พลิกฟ้าหาโลกใหม่

มนุษย์ใช้เวลาหลายพันปีสำรวจโลกของเราเอง และหลายศตวรรษเพื่อเข้าใจดาวเคราะห์เพื่อนบ้าน แต่ทุกวันนี้เราค้นพบโลกใหม่สัปดาห์ละหลายโลก  จนถึงปัจจุบันนักดาราศาสตร์ค้นพบ “ดาวเคราะห์นอกระบบ” (exoplanet) หรือโลกที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงอื่นนอกจากดวงอาทิตย์แล้วกว่า 400 ดวง หลายดวงแปลกประหลาดจนช่วยตอกย้ำวาทะอันโด่งดังของนักชีววิทยา เจ. บี. เอส. ฮัลเดน ที่ว่า “เอกภพไม่เพียงแค่แปลกมากกว่าที่เราคิด แต่แปลกมากกว่าที่เรา สามารถ จะคิดได้” เช่น “ดาวเสาร์ร้อน” (hot Saturn) ที่อยู่ห่างจากโลก 260 ปีแสง และทำตัวเหมือนแมลงเม่าลอยวนอยู่รอบดาวแม่เร็วเสียจนหนึ่งปีของมันนานไม่ถึงสามวันของโลก หรือ “ดาวพฤหัสบดีร้อน” (hot Jupiter) ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ซึ่งอยู่ห่างออกไป 150 ปีแสงอีกดวงในระยะเผาขน จนบรรยากาศชั้นบนของมันถูกอนุภาคจากดาวแม่พัดกระเจิงเป็นหางขนาดยักษ์ราวกับดาวหาง

แม้เอกภพจะเต็มไปด้วยของแปลก แต่นักวิทยาศาสตร์กลับมองหาวี่แววของสิ่งคุ้นเคย นั่นคือดาวเคราะห์คล้ายโลก  ซึ่งโคจรรอบดาวฤกษ์ในระยะพอเหมาะ ไม่ร้อนหรือเย็นเกินไป และสามารถอุ้มชูชีวิตอย่างที่เรารู้จักได้ แต่จนแล้วจนรอดเราก็ยังไม่พบดาวเคราะห์ดวงใดที่ค่อนข้างใกล้เคียงโลกของเราเลย ซึ่งอาจเป็นเพราะดาวเหล่านั้นไม่โดดเด่นก็เป็นได้ การมองหาดาวเคราะห์ขนาดเล็กและมืดอย่างโลกท่ามกลางแสงอันเจิดจ้าของดาวแม่นั้น ไม่ต่างอะไรกับมองหาหิ่งห้อยในมหกรรมดอกไม้ไฟ การตรวจหาอิทธิพลแรงโน้มถ่วงที่มันมีต่อดาวแม่ยิ่งเหมือนฟังเสียงหรีดหริ่งเรไรท่ามกลางพายุฟ้าคะนอง แต่การดึงศักยภาพสูงสุดจากเทคโนโลยีที่มีมาใช้ก็ช่วยเร่งวันเวลาที่นักดาราศาสตร์จะได้พบโลกอีกโลกหนึ่งและค้นหาสัญญาณชีวิตจากโลกนั้นให้ใกล้เข้ามา

ที่ผ่านมามีดาวเคราะห์นอกระบบเพียง 11 ดวงเท่านั้นที่ได้รับการบันทึกภาพเอาไว้ ทุกดวงล้วนมีขนาดใหญ่ สุกสว่าง และอยู่ห่างจากดาวแม่มากพอ (จนไม่ถูกแสงอันเจิดจ้าของดาวแม่บดบัง) ส่วนดวงอื่นโดยมากถูกค้นพบด้วยเทคนิคดอปเพลอร์เชิงสเปกโทรสโกป (spectroscopic Doppler technique) ซึ่งจะวิเคราะห์แสงดาวเพื่อหาหลักฐานว่าดาวฤกษ์โยกหน้าโยกหลังเล็กน้อยเพราะความโน้มถ่วงของดาวเคราะห์หรือไม่ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้พัฒนาเทคนิคดอปเพลอร์จนละเอียดพอที่จะบอกได้ว่า  ดาวถูกดึงออกจากแนวโคจรปกติเพียงวินาทีละหนึ่งเมตร ซึ่งเท่ากับคนเดิน และเพียงพอสำหรับการค้นพบดาวเคราะห์ยักษ์ในวงโคจรใหญ่  หรือดวงเล็กที่อยู่ใกล้ดาวแม่มาก แต่ยังไม่ใช่สำหรับโลกที่อยู่ในวงโคจร 150 ล้านกิโลเมตรรอบดาวแม่เหมือนโลกของเรา โลกดึงดวงอาทิตย์ได้แค่หนึ่งส่วนสิบของความเร็วคนเดิน นักดาราศาสตร์ยังไม่สามารถจับสัญญาณน้อยนิดเช่นนั้นในแสงจากดาวอันไกลโพ้นได้

อีกวิธีหนึ่งคือการเฝ้าสังเกตดาวฤกษ์  เผื่อว่าความสว่างของมันจะลดลงเล็กน้อย เมื่อดาวเคราะห์ในวงโคจรลอยผ่านหน้า (transit) และบังแสงของมันให้สลัวลงไปสักเศษเสี้ยวหนึ่ง ไม่เกินหนึ่งในสิบของระบบดาวเคราะห์ทั้งหมดน่าจะอยู่ในตำแหน่งที่โลกมองเห็นการผ่านหน้าของมันได้  แปลว่านักดาราศาสตร์อาจต้องเฝ้าดูดาวจำนวนมากอย่างอดทนเพื่อจะได้เห็นการผ่านหน้าเพียงไม่กี่ครั้ง  ดาวเทียมโกโรต์ (COROT) ของฝรั่งเศสซึ่งขณะนี้ปฏิบัติภารกิจเป็นปีที่สามและปีสุดท้าย ได้ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบด้วยการผ่านหน้าแล้ว 7 ดวง หนึ่งในนั้นใหญ่กว่าโลกเพียงร้อยละ 70

ดาวเทียมเคปเลอร์ของสหรัฐฯ คือผู้รับช่วงต่อจากโกโรต์ แต่มีประสิทธิภาพสูงกว่า เคปเลอร์ซึ่งถูกส่งขึ้นจากแหลมคานาเวอรัล เมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมา เป็นเพียงกล้องดิจิทัลขนาดใหญ่ที่มีช่องรับแสงขนาด 0.95 เมตรและตัวรับสัญญาณภาพความละเอียด 95 เมกะพิกเซล มีหน้าที่ถ่ายภาพมุมกว้างทุก 30 นาที โดยรับแสงจากดาวกว่า 100,000 ดวงในท้องฟ้าระหว่างดาวสว่างสองดวง  คือดาวหางหงส์ (Denab) กับดาวเวกา (Vega) คอมพิวเตอร์บนพื้นโลกจะเฝ้าสังเกตความสว่างของดาวทั้งหมดไปเรื่อยๆ ถ้ามีการหรี่แสงเล็กน้อยซึ่งอาจเป็นสัญญาณของการผ่านหน้า ระบบจะแจ้งให้นักดาราศาสตร์ทราบ

ทว่าการหรี่แสงอาจเกิดจากปรากฏการณ์อื่น อาทิ การกระเพื่อมของดาวแปรแสง (variable star) หรือมีจุดมืดขนาดใหญ่เคลื่อนผ่านผิวดาว  นักวิทยาศาสตร์ของภารกิจเคปเลอร์จึงไม่ประกาศการค้นพบดาวเคราะห์ จนกว่าจะได้เห็นการผ่านหน้าอย่างน้อยสามครั้ง  ซึ่งหมายความว่าอาจต้องคอยเพียงไม่กี่วันหรือไม่กี่สัปดาห์สำหรับดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์อย่างรวดเร็ว แต่เป็นปีสำหรับคู่เหมือนของโลก นักดาราศาสตร์คาดหวังว่า การประสานผลจากเคปเลอร์เข้ากับการสังเกตปรากฏการณ์ดอปเพลอร์จะทำให้สามารถกำหนดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและมวลของดาวเคราะห์ที่ผ่านหน้าได้ หากพวกเขาค้นพบดาวเคราะห์หินขนาดประมาณเท่าโลกโคจรอยู่ในเขตอยู่อาศัยได้ (habitable zone) นั่นคือไม่ใกล้ดาวแม่จนน้ำถูกแผดเผาจนแห้ง หรือไกลจนมีแต่น้ำแข็ง ก็เท่ากับว่าพวกเขาได้ค้นพบดาวเคราะห์ซึ่งนักชีววิทยาเชื่อว่าอาจเป็นแหล่งอาศัยของสิ่งมีชีวิตแล้ว

ทำเลทองของการล่าดาวเคราะห์น่าจะได้แก่ดาวแคระ (dwarf star) ที่เล็กกว่าดวงอาทิตย์ซึ่งมีอยู่เป็นจำนวนมาก (ดาวฤกษ์ใกล้โลกที่สุดเจ็ดในสิบดวงเป็นดาวแคระชนิดเอ็ม) อายุยืนและเสถียร  จึงแผ่แสงสม่ำเสมอสู่ดาวเคราะห์ที่มีสภาพแวดล้อมเหมาะสมสำหรับสิ่งมีชีวิต  สิ่งสำคัญที่สุดสำหรับนักล่าดาวเคราะห์คือ ดาวฤกษ์ยิ่งแสงน้อย เขตอยู่อาศัยได้ของมันยิ่งอยู่ใกล้ตัวดาวมากขึ้น  ดาวแคระที่มืดสลัวไม่ต่างอะไรกับกองไฟเล็กๆที่คนนั่งล้อมต้องขยับเข้าชิดกองไฟจึงจะอยู่ได้สบาย การสังเกตการผ่านหน้าจึงน่าจะเห็นผลเร็วขึ้น ดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้จะมีแรงดึงดาวแม่มากกว่า ทำให้เรายืนยันความมีอยู่ของมันด้วยวิธีดอปเพลอร์ได้ง่ายขึ้น ดาวเคราะห์ที่น่าจะเข้าข่ายโลกที่สุดเท่าที่เราเคยพบคือดาวกลีเซอ 581 ดี (Gliese 581d) “มหาโลก” (super Earth) ซึ่งมีมวลมากกว่าโลกเจ็ดเท่า และโคจรอยู่ในเขตอยู่อาศัยได้ของดาวแคระแดงดวงหนึ่งที่มีมวลเพียงหนึ่งในสามของดวงอาทิตย์

หากดาวเคราะห์คล้ายโลกถูกค้นพบภายในเขตอยู่อาศัยได้ของดาวฤกษ์ดวงอื่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศเฉพาะกิจที่ออกแบบสำหรับมองหาสัญญาณของสิ่งมีชีวิต อาจถ่ายภาพสเปกตรัมของแสงจากดาวเคราะห์เหล่านั้นและตรวจหาชีวสัญลักษณ์  เช่น มีเทน โอโซน และออกซิเจนในบรรยากาศ หรือ “ขอบแดง” (red edge) ที่เกิดขึ้นเมื่อพืชที่มีคลอโรฟิลล์ในการสังเคราะห์แสงสะท้อนแสงสีแดงให้เห็น

ขณะเผชิญความท้าทายอันใหญ่หลวงทางเทคโนโลยีที่ว่า  เราจะวิเคราะห์เชิงเคมีกับดาวเคราะห์ที่มองไม่เห็นได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ผู้ค้นหาชีวิตนอกโลกยังต้องสังวรณ์ไว้ว่า สิ่งที่พวกเขามองหาอาจต่างจากชีวิตในบ้านเราอย่างยิ่ง เช่น การไม่มีขอบแดงอาจไม่ได้แปลว่าดาวเคราะห์นอกระบบคล้ายโลกนั้นไร้ชีวิต เพราะชีวิตงอกงามมาหลายพันล้านปีแล้วบนโลกนี้ ก่อนที่พืชบกจะถือกำเนิดและกระจายไปตามทวีปต่างๆ ด้วยซ้ำ

ชากส์ โมโนด์ นักชีววิทยา เคยกล่าวไว้ว่า ชีวิตไม่เพียงวิวัฒน์ด้วยความจำเป็น ซึ่งก็คือกฎธรรมชาติ แต่ที่มีส่วนเช่นกันคือความบังเอิญ นั่นคือการแทรกแซงของอุบัติเหตุเหนือความคาดหมายนับครั้งไม่ถ้วน ความบังเอิญเกิดขึ้นหลายครั้งในประวัติศาสตร์ดาวเคราะห์ของเรา และหลายครั้งก็น่าพรั่นพรึง เช่นการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่หลายหนที่ชนิดพันธุ์นับล้านถูกลบหายไปจากโลก พร้อมๆกับเปิดทางให้ชีวิตรูปแบบใหม่วิวัฒน์ขึ้นแทน อุปัทวเหตุร้ายแรงบางครั้งดูเหมือนเกิดจากดาวหางหรือดาวเคราะห์น้อยชนโลก การชนครั้งล่าสุดคือเมื่อ 65 ล้านปีก่อนซึ่งล้างเผ่าพันธุ์ไดโนเสาร์และเปิดโอกาสให้แก่บรรพบุรุษในอดีตห่างไกลของมนุษย์ ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงไม่เพียงมองหาดาวเคราะห์นอกระบบที่เหมือนโลกปัจจุบัน แต่ยังต้องมองหาดวงที่มีสภาพคล้ายกับที่โลกเคยเป็นหรืออาจเคยเป็นด้วย “โลกยุคใหม่อาจเป็นแม่แบบแย่ที่สุดให้เราใช้ในการหาชีวิตในที่อื่นๆครับ” เคเลบ ชาร์ฟ หัวหน้าศูนย์ชีวดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย กล่าว

งานของนักสำรวจสมัยก่อน ทั้งการวัดความลึกของมหาสมุทร การทำแผนที่ด้านไกลของดวงจันทร์ หรือการค้นพบหลักฐานว่ามีมหาสมุทรอยู่ใต้พื้นผิวดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี ล้วนไม่ใช่เรื่องง่าย การค้นหาชีวิตบนดาวเคราะห์ของดาวฤกษ์ดวงอื่นก็ไม่ง่ายเช่นกัน แต่บัดนี้ เรามีเหตุผลพอจะเชื่อแล้วว่าดาวเคราะห์เช่นนี้มีอยู่นับพันล้านดวง และพวกมันไม่เพียงช่วยขยายขอบเขตความรู้ของมนุษย์เท่านั้น แต่ยังเพิ่มความล้ำลึกให้แก่จินตนาการของมนุษย์อีกด้วย

หลายพันปีมาแล้วที่มนุษย์รู้จักเอกภพน้อยนิดเสียจนเราพอใจจะเชิดชูจินตนาการและดูแคลนความเป็นจริง แต่บัดนี้ ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นอยู่ทนโท่ว่า ความคิดสร้างสรรค์ของธรรมชาติยิ่งใหญ่กว่าของเราเสียอีก ถึงเวลาเปิดฉากโลกใหม่ทั้งหลายพร้อมเรื่องที่โลกเหล่านั้นจะเล่าให้เราฟังนับไม่ถ้วนแล้ว

ที่มา : นิตยสารเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับภาษาไทย