ในปีที่ผ่านมา การสำรวจอวกาศทั้งการใช้เฮลิคอปเตอร์ขนาดเล็กบินสำรวจบนดาวอังคาร การเปลี่ยนวิถีโคจรของดาวเคราะห์น้อย และการเก็บข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับเอกภพด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webb ซึ่งหลายสิบปีที่แล้ว แนวคิดการดำเนินการต่างๆ ในอวกาศดูเหมือนเป็นเพียงนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ด้วยความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ ทำให้นิยายวิทยาศาสตร์เหล่านี้เป็นจริงในปัจจุบัน
NASA’s Innovative Advanced Concepts หรือ NIAC โครงการสนับสนุนนักประดิษฐ์และนักคิดที่มีจินตนาการและพร้อมที่จะเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจสำรวจอวกาศในอนาคตร่วมกับ NASA ได้คัดสรรโครงการแนวคิดใหม่ๆ ในการสำรวจนอกระบบสุริยะ 14 โครงการ มีเป้าหมายในการกระตุ้นการพัฒนาเทคโนโลยีและเครื่องมือที่จะสามารถใช้งานในภารกิจของ NASA ได้ในอนาคต โดยเงินทุนสนับสนุนแบ่งออกเป็น 3 ระยะ ระยะแรกมอบเงินทุนรางวัลละ 175,000 เหรียญสหรัฐฯ โดยนักวิทยาศาสตร์มีเวลา 9 เดือนในการใช้เงินทุนนี้ปรับแต่งและทดสอบแนวคิด ซึ่งหากผ่านการพิจารณาจะเข้าสู่การสนับสนุนเงินทุนในระยะที่ 2 ที่มอบเงินทุนรางวัลละ 600,000 เหรียญสหรัฐฯ เพื่อสรุปแนวคิดและพัฒนาให้เทคโนโลยีเข้าใกล้ความเป็นจริงมากขึ้น ส่วนในระยะที่ 3 จะมีเพียง 5 โครงการเท่านั้น ที่จะได้รับเงินทุน 2 ล้านเหรียญสหรัฐฯ เพื่อให้ดำเนินการต่อ
ตัวอย่างโครงการบางส่วนที่ได้รับทุนสนับสนุนจาก NIAC เช่น
Self-Growing Bricks for Mars
การสร้างอาณานิคมของมนุษย์บนดาวเคราะห์สีแดง จากนิยายวิทยาศาสตร์ เริ่มขยับใกล้ความจริงมากขึ้น เมื่อ ผศ.ดร. Congrui Jin อาจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมจาก University of Nebraska-Lincoln ได้ทำการศึกษาวิจัยการรักษารอยร้าวในคอนกรีตด้วยแบคทีเรียและเชื้อรา ซึ่ง ผศ.ดร. Jin เชื่อว่า หากเชื้อจุลินทรีย์เหล่านี้ สามารถสร้างโครงสร้างที่แข็งแรงขึ้นมาได้ จะสามารถสร้างที่อยู่อาศัยและโครงสร้างอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับนักสำรวจบนดาวอังคารได้
โดยแนวคิดที่สำคัญของการพัฒนาเทคโนโลยีนี้คือ ธรรมชาติที่เป็นอิสระ และไม่ต้องการการแทรกแซงจากมนุษย์ จะมีเพียงการส่งสปอร์ของแบคทีเรีย เชื้อรา และเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพไปยังดาวอังคาร แบคทีเรียสามารถผลิตออกซิเจนและคาร์บอนอินทรีย์เพื่อช่วยการเติบโตและการทำงานของเชื้อรา ส่วนเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพจะช่วยให้จุลินทรีย์เหล่านี้อยู่รอดได้เนื่องจากสภาพแวดล้อมบนดาวอังคารอาจจะรุนแรงเกินไป และส่วนผสมจำเป็นที่เหลือนั้น สามารถหาได้บนดาวอังคาร เช่น ฝุ่น ดิน แสงแดด ไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำจากน้ำแข็งที่ละลาย เมื่อส่วนผสมทั้งหมดเหล่านี้อยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ จะมีการสร้างแคลเซียมคาร์บอเนตที่จะทำหน้าที่เหมือนเป็นกาว ทำให้ดินจับตัวเข้าด้วยกันเป็นบล็อก และจะสามารถนำไปใช้ทำพื้น ผนัง และเฟอร์นิเจอร์ได้ ซึ่งเชื้อจุลินทรีย์ในปริมาณเพียงเล็กน้อย ก็สามารถเริ่มกระบวนการนี้ได้ และส่วนที่เหลือจะเป็นไปโดยอัตโนมัติ ซึ่งนักวิจัยกำลังคัดกรองแบคทีเรียและเชื้อราที่เหมาะสมและที่สามารถทำงานร่วมกันได้ดีที่สุด รวมทั้ง อยู่ในขั้นตอนการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพเพื่อปรับบรรยากาศ ความดัน อุณหภูมิ และแสงสว่างให้เหมาะสมต่อการเติบโตของเชื้อเหล่านี้
Flying TitanAir (เครื่องบินสำรวจที่ดวงจันทร์ไททัน)
ดวงจันทร์ไททัน ดวงจันทร์บริวารที่มีขนาดใหญ่ที่สุดที่โคจรรอบดาวเสาร์ เป็นดวงจันทร์ที่ได้รับความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์มาเป็นระยะเวลานาน เนื่องจากเป็นอีกหนึ่งสถานที่ที่มีความเฉพาะในระบบสุริยะ มีชั้นบรรยากาศที่หนาแน่น ประกอบด้วยมีไนโตรเจนเหมือนกับโลก แต่มีเมฆและฝนมีเธน (methane) ซึ่งต่างจากโลก สารอินทรีย์อื่นๆ ก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศและตกลงมาเหมือนหิมะโปรยปราย สภาพอากาศและกระบวนการบนพื้นผิวของดวงจันทร์ได้รวมเอาสารอินทรีย์ พลังงาน และน้ำเข้าด้วยกัน ซึ่งอาจจุดประกายชีวิตขึ้นได้เหมือนบนโลกของเรา
องค์การ NASA มีแผนที่จะส่งโดรนขนาดเท่ายานสำรวจที่มีชื่อว่า Dragonfly โดยตั้งเป้าที่จะปล่อยยานออกจากโลกในปี 2569 และจะเดินทางถึงไททันในปี 2577 Dragonfly จะมีการติดตั้งอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ เพื่อเป้าหมายในการค้นหาสารอินทรีย์ กระบวนการทางเคมีพรีไบโอติก (prebiotic chemical processes) ที่คล้ายคลึงกันที่พบได้ทั้งบนไททันและโลก
นาย Quinn Morley นักวิจัยหลักจาก Planet Enterprises ในเมือง Gig Harbor รัฐวอชิงตันร่วมกับทีมนักวิจัยจาก Washington State University และสถาบันอื่นๆ พัฒนาและออกแบบเครื่องบินที่เรียกว่า TitanAir โดยจะสามารถบินผ่านชั้นบรรยากาศที่เป็นน้ำแข็งของไททันและสามารถลอยได้ในทะเล โดย TitanAir จะมีรูอยู่รอบๆ ลำ ซึ่งขณะที่บินนั้น จะสามารถรวบรวมมีเทนและสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนเพื่อนำมาศึกษาต่อได้ ทั้งนี้ TitanAir ยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาและออกแบบ ซึ่งคาดว่าน่าจะสามารถนำไปใช้ศึกษาดวงจันทร์ไททันประมาณหนึ่งทศวรรษหลังจากภารกิจ Dragonfly
Fluid Telescope
กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่ใช้ในการสำรวจอวกาศในปัจจุบันอย่างกล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webb ที่ทำให้เราสามารถเห็นภาพห้วงอวกาศลึก กาแล็กซี ดาวเคราะห์นอกระบบ ที่เป็นผลลัพธ์จากการระดมทุน การระดมความคิด การออกแบบ การประกอบ และการทดสอบหลายทศวรรษ แต่ทั้งนี้ เป้าหมายทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ยังไม่จบเพียงเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์ยังต้องการศึกษาและเจาะลึกเรื่องราวอีกมากมายในอวกาศ ที่รวมถึงดาวเคราะห์นอกระบบที่มีลักษณะคล้ายโลก ดาวฤกษ์รุ่นแรก และกาแล็กซียุคแรก การพัฒนากล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้น 10 เท่าหรือ 100 เท่า จะสามารถถ่ายภาพในอวกาศได้ไกลมากขึ้นและมองเห็นวัตถุที่อยู่ห่างไกลได้อย่างละเอียดมากขึ้น จึงเป็นความท้าทายสำหรับการพัฒนากล้องโทรทรรศน์รุ่นต่อไป
ดร. Edward Balaban นักวิทยาศาสตร์จากศูนย์วิจัย Ames ของ NASA ในรัฐแคลิฟอร์เนีย เกิดแนวความคิดในการพัฒนากล้อง Fluidic Telescope หรือ FLUTE ที่จะเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ 50 เมตร ที่สามารถใช้งานได้หลากหลาย ค่าใช้จ่ายที่ถูกลง และสามารถพัฒนาได้รวดเร็วยิ่งขึ้น และที่น่าสนใจไปกว่านั้นคือ ดร. Balaban รวมแนวคิดแรงตึงผิวของของเหลว และน้ำที่ลอยอย่างอิสระในอวกาศที่สามารถสะท้อนภาพได้เหมือนกระจกเงา มาใช้ในการสร้างเลนส์กล้องโทรทรรศน์ด้วยของเหลวในสภาวะไร้น้ำหนัก ที่จะทำให้สามารถสร้างเลนส์ได้อย่างง่ายดายในคอนเทนเนอร์ ทีมนักวิจัยกำลังทดสอบของเหลวที่เหมาะสมที่จะสามารถทำหน้าที่เป็นเลนส์ ซึ่งเชื่อว่าจะได้เลนส์ที่มีคุณภาพพื้นผิวใกล้เคียงหรือดีกว่าเลนส์ที่ผลิตด้วยอุปกรณ์ราคาแพง
Earth 2.0
ปัจจุบันยังไม่มีดาวเคราะห์ใดที่เหมาะสมต่อการอยู่อาศัยเหมือนกับโลกมนุษย์เรา ซึ่งการค้นหาดาวเคราะห์ดวงอื่นที่คนเราจะสามารถอาศัยอยู่ได้นั้น ยังคงเป็นภารกิจสำคัญของการศึกษาอวกาศ ปัจจุบันกล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webb เป็นกล้องที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุดของ NASA เท่าที่เคยมีมา มีขนาด 6.5 เมตร แต่ทั้งนี้ การค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบที่เหมือนกับโลกนั้น จะต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ประมาณ 3 เท่าของกล้องในปัจุบัน เพื่อให้สามารถแยกดาวเคราะห์ที่คล้ายคลึงกับโลกออกจากดาวฤกษ์ได้ ซึ่งการส่งกล้องโทรทรรศน์ขนาด 20 เมตรไปยังอวกาศยังเป็นเรื่องที่ท้าทายอย่างมาก เนื่องจากยังไม่มีเทคโนโลยีใดในขณะนี้ที่จะสามารถส่งกระจกขนาดใหญ่ขึ้นสู่อวกาศได้
ดร. Heidi Jo Newberg อาจารย์ด้านฟิสิกส์ประยุกต์และดาราศาสตร์จาก Rensselaer Polytechnic Institute มีแนวคิดที่จะพัฒนากล้องโทรทรรศน์ที่เรียกว่า Diffractive Interfeo Coronagraph Exoplanet Resolver (DICER) ซึ่งเชื่อว่าจะช่วยให้ค้นพบ "Earth 2.0" ได้ โดย DICER จะอาศัยกระจกบานเล็ก 2 บานและตะแกรงกระจายแสงขนาด 10 เมตร 2 ชิ้น หรือส่วนประกอบออพติกที่สามารถกระจายแสง ที่จะทำหน้าที่รวมแสงได้เท่ากับกล้องโทรทรรศน์ยาว 20 เมตร และสามารถบรรจุเข้าไปในจรวดได้อย่างง่ายดาย ลดขนาดและน้ำหนักของที่ส่งขึ้นไปในอวกาศ และยังได้กล้องโทรทรรศน์ที่มีความละเอียดสูงตามที่ต้องการ ซึ่งทีมนักวิจัยกำลังศึกษาขนาดของออพติกและพิจารณาว่าจะสามารถใช้กล้องโทรทรรศน์นี้เพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบได้หรือไม่
The invisible sky
วัตถุบนท้องฟ้าจะมีการปลดปล่อยพลังงานในรูปแบบของการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีคลื่นความถี่แตกต่างกันออกไป เช่น คลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ รังสีอินฟาเรด คลื่นแสง รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอ็กซ์ รังสีแกมมา คลื่นแสงที่ตามนุษย์มองเห็นเป็นเพียงส่วนหนึ่งของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้น หากต้องการศึกษาวัตถุบนท้องฟ้าให้ละเอียดยิ่งขึ้น จำเป็นที่จะต้องมีการพัฒนาอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับช่วงคลื่นนั้นๆ
สำหรับคลื่นวิทยุความถี่ต่ำที่ตรวจพบจากวัตถุบนท้องฟ้านั้น จะมีกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ทำหน้าที่รับสัญญาณภาคพื้นดิน แต่ทั้งนี้ การศึกษาคลื่นวิทยุความถี่ต่ำในอวกาศยังเป็นความท้าทายในการศึกษาและพัฒนาอุปกรณ์ เนื่องจากความยาวคลื่นที่เกี่ยวข้องและชั้นบรรยากาศที่มีอนุภาคมีประจุกั้น ดังนั้น จะต้องมีการพัฒนากล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดใหญ่อย่างเหลือเชื่อที่จะช่วยให้รับสัญญาณได้อย่างชัดเจน ซึ่งการศึกษาแบบดั้งเดิมจะเป็นการส่งยานอวกาศที่มีขนาดใหญ่ และมีค่าใช้จ่ายสูงออกไปสำรวจ แต่ที่ผ่านมายังไม่สบประสบความสำเร็จเท่าที่ควร ดร. Mary Knapp นักวิทยาศาสตร์จาก Haystack Observatory ของ Massachusetts Institute of Technology (MIT) จึงมีแนวความคิดในการพัฒนา Great Observatory for Long Wavelengths หรือ GO-LoW ใช้เทคนิครวมสัญญาณแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริก (interferometric) โดยใช้ดาวเทียมในอวกาศที่มีอยู่หลายพันดวงให้มาทำงานร่วมกัน เสมือนเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่หนึ่งตัว ทีมนักวิทยาศาสตร์มุ่งเน้นไปที่การออกแบบเสาอากาศและโครงสร้างที่จำเป็นสำหรับดาวเทียมในอวกาศ ซึ่งหาก GO-LoW พัฒนาสำเร็จ จะเปิดจักรวาลในมุมใหม่ จะนำมาซึ่งข้อมูลที่มีประโยชน์มากมายสำหรับนักดาราศาสตร์ที่ต้องการสังเกตดาวฤกษ์ กาแล็กซีที่เก่าแก่ สนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์นอกระบบและดาวฤกษ์ และข้อมูลทางดาราศาสตร์ที่น่าสนใจอื่นๆ
ที่มา:
Comments