นักดาราศาสตร์พบ “ซูเปอร์ไฮเวย์” หรือ “ทางด่วนอวกาศ” ช่วยย่นระยะเวลาเดินทางจากแสนล้านปี ได้ในเวลาเพียงไม่กี่สิบปี

• Facebook
• Line

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

• Facebook
• Line