ดวงจันทร์ยูโรปา (Europa) คือดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดเป็นลำดับที่ 3 ของดาวพฤหัสฯ ที่นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตการณ์จากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นโลกได้ว่าบนพื้นผิวของดวงจันทร์ยูโรปามีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นน้ำแข็ง แถมนักดาราศาสตร์ก็ยังได้ค้นพบหลักฐานที่หนาแน่นหลายชิ้นที่สามารถระบุว่าภายใต้เปลือกน้ำแข็งของยูโรปามีมหาสมุทรขนาดใหญ่อยู่ คล้ายกับดวงจันทร์ Enceladus ของดาวเสาร์ ซึ่งคาดว่ามีปริมาณของน้ำมากเป็นสองเท่าของมหาสมุทรโลก
ปัจจุบันเราได้ข้อมูลส่วนใหญ่มาจากจากดวงจันทร์ยูโรปามาจากยานอวกาศต่าง ๆ ที่ NASA ได้เคยส่งไปสำรวจดาวพฤหัสฯ อย่างเช่น ในปี 1979 ที่ NASA ได้ส่งยานอวกาศ วอยเอเจอร์ ก่อนที่จะตามมาด้วยยานอวกาศ Galileo ในปี 1995 แต่ภารกิจทั้งสองนั้นไม่ได้ถูกออกแบบมาให้สำรวจดวงจันทร์ยูโรปาโดยเฉพาะทำให้ไม่สามารถข้อมูลตามที่นักดาราศาสตร์ต้องการได้มากนัก ล่าสุดในปี 2017 NASA ก็เลยมีการประกาศโครงการ Europa Clipper อย่างเป็นทางการ ซึ่งจะเป็นโครงการแรกที่จะส่งยานอวกาศไปศึกษาดวงจันทร์ยูโรปาโดยเฉพาะ ซึ่งในบทความนี้เรามาเจาะลึกเกี่ยวกับภารกิจนี้กัน
ข้อมูลเบื้องต้นของ Europa Clipper
ยานอวกาศ Europa Clipper ได้ถูกออกแบบมาให้เป็นยานอวกาศที่โคจรรอบดาวพฤหัสฯ ซึ่งจะอาศัยการบินโฉบดวงจันทร์ยูโรปาไปมาเพื่อศึกษา คล้ายกับกรณีของยานอวกาศแคสซินีที่เคยไปสำรวจ ดวงจันทร์ไททัน ของดาวเสาร์ บนตัวยาน Europa Clipper นั้นจะติดตั้งอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ล้ำยุค เพื่อศึกษาความเป็นได้ของสภาพแวดล้อมในมหาสมุทรใต้แผ่นเปลือกน้ำแข็งของดวงจันทร์ยูโรปาว่าเอื้อต่อการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตหรือไม่ อีกทั้งยาน Europa Clipper ยังนับว่าเป็นยานอวกาศลำที่ 3 ที่จะไปโคจรรอบดาวพฤหัสฯ ถัดจากยานอวกาศ Galielo กับ Juno และยังเป็นยานอวกาศลำที่ 2 ที่มีการประยุกต์ใช้แผงโซลาร์เซลล์ในระบบสุริยะชั้นนอกอีกด้วย
ยาน Europa Clipper มีกำหนดการปล่อยในเดือนตุลาคม ปี 2024 ด้วยจรวด Falcon Heavy ของ SpaceX โดยจะใช้เวลาประมาณ 4 ถึง 5 ปี ในการท่องอวกาศเพื่อเดินทางไปยังดาวพฤหัสฯ ซึ่งจะใช้หลักการ Gravity Assist หรือการขโมยโมเมนตัมการโคจรของดาวเคราะห์ โดยที่ตัวยานมีแผนที่จะเดินทางไปดาวอังคารก่อนจะกลับมาโคจรรอบโลกอีกครั้ง จนมีความเร็วหลุดพ้นที่เร็วพอที่จะเดินทางไปยังดาวพฤหัสฯ
วิศวกร NASA ได้ประมาณการว่าในขณะที่ปล่อยตัว Europa Clipper จะมีมวลประมาณ 6,000 กิโลกรัม ซึ่งมวลร้อยละ 65 จะเป็นเชื้อเพลิงที่จะใช้ปรับเปลี่ยนวงโคจรไปมาเมื่อยานอยู่ในวงโคจรของดาวพฤหัสฯ ส่วนตัวแผงโซลาร์เซลล์เมื่อกางออกจะมีความกว้างถึง 30 เมตร ซึ่งถือว่ายาวกว่าความยาวของสนามบาสเกตบอลมาตรฐาน สาเหตุที่แผงโซลาร์เซลล์ต้องมีขนาดใหญ่ก็เพราะที่ระยะห่างระหว่างดาวพฤหัสฯ กับดวงอาทิตย์เฉลี่ยราว 750 ล้านกิโลเมตร หรือ 5 เท่ามากกว่าโลก ทำให้ได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์น้อยกว่าโลกถึง 25 เท่านั้นเอง
และเมื่อ Europa Clipper เดินทางถึงดาวพฤหัสฯ แล้วก็จะใช้เวลา 1 ปีในการปรับวงโคจรให้เหมาะสมสำหรับการบินโฉบดวงจันทร์ยูโรปา หลังจากนั้นตัวยานก็จะเริ่มบินโฉบดวงจันทร์ยูโรปาไปมา โดย NASA มีเป้าหมายการบินโฉบอย่างต่ำไว้ที่ 45 ครั้ง ซึ่งคาดว่าน่าจะเพียงพอต่อการถ่ายภาพความละเอียดสูงและทำแผนที่ดวงจันทร์ยูโรปาได้ทั่วทั้งดาว แต่ถ้าหากตัวยานยังสามารถปฏิบัติงานต่อไปได้ ภารกิจก็จะได้รับการต่ออายุเหมือนกับโครงการอื่น ๆ ของ NASA อีกทั้งส่วนลำตัวของ Europa Clipper ก็จะถูกปกป้องจากรังสีอันตรายของดาวพฤหัสฯ ด้วยผนัง Alluminum Alloy ที่มีความหนาถึง 9.2 มิลลิเมตร
อุปกรณ์การสำรวจบนยาน
อุปกรณ์ที่จะถูกติดตั้งไปบนยาน Europa Clipper นั้นจะถูกออกแบบมาเพื่อให้ตอบคำถามอย่างเช่น “สภาพแวดล้อมในมหาสมุทรใต้พื้นผิวของดวงจันทร์ยูโรปาเหมาะกับสิ่งมีชีวิตหรือไม่” หรือ “มหาสมุทรมีความลึกเท่าไหร่กันแน่” โดยอุปกรณ์บนตัวยานสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ส่วนด้วยกัน ได้แก่ การถ่ายภาพ, สเปกโตรเมทรี (Spectrometry), สนามแม่เหล็กและพลาสม่า, เรดาร์กับแรงโน้มถ่วง และ การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี โดยมีอุปกรณ์ทั้งหมด ดังนี้
หมวดการถ่ายภาพ (Imaging)
- Europa Imaging System (EIS) ที่จะประกอบด้วยกล้องช่วงมุมกว้างและแคบ ในช่วงคลื่นแสงที่สายตามนุษย์มองเห็นได้จนไปถึงช่วงใกล้อินฟราเรด ที่จะช่วยให้ทำแผนที่ของดวงจันทร์ยูโรปาได้ดีกว่าภารกิจก่อนหน้า โดยกล้องทั้งสองตัวนี้จะให้ภาพความละเอียดสูงและภาพสามมิติ เพื่อศึกษาปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาและระดับความชันของพื้นผิว
- Europa Thermal Emission Imaging System (E-THEMIS) หรือระบบถ่ายภาพความร้อนโดยใช้แสงอินฟราเรดในการแบ่งแยกพื้นผิวในบริเวณต่าง ๆ ของดวงจันทร์ยูโรปาว่ามีส่วนไหนที่อาจจะมีน้ำแข็งบางผิดปกติกว่าบริเวณอื่น ๆ เพื่อทำความเข้าใจลักษณะของพื้นผิวดาวให้มากขึ้น
หมวดสเปกโตรเมทรี (Spectrometry)
- Ultraviolet Spectrograph/Europa (Europa-UVS) ที่ใช้วิธีการรวบรวมแสง UV ผ่านกล้องโทรทรรศน์แล้วทำการประมวลผลภาพขึ้นมาภายหลัง ที่ใช้คุณสมบัติของธาตุต่าง ๆ ที่สะท้อนสัญญาณแสงต่าง ๆ ออกมา ซึ่งจะช่วยระบุองค์ประกอบของแก๊สในชั้นบรรยากาศบนยูโรปาและส่วนประกอบของพื้นผิว อีกทั้งเครื่องมือนี้ยังถูกออกแบบมาให้ค้นหาสัญญาณของน้ำพุร้อนที่ปะทุออกมาจากพื้นผิวอีกด้วย
- Mapping Imaging Spectrometer for Europa (MISE) ได้ออกแบบมาเพื่อให้ทำแผนที่การกระจายตัวของแร่ธาตุต่าง ๆ บนพื้นผิวของดวงจันทร์ยูโรปา อย่างเช่น น้ำแข็ง, เกลือ, สารอินทรีย์ และการศึกษาจุดบนพื้นผิวของไททันที่ร้อนผิดปกติหรือ Hotspot เพื่อนำข้อมูลว่าวิเคราะห์ประวัติการก่อกำเนิดของดวงจันทร์ยูโรปา
หมวดสนามแม่เหล็กและพลาสม่า (Plasma and Magnetic Field)
- Europa Clipper Magnetometer (ECM) อุปกรณ์นี้จะช่วยยืนยันว่าดวงจันทร์ยูโรปามีมหาสมุทรอยู่จริง ๆ และสามารถตรวจสอบระกับความลึกของมหาสมุทรและความหนาของแผ่นเปลือกน้ำแข็งได้ อีกทั้งยังช่วยศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กของยูโรปาและดวงจันทร์ของดาวพฤหัสฯ
- Plasma Instrument for Magnetic Sounding (PIMS) ได้ถูกออกแบบมาศึกษาชั้นบรรยากาศ Ionosphere ของดวงจันทร์ยูโรปาที่ถูกพลาสม่าที่ถูกกักเก็บอยู่ในแถบรังสีของดาวพฤหัสฯ รบกวนอยู่ เพื่อที่จะได้ค่าข้อมูลที่แม่นยำเพื่อสนับสนุนนอุปกรณ์ ECM ที่ได้กล่าวไปก่อนหน้า
หมวดเรดาร์กับแรงโน้มถ่วง (Radar & Gravity)
- Gravity/Radio Science ถูกออกแบบมาให้สังเกตความเปลี่ยนแปลงของสนามโน้มถ่วงของดวงจันทร์ยูโรปาที่อยู่ในวงโคจรที่ไม่ได้เป็นวงกลมสนิทของดาวพฤหัสฯ ว่ามีความเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้างในแต่ละตำแหน่งโคจรเพื่อนำข้อมูลมาสนับสนุนการศึกษาองคืประกอบภายในของดาว
- Radar for Europa Assessment and Sounding: Ocean to Near-surface (REASON) อุปกรณ์ตัวนี้จะใช้สัญญาณเรดาร์ที่สามารถทะลุผ่านชั้นน้ำแข็งของดวงจันทร์ยูโรปาลงไปได้ เพื่อศึกษาความหนาของชั้นน้ำแข็ง ระดับความสูงต่ำของพื้นผิว องค์ประกอบ และการศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเพื่อค้นหาละอองน้ำจากน้ำพุที่อาจพ่นน้ำจากใต้พื้นผิวดาวออกมาสู่ชั้นบรรยากาศ
หมวดการวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี (Chemical Analysis)
- MAss SPectrometer for Planetary EXploration/Europa (MASPEX) เครื่องมือแมสสเปกโตกราฟนี้จะช่วยระบุองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศที่เบาบางของดวงจันทร์ยูโรปา และองค์ประกอบทางเคมีของมหาสมุทรเบื้องล่างว่ามีกระบวนการแลกเปลี่ยนแร่ธาตุกับชั้นน้ำแข็งบนพื้นผิวอย่างไร อีกทั้งยังช่วยตรวจสอบว่าปริมาณรังสีที่เกิดจากแถบรังสีของดาวพฤหัสฯส่งผลต่อองค์ประกอบทางเคมีบนพื้นผิวของยูโรปาอย่างไรบ้าง
- SUrface Dust Mass Analyzer (SUDA) ที่นับได้ว่าเป็นเครื่องมือที่น่าสนใจที่สุดตัวหนึ่งของ Europa Clipper เพราะอุปกรณ์ตัวนี้จะศึกษาเศษละอองจากพื้นผิวของยูโรปาที่ลอยขึ้นมาในอวกาศ จากการพุ่งชนของดาวตกขนาดเล็กที่มักเกิดขึ้นบ่อย ๆ ในระบบสุริยะชั้นนอก หรือไม่ว่าจะมาจากน้ำพุร้อนบนยูโรปาก็ตาม ซึ่งอุปกรณ์ตรวจสอบฝุ่นละอองอันนี้จะช่วยระบุองค์ประกอบทางเคมีของน้ำและความเค็มของมหาสมุทรภายใต้พื้นผิวของดวงจันทร์ยูโรปา ได้อีกด้วย
เรียกได้ว่ารอบนี้ NASA ทุ่มทุนจัดเต็มกับการสำรวจดวงจันทร์ยูโรปามาก ๆ จนเราอาจกล่าวได้ว่าโครงการ Europa Clipper คือโครงการที่ติดตั้งอุปกรณ์การหาสิ่งมีชีวิตนอกโลกบนยานอวกาศไปมากที่สุดเลยก็ว่าได้
เราปฏิเสธไม่ได้เลยว่าดวงจันทร์ยูโรปา อาจจะเป็นดาวที่ผู้ชื่นชอบเรื่องราวอวกาศหลายคนจับตามองมากที่สุดนอกเหนือจากดาวอังคาร ก็เพราะว่าลักษณะพิเศษที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวและมหาสมุทรของดวงจันทร์ยูโรปา ซึ่งเกิดจากความร้อนของแรงไทดัล อันเป็นแรงระหว่างดาวพฤหัสฯและยูโรปา ที่คอยยืดหดแกนกลางของดาวจนเกิดความร้อนเพียงพอที่จะละลายน้ำแข็งจนกลายเป็นมหาสมุทร ต่างจากปัจจัยที่เอื้อให้เกิดน้ำบนโลกบนโลกอย่างสิ้นเชิง จึงเป็นเรื่องที่ไม่น่าแปลกใจที่ NASA จะส่งยานอวกาศไปยังดวงจันทร์ยูโรปาเพื่อศึกษาโดยเฉพาะ
นอกเหนือจากภารกิจ Europa Clipper ที่ NASA จะส่งไปสำรวจดวงจันทร์ยูโรปา ทาง ESA หรือ องค์การอวกาศสหภาพยุโรปเองก็มีเป้าหมายในการไปสำรวจเหล่าดวงจันทร์น้อยใหญ่ของดาวพฤหัสฯ เช่นกันโดยมีชื่อโครงการว่า JUICE หรือ Jupiter Icy Moons Explorer ที่มีกำหนดการปล่อยตัวในปี 2022 ก่อนหน้า Europa Clipper 2 ปี ซึ่งจะช่วยนำร่องการมาถึงของยาน Europa Clipper อีกด้วย เรียกได้ว่าทั้งสองภารกิจนี้ต่างมีเป้าหมายร่วมกันเพื่อพยายามหาคำตอบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของมนุษย์ว่า “เราอยู่อย่างโดดเดี่ยวในจักรวาลหรือไม่”
เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO
อ้างอิง
NASA Awards Launch Services Contract for Europa Clipper Mission
