Breakthrough Starshot ความหวังใหม่ในการสำรวจ Alpha Centauri

April 13, 2016

1.97k

เศรษฐีและนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย คุณ Yuri Milner ได้ออกมาประกาศโครงการ Breakthrough Starshot ในการส่งยานอวกาศที่มีขนาดเล็กกว่า iPhone เดินทางด้วยความเร็ว 20% ของความเร็วแสง ไปสำรวจ Alpha Centauri ซึ่งจะใช้ระยะเวลาเพียง 20 ปี โดยเป็นความร่วมมือระหว่างนักฟิสิกส์ชื่อก้องโลก Stephen Hawking และ CEO แห่ง Facebook คุณ Mark Zuckerberg

ระบบดาว Alpha Centauri เป็นระบบที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด มีระยะห่างเพียง 4.37 ปีแสง ประกอบด้วยดาวเคราะห์ที่นักดาราศาสตร์เชื่อกันว่าเป็นดาวที่มีแนวโน้มว่าจะมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่หรือมนุษย์สามารถเดินทางไปอยู่อาศัยได้ เพราะมันมีขนาดเล็ก มีมวลใกล้เคียงกับโลกของเรานั่นเอง (ดาวนี้แอบไปปรากฏในหนังเรื่อง Avatar ด้วยนะ)

อย่างไรก็ตาม 4.37 ปีแสงตัวเลขที่ดูเหมือนจะน้อย แต่เนื่องจากอัตราเร็วแสงนั้นมีค่าประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที นั่นหมายความว่าแสงจากดาว Alpha Centauri ต้องเดินทางไกลถึง 40.2 ล้านล้านกิโลเมตร ด้วยระยะทางเท่านี้ แม้จะเป็นยานอวกาศที่เร็วที่สุดในขณะนี้ก็ต้องใช้เวลาถึง 30,000 ปี เลยทีเดียว!

ระบบดาว Alpha Centauri

Breakthrough Starshot

โครงการ Breakthrough Starshot เป็นความพยายามครั้งใหม่ของมนุษย์ในการสำรวจอวกาศ มีเป้าหมายสำรวจดาว Alpha Centauri โดยทำการติดตั้งยานอวกาศอัตโนมัติขนาดเล็ก Nanocraft ที่มีน้ำหนักเบามาก เบาขนาดที่ต้องน้ำหนักของยานนี้วัดเป็นหน่วยกรัม ซึ่งประกอบด้วย

StarChip เป็นอุปกรณ์ขนาดจิ๋ว ติดตั้งกล้อง ตัวผลักดันโฟตอน แหล่งจ่ายพลังงาน ระบบนำทิศทาง และอุปกรณ์ในการสื่อสาร เพื่อใช้ในการสำรวจ
LightSail เปรียบผืนผ้าใบขนาดใหญ่ แต่มีน้ำหนักเบา ทำหน้าที่เปรียบเสมือนใบของเรือใบ แต่แทนที่จะรับลด เป็นการรับแรงผลักจากโฟตอนแทน

(ภาพจาก Breakthrough Initiatives)

ยานลำนี้จะเคลื่อนที่ได้โดยอาศัยการยิงแสงเลเซอร์ (Light Beamer) ทีมีกำลังถึง 100 กิกะวัตต์ ซึ่งประกอบด้วยโฟตอนจำนวนมากจากบนพื้นโลก ไปชนกับ LightSail เพื่อดันยานอวกาศให้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วถึง 20% ของแสง เรียกว่า Light Sail หรือ Solar Sail ทำให้ยานอวกาศใช้เวลาในการเดินทางถึง Alpha Centauri ที่อยู่ห่างออกไป 4.37 ปีแสง ในระยะเวลาเพียง 20 ปี ถือเป็นระยะเวลาที่สั้นมาก เมื่อเทียบกับการเดินทางด้วยยานอวกาศปกติซึ่งต้องใช้เวลาถึงประมาณ 30,000 ปี หรือถ้าเป็นยาน Voyager 1 จะต้องใช้เวลาถึง 70,000 ปี

แสงเลเซอร์จะผลักเจ้ายานนี่ได้อย่างไร ในเมื่อแสงไม่มีมวลแล้วจะเอาแรงมาจากไหน

ย้อนกลับไปสมัย ม.ปลาย เราคงคุ้นเคยกับสมการ E = mc2 ที่ว่ามวลเล็กๆ สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานมหาศาลได้ ทว่าสูตรนี้เป็นจริงกับวัตถุที่อยู่นิ่งเท่านั้น สูตรเต็มของมันคือ E2 = (mc2)2 + (pc)2 ซึ่งครอบคลุมวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วย หมายความว่า วัตถุที่เคลื่อนที่ก็จะมีพลังงานเนื่องจากการเคลื่อนที่ (ตัว pc) เข้ามารวมกับพลังงานตอนที่มวลอยู่นิ่งด้วย โดย p นี่ก็คือ “โมเมนตัม” ของสสารนั่นเอง ดังนั้น แม้ว่าโฟตอนของแสงจะไม่มีมวล แต่ก็ยังมีโมเมนตัมที่ผลักวัตถุให้เคลื่อนที่ได้ เมื่อโมเมนตัมมีการเปลี่ยนแปลงจะทำให้เกิดแรงผลัก (จาก F = ma = mv/t = p/t) จากนั้น แรงที่กระทำต่อพื้นที่ของยานจะกลายเป็นความดันคอยผลักยานให้เคลื่อนที่ออกไป เราเรียกหลักการนี้ว่า ความดันเนื่องจากการแผ่รังสี หรือ Radiation pressure หากนึกไม่ออกว่าเป็นยังไง ลองนึกถึงตอนจ้องมองหลอดไฟแล้วรู้สึกปวดตา ก็เป็นเพราะพลังงานจากแสงไฟที่ตกกระทบลูกตาของเรานั่นเอง แต่ไม่ต้องกลัวว่ามองนานๆ แล้วตาจะยุบ เนื่องจาก LightSail ของยานนั้นบางถึง 4.5 ไมครอน หรือประมาณ 1 ใน 4 ของถุงพลาสติก และแสงเลเซอร์ที่ใช้ก็เข้มข้นมากๆ จึงส่งยานเคลื่อนที่ออกไปได้อย่างง่ายดาย

แต่ถึงแม้จะใช้เลเซอร์ผลักยานให้เร็วเป็น 20% ของความเร็วแสงได้ ก็ไม่น่าจะส่งไปได้ไกลถึง Alpha Centauri ทีเดียว เพราะเป็นเรื่องยากที่จะเล็งแสงเลเซอร์ไปที่ดาวดวงเดียวตลอดเวลา แล้วอะไรจะผลักเจ้ายานให้เคลื่อนที่ต่อไป คำตอบก็คือ โฟตอนของ “แสงอาทิตย์” จะทำหน้าที่ดันใบเรือของยานออกสู่อวกาศอันไกลโพ้นต่อ เหมือนกระแสลมที่ทำให้เรือใบแล่นไปในทะเลได้นั่นเอง

ในการเดินทางไปยัง Alpha Centauri จะเป็นการพิสูจน์ว่าดาวเคราะห์ที่ค้นพบนั้นมนุษย์สามารถไปอาศัยอยู่ได้ โดยจะทำการถ่ายภาพลักษณะต่างๆ ของพื้นผิว เช่น มหาสมุทรหรือผืนดิน และส่งข้อมูลกลับมายังโลกโดยจะใช้เวลาประมาณ 4 ปี

โครงการนี้จะนำโดยคุณ Pete Worden อดีตหัวหน้าศูนย์วิจัย NASA AMES โดยมีผู้บริหารดูแล 3 คนคือคุณ Yuri Milner, Stephen Hawking และ Mark Zuckerberg

Embed from Getty Images

ทีมงาน Breakthrough Starshot (ขาด Mark Zuckerberg เนื่องจากติดภารกิจงาน F8)