ยาน‘พาร์กเกอร์’นาซ่า ภารกิจประจันหน้าดวงอาทิตย์

ยาน‘พาร์กเกอร์’นาซ่า ภารกิจประจันหน้าดวงอาทิตย์ – องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา หรือ นาซ่า เปิดเผยความสำเร็จส่งท้ายปี 2564 ในภารกิจสำรวจดวงอาทิตย์ของยานสำรวจ “พาร์กเกอร์ โซลาร์ โพรบ” (Parker Solar Probe) สร้างอีกหนึ่งหน้าประวัติศาสตร์เทคโนโลยีของมนุษยชาติด้วยการบินโฉบผ่านชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ที่มีอุณหภูมิสูงมหาศาลไปได้อย่างปลอดภัยเป็นครั้งแรก

นาซ่าระบุว่า ความสำเร็จนี้เป็นช่วงเวลาสำคัญที่จะได้รับการจารึกลงในหน้าประวัติศาสตร์การสำรวจอวกาศของมนุษย์ เพราะการเคลื่อนที่ผ่านบริเวณที่เรียกว่า “โคโรนา” ของดวงอาทิตย์ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน โดยยานสำรวจใช้โอกาสนี้เพื่อประมวลผลและวิเคราะห์อนุภาคต่างๆ รวมถึงสนามแม่เหล็กในชั้นบรรยากาศดังกล่าวด้วย

เหตุการณ์ที่ว่านี้เกิดขึ้นตั้งแต่เดือนเม.ย.2564 แต่การวิเคราะห์ข้อมูลที่ยานสำรวจส่งกลับมาเพิ่งเสร็จสิ้น และนาซ่าสามารถยืนยันความสำเร็จดังกล่าวได้จริงจึงเพิ่งนำมาเปิดเผยทันเวลาส่งท้ายปีพอดิบพอดี

นิโกลา ฟ็อกซ์ ผู้อำนวยการแผนก สุริยฟิสิกส์ (Heliophysics) ของนาซ่า กล่าวว่า ภารกิจสำรวจดวงอาทิตย์ของยานพาร์กเกอร์ โซลาร์ โพรบ นับว่าเป็นภารกิจที่มีความท้าทายและยากลำบากที่สุดเท่าที่ นาซ่าเคยริเริ่มมา เนื่องจากความร้อนมหาศาลและรังสีเข้มข้นสุดขั้วที่ยานสำรวจจำเป็นต้องทนให้ได้ระหว่างการวิเคราะห์ตัวอย่างบริเวณชั้นโคโรนาเพื่อทำให้นักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจต่อกระบวนการทำงานของดวงอาทิตย์ที่อยู่ห่างจากดาวเคราะห์โลกไปกว่า 147 ล้านกิโลเมตร

โครงการสำรวจดวงอาทิตย์นี้ถูกเสนอครั้งแรกในแผนงบประมาณประจำปี 2552 ของรัฐบาลสหรัฐ ด้วยงบทั้งหมด 1.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ หรือกว่า 5 หมื่นล้านบาท

ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เชิงประยุกต์ จอห์น ฮอปกินส์ เป็นผู้ออกแบบและสร้างยานสำรวจ พาร์กเกอร์ โซลาร์ โพรบ ซึ่งจำเป็นต้องมีคุณสมบัติต้านทานความร้อนและรังสีมหาศาลจากดวงอาทิตย์ได้

กลยุทธ์หลักที่ทางนาซ่านำมาใช้เป็นการใช้โล่คาร์บอนผสมเสริมแกร่ง (Reinforced carbon composite shield) หนา 4.5 นิ้ว เพื่อต้านทานความร้อนและรังสีรุนแรงกว่าวงโคจรเหนือชั้นบรรยากาศโลกถึง 475 เท่า โดยโล่ดังกล่าวมีลักษณะเป็นแผ่นหกเหลี่ยม เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.3 เมตร ติดตั้งไว้ด้านที่ยานสำรวจจะหันเข้าหาดวงอาทิตย์เสมอ พื้นผิวของโล่เป็นอะลูมิเนียมสีขาวสะท้อนแสงลดการดูดซึมความร้อน ทนต่อความร้อนได้สูงสุด 1,370 องศาเซลเซียส

คอยปกป้องอุปกรณ์ตรวจวัดต่างๆ อาทิ FIELDS (ตรวจวัดอนุภาคและสนามแม่เหล็ก) WISPR (กล้องถ่ายภาพดวงอาทิตย์) SWEAP (เครื่องวิเคราะห์พายุสุริยะและอนุภาคโปรตรอน) และ ISOIS (อ่านว่า อี-ซิส เครื่องตรวจวัดพลังงานอเนกประสงค์) ให้มีความร้อนอยู่ที่อุณหภูมิห้อง (25 องศาเซลเซียส)

ทั้งหมดทำงานด้วยระบบคอมพิวเตอร์อัตโนมัติ เนื่องจากการสื่อสารวิทยุและคำสั่งใดๆ ต้องใช้เวลาเดินทางจากยานถึงโลกนาน 8 นาที (ไปกลับ 16 นาที) โดยยานจะอาศัยเซ็นเซอร์วัดความเข้มข้นแสง 4 ตำแหน่งเพื่อกางและปรับทิศทางโล่ ขณะที่แหล่งพลังงานหลักนั้นจะมาจากแผงพลังงานสุริยะ ซึ่งจะกางออกจากหลังโล่เมื่อโคจรถึงระยะห่างปลอดภัยเท่านั้น

ยานพาร์กเกอร์ นอกจากเป็นยานสำรวจอัตโนมัติที่ซับซ้อนที่สุดของนาซ่าแล้ว ยังนับเป็นยานสำรวจลำแรกของนาซ่าที่ได้รับการตั้งชื่อตามบุคคลที่ยังมีชีวิตอยู่คือ ศาสตราจารย์ยูจีน นิวแมน พาร์กเกอร์ นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ สาขาดวงอาทิตย์ และศาสตราจารย์เกียรติคุณชาวอเมริกัน อายุ 94 ปีแห่งมหาวิทยาลัยนครชิคาโก ผู้สร้างทฤษฎีการเกิดพายุสุริยะเหนือเสียง และพยากรณ์การเกิดสนามแม่เหล็กรูปเกลียวคลื่นระหว่างดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ หรือ พาร์กเกอร์ สไปรัล (Parker spiral)

ศ.พาร์กเกอร์เสนอทฤษฎีเมื่อปี 2530 ว่า ชั้นบรรยากาศโคโรนาของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิที่สูงอาจเนื่องมาจากสิ่งที่เรียกว่า “นาโนแฟลร์” ซึ่งเป็นประกายละอองจากเปลวสุริยะ หรือโซลาร์ แฟลร์ ที่ปะทุขึ้นมาจากพื้นผิวของดวงอาทิตย์

พาร์กเกอร์ โซลาร์ โพรบ ทะยานขึ้นจากแหลมคะแนเวอรัล รัฐฟลอริดา ประเทศสหรัฐ ด้วยจรวดส่งดาวเทียมรุ่น Delta-IV Heavy เมื่อ 12 ส.ค.ปีเดียวกัน มีเป้าหมายภารกิจเป็นการศึกษาดวงอาทิตย์ โดยยานออกแบบมาให้เคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ด้วยความเร็วสูงหลายครั้งเพื่อวิเคราะห์ข้อมูล รวมทั้งช่วยยืนยันทฤษฎีของศ.พาร์กเกอร์ด้วย

ยานสำรวจนี้โคจรรอบดวงอาทิตย์และเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศจะมีความเร็วถึง 7 แสนกิโลเมตรต่อชั่วโมง ถือเป็นวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นที่เคลื่อนที่เร็วที่สุดที่เคยมีมา ทางนาซ่านอกจากต้องออกแบบยานให้มีความทนทานต่ออุณหภูมิมหาศาลและรังสีเข้มข้น ยังออกแบบให้ยานสามารถเข้าสู่ชั้นบรรยากาศแบบโฉบเข้าโฉบออกอย่างรวดเร็ว ระหว่างการเก็บตัวอย่างและวิเคราะห์ข้อมูลส่งกลับมายังศูนย์ปฏิบัติการของนาซ่า

นอกจากนี้ การโฉบเข้าสำรวจ 3 รอบสุดท้าย ยานจะเข้าใกล้พื้นผิวดวงอาทิตย์มากที่สุดเหลือระยะเพียง 6.1 ล้านก.ม. ซึ่งจะเป็นสถิติยานสำรวจเคลื่อนที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์ครั้งใหม่ของมนุษยชาติ คิดเป็นระยะทางน้อยลง 7 เท่าตัว เทียบกับสถิติเก่าของยานฮีลิออส 2 (Helios 2) บินเข้าใกล้ดวงอาทิตย์เหลือระยะทาง 43 ล้านก.ม. เมื่อปี 2519

นาทีมุ่งหน้าสู่ดวงอาทิตย์และข้ามจุดที่เรียกว่า ขอบเขตวิกฤต อัลฟ์เวน (Alfven critical boundary) เมื่อ 28 เม.ย. เป็นเส้นแบ่งระหว่างพื้นที่รอบนอกของชั้นโคโรนากับอวกาศ โดยหากเลยขอบเขตดังกล่าวออกไปแล้วบรรดาอนุภาคและรังสีที่ดวงอาทิตย์ปลดปล่อยออกมาจะฟุ้งกระจายออกไปในอวกาศ แต่หากอยู่ภายในขอบเขต ดังกล่าวแล้วอนุภาคและรังสีต่างๆ จะยังไม่ถูกปล่อยหลุดออกจาก ดวงอาทิตย์ไปเนื่องด้วยแรงแม่เหล็กและแรงโน้มถ่วง

ข้อมูลจากยานพาร์กเกอร์เผยให้นาซ่าทราบว่าขอบเขตดังกล่าวนั้นอยู่ที่ระยะห่างประมาณ 13 ล้านก.ม. นับจากเปลือกชั้นนอกสุดที่ส่องสว่างของดวงอาทิตย์ หรือเรียกว่า โฟโตสเฟียร์ (photosphere) นอกจากนี้ ข้อมูลยังบ่งชี้ว่าขอบเขตดังกล่าวนั้นไม่คงที่ด้วย เพราะ ยานพาร์กเกอร์ผ่านขอบเขตดังกล่าวหลายครั้งระหว่างมุ่งหน้าเข้าใกล้ดวงอาทิตย์เป็นเวลานาน 5 ช.ม.

สจวร์ต เบล ผู้เชี่ยวชาญจากมหาวิทยาลัยรัฐแคลิฟอร์เนีย วิทยาเขตเบิร์กลีย์ กล่าวว่า คณะทำงานในภารกิจพบความเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมอย่างสุดขั้ว โดยเมื่อยานอยู่ในชั้นบรรยากาศโคโรนาแล้วพบความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กมหาศาล ซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคต่างๆ ในชั้นนี้ หมายความว่ายานบินฝ่าชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์เข้าไปได้จริง

ชั้นโคโรนาของดวงอาทิตย์นั้นมีหลายสิ่งที่เป็นปริศนาคาใจนักวิทยาศาสตร์มานานแล้วเพราะไม่สามารถอธิบายได้ เช่น ความ แตกต่างของอุณหภูมิที่ฟังแล้วรู้สึกย้อนแย้งอย่างอุณหภูมิที่ชั้นเปลือก โฟโตสเฟียร์ที่มีอุณหภูมิเพียง 6 พันองศาเซลเซียส ทว่าอุณหภูมิในชั้นโคโรนานั้นบางครั้งอาจมากกว่า 1 ล้านองศาเซลเซียสได้อย่างไร

ยังไม่หมดเท่านั้น ชั้นโคโรนาของดวงอาทิตย์ยังเป็นบริเวณที่อนุภาค อาทิ อิเล็กตรอน โปรตรอน และไอออนหนัก ถูกเร่งความเร็วอย่างฉับพลันทันใดจนกลายเป็นกระแสลมเหนือเสียง (Supersonic wind) สร้างความมึนงงให้กับนักวิทยาศาสตร์

นูระ เราะอูฟี ผู้เชี่ยวชาญจากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เชิงประยุกต์ จอห์น ฮอปกินส์ กล่าวว่า สาเหตุของความมึนงงมาจากการที่ลมสุริยะซึ่งพัดไปในอวกาศนั้นไม่มีร่องรอยใดหลงเหลือไว้ให้ศึกษา เป็นหนึ่งในสาเหตุนาซ่าจึงต้องส่งยานพาร์กเกอร์บินฝ่าเข้าไปในชั้นบรรยากาศดวงอาทิตย์เพื่อศึกษากระบวนการดังกล่าว

วัตถุประสงค์หลักในภารกิจยานพาร์กเกอร์ ได้แก่ การทำความเข้าใจดวงอาทิตย์ของระบบสุริยจักรวาลจะนำไปสู่ความเข้าใจต่อดาวฤกษ์ในระบบดาวอื่นที่มากขึ้น โดยความเข้าใจต่อดวงอาทิตย์ที่เป็นแหล่งพลังงานความร้อนและแสงสว่างยังจะนำไปสู่ความเข้าใจที่มากขึ้นต่อวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์โลกในอดีตได้

ข้อมูลมหาศาลที่นักวิทยาศาสตร์จะได้จากภารกิจนี้ นอกจากความเข้าใจของกระบวนการทำงานของดวงอาทิตย์แล้ว ยังเป็นการพยากรณ์สภาพภูมิอวกาศและปรากฏการณ์พายุสุริยะที่มีความแม่นยำมาก ขึ้นด้วย

ทั้งนี้ กำหนดภารกิจการบินโฉบเพื่อสำรวจดวงอาทิตย์ของ ยานพาร์กเกอร์นั้นจะใช้วิธีโคจรรอบดวงอาทิตย์ โดยแต่ละรอบนั้นจะมีช่วงที่ยานโฉบเข้าใกล้มากขึ้นเรื่อยๆ และจะโฉบเข้าใกล้ที่สุดในระยะประมาณ 6 ถึง 7 ล้านก.ม. ในปี 2568

จันท์เกษม รุณภัย
ข้อมูลอ้างอิง : บีบีซี วิกิพีเดีย นาซ่า