การค้นหาดาวเคราะห์คล้ายโลกเป็นความท้าทายสำคัญทางดาราศาสตร์มายาวนาน เนื่องจากความสว่างมหาศาลของดาวฤกษ์ทำให้ดาวเคราะห์เหล่านี้ถูกบดบังจนเกือบหมด การออกแบบกล้องโทรทรรศน์แบบเดิมไม่สามารถทำได้ อย่างไรก็ตาม แนวคิดอันโดดเด่นด้วยกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าเพิ่งถูกเสนอขึ้น ซึ่งสัญญาว่าจะเอาชนะอุปสรรคนี้และช่วยให้มนุษย์ค้นพบดาวเคราะห์ที่มีศักยภาพหลายสิบดวงภายในระยะ 30 ปีแสง ซึ่งจะปูทางไปสู่การค้นหาสัญญาณของสิ่งมีชีวิตต่างดาว
โลกเป็นดาวเคราะห์ดวงเดียวที่เรารู้จักซึ่งรองรับสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนดาวเคราะห์สีน้ำเงินดวงนี้ต้องอาศัยน้ำในสถานะของเหลวเพื่อค้ำจุนปฏิกิริยาเคมีที่จำเป็น สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวแบบเรียบง่ายมีมานานเกือบเท่าโลก แต่สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่ซับซ้อนกว่านั้นต้องใช้เวลาประมาณ 3 พันล้านปีจึงจะวิวัฒนาการขึ้นมาได้ ในขณะเดียวกัน มนุษย์มีชีวิตอยู่เพียงเศษเสี้ยวเล็กๆ ของประวัติศาสตร์โลก น้อยกว่าหนึ่งในหมื่นของอายุโลก
ไทม์ไลน์นี้ชี้ให้เห็นว่าสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ที่มีน้ำในสถานะของเหลวอาจไม่ใช่เรื่องหายาก อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตอัจฉริยะที่สามารถ สำรวจ จักรวาลได้อาจเป็นเรื่องที่หายากอย่างยิ่ง หากมนุษยชาติต้องการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก แนวทางที่เป็นไปได้มากที่สุดคือการเข้าไปสำรวจโดยตรงผ่านการสังเกตการณ์ดาวเคราะห์
การออกแบบแนวคิดสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า จำลองแบบมาจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศดิจิตอลอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์หักเหแสง (DICER) ซึ่งเป็นหอสังเกตการณ์อวกาศอินฟราเรดสมมุติ และกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ เครดิต: Leaf Swordy/สถาบันโพลีเทคนิคเรนส์เซเลอร์
อวกาศนั้นกว้างใหญ่ไพศาล และกฎฟิสิกส์ขัดขวางการเดินทางหรือการสื่อสารที่เร็วกว่าความเร็วแสง ดังนั้น จึงมีเพียงดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดเท่านั้นที่สามารถศึกษาได้ภายในช่วงชีวิตของมนุษย์ แม้จะใช้เครื่องมือสำรวจแบบหุ่นยนต์ก็ตาม ในบรรดาดาวฤกษ์เหล่านี้ ดาวฤกษ์เป้าหมายที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือดาวฤกษ์ที่มีขนาดและอุณหภูมิใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ เนื่องจากดาวฤกษ์เหล่านี้มีอยู่มานานพอและมีความเสถียรเพียงพอที่สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนจะเจริญเติบโตได้
ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ได้ค้นพบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ประมาณ 60 ดวง ภายในระยะ 30 ปีแสงจากโลก ดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์เหล่านี้ซึ่งมีขนาดและอุณหภูมิใกล้เคียงกับโลก และสามารถรองรับได้ทั้งบนบกและในน้ำเหลว ถือเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการค้นพบสิ่งมีชีวิต
การแยกภาพของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่มีลักษณะคล้ายโลกออกจากแสงจ้าของดาวฤกษ์แม่ถือเป็นความท้าทายอย่างยิ่ง แม้ในสภาวะที่เหมาะสม ดาวฤกษ์ก็ยังสว่างกว่าดาวเคราะห์เป็นล้านเท่า หากทั้งสองสิ่งนี้ผสมกัน การตรวจจับดาวเคราะห์ก็เป็นไปไม่ได้
ตามทฤษฎีออปติคัล ความละเอียดสูงสุดของกล้องโทรทรรศน์ขึ้นอยู่กับขนาดของกระจกและความยาวคลื่นของแสง ดาวเคราะห์ที่มีน้ำเหลวจะเปล่งแสงที่สว่างที่สุดที่ความยาวคลื่นประมาณ 10 ไมครอน ซึ่งมีความกว้างเท่ากับเส้นผมของมนุษย์ และมีความยาวคลื่นมากกว่าความยาวคลื่นแสงที่มองเห็นถึง 20 เท่า ที่ความยาวคลื่นนี้ กล้องโทรทรรศน์จำเป็นต้องรวบรวมแสงในระยะทางอย่างน้อย 20 เมตร จึงจะมีความละเอียดเพียงพอที่จะแยกโลกออกจากดวงอาทิตย์ ซึ่งอยู่ห่างออกไป 30 ปีแสง
ยิ่งไปกว่านั้น กล้องโทรทรรศน์ต้องติดตั้งในอวกาศ เนื่องจากชั้นบรรยากาศของโลกทำให้ภาพเบลอ กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน คือ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) มีเส้นผ่านศูนย์กลางกระจก 6.5 เมตร แต่การปล่อยและการใช้งานนั้นยากมาก
เนื่องจากการติดตั้งกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาด 20 เมตรในปัจจุบันเกินขีดความสามารถทางเทคโนโลยี นักวิทยาศาสตร์ จึงได้ลองหลายวิธี วิธีแก้ปัญหาหนึ่งคือการปล่อยกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กหลายตัวขึ้นสู่อวกาศ และรักษาระยะห่างระหว่างกล้องโทรทรรศน์ให้แม่นยำเพื่อจำลองกระจกขนาดยักษ์ อย่างไรก็ตาม การรักษาตำแหน่งที่แม่นยำจนถึงขนาดโมเลกุลนั้นเป็นไปไม่ได้ในปัจจุบัน
อีกวิธีหนึ่งคือการใช้แสงที่มีความยาวคลื่นสั้นลง ซึ่งจะทำให้กล้องโทรทรรศน์มีขนาดเล็กลง แต่ในช่วงที่มองเห็น ดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์จะสว่างกว่าโลกถึง 10 พันล้านเท่า ทำให้ไม่สามารถบดบังแสงดาวได้มากพอที่จะเผยให้เห็นดาวเคราะห์ แม้ว่าในทางทฤษฎีแล้วความละเอียดของภาพจะเป็นไปได้ก็ตาม
อีกแนวคิดหนึ่งคือการใช้ “โล่ดวงดาว” ซึ่งเป็นยานอวกาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายสิบเมตร บินห่างจากกล้องโทรทรรศน์หลายหมื่นกิโลเมตร เพื่อปิดกั้นแสงดาวแต่ปล่อยให้แสงจากดาวเคราะห์ผ่านเข้ามาได้ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้จำเป็นต้องปล่อยยานอวกาศสองลำและใช้เชื้อเพลิงจำนวนมหาศาลเพื่อเคลื่อนย้ายโล่ไปยังตำแหน่งใหม่
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอการออกแบบที่เป็นไปได้มากขึ้น นั่นคือ กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดที่มีกระจกสี่เหลี่ยมขนาด 1 x 20 เมตร แทนที่จะเป็นกระจกวงกลมขนาด 6.5 เมตรของ JWST เครื่องมือนี้ทำงานที่ความยาวคลื่น 10 ไมครอน ซึ่งจะแยกแสงดาวฤกษ์และแสงดาวเคราะห์ออกจากกันตามแนวแกนยาวของกระจก การหมุนกระจกทำให้นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตดาวเคราะห์ได้ทุกตำแหน่งรอบดาวฤกษ์แม่
คาดว่าการออกแบบนี้จะสามารถตรวจจับดาวเคราะห์คล้ายโลกที่โคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ได้ครึ่งหนึ่งภายในเวลาไม่ถึงสามปี แม้ว่าจะยังต้องมีการปรับปรุงทางเทคนิคและเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติม แต่แบบจำลองนี้ไม่จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีที่เกินขีดความสามารถในปัจจุบัน ซึ่งถือเป็นการเบี่ยงเบนจากแนวคิดบุกเบิกอื่นๆ มากมาย
หากโดยเฉลี่ยแล้วดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์แต่ละดวงมีดาวเคราะห์คล้ายโลก การออกแบบกล้องโทรทรรศน์นี้น่าจะสามารถตรวจจับดาวเคราะห์ที่มีแนวโน้มได้ประมาณ 30 ดวงภายในระยะ 30 ปีแสง การวิจัยเพิ่มเติมจะมุ่งเน้นไปที่การกำหนดชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์เหล่านั้น มองหาสัญญาณของออกซิเจน ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ถึงสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้
สำหรับผู้สมัครที่มีแนวโน้มมากที่สุด ภารกิจสำรวจอาจถูกนำไปใช้เพื่อส่งภาพพื้นผิวของดาวเคราะห์กลับมา การออกแบบกล้องโทรทรรศน์ทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้านี้สัญญาว่าจะมอบเส้นทางที่สั้นที่สุดในการค้นหา "ดาวเคราะห์พี่น้อง" ของเรา นั่นคือ Earth 2.0
ที่มา: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/thiet-ke-kinh-vien-vong-hinh-chu-nhat-co-the-mo-ra-ky-nguyen-san-tim-trai-dat-2-0/20250902082651458
การแสดงความคิดเห็น (0)