มิชชัน : ยานยูคลิด...สสารมืดและพลังงานมืด!

เชื่อ คิดและทำ อย่างวิทยาศาสตร์ กับการติดตามภารกิจ ของยานยูคลิด คือ เจาะศึกษาหาคำตอบเกี่ยวกับสสารมืด (Dark Matter) และพลังงานมืด (Dark Energy) ที่ยากกว่า Mission Impossible...

วันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2566 ยานอวกาศยูคลิด (Euclid) ขององค์การอวกาศยุโรปอีซา (ESA) ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศ!

มิชชันหรือภารกิจของยานยูคลิด คือ เจาะศึกษาหาคำตอบเกี่ยวกับสสารมืด (Dark Matter) และพลังงานมืด (Dark Energy)

“เชื่อ คิดและทำ อย่างวิทยาศาสตร์” วันนี้ ขอเชิญชวนท่านผู้อ่าน ไปติดตามภารกิจของยานยูคลิด ที่จริงๆ แล้วยากเสียอีกกว่า “Mission : Impossible” ในภาพยนตร์ชุดมี ทอม ครูซ เป็นหัวหน้าทีม ไอเอ็มเอฟ (IMF : Impossible Mission Force) ที่ภาคล่าสุดเป็นภาคที่ 7 คือ Mission : Impossible - Dead Reckoning Part One ออกฉายเมื่อวันที่ 12 กรกฎาคม พ.ศ. 2566

ที่สำคัญ เป้าหมายของยูคลิค คือ สสารมืด และพลังงานมืด มีความสำคัญต่อวงการดาราศาสตร์อย่างไร? และมีความหมายต่อมนุษย์อย่างไร?

จาก “ดูน” และ “สเปซ” มาเป็น “ยูคลิด” 

จุดเริ่มต้นของโครงการยานยูคลิด มาจากสองโครงการอวกาศ ชื่อ “ดูน” (DUNE) และ “สเปซ” (SPACE)

โครงการดูน มาจากชื่อเต็ม Dark Universe Explorer (นักสำรวจจักรวาลมืด) ซึ่งก็คงปฏิเสธไม่ได้ว่า ผู้ร่วมสร้างโครงการนี้ขึ้นมาก็ต้องมีมหากาพย์นิยายวิทยาศาสตร์แฟนตาซี Dune ของ แฟรงค์ เฮอร์เบิร์ต อยู่ในใจ แต่มิชชันดูนที่เสนอ เป็นวิธีการที่จะศึกษา “จักรวาลมืด” ซึ่งก็หมายถึง “สสารมืด” และ “พลังงานมืด”

ส่วนโครงการสเปซ (SPACE) มาจากชื่อเต็ม Spectroscopic All Sky Cosmic Explorer (นักสำรวจสเปกตรัมท้องฟ้าคอสมิกทั้งหมด) เป้าหมายเพื่อศึกษาสเปกตรัมและส่วนที่มองเห็นได้ (ด้วยกล้อง) ซึ่งจากสเปกตรัม ก็จะสำรวจเกี่ยวกับส่วนประกอบของจักรวาลที่เป็นสสาร เช่น ชนิดของอะตอม ความหนาแน่นของสสาร และอุณหภูมิของจักรวาลที่สำรวจ

ทั้งสองโครงการ “ดูน” และ “สเปซ” ถูกส่งเข้ารับการพิจารณาในโครงการ ESA Cosmic Vision 2015 - 2025 Call for Proposal ของอีซา เมื่อเดือนมีนาคม พ.ศ. 2550

อีซาตัดสินคัดเลือกทั้งโครงการดูนและสเปซในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2554 และรวมทั้งสองโครงการเข้าด้วยกัน เรียกเป็นโครงการยูคลิด ตามชื่อของยูคลิด (Euclid) นักคณิตศาสตร์กรีกโบราณแห่งอเล็กซานเดรีย มีชีวิตอยู่เมื่อประมาณ 300 ปีก่อนคริสตกาล ผู้ได้รับการยกย่องเป็น “บิดาแห่งเรขาคณิต”

ทำไมจึงเป็น “ยูคลิด”?

ก็เพราะ...อย่างย่นย่อที่สุด...ความหนาแน่นของสสารและพลังงาน เกี่ยวข้องหรือขึ้นอยู่กับลักษณะหรือรูปร่างเชิงเรขาคณิตของจักรวาล

มิชชันของยานยูคลิด

โครงการหรือมิชชันยานยูคลิด เป็นโครงการใหญ่ขององค์การอวกาศยุโรปอีซา มีผู้ร่วมทำงานกับโครงการประมาณ 2,000 คน จากสถาบันวิจัยทางดาราศาสตร์ 300 แห่งใน 18 ประเทศยุโรป

สหรัฐอเมริกา (นาซา) แคนาดาและญี่ปุ่นร่วมสนับสนุนด้านอุปกรณ์เครื่องมือวิทยาศาสตร์และการวิเคราะห์ข้อมูลวิทยาศาสตร์

มิชชันยูคลิดประกอบด้วยยานอวกาศยูคลิด โดยมีอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ คือ กล้องโทรทรรศน์ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.2 เมตร กล้องถ่ายภาพ และเครื่องสเปกโตรมิเตอร์กับโฟโตมิเตอร์รังสีอินฟราเรด

ภารกิจจำเพาะของมิชชันยูคลิด คือ สำรวจประวัติศาสตร์การขยายตัวแบบการพองตัวของจักรวาล และโครงสร้างหรือสภาพของจักรวาล ย้อนหลังไปถึงประมาณหนึ่งหมื่นล้านปี (จักรวาลมีอายุถึงปัจจุบันประมาณหนึ่งหมื่นสามพันแปดร้อยล้านปี) ครอบคลุมพื้นที่หรือส่วนของจักรวาลมากที่สุดที่เคยสำรวจกันมา เพื่อให้ได้ข้อมูลสำหรับโครงสร้าง รูปร่างลักษณะ การเปลี่ยนแปลงตามกาลเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งการขยายตัวแบบการพองตัวของจักรวาล

จากข้อมูลที่เจาะลึกและย้อนหลังไปไกลที่สุดที่มีการบันทึกสภาพและการเปลี่ยนแปลงของจักรวาล ก็คาดหวังกันว่า จะได้หลักฐานข้อมูลใหม่ ที่จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ สามารถวิเคราะห์ศึกษาและค้นพบข้อมูลความรู้ใหม่ ที่จะให้ความกระจ่างสำหรับสสารมืดและพลังงานมืด

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หลังการทำงานครบตามกำหนดมิชชันของยานยูคลิดเป็นเวลาประมาณหกปี ตั้งแต่การเริ่มต้นภารกิจอย่างเป็นวิทยาศาสตร์จริงๆ เมื่อยานยูคลิดเดินทางถึงจุดเป้าหมายเป็นฐานปฏิบัติการ คือ ตำแหน่งใกล้จุดพิเศษมีชื่อเรียกว่า จุดลากรองจ์ (Lagrange 2) หรือจุด L2

จุดลากรองจ์ 2 เป็นตำแหน่งในอวกาศที่แรงดึงดูดโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์และของโลกจะสมดุลกัน ทำให้วัตถุที่ตำแหน่งนั้น เสมือนอยู่กับที่เมื่อมองจากโลก เป็นตำแหน่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 1.5 ล้านกิโลเมตร และเมื่อยานยูคลิดเข้าประจำที่ตำแหน่ง (ใกล้ L2 มิใช่ตำแหน่ง L2 โดยตรง) ก็จะโคจรไปรอบดวงอาทิตย์พร้อมกับโลก โดยไม่ต้องกังวลกับแสงรบกวนจากดวงอาทิตย์ และโลกก็สามารถสื่อสารกับยานยูคลิดได้ตลอดเวลา

ประวัติศาสตร์ย่อของ “สสารมืด”

ประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ของ “สสารมืด” มักจะนับจากปี พ.ศ. 2476 (ค.ศ. 1933) ที่นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ชาวสวิส ฟริตซ์ ซวิกคี (Fritz Zwicky) ตั้งคำว่า “Dark Matter” ขึ้นมา เพื่อเรียกสสารที่มองไม่เห็น ที่เขาเชื่อว่า เป็นต้นเหตุทำให้กาแล็กซีในกลุ่มกาแล็กซีที่เขาศึกษา มีการเคลื่อนที่แปลกๆ

แต่ประวัติศาสตร์เรื่องราวความเป็นมาของสสารมืดที่สำคัญ เริ่มต้นจริงๆ จากการค้นพบโดย เอ็ดวิน ฮับเบิล เมื่อปี พ.ศ. 2467 ว่า จักรวาลมิได้มีเฉพาะกาแล็กซีทางช้างเผือก และจักรวาลกำลังขยายตัว

และจริงๆ แล้ว ตั้งแต่ก่อนการค้นพบว่าจักรวาลประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนมากมาย ก็มีนักวิทยาศาสตร์บางคน ตั้งข้อสงสัยว่าในจักรวาล มีบางสิ่งบางอย่างที่ยังไม่ “เห็น” ที่ทำให้ดวงดาว ดังเช่น ดวงอาทิตย์ และดาวเคราะห์เคลื่อนที่แปลกๆ หรือไม่เป็นไปตามที่ “น่าจะเป็น”

อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญสำหรับเรื่องราวสสารมืดที่กำลังสนใจกัน ก็เริ่มจากการศึกษาโดยนักดาราศาสตร์จำนวนมาก รวมทั้ง ฟริตซ์ ซวิกดี ที่กำลังตื่นเต้นกับโฉมใหม่ของจักรวาลตามการค้นพบของ เอ็ดวิน ฮับเบิล แล้วก็จึงได้พบการเคลื่อนที่แปลกๆ มิใช่เฉพาะที่เกิดกับกาแล็กซี

กล่าวคือ สำหรับการเคลื่อนที่แปลกๆ ที่ชัดเจน คือ การค้นพบว่า กาแล็กซีจำนวนหนึ่ง กำลังเคลื่อนที่ไปในทิศทางหรือสู่ตำแหน่งที่เสมือนหนึ่ง มีสสารปริมาณมหาศาล ส่งแรงดึงดูดให้เคลื่อนที่ไปหา

แต่เมื่อสำรวจโดยละเอียด กลับไม่พบ “แหล่งดึงดูด” ที่กำลังดึงดูดกาแล็กซีเหล่านั้น รวมไปถึงสภาพและลักษณะการเคลื่อนที่แปลกๆ บางอย่างในกาแล็กซี ที่ดูเหมือนจะมี “บางสิ่งบางอย่าง” ที่มองไม่เห็นเป็น “ต้นเหตุ”

บทสรุปที่ “ปรากฏ” ออกมาจากข้อมูลการสำรวจศึกษาจักรวาล จนกระทั่งถึงทุกวันนี้ พบว่า จักรวาลของเรา ดูจะประกอบด้วยสสารสองชนิด คือ สสารธรรมดาที่เราคุ้นเคยกัน (เช่น ตัวเรา, ดาวเคราะห์, ดาวฤกษ์, ฯลฯ) และสสารมืด

โดยที่สสารธรรมดา มีอยู่เพียงประมาณ 4% ส่วนสสารมืด มีอยู่ถึงประมาณ 26% 

แล้วที่เหลืออีกประมาณ 70% ล่ะ?

คำตอบเร็วๆ ตอนนี้ คือ “พลังงานมืด” ที่กำลังรอให้เราไปเปิด “ประวัติศาสตร์ย่อของพลังงานมืด” อยู่!

แล้วมีการค้นพบสสารมืดหรือยัง?

คำตอบตรงๆ คือ ยัง!

ทำไมจึงจับหรือหายาก?

ก็เพราะเจ้าเจ้าบรรดาสสารมืด ดูจะมีสมบัติที่ทำให้จับตัวได้ยาก เช่น ไม่มีมวลหรือไม่ทำปฏิกิริยาใดๆ ต่อแสง

นั่นคือ อนุภาคของสสารมืด ไม่ดูดกลืนแสง ไม่สะท้อนแสง และไม่แผ่รังสีของแสงให้ตรวจจับได้เลย

อย่างไรก็ตาม ถึงแม้จะยังไม่มีการค้นพบสสารมืด แต่ก็มี “ตัวต้องสงสัย” ใหญ่ๆ คือ อนุภาคนิวตริโน และอนุภาควิมป์ (wimp)

ทว่า มาถึงล่าสุด นิวตริโนก็ถูกตัดออกไปจากการเป็นสสารมืดแล้ว เพราะถึงแม้จะมีอยู่เป็นปริมาณมากในจักรวาล และเคยเข้าใจกันว่า ไม่มีมวล เพราะสามารถเดินทางทะลุผ่านวัตถุ เช่น ตัวมนุษย์ และดาวเคราะห์โลกได้อย่างสะดวกสบาย

แต่ในที่สุด ก็ถูกตรวจจับได้แล้วว่า นิวตริโนมีมวล ถึงแม้จะน้อยมาก

ส่วนวิมป์ เป็นชื่อรวมๆ ของ Weakly Interacting Massive Particle หมายถึง อนุภาคมวลมากมีปฏิกิริยากับแรงโน้มถ่วง แต่มีปฏิกิริยากับอนุภาคอื่นๆ อ่อนมาก

ถึงล่าสุด ยังไม่มีการตรวจจับวิมป์ได้อย่างแน่ชัดเลย

ประวัติศาสตร์ย่อของ “พลังงงานมืด”

ประวัติศาสตร์ที่เด่นชัดของพลังงานมืด เกิดขึ้นสองปีก่อนขึ้นศตวรรษที่ยี่สิบเอ็ด คือ ในปี ค.ศ. 1998 (พ.ศ. 2541) จากการค้นพบเรื่องเดียวกันของสองนักดาราศาสตร์

คนหนึ่ง คือ อดัม รีสส์ (Adam Riess) อีกคนหนึ่ง คือ ซอล เพิร์ลมัตเทอร์ (Saul Perlmutter)

ทั้ง อดัม รีสส์ และ ซอล เพิร์ลมัตเทอร์ ต่างรายงานผลการศึกษาสภาพการขยายตัวของจักรวาลจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวาเดียวกัน และได้ผลสรุปออกมาเหมือนกันว่า จักรวาลกำลังขยายตัวเร็วขึ้น แทนที่จะช้าลงดังที่คาดหมายกัน

และในปีเดียวกัน ไมเคิล เทิร์นเนอร์ (Michael Turner) ก็ได้ตั้งคำว่า “Dark Energy” ขึ้นมา เพื่อเรียกสิ่งที่ทั้ง อดัม รีสส์ และ ซอล เพิร์ลมัตเทอร์ เสนอว่า อาจเป็นสาเหตุของการขยายตัวเร็วขึ้นของจักรวาล

ถึงแม้การค้นพบของ อดัม รีสส์ และ ซอล เพิร์ลมัตเทอร์ จะเป็นที่ยอมรับว่า เป็นหลักฐานแรกดีที่สุดสำหรับพลังงานมืด แต่เรื่องราวของพลังงานมืด ก็เป็นเรื่องที่มีการถกกันในวงการดาราศาสตร์มาก่อนแล้วหลายปี และสิ่งหนึ่งที่ถูกยกมาเป็น “แนวคิด” หรือ “หลักฐานเชิงทฤษฎี” สำหรับพลังงานมืด กลับย้อนหลังไปถึงปี ค.ศ. 1915 (พ.ศ. 2458) กับความคิดเรื่อง “Cosmological Constant” หรือ “ค่านิจจักรวาล” ของ ไอน์สไตน์ ที่ ไอน์สไตน์ ตั้งขึ้นมา เพื่อให้ทฤษฎีสัมพัทธภาพภาคทั่วไป ใช้ได้กับสภาพของจักรวาลแบบคงที่ (Steady State Theory) ซึ่งเป็นทฤษฎีหลักในยุคสมัยนั้น

ตามความคิดใหม่ ความคิดของไอน์สไตน์ เรื่องค่านิจจักรวาล หมายถึง “ความโน้มถ่วงที่มีผลเชิงผลัก” แทนที่จะเป็นความโน้มถ่วงที่มีพลังดึงดูด ดังวัตถุทั่วไป

ที่สำคัญ จากข้อมูลหลักฐานเกี่ยวกับสภาพและองค์ประกอบของจักรวาล เป็นที่ยอมรับกันในวงการวิทยาศาสตร์ว่า จักรวาลของเรา เมื่อคิดรวมทั้งสสารและพลังงานแล้ว ก็ประกอบด้านพลังงานมืดมากที่สุด คือ ประมาณ 70%

นั่นคือ องค์ประกอบของจักรวาลทั้งหมดประกอบด้วยสสารธรรมดาเพียงประมาณ 4% สสารมืดประมาณ 26% และพลังงานมืดประมาณ 70%

ทำไม! “สสารมืด” และ “พลังงานมืด” จึงสำคัญ? 

คำตอบตรงๆ และสั้นๆ คือ ทั้งสสารมืด และพลังงานมืด เป็นองค์ประกอบใหญ่ที่สุดของสารและพลังงาน ทั้งหมดที่ประกอบเป็นจักรวาล...

แต่ที่เจาะจำเพาะในส่วนความสำคัญ ก็คือ ทั้งสสารมืดและพลังงานมืด ดูจะมีบทบาทสำคัญต่อการกำเนิดเกิดขึ้น และการเปลี่ยนแปลงของกาแล็กซี และส่วนประกอบใหญ่ของกาแล็กซี คือ ดวงดาว ทั้งดาวฤกษ์ และดาวเคราะห์

ดังนั้น ถ้าการกำเนิดและการดำรงอยู่ของดวงดาว ทั้งดาวฤกษ์ และดาวเคราะห์ ไม่มีเสถียรภาพ กำเนิดของชีวิตทุกรูปแบบก็คงเกิดขึ้นยาก หรือเกิดขึ้นไม่ได้เลย

การเกิดและการดำรงอยู่ของดาวเคราะห์โลก และการกำเนิดของชีวิตบนโลกจึงนับเป็น “สิ่งหายาก” หรือ “กำเนิดขึ้นได้ยาก” และอาจอธิบายได้ว่า ทำไมเรา (มนุษย์บนโลก) จึงยังไม่พบหลักฐานชนิดปฏิเสธไม่ได้ว่า มีสิ่งมีชีวิต...โดยเฉพาะอย่างยิ่ง...ชีวิตทรงปัญญาในโลกอื่น คือ มนุษย์ต่างดาว นอกเหนือไปจากปรากฏการณ์เกี่ยวกับยูเอฟโอ (UFO) ที่มีรายงงานมากมายทั่วโลก แต่ก็ยังไม่มีรายงานหรือหลักฐานใดเลย ที่ปฏิเสธไม่ได้ว่า ไม่ใช่เรื่องหรือเกี่ยวกับชีวิตทรงปัญญาจากโลกอื่น หรือเอเลี่ยน (Alien)

แล้วภารกิจ : มิชชันยานยูคลิด จะให้คำตอบทั้งหมดได้หรือไม่?

คำตอบตรงๆ คือ ไม่!

จริงๆ แล้ว ภารกิจของยานยูคลิด มิได้มุ่งเป้าค้นหา “สสารมืด” หรือ “พลังงานมืด” โดยตรง แต่ต้องการได้รายละเอียดเกี่ยวกับกำเนิดวิวัฒนาการ และการเปลี่ยนแปลงของกาแล็กซี และส่วนประกอบอื่นๆ ของกาแล็กซีและจักรวาล โดยหวังว่า จะช่วยให้คำตอบหรือเปิดช่องทางการค้นหาคำตอบเกี่ยวกับ “สสารมืด” และ “พลังงานมืด” ต่อไป

“มิชชัน : ยานยูคลิด” ยากกว่า “MISSION : IMPOSSIBLE” อย่างไร?

คำตอบตรงๆ คือ สำหรับภาพยนตร์ MISSION : IMPOSSIBLE ภาคเจ็ด “เจ้าตัวร้าย” คือ “ENTITY” ที่เป็น “ซุปเปอร์ปัญญาประดิษฐ์” ที่ ทอม ครูซ ในบทของหัวหน้าทีม ไอเอ็มเอฟ (IMF) ต้องตามล่า ซึ่งมีตัวตนแน่ชัด

แต่กับ มิชชัน : ยานยูคลิด สิ่งที่เป็น “ที่สุดของเป้าหมาย” คือ สสารมืดและพลังงานมืด ซึ่งสำหรับนักวิทยาศาสตร์แล้ว ก็ยัง “มืดแปดด้าน” ว่าจริงๆ แล้ว สสารมืดและพลังงานมืด คืออะไร มีจริงหรือไม่...

ภารกิจของมิชชัน : ยานยูคลิด จึงเหมือนกับการตามหา “หลักฐาน” ที่หวังว่าจะชี้ทางไปสู่เป้าหมายที่แท้จริงได้อย่างไร โดยมี “หลักฐาน” เพียงน้อยนิดจริงๆ นำทาง

จับตาปฏิบัติการ มิชชัน : ยานยูคลิด

ถึงแม้ปฏิบัติการมิชชัน : ยานยูคลิด จะเริ่มต้นทำงานวิทยาศาสตร์จริงๆ เมื่อเข้าประจำที่ตำแหน่งใกล้จุดลากรองจ์ 2 เป็นเวลาประมาณหกปี แต่ภารกิจแรกสุดของยานยูคลิด ก็คือ ช่วงการเดินทางจากโลกถึงตำแหน่งใกล้จุดลากรองจ์ 2

นั่นคือ มิชชันยานยูคลิดได้เริ่มปฏิบัติการแล้ว ตั้งแต่วันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2566 ที่เดินทางออกจากโลก

ถึงวันที่ 23 กรกฎาคม พ.ศ. 2566 ซึ่งเป็นวันที่ผู้เขียนกำลังเขียนเล่าเรื่องราวของ มิชชัน : ยานยูคลิด สู่ท่านผู้อ่านอยู่ขณะนี้ ยานยูคลิดก็ได้เริ่มปฏิบัติการภารกิจแรกมาแล้วเป็นเวลา 23 วัน...

และทุกอย่างก็ดูจะกำลังดำเนินมาอย่างราบรื่น

ผู้เขียนก็กำลัง (ร่วมกับทีมงานทั้งหมดประมาณ 2,000 คนของมิชชัน : ยานยูคลิด) ตั้งตารอ อีกประมาณ 7 วันที่ ยานยูคลิดจะเดินทางถึงตำแหน่งเป็นฐานปฏิบัติการ...

และผู้เขียนก็หวังว่า เมื่อถึงวันที่ท่านผู้อ่านได้อ่านเรื่องของเราวันนี้ คือ วันเสาร์ ที่ 29 กรกฎาคม พ.ศ. 2566 จะไม่มีข่าวร้ายเกิดขึ้นกับยานยูคลิด ทำให้ มิชชัน : ยานยูคลิด ต้อง “ยุติลง!” ตั้งแต่ก่อนจะได้เริ่มปฏิบัติการภารกิจวิทยาศาสตร์จริงๆ

แล้วท่านผู้อ่านล่ะครับ เอาใจช่วย มิชชัน : ยานยูคลิด เหมือนผู้เขียนไหมครับ?!

ที่มาภาพ : www.esa.int , FB Mission: Impossible