นักดาราศาสตร์พบ “ซูเปอร์ไฮเวย์” หรือ “ทางด่วนอวกาศ” ช่วยย่นระยะเวลาเดินทางจากแสนล้านปี ได้ในเวลาเพียงไม่กี่สิบปี

นักดาราศาสตร์พบ “ซูเปอร์ไฮเวย์” หรือ “ทางด่วนอวกาศ” ช่วยย่นระยะเวลาเดินทางจากแสนล้านปี ได้ในเวลาเพียงไม่กี่สิบปี

ลวดลายในธรรมชาติของกาแล็กซีกังหันแบบมีคาน
ลวดลายในธรรมชาติของกาแล็กซีกังหัน
ธันวาคม 29, 2020
มนุษย์จะมีหน้าตาเป็นเช่นไรถ้าไปอยู่บน “ดาวอังคาร” เป็นเวลานานๆ
มนุษย์จะมีหน้าตาเป็นเช่นไรถ้าไปอยู่บน “ดาวอังคาร” เป็นเวลานานๆ
มกราคม 1, 2021
นักดาราศาสตร์พบ “ซูเปอร์ไฮเวย์” หรือ “ทางด่วนในอวกาศ” ช่วยย่นระยะเวลาเดินทางจากแสนล้านปี ได้ในเวลาเพียงไม่กี่สิบปี

แนวคิดของศิลปินเกี่ยวกับเครือข่ายการขนส่งระหว่างดาวเคราะห์ โดย NASA

นักดาราศาสตร์ค้นพบโครงสร้างของระบบสุริยะที่มองไม่เห็น ที่เกิดจากการมีปฏิสัมพันธ์กันระหว่างแรงโน้มถ่วงภายใน ซึ่งได้สร้างโครงข่ายของสิ่งที่เรียกว่า “ซูเปอร์ไฮเวย์ อวกาศ” (space superhighway) หรือ “ทางด่วนอวกาศ” ขึ้นมา ช่องทางเหล่านี้จะช่วยย่นระยะเวลาในการเดินทางของวัตถุใดๆก็ตามผ่านอวกาศได้รวดเร็วยิ่งขึ้น ซึ่งในอนาคตจะเป็นเส้นทางสำคัญสำหรับการสำรวจอวกาศ รวมถึงการศึกษาดาวหาง และดาวเคราะห์น้อย

ทีมนักวิจัยที่นำโดย ‘นาตาชา โทโดโรวิช’ (Nataša Todorović) จากหอดูดาวเบลเกรดในเซอร์เบีย (Belgrade Astronomical Observatory) ได้เก็บข้อมูลเชิงสังเกตและข้อมูลจำลองมาวิเคราะห์ร่วมกัน จนค้นพบว่า “ซูเปอร์ไฮเวย์” เหล่านี้ประกอบไปด้วยส่วนโค้งที่เชื่อมต่อกันภายในโครงสร้างที่มองไม่เห็นที่เรียกว่า ‘สเปซแมนิโฟลด์’ (space manifold) หรือโครงสร้างเชิงปริภูมิอันซับซ้อนที่ในแต่ละดาวเคราะห์ได้สร้างขึ้นมาอยู่ร่วมกัน นักวิจัยเรียกอวกาศในลักษณะเช่นนี้ว่า “สวรรค์ทางด่วนที่แท้จริง” (a true celestial autobahn – ‘เอาโทบาน’ เป็นศัพท์ภาษาเยอรมันที่หมายถึงทางด่วนระหว่างเมือง)

เครือข่ายนี้สามารถขนส่งวัตถุต่างๆจากดาวพฤหัสบดี ไปสู่ดาวเนปจูนได้ในเวลาเพียงไม่กี่สิบปีแทนที่จะใช้เวลายาวนานหลายแสนล้านปี ที่ปกติจะพบเห็นได้ภายในระบบสุริยะ การค้นหาโครงสร้างที่ซ่อนอยู่ภายในอวกาศนั้นไม่ใช่เรื่องง่ายเสมอไป แต่การมองว่าสิ่งต่างๆนั้นเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างไรโดยเฉพาะอย่างยิ่งดาวหางและดาวเคราะห์น้อยนั้น จะเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการศึกษาทางด่วนในอวกาศ

โดยนักวิจัยได้เลือกเอากลุ่มก้อนหินภายในระบบสุริยะเป็นจำนวนมาก ที่โคจรอยู่โดยรอบดวงอาทิตย์ในระยะห่างที่แตกต่างกันมาศึกษา ไล่ไปตั้งแต่ ‘ดาวหางกลุ่มดาวพฤหัสบดี’ (Jupiter-Family Comets: JFCs) ที่พบว่าพวกมันใช้เวลาโคจรรอบดวงอาทิตย์น้อยกว่า 20 ปี และอยู่เลยห่างไปไม่ไกลจากวงโคจรของดาวแก๊สยักษ์ดวงนี้สักเท่าไหร่, วัตถุที่ชื่อว่า ‘เซนทอร์’ (Centaurs) ซึ่งเป็นกลุ่มก้อนของหินน้ำแข็งภายในช่องว่างอวกาศระหว่างดาวพฤหัสบดีและดาวเนปจูน และวัตถุพ้นดาวเนปจูน (Trans-Neptunian object: TNOs) ที่อยู่เลยออกไปจากวงโคจรของดาวเนปจูน

เมื่อนำตัวอย่างของเทหวัตถุต่างๆภายในระบบสุริยะมาร่วมวิเคราะห์อยู่ในแบบจำลองเดียวกันก็พบว่า มีทางเชื่อมต่อกันระหว่างพื้นที่ในอวกาศเหล่านี้อยู่ เช่นเมื่อ ‘วัตถุพ้นดาวเนปจูน’ เดินทางผ่านเข้าสู่กลุ่มของวัตถุ ‘เซนทอร์’ แล้วไปจบที่ ‘ดาวหางกลุ่มดาวพฤหัสบดี’ พวกมันอาจใช้เวลานานตั้งแต่ 10,000 ปี ไปจนถึงหลายพันล้านปี แต่ละเร็วๆนี้จากงานวิจัยล่าสุดระบุว่า ทางผ่านในวงโคจรที่เชื่อมสู่ดาวพฤหัสบดี ดูเหมือนจะมีความเร็วมากกว่าในที่แห่งอื่น ซึ่งกำลังควบคุมเส้นทางเดินของ ‘ดาวหางกลุ่มดาวพฤหัสบดี’ และ กลุ่มวัตถุ ‘เซนทอร์’ อยู่ แม้ว่างานวิจัยดังกล่าวจะไม่ได้กล่าวถึงจุดลากรองจ์ แต่ก็เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าบริเวณเหล่านี้มีความเสถียรของแรงโน้มถ่วงเชิงสัมพัทธ์อยู่ ที่สร้างขึ้นโดยการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างวงโคจรของเทหวัตถุทั้งสอง (ในกรณีนี้ คือดาวพฤหัสบดี และดวงอาทิตย์) ที่สามารถสร้างแมนิโฟลด์ออกมาร่วมกันได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ ‘โทโดโรวิช’ และทีมงานของเธอกำลังตรวจสอบอยู่ 

ทีมงานได้ใช้เครื่องมือที่เรียกว่า ‘ตัวบ่งชี้เลียปูนอฟเร็ว’ (fast Lyapunov indicator (FLI)) ซึ่งโดยปกติมักใช้เพื่อตรวจจับระบบของความโกลาหลต่างๆ และเนื่องจากความยุ่งเหยิงภายในระบบสุริยะเชื่อมโยงอยู่กับ ‘แมนิโฟลด์’ ที่เสถียรและไม่เสถียรในช่วงเวลาสั้นๆ ตัวบ่งชี้ FLI จึงสามารถจับร่องรอยของ ‘แมนิโฟลด์’ เหล่านี้เพื่อนำไปสร้างเป็นแบบจำลองพลวัตที่สามารถใช้ประยุกต์ได้

“ที่นี่” นักวิจัยเขียนไว้ในเอกสาร “เราได้ใช้ FLI เพื่อตรวจจับการมีอยู่ของโครงสร้างอวกาศขนาดใหญ่ของแมนิโฟลด์ แล้วตรวจจับความไม่เสถียรที่เกิดขึ้นบนสเกลเวลาโคจร นั่นคือเราจะใช้เครื่องมือตัวเลขที่ละเอียดแม่นยำนี้ มากำหนดพื้นที่ๆสามารถใช้ในการเดินทางไปมาภายในระบบสุริยะได้อย่างรวดเร็ว”

ทีมวิจัยได้รวบรวมข้อมูลเชิงตัวเลขที่เกี่ยวกับวงโคจรของเทหวัตถุต่างๆนับล้านภายในระบบสุริยะ และคำนวณว่าวงโคจรเหล่านี้จะพอดีกับ ‘แมนิโฟลด์’ ได้อย่างไร การสร้างแบบจำลองการบกวนนี้เกิดขึ้นมาจากการมีอยู่ของดาวเคราะห์หลักทั้ง 7 ดวงไล่ไปตั้งแต่ดาวศุกร์ไปจนถึงดาวเนปจูน แล้วพวกเขาพบว่าส่วนโค้งที่โดดเด่นสุดจะมีระยะทางเฮลิโอเซนตริกเพิ่มขึ้นซึ่งเชื่อมโยงอยู่กับดาวพฤหัสบดี และมีความเข้มข้นมากที่สุดในส่วนของจุดลากรองจ์แมนิโฟลด์เมื่อดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ได้โคจรเข้ามาใกล้กัน โดยนักวิจัยได้ทดสอบแบบจำลองนี้โดยการนำเอาอนุภาคไปปล่อยให้เดินทางสู่บริเวณใกล้เคียงกับจุดลากรองจ์แรกและจุดที่สองของดาวพฤหัสบดี จากนั้นก็พบว่ามีอนุภาคส่วนหนึ่งประมาณไม่กี่สิบตัวถูกเหวี่ยงเข้าดาวเคราะห์ แต่ในขณะที่อีกราว 2,000 ตัว ถูกเหวี่ยงแยกออกไปโคจรอยู่รอบดวงอาทิตย์เพื่อเข้าสู่วงโคจรหลบหนีแบบไฮเปอร์โบลิก โดยเฉลี่ยแล้วอนุภาคเหล่านี้จะเดินทางไปถึงดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนภายในอีก 38 และ 46 ปี ตามลำดับ โดยตัวที่ไปได้เร็วที่สุดจะไปถึงดาวเนปจูนภายใน 10 ปีเท่านั้น

โดยส่วนใหญ่ประมาณร้อยละ 70 จะเข้าถึงระยะทางได้ไกล 100 หน่วยดาราศาสตร์ หรือราว 15,000 ล้านกิโลเมตร ในช่วงเวลาน้อยกว่าหนึ่งศตวรรษ อิทธิพลของพี่ใหญ่ของเราอย่างดาวพฤหัสบดีจึงไม่ใช่เรื่องแปลกใจอะไรนัก เพราะมันเป็นดาวเคราะห์ที่มีมวลมากที่สุดในระบบสุริยะ อีกทั้งนักวิจัยยังพบอีกว่าโครงสร้างในแบบเดียวกันนี้สามารถเกิดขึ้นได้กับดาวเคราะห์ทุกดวงในขณะโคจรสอดคล้องอยู่ในช่วงเวลา ความเข้าใจใหม่นี้จะช่วยเราทราบดียิ่งขึ้นว่าดาวหางและดาวเคราะห์น้อยที่โคจรอยู่รอบรอบระบบสุริยะชั้นในนั้น เคลื่อนที่อย่างไร และเป็นภัยคุกคามต่อโลกหรือไม่ แน่นอนว่างานศึกษาชิ้นนี้จะเป็นประโยชน์อย่างมากตอบภารกิจสำรวจระบบสุริยะในอนาคต

นักวิจัยเขียนไว้ในเอกสารของพวกเขาว่า การปรับแต่งเส้นทางเดินภายในอวกาศเพื่อหลีกเลี่ยงการปะทะที่อาจเกิดขึ้นนั้นมันไม่ใช่เรื่องง่ายเลย ดังนั้นการศึกษาเชิงปริมาณโดยละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้าง ‘ช่วง-ปริภูมิ’ (phase-space) จะสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่เกี่ยวกับระบบลำเลียงระหว่างสองแถบวงโคจรได้ รวมถึงทำให้เราเข้าใจเกี่ยวกับพื้นที่ในอวกาศรอบดาวเคราะห์ได้ดียิ่งขึ้นสืบต่อไป


แหล่งอ้างอิง

  1. The arches of chaos in the Solar System
  2. Astronomers Just Found Cosmic ‘Superhighways’ For Fast Travel Through The Solar System
SCIWAYS
SCIWAYS
นักเดินทางข้ามกาลเวลา: ผมสนใจเรื่องราววิธีการทำงานของธรรมชาติเป็นอย่างยิ่ง อยากรู้ว่าจักรวาลกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร แล้วทำไมเราถึงมาอยู่ที่นี่
5 1 โหวต
คะแนนบทความ
guest
1 ความคิดเห็น
การตอบกลับแบบอินไลน์
ดูความคิดเห็นทั้งหมด
วัชพล บริหาร
วัชพล บริหาร
11 เดือน ที่ผ่านมา

ฉันสนใจสิ่งนี้

Facebook
กลับสู่บนสุด