http://update.se-ed.com     หน้าแรก    ฉบับก่อน      แนะนำ     ติดต่อเรา     สมาชิก     ซีเอ็ด      

ฉบับ 212 พฤษภาคม 2548 ประจำฉบับ   o บอกกล่าว   o จดหมายถึงบ.ก.   o มองโลก   o มองไทย   o Space Hotline   o คุยกับชัยคุปต์   o นักวิทย์รุ่นเยาว์   o ประลองปัญญา   o เรื่องจากปก   o บทความ/สารคดี บอกรับจดหมายข่าว โปรดแจ้ง E-Mail ของคุณ Subscribe     Unsubscribe   Powered by YourMailinglist Provider.com   ดูจดหมายข่าวเก่า

สารคดีวิทยาศาสตร์ #212                 ปฏิบัติการเมสเซนเจอร์สำรวจดาวพุธ   วันที่ 3 สิงหาคม พ.ศ. 2547 ยานเมสเซนเจอร์ (Messenger) ขององค์การนาซา ขึ้นสู่อวกาศ ณ แหลมคานาเวอราล ฟลอริดา มุ่งสู่เป้าหมายคือดาวพุธ นี่คือการเยี่ยมเยือนดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดเป็นครั้งที่สอง ภายหลังจากยานมาริเนอร์ 10 ขององค์การนาซาสำรวจดาวดวงนี้โดยการบินผ่านเมื่อปี พ.ศ. 2517 และ 2518          โครงการเมสเซนเจอร์เป็นโครงการที่เจ็ดของดิสคัฟเวอรีโปรแกรมซึ่งใช้ต้นทุนต่ำขององค์การนาซา ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์มหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์เป็นผู้สร้าง และควบคุมปฏิบัติการของยานเมสเซนเจอร์         ฌอง ซี โซโลมอน หัวหน้านักวิทยาศาสตร์โครงการเมสเซนเจอร์อธิบายให้เห็นความสำคัญของโครงการนี้ว่า ดาวพุธเป็นดาวเคราะห์ชั้นในที่มีการสำรวจน้อยที่สุด สิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับดาวพุธส่วนใหญ่มาจากยานมาริเนอร์ 10 การสำรวจดาวพุธมีข้อจำกัด แม้จะใช้กล้องอวกาศฮับเบิลก็ตาม เพราะรังสีที่หนาแน่นของดวงอาทิตย์จะทำให้เครื่องมือต่างๆ เสียหาย         ดาวพุธเป็นที่สนใจของนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์อย่างมาก เพราะความแตกต่างระหว่างดาวพุธกับดาวเคราะห์ชั้นในดวงอื่นๆ ระบบสุริยะมีดาวเคราะห์สองประเภท ประเภทแรกเป็นดาวเคราะห์ชั้นในซึ่งเรียกว่าดาวเคราะห์หิน ประกอบด้วย ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลกและดาวอังคาร ประเภทที่สองคือดาวเคราะห์ชั้นนอกซึ่งเป็นดาวเคราะห์ก๊าซและมีขนาดใหญ่ ประกอบด้วย ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาว ยูเรนัส และดาวเนปจูน (ไม่นับดาวพลูโตซึ่งนักดาราศาสตร์ส่วนหนึ่งไม่ยอมรับเป็นดาวเคราะห์)          นักดาราศาสตร์อธิบายว่าดาวเคราะห์ชั้นในมีจุดกำเนิดร่วมกัน ก่อตัวจากจานฝุ่นและก๊าซหรือโซลาร์เนบิวลาที่ล้อมรอบดวงอาทิตย์เมื่อยังเยาว์วัยด้วยกระบวนการเดียวกันและในช่วงเวลาเดียวกัน แต่ทว่าดาวพุธกลับมีความแตกต่างจากดาวเคราะห์ดวงอื่นอย่างมาก         ผลงานจากยานมาริเนอร์ 10  ทำให้นักวิทยาศาสตร์มีความรู้ความ เข้าใจเกี่ยวกับดาวพุธอย่างมากมาย ทว่าข้อมูลจากยานมาริเนอร์ 10 กลับทำให้นักวิทยาศาสตร์พบว่าดาวพุธเป็นดาวที่มีความลึกลับหลายอย่าง  ความลึกลับที่ว่านั้นก็คือ มันเป็นดาวขนาดเล็กที่สุด มีความหนาแน่นมากที่สุด มีพื้นผิวที่เก่าแก่ที่สุด มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นเหล็ก  มีสนามแม่เหล็ก และมีอุณหภูมิที่พื้นผิวแตกต่างกันมาก ขณะที่เวลากลางวันอุณหภูมิสูงถึง 800 องศาฟาเรนไฮต์ แต่กลับมีน้ำแข็ง  ในหลุมอุกกาบาตที่ขั้วเหนือ         เป้าหมายของโครงการเมสเซนเจอร์ (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) ก็คือ การเปิดเผยความลึกลับนั้น ซึ่งจะทำให้เราเข้าใจวิวัฒนาการของดาวพุธ ปฏิสัมพันธ์ของมันกับดวงอาทิตย์และอาจรวมถึงทำให้รู้ว่าโลกของเราก่อตัวขึ้นได้อย่างไรด้วย โดยเมสเซนเจอร์จะหาคำตอบ เหล่านี้         1. ทำไมดาวพุธจึงมีความหนาแน่นมากกว่าดาวเคราะห์หินอีกสามดวง คือ โลก ดาวอังคารและดาวศุกร์  นักวิทยาศาสตร์อธิบายว่า ดาวเคราะห์หินประกอบด้วยแก่นที่เป็นเหล็กห่อหุ้มด้วยเนื้อดาวที่เป็นซิลิเกต ส่วนนอกสุดเป็นเปลือกซึ่งเป็นแร่ที่มีการหลอมละลายน้อยกว่าส่วนเนื้อดาว ความหนาแน่นของดาวเคราะห์หินเป็นผลมาจากความสมดุลของแก่นเหล็ก เนื้อดาว และเปลือกนอก ดาวพุธมีแก่นเหล็กขนาดใหญ่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1,800 ถึง 1,900 กิโลเมตร มีความหนาแน่น 5.3 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร มากกว่าโลกถึงสองเท่า (ไม่ รวมเอาแรงอัดตัวของแรงโน้มถ่วงของโลกซึ่งทำให้เกิดความหนาแน่นด้วย)         มีทฤษฎีหนึ่งที่อธิบายว่าทำไมดาวพุธจึงมีความหนาแน่นและมีโลหะมากกว่าดาวศุกร์ โลก และดาวอังคาร ทฤษฎีนี้บอกว่าขณะที่ดาวพุธเริ่มก่อตัวจากโซลาร์เนบิวลา ก๊าซจากเนบิวลาทำให้เกิดการรวมตัวของอนุภาคที่หนาแน่น จึงทำให้ดาวพุธอุดมไปด้วยโลหะ แต่กระบวนการนี้ไม่ได้เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของแร่ซิลิเกต ดังนั้น องค์ประกอบของหินบนพื้นผิวจะเหมือนกับดาวเคราะห์หินอื่นๆ         เมสเซนเจอร์จะหาคำตอบโดยใช้สเปกโทรมิเตอร์รังสีเอกซ์และสเปกโทรมิเตอร์รังสีแกมมาตรวจวัดธาตุในหินบนพื้นผิว  และใช้สเปกโทรมิเตอร์คลื่นแสงสว่าง-อินฟราเรดสำรวจแร่ธาตุ         2. ประวัติศาสตร์ของหินบนดาวพุธมีที่มาอย่างไร  ภาพถ่ายพื้นผิวราว 45 เปอร์เซ็นต์โดยยานมาริเนอร์ 10 ทำให้นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจกับหลุมอุกกาบาตเก่าแก่คล้ายกับที่มีบนดวงจันทร์ของโลก และสีของหินที่หลากหลายบริเวณหลุมอุกกาบาต นอกจากนั้นยังมีที่ราบระหว่างหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามันเกิดจากภูเขาไฟ หลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่มีความกว้างหลายร้อยกิโลเมตรและมีหน้าผาสูงกว่าหนึ่งกิโลเมตร ลักษณะเช่นนี้หาได้ยากบนดาวอังคาร นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามันเกิดจากแรงกดซึ่งบีบพื้นผิวของ ดาวพุธ         นอกจากนั้น ภาพจากยานมาริเนอร์ 10 ยังทำให้นักวิทยาศาสตร์ฉงนใจยิ่งขึ้น เมื่อพบว่าดาวพุธมีเนินชันขณะที่พื้นผิวเป็นรอยย่นซึ่งชี้ว่ามันกำลังหดตัวอย่างช้าๆ เพราะแก่นของมันค่อยๆ เย็นลง         เมสเซนเจอร์จะค้นหาลำดับก่อนหลังของกระบวนการที่ก่อรูปทรงของดาวพุธ สเปกโทรมิเตอร์รังสีเอกซ์ สเปกโทรมิเตอร์รังสีแกมมา และ  สเปกโทรมิเตอร์คลื่นแสงสว่าง-อินฟราเรด จะค้นหาธาตุและแร่ต่างๆ ซึ่งประกอบขึ้นเป็นหินบนพื้นผิว กล้อง ถ่ายภาพจะบันทึกภาพพื้นผิว ทำแผนที่ภูมิประเทศ เครื่องมือวัดระยะด้วยเลเซอร์จะสำรวจพื้นผิวเปรียบเทียบกับข้อมูลสนามแม่เหล็กจากสัญญาณวิทยุซึ่งจะทำให้รู้ว่าเปลือกของดาวพุธในจุดต่างๆ มีความหนาเพียงใด         3. โครงสร้างแก่นของดาวพุธคืออะไร หนึ่งในความประหลาดใจของนักวิทยาศาสตร์จากผลงานของยานมาริเนอร์ 10 คือดาวพุธมีสนามแม่เหล็ก ในขณะที่ดาวศุกร์และดาวอังคารไม่มี นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสนามแม่เหล็กของโลกเกิดจากการหมุนวนของของเหลวด้านนอกของแก่นโลก(ด้านในของแก่นโลกเท่านั้นที่เป็นของแข็ง) แต่สมมติฐานที่มีอยู่บ่งบอกว่าแก่นของดาวพุธเป็นของแข็งและมีความเย็น ของ--แข็งจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กได้หรือไม่? แก่นดาวพุธอาจไม่เย็นทั้งหมด เมสเซนเจอร์จะใช้เครื่องมือวัดระยะด้วยเลเซอร์หาของเหลวบริเวณด้านนอกของแก่นดาวพุธโดยการวัดอาการส่ายอย่างช้าๆ ขณะที่ดาวพุธหมุนรอบแกนที่เรียกว่า Libration ข้อมูลนี้จะนำไปประกอบกับข้อมูลของสัญญาณวิทยุเพื่อหาขนาดและความแข็งของแก่นดาวพุธ ความเข้าใจเกี่ยวกับแก่นของดาวพุธจะนำไปสู่คำอธิบายว่าดาวเคราะห์หินอย่างโลกมีสนามแม่เหล็กได้อย่างไร          4. ธรรมชาติของสนามแม่เหล็กเป็นอย่างไร สนามแม่เหล็กโลกมีลักษณะพลวัต เปลี่ยนแปลงตามอิทธิพลของลมสุริยะและการลุกจ้าของดวงอาทิตย์ ข้อมูลจากยานมาริเนอร์ 10 บ่งบอกว่าสนามแม่เหล็กของดาวพุธมีลักษณะพลวัตเช่นกัน และแม้ว่าดาวพุธจะมีสนามแม่เหล็กขนาดเล็กที่มีกำลังเพียงหนึ่งเปอร์เซ็นต์ของโลกก็ตาม แต่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า การทำความเข้าใจพลวัตของสนามแม่เหล็กของดาวพุธจากอิทธิพลของดวงอาทิตย์จะทำให้เราเข้าใจปฏิสัมพันธ์ของดวงอาทิตย์กับสนามแม่เหล็กโลก         เมสเซนเจอร์จะใช้เครื่องมือวัดสภาพแม่เหล็ก ศึกษาลักษณะของสนาม แม่เหล็กดาวพุธอย่างละเอียดเป็นเวลาสี่ปีของดาวพุธ         5.ธรรมชาติของวัตถุบริเวณขั้วของดาวพุธเป็นอย่างไร เนื่องจากดาวพุธหมุนรอบตัวเองเกือบจะตั้งฉากกับวงโคจร แสงอาทิตย์ที่ตกกระทบพื้นผิวบริเวณขั้วจึงมีมุมที่แน่นอน ทำให้เกิดเงาอย่างถาวรในหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่บริเวณขั้วเหนือ ซึ่งมีอุณหภูมิ -212 องศาเซลเซียส ในปี พ.ศ. 2534 เรดาร์ของกล้องโทรทรรศน์อาเรซิโบตรวจพบวัตถุซึ่งอาจเป็นน้ำแข็งในเงาของหลุมอุกกาบาต  นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่า ขณะที่ดาวพุธเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดเมื่อหลายพันล้านปีก่อน น้ำแข็งจากดาวหางพุ่งลงสู่หลุมอุกกาบาตนี้ หรืออาจจะเป็นกำมะถันที่ซึมออกมาจากหินเป็นเวลาหลายแสนปี         เมสเซนเจอร์จะใช้สเปกโทรมิเตอร์รังสีแกมมาและนิวตรอนตรวจจับไฮโดรเจนและใช้สเปกโทรมิเตอร์รังสีอัลตราไวโอเลตและสเปกโทรมิเตอร์อนุภาคพลังงานตรวจจับกำมะถันจากไอของก๊าซเหนือหลุมอุกกาบาต การ ศึกษาวัตถุบริเวณนี้จะทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจถึงการระเหยของของวัตถุในระบบสุริยะด้านใน         6. การระเหยของก๊าซมีความสำคัญอย่างไร ดาวพุธมีก๊าซที่เบาบางล้อมรอบ ต่างจากบรรยากาศของโลก ดาวศุกร์และดาวอังคาร ทำให้โมเลกุลในชั้นบรรยากาศไม่ได้ชนกัน ทว่ามันจะกระเด้งไปมาคล้ายกับลูกบอลยางเด้งบนพื้น นักวิทยาศาสตร์เรียกบรรยากาศของดาวพุธว่า เอกโซสเฟียร์ (exosphere) ซึ่งมีธาตุหกชนิด คือ ไฮโดรเจน ฮีเลียม ออกซิเจน โซเดียม โพแทสเซียม และแคลเซียม ไฮโดรเจนและฮีเลียมมาจากลมสุริยะ ไฮโดรเจนและออกซิเจนบางส่วนมาจากน้ำแข็งของดาวหางและอุกกาบาต โซเดียม โพแทสเซียม และออกซิเจนบางส่วนมาจากหินบนพื้นผิว นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีกระบวนการที่มีความแตกต่างกันหลายกระบวนการที่ทำให้เกิดธาตุเหล่านี้ในบรรยากาศของดาวพุธ         เมสเซนเจอร์จะหาองค์ประกอบของบรรยากาศโดยใช้สเปกโทรมิเตอร์อัลตราไวโอเลตและสเปกโทรมิเตอร์อนุภาคพลังงาน และจะนำข้อมูลไปเปรียบเทียบกับองค์ประกอบของหินซึ่งตรวจวัดโดยสเปกโทรมิเตอร์รังสีเอกซ์และรังสีแกมมาเพื่อหาข้อสรุปของ กระบวนการของการเกิดโมเลกุลต่างๆ ในบรรยากาศ         ยานเมสเซนเจอร์เป็นสุดยอดแห่งนวัตกรรมทางวิศวกรรม นักวิทยาศาสตร์เปรียบเทียบว่าการส่งยานเข้าใกล้ดาวพุธก็เหมือนกับการเดินทางเข้าไปในเตาอบ เนื่องจากมันจะเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มาก ไม่เหมือนยานสำรวจดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี หรือดาวเสาร์ซึ่งเดินทางไปในจุดที่หนาวเย็น         ดังนั้นความยากยิ่งของภารกิจคือการสร้างยานที่ไม่ได้รับความเสียหายจากความร้อนและรังสีของดวงอาทิตย์วิศวกรจึงออกแบบโล่หรือเกราะป้องกันความร้อนซึ่งทำจากเซรามิกไว้หลายชั้นเพื่อป้องกันเครื่องมือวิทยาศาสตร์ต่างๆ         เมสเซนเจอร์มีเครื่องมือวิทยาศาสตร์หลักในการศึกษาดาวพุธเจ็ดชนิดคือ        1.กล้องถ่ายภาพ (Mercury Dual Imaging System) หรือ MDIS ประกอบด้วยกล้องสองตัว  ตัวแรกถ่ายภาพในมุมกว้าง ตัวที่สองถ่ายภาพในมุมแคบ ซึ่งจะช่วยให้สามารถถ่ายภาพพื้นผิวในทุกทิศทาง กล้องถ่ายภาพของยานมีประสิทธิภาพสูงกว่าของยานมาริเนอร์ 5-10 เท่า         2.เครื่องวัดระยะด้วยเลเซอร์ (The Mercury Laser Altimeter) หรือ MLA ใช้วัดระยะทางจากพื้นผิวถึงตัวยานในตำแหน่งต่างๆ และตรวจหาของเหลวบริเวณด้านนอกของแก่นดาวพุธ         3.สเปกโทรมิเตอร์รังสีเอกซ์ (The X-ray Spectrometer) หรือ XRS จะตรวจจับรังสีเอกซ์ซึ่งแผ่มาจากธาตุบริเวณเปลือกของดาวพุธ         4.สเปกโทรมิเตอร์รังสีแกมมาและนิวตรอน (The Gamma Ray and Neutron Spectrometer) หรือ  GRNS จะตรวจจับรังสีแกมมาและนิวตรอนบนพื้นผิวและตรวจหาน้ำแข็งบริเวณขั้วเหนือและขั้วใต้         5.สเปกโทรมิเตอร์ตรวจจับก๊าซและแร่ธาตุ (The Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer) หรือ MASCS จะตรวจหาก๊าซในบรรยากาศและแร่ธาตุบริเวณพื้นผิวในช่วงคลื่นอินฟราเรดถึงอัลตราไวโอเลต         6.สเปกโทรมิเตอร์ตรวจจับอนุภาคพลังงานและพลาสมา (Energetic Particle and Plasma Spectrometer) หรือ EPPS จะ ตรวจวัดองค์ประกอบ การกระจายตัวของพลังงานของอิเล็กตรอนและไอออนในสนามแม่เหล็กที่ล้อมรอบดาวพุธ         7.เครื่องมือวัดสภาพแม่เหล็ก (Magnetometer) หรือ MAG จะทำแผนที่สนามแม่เหล็กและค้นหาหินแม่เหล็กที่เปลือกของดาวพุธ         แม้ว่าดาวพุธจะอยู่ใกล้เพียง 92 ล้านกิโลเมตร แต่ยานเมสเซนเจอร์จะต้องเดินทางไกลเกือบแปดพันล้านกิโลเมตร มันไม่ได้เดินทางไปยังดาวพุธโดยตรง แต่จะโคจรรอบดวงอาทิตย์ 15 รอบ บินผ่านโลกหนึ่งครั้ง  บินผ่านดาวศุกร์สองครั้งในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2549 และมิถุนายน พ.ศ. 2550 เพื่ออาศัยแรงโน้มถ่วงของดาวศุกร์เหวี่ยงยานไปยังดาวพุธ และบินผ่านดาวพุธสามครั้ง ครั้งแรกในเดือนมกราคม พ.ศ. 2551 ครั้งที่สองในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2551 และครั้งที่สามในเดือน กันยายน พ.ศ. 2552 หลังจากนั้นจะโคจรรอบดาวพุธตั้งแต่เดือนมีนาคม พ.ศ. 2554         ไม่ต้องสงสัยเลยว่า ตลอดเวลาหนึ่งปีที่เมสเซนเจอร์โคจรรอบดาวพุธนั้น มันจะต้องค้นพบสิ่งซึ่งนำความตื่นเต้นมาให้กับทีมนักวิทยาศาสตร์ของนาซาอย่างแน่นอน                                                โดย... บัณฑิต คงอิทนร์ พบกับเรื่องนี้ได้ที่ : http://update.se-ed.com/212/messenger.htm กลับไปหน้าบทความ/สารคดี   UpDATE นิตยสารรายเดือน ราคาฉบับละ 75 บาท http://update.se-ed.com อัตราสมาชิก 12 ฉบับ 825 บาท จัดพิมพ์โดย บริษัท ซีเอ็ดยูเคชั่น จำกัด(มหาชน) อาคารเนชั่นทาวเวอร์ ชั้น 19 เลขที่ 46/87-90 ถ.บางนา-ตราด แขวงบางนา เขตบางนา กรุงเทพฯ 10260 โทร.0 2739 8111 โทรสาร 0 2739 8228 E-mail : update@se-ed.com