โดย รวิศ ทัศคร
รูปที่ 1 ภาพจำลองสนามแม่เหล็กเบาบางของดาวศุกร์ ที่ทำให้เกิดหางคล้ายดาวหาง (magnetotail) ซึ่งเป็นการสร้างจากข้อมูลที่ค้นพบโดยยาน Venus Express เครดิต : ESA
แนวคิดในการปรับสภาพดาวศุกร์ให้คล้ายโลก
เมื่อพูดถึงการปรับสภาพดาวเคราะห์ให้มีสภาพแวดล้อมให้เหมือนโลก (terraforming) ผู้คนก็มักจะมองไปที่ดาวอังคารเป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากดาวอังคาร เป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะที่มนุษย์มองว่าน่าจะจัดการได้ง่ายกว่า เนื่องจากมีสภาพบรรยากาศเบาบาง การลงจอด และการสร้างอาณานิคมตั้งถิ่นฐานในอนาคต ย่อมทำได้ง่ายกว่าดาวศุกร์ที่มีชั้นบรรยากาศหนาทึบ และมีสภาพเรือนกระจกทำให้มีอุณหภูมิ และความดันพื้นผิวดาวที่สูงมาก นอกจากนี้ดาวศุกร์ ยังขาดสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มเท่ากับของโลก ซึ่งจะป้องกันมิให้ชั้นบรรยากาศถูกพัดพาออกไปในอวกาศได้ แต่สนามแม่เหล็กที่ดาวศุกร์มี กลับเป็นสนามแม่เหล็กที่เบาบาง และมีลักษณะลู่ออกไปด้านหลังเหมือนหางของดาวหาง ซึ่งเป็นข้อเสียที่ทำให้สนามไฟฟ้าที่มากับลมสุริยะสามารถทะลุทะลวงเข้ามาในบรรยากาศชั้นบนของดาวศุกร์ หรือชั้นไอโอโนสเฟียร์ จนมันพัดพาเอาเอาอิออน โดยเฉพาะหมู่อิออนที่เป็นพวกออกซิเจน และไฮโดรเจนออกไปได้ ทำให้ดาวศุกร์สูญเสียน้ำที่เคยมีออกไปทีละน้อยเป็นเวลาช้านาน จนกระทั่งชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์แทบไม่เหลือองค์ประกอบของน้ำเลยในปัจจุบัน
จากข้อมูลที่ได้จากยาน Venus Express ขององค์การอวกาศยุโรป ซึ่งไปถึงดาวศุกร์ในปี ค.ศ.2006 และโคจรรอบดาวโดยส่งข้อมูลมาอย่างต่อเนื่องจนเชื้อเพลิงหมด และตกลงสู่บรรยากาศของดาวศุกร์ไปเมื่อปี ค.ศ.2014 ทีมนักวิจัย [1] ได้เลือกเก็บข้อมูลจากทุกครั้งที่ยานโคจรไปอยู่เหนือขั้วเหนือของดาวศุกร์ ซึ่งจะทำให้ยานบันทึกความเข้มของสนามไฟฟ้าที่มีความเกี่ยวพันกับเส้นแรงแม่เหล็กของดาวศุกร์ได้
รูปที่ 2 สนามแม่เหล็กของดาวศุกร์ที่ถูกเหนี่ยวนำให้เกิดขึ้น และการก่อตัวของกระแสการไหลของอนุภาคมีประจุเนื่องจากอิทธิพลที่เกิดแรงกระทำกับอิเลกตรอนซึ่งมีชื่อเรียกว่า electric wind ของดาวศุกร์ ซึ่งเมื่อมีสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอิเลกตรอน แม้แรงดึงดูดจะมีแรงดึงให้อิออนต่างๆ ลงสู่ระดับต่ำ แต่สนามนี้ก็เพียงพอที่จะเร่งให้ไฮโดรเจน และออกซิเจน วิ่งออกจากดางศุกร์ด้วยความเร็วหลุดพ้นได้ เครดิตภาพ [1]
จากผลที่ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกการสูญเสียน้ำของดาวศุกร์มากขึ้น เนื่องจากอนุภาคมีประจุที่เป็นส่วนประกอบของโมเลกุลน้ำ จะถูกเร่งความเร็วให้พุ่งออกจากชั้นบรรยากาศไปตามแนวของสนามแม่เหล็กอ่อนๆ ของดาว ที่รูปร่างเหมือนหางของดาวหางได้ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วหลุดพ้น ซึ่งคือค่าความเร็วที่ทำให้วัตถุมวลสารหนึ่งๆ หนีพ้นแรงดึงดูดของดาวเคราะห์ดวงนั้นและหลุดออกไปในอวกาศ
ดังนั้นก๊าซพวกนี้จึงสูญเสียออกจากดาวศุกร์ไปตลอดกาล …
พวกเขาเรียกกระแสการไหลของอิออนมีประจุของบรรยากาศที่ถูกเร่งออกไปนี้ว่า electric wind ของดาวศุกร์ ซึ่งปรากฏการณ์นี้จะเกิดมากกว่าที่เกิดกับโลกของเรามาก เนื่องจากโลกของเรามีสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงกว่ามาก กระแสของอิออนที่ถูกเร่งตรงขั้วโลกของเรา จึงวิ่งวนอยู่ที่ขั้วสนามแม่เหล็กของโลกเท่านั้น ซึ่งเรียกว่า polar wind มีความเร็วไม่สูงเท่าความเร็วหลุดพ้น จึงไม่ถูกพัดพาออกไปสู่อวกาศ
ด้วยการค้นพบของ Collinson และคณะ [1] นักวิทยาศาสตร์จึงมีงานเพิ่มคือ ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะต่างๆ ที่ปัจจุบันค้นพบมากมายหลายดวงนั้น หลายดวงที่เคยคิดกันว่าอยู่อาศัยได้เนื่องจากโคจรรอบดาวฤกษ์แม่ของมันในระยะที่ห่างพอดี ที่จะทำให้มีอุณหภูมิพอเหมาะจนมีน้ำที่เป็นของเหลว ในโซนที่สามารถอยู่อาศัยได้นั้น อาจเป็นดาวเคราะห์ที่มีสนามแม่เหล็กน้อย และมีปรากฏการณ์สูญเสียน้ำออกจากชั้นบรรยากาศ เช่นเดียวกับดาวศุกร์ก็เป็นได้
ดาวศุกร์สูญเสียชั้นบรรยากาศ เพราะสนามแม่เหล็กของดาวศุกร์อ่อน แต่ของโลกมีสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูง แล้วเพราะเหตุใดดาวทั้งสองดวงนี้ถึงมีสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกัน
เหตุผลที่เชื่อกันมานานคือ เป็นเพราะดาวศุกร์มีคาบการหมุนรอบตัวเองช้ามากถึง 243 วัน ซึ่งบางสมมติฐานมีว่าอาจเกิดจากมีวัตถุท้องฟ้าบางอย่างมาชนในอดีต ทำให้แกนกลางของดาวซึ่งเป็นโลหะหลอมเหลวไม่หมุนทำให้ไม่มีการสร้างสนามแม่เหล็กเหมือนโลก
อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาแนวคิดต่อมาว่า การเกิดสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์หินแบบโลกได้นั้นจะต้องมีการพาความร้อนเกิดขึ้นที่แกนกลาง (core) ของดาว ซึ่งจะถ่ายเทความร้อนมาให้ชั้นเนื้อ (mantle) ของดาว ซึ่งโลกเรามี แต่ดาวศุกร์ไม่มี ซึ่ง เซธ เจคอปสัน และคณะผู้ร่วมงาน [2] จากมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส ได้เสนอแนวคิดเอาไว้ใน Earth and Planetary Science Letters ว่า โลก และดาวศุกร์ อาจลงเอยด้วยการกลายเป็นดาวที่แทบไม่มีสนามแม่เหล็กด้วยกันทั้งคู่ เว้นแต่ว่าโลกในตอนที่เกือบจะก่อตัวสมบูรณ์ในยุคบรรพกาล ถูกชนจากวัตถุท้องฟ้าขนาดใหญ่เท่าดาวอังคาร ซึ่งเหตุการณ์ชนครั้งนั้นทำให้เกิดดวงจันทร์ของโลกขึ้น แต่ดาวศุกร์นั้นไม่ได้ถูกชน ซึ่งทำให้โครงสร้างของดาวศุกร์ยังคงเป็นชั้นๆ ตามแบบจำลองที่คณะของเจคอปสันศึกษา ซึ่งเสนอแนวคิดในการก่อตัวของดาวเคราะห์หินแบบโลกว่า เมื่อเกิดดาวเคราะห์หินใหม่ๆ ส่วนที่เป็นธาตุหนักอย่างเหล็กและนิกเกิลจะจมลงไปสู่ในกลางดาวกลายเป็นแกน และหลังจากนั้นเมื่อมีก้อนวัตถุใหม่ชนเข้ามาค่อยๆ สะสมรวมตัวมากขึ้นเรื่อยๆ ส่วนโลหะที่เป็นของหนักก็จะจมดิ่งลงไปสู่แกนกลางดาว ในขณะที่จมลงก็จะดึงเอาธาตุที่เบากว่า เช่น ออกซิเจน ซิลิกอน และกำมะถัน ลงไปในส่วนลึกๆ ตามลำดับ
รูปที่ 3 การพาความร้อนของโลก จากภาพจะเห็นกระแสการพาความร้อนที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของชั้นเนื้อโลก (mantle) (เครดิตภาพ วิกิพีเดีย)
ซึ่งจะทำให้สัดส่วนของธาตุองค์ประกอบเกิดการแปรผันกันแตกต่างไปในแต่ละระดับความลึก จนเนื้อดาวกลายเป็นโครงสร้างแบบชั้นๆ คล้ายเปลือกหัวหอม ที่มีความเสถียรในแต่ละระดับความลึก ซึ่งการพาจะกวนผสมของไหลภายในชั้นเดียวกันจนเป็นเนื้อเดียว แต่จะป้องกันการผสมข้ามชั้น ซึ่งดาวก็จะสูญเสียความร้อนอยู่จากกลไกการนำความร้อนจากชั้นหนึ่งไปยังอีกชั้นหนึ่ง แต่เกิดขึ้นช้ามาก ทำให้ไม่มีการไหลหมุนเวียนของชั้นหลอมเหลวที่จำเป็นสำหรับการเกิดสนามแม่เหล็ก ซึ่งนี่คือสิ่งที่เกิดกับดาวศุกร์ ในขณะที่โลกถูกชนอย่างจังขณะที่การรวมตัวเป็นดาวเคราะห์เกือบจะเสร็จสมบูรณ์พอดี ทำให้เกิดการผสมกันของเนื้อวัสดุใจกลางโลก จึงมีการพาเกิดขึ้นเพราะโครงสร้างที่เป็นชั้นเหล่านั้นถูกกวนทำให้ถูกทำลายลง
แนวคิดต่างๆ ในการปรับสภาพดาวศุกร์
แนวคิดแรกๆ ในการปรับสภาพดาวศุกร์ให้คล้ายกับโลก มีการเสนอขึ้นในปี ค.ศ.1961 โดย คาร์ล เซแกน โดยเขาเสนอให้โปรยแบคทีเรียหรือสาหร่ายที่ดัดแปลงพันธุกรรม ที่สามารถขยายพันธุ์ได้เพื่อที่จะเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เปลี่ยนให้เป็นออกซิเจน และสารอินทรีย์ที่เป็นของแข็ง อย่างไรก็ตามหลังจากนั้นเมื่อเราทราบข้อมูลมากขึ้นเกี่ยวกับสภาวะบรรยากาศดาวศุกร์ ซึ่งส่วนหนึ่งทีเดียวก็มาจากการพยายามผลักดันของเซแกนเอง เขาจึงทราบว่าแนวทางนี้เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากบรรยากาศขาดน้ำที่จะให้ไฮโดรเจนที่ต้องการในการสร้างโมเลกุลของสารอินทรีย์ สภาพกรดในเมฆ และสภาวะอุณหภูมิสูงบนพื้นผิวที่จะย่อยสลายสารอินทรีย์และปล่อยกลับเป็นคาร์บอนไดออกไซด์อีกครั้งทันที
อีกแนวคิดหนึ่งที่มีการเสนอคือ การนำเอาแผ่นสะท้อนแสงอาทิตย์ไปติดตั้งไว้ที่จุดลากรานจ์ (lagrangian point) ระหว่างดาวศุกร์ และดวงอาทิตย์ ดังภาพ ซึ่งสามารถปรับและควบคุมค่าชดเชยต่างๆ ได้อย่างระมัดระวัง
รูปที่ 4 จุดลากรานจ์คือจุดที่แรงระหว่างวัตถุมวลมากสองชิ้น (กรณีนี้คือดาวศุกร์ และดวงอาทิตย์) ทำกิริยาต่อกันทำให้วัตถุมวลน้อยที่จุดนั้นมีความเสถียรสามารถโคจรไปรอบวัตถุมวลมากนั้นโดยมีความเสถียรของวงโคจรและไม่ต้องการเชื้อเพลิง ภาพซ้าย ตำแหน่งจุดลากรานจ์ของระบบดวงอาทิตย์-ดาวศุกร์ จุด L1 และ L2 จะอยู่ห่างจากดาวศุกร์ประมาณ 1 ล้านกิโลเมตร ซึ่งจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องเนื่องจากวงโคจรของดาวศุกร์เป็นวงรีเล็กน้อย (ที่มา [3])
ภาพในจินตนาการของแผ่นบังแสงอาทิตย์ที่โคจรเหนือดาวศุกร์ เครดิต Kevin Gill
ทั้งนี้มีข้อกังขาว่า เมื่อคำนวณออกมาแล้ว แผ่นบังแดดนี้อาจจะต้องใหญ่กว่าดาวศุกร์เสียอีก แต่ไม่เชิงจะเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากปัจจุบันมีการพัฒนาวัสดุที่ทั้งบางเฉียบและแข็งแกร่งออกมามากมาย นอกจากนี้ในอวกาศก็ต้องการโครงสร้างรับแรงน้อยมากๆ แผ่นกันแสงแผ่นกลมอาจขึงให้ตึงแข็งได้ด้วยการหมุนรอบตัวเองช้าๆ โดยไม่ต้องมีโครงเสียด้วยซ้ำ นอกจากนี้เทคโนโลยีการใช้ฝูงหุ่นยนต์ดาวเทียมจิ๋ว แบบที่เคยมีการเสนอแนวคิดเอาไว้โดยองค์การนาซ่า สำหรับการแก้ปัญหาสภาวะโลกร้อน อาจถูกนำมาใช้กับโครงการปรับเปลี่ยนสภาพดาวศุกร์ได้เช่นกัน [5]
หากมนุษย์ในอนาคตทำโครงการนี้สำเร็จ เมื่อบรรยากาศของดาวศุกร์เย็นตัวลง มันจะปรับเปลี่ยนสมดุลเพื่อคายความร้อนออกไป ซึ่งจะเกิดขั้นตอนการเย็นตัวลงเป็นชุด สิ่งที่จะเกิดขึ้นที่เป็นผลกระทบใหญ่ก่อนคือ การสูญเสียชั้นเมฆที่ปกคลุมอยู่ ทำให้มีแสงอาทิตย์ลงไปสู่พื้นผิวมากขึ้น ซึ่งในที่สุดแล้วอุณหภูมิก็จะลงถึงจุดเยือกแข็งของคาร์บอนไดออกไซด์ และชั้นบรรยากาศก็จะยุบตัวลงจนหยุดอยู่ที่ความดันราวสามเท่าของบรรยากาศโลก ที่พื้นผิวดาว ซึ่งประกอบด้วยไนโตรเจนเกือบทั้งหมดลอยอยู่เหนือชั้นของน้ำแข็งแห้ง หรือคาร์บอนไดออกไซด์ในสภาพเยือกแข็งที่หนาหลายกิโลเมตร และหากเราสามารถควบคุมให้มีความร้อนถ่ายเทลงบนดาวศุกร์ได้น้อยลงอีก ไนโตรเจนก็จะแข็งตัว
ซึ่งการทำเช่นนี้ไม่มีประโยชน์ ส่วนช่วงเปลี่ยนผ่าน คือที่ 20 องศาเซลเซียสนั้นน่าจะควบคุมได้ยาก เนื่องจากความร้อนภายในจะถูกปลดปล่อยออกมา มีโอกาสที่ภูเขาไฟบนดาวศุกร์จะทำให้ CO2 ระเหิดกลับไปเป็นก๊าซอีกครั้ง ดังนั้น CO2 บางส่วนจะยังคงอยู่ในบรรยากาศ ทำให้อุณหภูมิเฉลี่ยเพิ่มขึ้นอีกครั้ง ซึ่งต้องการความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของดาวศุกร์ และกิจกรรมของภูเขาไฟอีกมากในการนี้
กราฟแสดงองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศดาวศุกร์ (ข้อมูลจาก [4])
วิธีที่ง่ายกว่าคือการดึงเอา CO2 ออกจากชั้นบรรยากาศด้วยวิธีอื่น ทั้งด้วยวิธีทางเคมีและกายภาพ ซึ่งหากมนุษยชาติในอนาคตสามารถหาวิธีที่จะขนเอา CO2 ออกจากดาวศุกร์ได้เป็นจำนวนมหาศาล ซึ่งอาจทำด้วยเครื่องจักรในแบบอัตโนมัติ เมื่อนั้นชั้นบรรยากาศแบบเดียวกับโลกก็อาจกระทำได้ โดยรักษาอุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยอยู่ที่ราว 45 องศาเซลเซียส ที่ระยะห่างจากดวงอาทิตย์ของดาวศุกร์ ซึ่งจะมีบริเวณที่สามารถอยู่อาศัยได้ที่ละติจูดสูง ๆ ขึ้นไปจากแนวเส้นศูนย์สูตร และจะไม่มีฤดูกาล [5]
อีกวิธีการหนึ่งคือการเติมน้ำจำนวนมากลงไปบนดาวเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลง CO2 ในบรรยากาศให้กลายเป็นหินคาร์บอเนตชนิดต่าง ๆ ซึ่งเป็นกระบวนการเดียวกับที่เปลี่ยน CO2 ในบรรยากาศโลกในช่วงต้นให้กลายเป็นหินคาร์บอเนต และนำคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศ ซึ่งการจะทำได้จะต้องถล่มดาวศุกร์ด้วยดาวหางจำนวนมาก หรือแม้แต่เปลี่ยนทิศทางการโคจรของดวงจันทร์ที่มีน้ำแข็งของดาวเคราะห์รอบนอกบางดวงให้มาชนกับดาวศุกร์ ซึ่งอาจจัดการให้ชนในแบบที่จะทำให้ดาวศุกร์หมุนเร็วขึ้นก็เป็นได้
แน่นอนว่าแนวคิดนี้น่าจะออกเป็นแนวไซไฟไปสักนิด เนื่องจากเราอาจจะต้องรอไปอีกหลายร้อยล้านปีกว่าจะย้ายไปอยู่บ้านใหม่ของเราได้นั่นเอง ถึงตรงนี้คุณผู้อ่านมีไอเดียอย่างไร ลองโพสต์เข้ามาร่วมสนุกได้ ในกลุ่มเฟซบุค “หว้ากอ in wonderland” กันได้นะครับ
แหล่งอ้างอิง
https://sci.esa.int/web/venus-express/-/54068-7-water-loss
https://sci.esa.int/web/venus-express/-/50246-a-magnetic-surprise-for-venus-express
https://skyandtelescope.org/astronomy-news/why-is-earth-magnetized-and-venus-not-magnetized
https://phys.org/news/2017-12-doesnt-venus-magnetosphere.html
https://news.bbc.co.uk/2/shared/spl/hi/picture_gallery/07/programmes_global_sunshade/html/6.stm
https://www.astrobio.net/news-exclusive/pies-in-the-sky-a-solution-to-global-warming/
1. Collinson, G. A., Frahm, R. A., Glocer, A., Coates, A. J., Grebowsky, J. M., Barabash, S., … Zhang, T. L. (2016). The electric wind of Venus: A global and persistent “polar wind”-like ambipolar electric field sufficient for the direct escape of heavy ionospheric ions. Geophysical Research Letters, 43(12), 5926–5934. doi:10.1002/2016gl068327
2. Jacobson, S. A., Rubie, D. C., Hernlund, J., Morbidelli, A., & Nakajima, M. (2017). Formation, stratification, and mixing of the cores of Earth and Venus. Earth and Planetary Science Letters, 474, 375–386. doi:10.1016/j.epsl.2017.06.023
3. Limaye, S.S., and Kovalenko, I.D. (2019). Monitoring Venus and communications relay from Lagrange Points. Planetary and Space Science, 179, 104710. https://doi.org/10.1016/j.pss.2019.104710
4. Taylor, Fredric W. (2014). “Venus: Atmosphere”. In Tilman, Spohn; Breuer, Doris; Johnson, T. V. (eds.). Encyclopedia of the Solar System (3rd ed.). Oxford: Elsevier Science & Technology.
5. Taylor, F.W. (2014). The Scientific Exploration of Venus. Cambridge University Press, New York.
About Author
