์ที่ใด ก็อาจหมายความว่ามีสิ่งมีชีวิตที่คอยสร้างออกซิเจนออกมาเติมสู่สิ่งแวดล้อมตลอดเวลา 

แม้ฟอสฟีนก็เป็นตัวบ่งชี้ชีวภาพเหมือนกัน แต่การพบฟอสฟีนก็ไม่ได้หมายความว่าจะเป็นหลักฐานยืนยันว่าเกิดจากสิ่งมีชีวิตเสียทีเดียว เพราะฟอสฟีนก็อาจเกิดได้จากกระบวนการที่ไม่เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตได้เช่นกัน เช่นฟอสฟีนที่พบบนดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ 

แต่ในกรณีของดาวศุกร์ ปริมาณของฟอสฟีนที่ประเมินไว้อยู่ในระดับ 20 ส่วนในพันล้านส่วน ปริมาณนี้ฟังดูเหมือนน้อยนิด แต่ก็ถือว่ามากจนไม่สมเหตุสมผล ที่สภาพแวดล้อมของระดับความสูงที่พบฟอสฟีนนั้น ฟอสฟีนจะอยู่ได้ไม่นานนักเพราะจะสลายตัวไปภายในเวลาไม่กี่ร้อยปีเท่านั้น การที่พบฟอสฟีนอยู่ในปริมาณระดับนี้ ย่อมหมายความว่ามีบางสิ่งบางอย่างที่สร้างมันขึ้นมาเติมอยู่เสมอ 

แล้วบางสิ่งที่ว่านั้นคืออะไร นักวิทยาศาสตร์พยายามนึกถึงกระบวนการอนินทรีย์ต่าง ๆ ที่อาจสร้างฟอสฟีนขึ้นมาได้ เช่น แสงอาทิตย์ กระบวนการทางธรณีวิทยา ฟ้าแลบ อุกกาบาต ภูเขาไฟ แต่ตัวเลือกเหล่านี้ก็ล้วนตกไปเพราะไม่อาจสร้างฟอสฟีนขึ้นมาในระดับที่ตรวจพบได้ ดาวศุกร์จะต้องมีกิจกรรมภูเขาไฟมากกว่าโลกไม่น้อยกว่า 200 เท่าจึงจะสร้างฟอสฟีนขึ้นมาในระดับที่ตรวจพบ

สิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ที่ร้อนดั่งขุมนรก เป็นไปได้หรือ?


แม้จะเป็นดาวเคราะห์ที่มีอุณหภูมิพื้นผิวสูงที่สุดในระบบสุริยะ แต่ที่ระดับความสูง 50 กิโลเมตรของดาวศุกร์ อุณหภูมิในบรรยากาศลดลงเหลืออยู่ที่ประมาณ 20-30 องศาเซลเซียส และมีความดันบรรยากาศใกล้เคียงกับความดันบรรยากาศโลกที่ระดับน้ำทะเลบนโลก จึงย่อมมีความเป็นไปได้ที่จะมีสิ่งมีชีวิตที่ดำรงชีวิตอยู่ในบรรยากาศของดาวศุกร์ที่ระดับนี้

ทฤษฎีเรื่องสิ่งมีชีวิตในบรรยากาศดาวศุกร์ไม่ใช่เรื่องใหม่เสียทีเดียว ย้อนหลังไปในปี 2510 นักเขียนวิทยาศาสตร์ชื่อดัง คาร์ล เซกัน และนักชีววิทยา ฮาโรลด์ มอโรตวิตซ์ เคยสันนิษฐานว่าบนชั้นเมฆของดาวศุกร์อาจมีสิ่งมีชีวิตอยู่  โดยอธิบายว่าในช่วงต้นหลังจากที่ดาวศุกร์กำเนิดขึ้นมา อาจเคยมีสภาพแวดล้อมเหมาะสมต่อสิ่งมีชีวิตมากกว่าในปัจจุบัน อาจเคยมีสิ่งมีชีวิตอยู่บนพื้นผิว และต่อมาก็มีวิวัฒนาการมาอาศัยบนชั้นเมฆ เซกันและมอโรวิตซ์จินตนาการว่าสิ่งมีชีวิตบนก้อนเมฆอาจมีลักษณะเหมือนถุงลมที่ภายในบรรจุแก๊สไฮโดรเจนเพื่อช่วยให้ลอยอยู่บนฟ้าได้

ภาพพื้นผิวของดาวศุกร์ ถ่ายโดยยานวีเนรา 13 ยานลำนี้ทนอยู่ในสภาพแสนโหดของดาวศุกร์ได้เพียงสองชั่วโมงเท่านั้นก่อนจะพังเสียหายไป  (จาก Roscomos)


อย่างไรก็ตาม ดร. ซารา ซีเกอร์ จากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาจูเซตส์ หนึ่งในคณะของกรีฟส์สันนิษฐานว่า หากมีสิ่งมีชีวิตบนดาวศุกร์จริง ก็น่าจะอยู่ในรูปจุลินทรีย์ที่เกาะอยู่กับละอองฝอยในชั้นเมฆมากกว่า อาศัยสารอาหารในละอองฝอยในการดำรงชีวิต เมื่อละอองฝอยก่อตัวใหญ่ขึ้นก็จะหนักและลดระดับลงสู่บรรยากาศเบื้องล่างที่ร้อนกว่า ความร้อนที่เพิ่มขึ้นทำให้ละอองฝอยระเหยไป จุลินทรีย์ที่เหือดแห้งกลับลอยสูงขึ้นไปอีกครั้งด้วยแรงลม และจะมีโอกาสได้กลับสู่ภาวะได้รับน้ำอีกครั้งเมื่อได้เกาะกับละอองฝอยละอองใหม่ เป็นวัฏจักรวนเวียนเช่นนี้ ในช่วงที่จุลินทรีย์มีการเผาผลาญอาหารนี้เองที่สร้างฟอสฟีนขึ้นมา

วิถีการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตที่อาจอยู่ได้บนบรรยากาศดาวศุกร์ เป็นจุลินทรีย์ที่เกาะกินอยู่กับละอองฝอยพร้อมกับคายฟอสฟีนออกมา วนเวียนขึ้นลงอยู่ระหว่างระดับ 40-60 กิโลเมตรเหนือพื้นผิว  (จาก SARA SEAGER, JANUSZ J. PETKOWSKI, PETER GAO, WILLIAM BAINS, NOELLE C. BRYAN, SUKRIT RANJAN, AND JANE GREAVES. ASTROBIOLOGY. (2020))


ภาพดาวศุกร์จากยานอะคัตสึกิ สร้างโดยผนวกภาพที่ถ่ายในย่านความถี่อัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดเข้าด้วยกัน
 (จาก JAXA ISAS DARTS Justin Cowart)


อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์คณะดังกล่าวก็ยังไม่ถึงกับยืนยันร้อยเปอร์เซ็นต์ว่าฟอสฟีนที่พบเป็นผลจากจุลินทรีย์ในบรรยากาศดาวศุกร์จริง เพราะปัจจุบันนักดาราศาสตร์ก็ยังไม่เข้าใจกระบวนการทางเคมีในเมฆของดาวศุกร์ดีนัก การสรุปผลในรายงานการวิจัยยังคงเปิดทางไว้สำหรับความเป็นไปได้อื่น เช่นอาจเกิดจากกระบวนการเคมีที่เรายังไม่รู้จักก็ได้

เจอมาตั้งนานแล้ว แต่ไม่มีใครสังเกต


หากคิดว่าการพบสิ่งบ่งชี้ทางชีวภาพครั้งนี้น่าตื่นเต้นแล้ว คุณอาจต้องตกใจมากขึ้นที่ทราบว่าบางทีนาซาอาจพบหลักฐานนี้ตั้งแต่สี่สิบกว่าปีก่อนแล้ว แต่ไม่ทันได้สังเกตจนถึงตอนนี้

ทันทีที่มีการประกาศการค้นพบฟอสฟีนบนดาวศุกร์ออกมา ราเกซ โมกุล นักชีวเคมีจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียสเตตโพลีเทคนิคในพอโมนาแคลิฟอร์เนียและคณะ เกิดเอะใจถึงบางอย่างที่ตนคุ้นเคย จึงได้กลับไปสืบค้นจากคลังข้อมูลการสำรวจที่ได้จากยานไพโอเนียร์ 13 ที่ไปสำรวจดาวศุกร์ในเดือนธันวาคม 2521

หนึ่งในเครื่องมือวัดที่อยู่บนยานไพโอเนียร์ 13 คือ ลาร์จโพรบนิวทรัลแมสสเปกโทรมิเตอร์หรือ แอลเอ็นเอ็มเอส ยานไพโอเนียร์ 13 ได้หย่อนอุปกรณ์นี้ลงไปในชั้นเมฆของดาวศุกร์ โดยมีร่มชูชีพช่วยชลอความเร็ว แอลเอ็นเอ็มเอสได้ตรวจวัดสภาพแวดล้อมรอบด้านและส่งข้อมูลกลับมายังโลกก่อนจะถูกบรรยากาศของดาวศุกร์บดขยี้ไป

ในขณะนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้พุ่งความสนใจไปที่สารเคมีตัวอื่น และกลับมองข้ามสัญญานของสารประกอบฟอสฟอรัสไป ข้อมูลจากไพโอเนียร์ 13 เผยว่า ที่ชั้นเมฆระดับกลางของดาวศุกร์มีสัญญาณของฟอสฟีนเช่นกัน และยังพบสเปกตรัมของอะตอมฟอสฟอรัสในบรรยากาศด้วย ซึ่งเป็นไปได้ว่าอาจเกิดมาจากแก๊สอย่างฟอสฟีนแตกตัวออกก็ได้

นอกจากนี้คณะของโมกุลยังพบหลักฐานของสารเคมีบางชนิดที่ไม่น่าจะเกิดขึ้นเองได้ตามธรรมชาติในชั้นเมฆของดาวศุกร์เพิ่มขึ้นอีกด้วย เช่น คลอรีน ออกซิเจน และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 

แอลเอ็นเอ็มเอสไม่ได้ถูกสร้างมาเพื่อตรวจจับสารประกอบประเภทฟอสฟีน จึงใช้แยกแยะแก๊สที่มวลใกล้เคียงกับฟอสฟีนได้ไม่ง่ายนัก แต่ข้อมูลจากไพโอเนียร์ 13 ก็พบแก๊สที่มีมวลเท่าฟอสฟีนในสัดส่วนใกล้เคียงกับสัดส่วนของฟอสฟีนที่คณะของกรีฟส์พบ นี่ย่อมให้น้ำหนักแก่การค้นพบของกรีฟส์ได้ในระดับหนึ่ง

หรืออาจจะไม่ใช่


นอกจากคณะของโมกุลแล้ว นักวิทยาศาสตร์คณะอื่นก็ได้วิจัยเรื่องนี้เพิ่มเติมเช่นเดียวกัน บางคณะพยายามศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตปริมาณเท่าใดที่จะสร้างฟอสฟีนในระดับที่กรีฟส์พบได้ บางคณะพยายามอธิบายว่าภูเขาไฟก็สร้างฟอสฟีนได้เหมือนกัน แต่งานที่สั่นสะเทือนการค้นพบของกรีฟส์มากที่สุด กลับมาจากคณะนักวิทยาศาสตร์ที่มีส่วนสนับสนุนงานวิจัยของกรีฟส์เอง

นักวิทยาศาสตร์คณะนี้นำโดย อิกนัส สเนลเลน ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยไลเดินของเนเธอร์แลนด์ นักดาราศาสตร์คณะนี้ได้มีส่วนสนับสนุนโดยให้สคริปต์ที่ใช้ในการประมวลข้อมูลของอัลมาที่ปรับปรุงใหม่แก่คณะของกรีฟส์

คณะของสเนลเลนได้วิเคราะห์วิธีการปรับเทียบสเปกตรัมของกรีฟส์แล้วพบว่า บางขั้นตอนอาจทำให้เกิดข้อมูลผิดเพี้ยนได้ โดยเฉพาะเรื่องของการขจัดคลื่นรบกวนเพื่อให้มีอัตราส่วนสัญญาณต่อคลื่นรบกวน (S/N ratio) สูงในระดับหนึ่ง การขจัดคลื่นรบกวนทำได้โดยการเปรียบเทียบสัญญาณที่ต้องการกับคลื่นรบกวนพื้นหลังแล้วนำมาหักล้างกัน ซึ่งคณะของกรีฟส์ละเลยขั้นตอนนี้ไป 

คณะของสเนลเลนได้วิเคราะห์ข้อมูลการสำรวจของอัลมาอีกครั้งโดยใช้ข้อมูลดิบชุดเดียวกันกับที่กรีฟส์ใช้ ผลพบว่าสัญญาณของฟอสฟีนไม่เด่นพอที่จะยืนยันได้ว่ามีฟอสฟีนอยู่บนบรรยากาศดาวศุกร์จริง

อย่างไรก็ตาม งานวิจัยของสเนลเลนยังเป็นงานที่เผยแพร่ทาง arxiv.org เท่านั้น ไม่ผ่านการพิชญพิจารณ์ ส่วนงานของกรีฟต์ได้รับการเผยแพร่ใน Nature astronomy แล้ว 

ขณะนี้ ทั้งองค์การนาซา องค์การอีซา องค์การอวกาศอินเดีย และองค์การอวกาศรัสเซีย ต่างมีโครงการจะส่งยานำไปสำรวจดาวศุกร์ในอนาคตอันใกล้ ข้อมูลจากยานสำรวจเหล่านี้อาจช่วยให้ปริศนาฟอสฟีนบนดาวศุกร์ได้รับคำตอบที่ชัดเจนยิ่งขึ้น