Marconi กับรางวัลโนเบล

ภาพด้านหลังของดวงจันทร์ ซึ่งคงสภาพหลุมอุกกาบาตที่โดนถล่มมาตลอด เกือบห้าพันล้านปี โดยหลุมเหล่านี้ มิได้โดนกร่อนกัดซัดเซาะดังเช่นหลุมที่เกิดขึ้นบนโลก เนื่องจากดวงจันทร์ไม่มีบรรยากาศ (ภาพโดย นาซา)

จากแรงถล่มระเบิดเปิดเปิงพวกนี้ ทำให้พื้นผิวของดาวเคราะห์ มีอุณหภูมิสูงจัดมาก น้ำในมหาสมุทรที่มีอยู่แต่แรก หากไม่ระเหยหายไปในอวกาศด้วยความร้อนจัด ก็โดนระเบิดสาดขึ้นฟ้าหายไปหมดจนไม่เหลือหรอ 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

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

 

แผนที่แหลมยูคาทาน ประเทศเม็กซิโก แสดงขอบเขตของร่องรอยหลุมอุกกาบาตยักษ์ที่เป็นสาเหตุให้ไดโนเสาร์สูญพันธุ์ไป เมื่อ 65 ล้านปีมาแล้ว

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

ดาวหาง ก็เป็นได้ทั้งตัวสร้างและตัวทำลาย คือตั้งแต่ยุคสร้างโลกเมื่อ ๓.๘ พันล้านปีเป็นต้นมา ดาวหาง และ อุกกาบาตใหญ่น้อยก็ยังตกสู่โลกมิได้ขาด แต่ไม่ได้มีมากเช่นยุคบอมบาร์ดใหญ่ซึ่งสิ้นสุดลงไป ก่อนหน้าการกำเนิดของสิ่งมีชีวิตได้ไม่นาน ดาวหาง และ อุกกาบาต รุ่นหลัง ๆ นี้ เมื่อใดที่ตกสู่พื้นโลกได้ ก็ส่งผลพิฆาตเข่นฆ่า สิ่งมีชีวิตมากน้อยไปตามขนาดของมัน ครั้งที่ร้ายแรงที่สุดหลังจากยุคบอมบาร์ดใหญ่ก็คือเมื่อ 65 ล้านปีมาแล้ว นักวิทยาศาสตร์ขุดพบฟอสซิลไดโนเสาร์ที่ตายหมู่กันเป็นจำนวนมาก และไม่มีปรากฏว่า จะมีไดโนเสาร์เหลืออยู่บนโลกหลังจากนั้น ราวกับว่าอยู่ ๆ มันก็พากันตายลงพร้อม ๆ กันจนหมดสิ้น



 

แรงถล่มของอุกกาบาตสาดฝุ่นจำนวนมหาศาลขึ้นไปบดบังแสงอาทิตย์ จนฟ้ามืดมิดอยู่ถึงสองปี สิ่งมีชีวิตใหญ่น้อยประสบภัยพิบัติกันทั่วหน้า เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย ยูซีแอลเอ พบชิ้นส่วนที่ทำให้เชื่อได้ว่า วัตุที่ถล่มโลกเมื่อ 65 ล้านปีก่อนนี้ เป็นอุกกาบาต

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

อย่าเพิ่งมองแต่พลังทำลายของมันแต่อย่างเดียว ดาวหางอันมีอยู่มากมายในระบบสุริยะนั้นมีน้ำแข็งเป็นส่วนประกอบจำนวนมาก ในเมื่อมีน้ำ หากเราต้องการใช้ ก็สามารถแยกน้ำออกมาเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ที่เอามาใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวดได้ โดยแช่เย็นจนเป็นของเหลวใส่ถังแยกกัน พอจะใช้ก็ส่งผ่านท่อให้มันมารวมตัวกันเป็นน้ำ แล้วได้พลังงาน ดังจรวด Main Engine ซึ่งเป็นจรวดหลักใช้สำหรับทะยานตัวขึ้นจากพื้นดิน ของ ยานสเปซชัตเติ้ล ซึ่งใช้เชื้อเพลิงของก๊าซเหลวสองชนิดนี้เป็นเชื้อเพลิง โดยบรรจุอยู่ในถังภายนอกยาน(external tank)

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
 

ดร. ปีเตอร์ โสว กับ ก้อน แอโรเจล

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

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

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

 

แอโรเจล เป็นฉนวนกั้นความร้อนจากอุณหภูมิสูงๆได้ดี ภาพโดย Ernest Orlando, Lawrence Berkeley National Laboratory

ถ้าค้นวิธีทำให้มันใสได้ เราอาจนำมาใช้ตามอาคารบ้านเรือนแทนกระจก ซื่งคุณสมบัติที่ดีในการเป็นฉนวนกันความร้อนของแอโรเจล จะช่วยประหยัดพลังงานในการรักษาอุณหภูมิภายในได้มาก ประมาณว่า บ้านที่ใช้แอโรเจลแทนกระจก จะลดการใช้ไฟฟ้า หรือก๊าซทำความร้อนลงได้ถึง ๓๐ เปอร์เซ็นต์ แต่ในปัจจุบัน เรายังเอาแอโรเจลมาใช้แทนกระจกไม่ได้ เพราะแอโรเจลยังขุ่นและมองทะลุไม่ได้ จึงยังไม่มีใครอยากเอามาใช้แทนกระจก จนกว่าจะพบวิธีมาทำให้มันใสขึ้นมาได้เสียก่อน

แอโรเจลนี้ นักวิทยาศาสตร์แห่ง มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด เป็นผู้ค้นพบเมื่อประมาณหกสิบปีมาแล้ว แต่วิธีการทำยุ่งยากมากจนไม่มีใครคิดจะเอามาใช้ทำประโยชน์ จนเมื่อยี่สิบกว่าปีมานี้เองที่ ดร. ปีเตอร์ โสว แห่ง ศูนย์ Jet Propulsion Lab(JPL) ขององค์การนาซา ได้ประยุกต์วิธีทำแอโรเจลที่ไม่ยุ่งยากจนพอที่จะเอามาใช้ทำประโยชน์ได้ นาซาเพิ่งได้ทดลองแอโรเจลในกระสวยอวกาศในระยะสิบกว่าปีมานี้ แรกทีเดียวมันถูกเน้นในด้านเอามาใช้เป็นฉนวนกันหรือเก็บความร้อนเป็นหลัก อุปกรณ์ชิ้นแรกที่ได้ใช้แอโรเจลในโครงการอวกาศอย่างเต็มที่ก็คือ ยานสำรวจขนาดจิ๋ว โซเจอร์เนอร์ ที่ไปดาวอังคารกับยานมาร์สพาธไฟน์เดอร์เมื่อปี ค.ศ. ๑๙๙๗ นี่เอง

 

รูปยานโซเจอร์เนอร์ที่ต้องทนความหนาวจัดขนาดอุณหูมิ -100 องศาเซลเซียส บนดาวอังคาร

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

ดาวหาง วิ้ล-ทู เป้าหมายของโครงการ

เมื่อความสนใจต่อดาวหางและดาวเคราะห์น้อยมีมากขึ้น เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์เริ่มเข้าใจแล้วว่า ดาวหางเป็นสิ่งที่นำสารก่อชีวิตมาแพร่กระจายบนดาวเคราะห์ จึงได้มีการตระเตรียมโครงการที่จะไปจับเอาละอองดาวหางมาศึกษา แต่ก็เกิดปัญหาให้ขบคิดกันว่าจะเอาสารอะไรมาจับละอองดาวโดยไม่ให้บอบช้ำ เพื่อจะได้เอามาศึกษาในสภาพใกล้เคียงกับของดั้งเดิมให้มากที่สุด หลังจากที่ได้มีการทดสอบสารต่าง ๆ แล้ว จึงได้พบว่าแอโรเจลนี้มีความเหมาะสมที่สุด





 

ยานสตาร์ดัสต์ขณะเก็บตัวอย่างจากดาวหางวิ้ล-ทู ในปีพ.ศ. 2547

ยานสตาร์ดัสต์นี้เป็นเพียงโครงการอวกาศที่สองที่เอาแอโรเจลมาใช้ หลังจากโครงการบุกเบิกดาวอังคารพาธไฟน์เดอร์ แต่คราวนี้แอโรเจลไม่ต้องแสดงบทเป็นสองรองใครเหมือนเมื่อคราวไปดาวอังคาร แต่จะได้เป็นตัวเอกเต็มที่ เพราะจะเป็นตัวเก็บละอองดาวอันเป็นเป้าหมายหลักของโครงการนี้













 

ภาพจากห้องทดลอง อนุภาคที่ทะลวงอุโมงค์รูปแครอต ทะลุในแอโรเจล

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

จากการทดลองในห้องแล็บ เขาเทียบผลการทดลองแอโรเจลกับโฟม และฟองน้ำผลปรากฏว่า แม้แอโรเจลจะไม่นิ่มเท่าโฟมแต่มันมีความหยุ่นน้อยกว่า จึงไม่ทำให้ฝุ่นที่แล่นมาชนมันเข้าได้รับแรงสะท้อนกระดอนกลับ แต่จะสามารถทะลวงแอโรเจลที่แสนเปราะบางให้เป็นทางยาวได้ ทางนี้มีลักษณะเป็นอุโมงค์รูปหัวแครอตที่มีหัวเรียวหางป้อม



 

อนุภาคฝังตัวในแอโรเจลที่เห็นได้ถนัดตา

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



ผนังที่ทำจากโฟมหรือฟองน้ำนั้น การสะท้อนกลับจะไปทำลายสารที่ชนใส่มันได้ และที่สำคัญ แรงต้านของผิวที่ค่อนข้างเหนียวจะทำให้เกิดความร้อนขึ้นมาหลอมละลายละอองดาว บางส่วนเสียหายไปได้ แอโรเจลจึงมีความเหมาะสมที่สุดที่จะเอามาจับละอองดาว

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

 

แผงเครื่องมือเก็บละอองดาวของยานสตาร์ดัสต์