การแหงนมองดาวระยิบระยับยามค่ำคืนจะน่าทึ่งมากขึ้นครั้นเมื่อเรารู้ว่า จุดแสงเหล่านั้นคือดาวฤกษ์ที่อาจมีดาวเคราะห์โคจรอยู่โดยรอบ บางดวงอาจมีมหาสมุทร มีทวีป มีชั้นบรรยากาศ และอาจมีสิ่งมีชีวิต แต่ด้วยระยะทางนับสิบ นับร้อยปีแสง เราจะไม่สามารถมองเห็น “หน้าตา” ของพวกมันอย่างชัดเจนได้เลย ไม่ว่ามนุษย์จะสร้างกล้องโทรทรรศน์ใหญ่แค่ไหน เราเห็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ (Exoplanets) เป็นเพียงการรบกวนทางสเปกตรัมแสนเล็กจิ๋วของแสงดาวฤกษ์ที่พอตรวจจับได้เลือนราง ไม่ใช่ภาพอลังการของโลกสีครามใบที่สอง

ภาพจำลองพื้นผิวของดาวเคราะห์นอกระบบ : ที่มาภาพ NASA/JPL

การพยายามเพ่งมองไปยังโลกเหล่านี้ทำให้เราต้องผลักกรอบนิยามของ “กล้องโทรทรรศน์” ออกไปไกลขึ้นกว่ากระจกและเลนส์แก้ว ไปสู่ขั้นของ “เลนส์แรงโน้มถ่วง” (Gravitational lens) อันเป็นการเล่นกับโครงสร้างมหึมาของกาลอวกาศ ไม่ใช่สิ่งที่เราจะสร้างขึ้นมาเอง แต่สิ่งนี้มีอยู่แล้วมากว่า 4,600 ล้านปี มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.4 ล้านกิโลเมตร และอยู่ห่างจากโลกของเราเพียง 8 นาทีแสง นั่นก็คือดวงอาทิตย์ของเราเอง

เพื่อจะเข้าใจว่า "กล้องโทรทรรศน์เลนส์แรงโน้มถ่วงสุริยะ" หรือ Solar Gravitational Lens ทำงานอย่างไร เราต้องมองว่าแรงโน้มถ่วงไม่ใช่ "แรง" แต่คือ “ความโค้งของกาลอวกาศ” วัตถุมวลมากจะทำให้ผืนผ้ากาลอวกาศบิดเบี้ยว และสิ่งต่าง ๆ รวมถึงแสง ก็โคจรโค้งตามรูปทรงที่บิดนั้น ซึ่งความโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ก็ทรงพลังมากสำหรับปรากฏการณ์นี้

ภาพจำลองแสดงการบิดโค้งของกาลอวกาศตามแรงโน้มถ่วง : ที่มาภาพ NASA, ESA, and Goddard Space Flight Center/K. Jackson

ย้อนกลับไปในเหตุการณ์สุริยุปราคาเต็มดวงในปี ค.ศ. 1919 เซอร์อาร์เธอร์ เอ็ดดิงตัน (Arthur Eddington) ได้ถ่ายภาพจุดดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ขอบดวงอาทิตย์และค้นพบว่าพวกมันถูก "เลื่อน" ออกจากตำแหน่งที่ควรจะเป็น เพราะเส้นทางของแสงถูกดึงให้โค้งโดยแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ คล้ายกับเส้นทางของแสงที่ถูกหักเหในอากาศใกล้พื้นถนนร้อนจัดจนเกิดภาพลวงตาขึ้น

การโค้งของแสงรอบดวงอาทิตย์นี้ทรงพลังมาก และทำงานได้คล้ายกับเลนส์แก้วที่รวมแสงไปยังจุดโฟกัสจุดหนึ่ง วัตถุมวลมากก็สามารถรวมแสงจากทุกทิศทางรอบข้างไปยังจุดโฟกัสได้เช่นกัน โดยแสงที่ถูกดวงอาทิตย์งอจะมาโฟกัสที่ระยะห่างจากดวงอาทิตย์ประมาณ 547 หน่วยดาราศาสตร์ (Astronomical Unit - AU) หรือราว 82,000 ล้านกิโลเมตร ซึ่งไกลกว่าดาวพลูโตถึง 14 เท่า

หลักการทำงานของการใช้ดวงอาทิตย์ให้เป็นเลนส์ความโน้มถ่วง : ที่มาภาพ Alexander Madurowicz

ด้วยขนาดมโหฬารของเลนส์แรงโน้มถ่วงนี้อาจทำให้ดวงอาทิตย์สามารถให้พลังการขยายแสงได้หลายหมื่นล้านเท่า เทียบเท่ากับกล้องโทรทรรศน์ที่มีกระจกเส้นผ่านศูนย์กลางหลายร้อยกิโลเมตร ที่เราไม่สามารถสร้างได้อย่างแน่นอนในอนาคตอันใกล้ และอีกสิ่งที่น่าตื่นเต้นยิ่งกว่าคือความสามารถในการแยกแยะรายละเอียดได้อย่างมีคุณภาพ

โดยหากนำกล้องโทรทรรศน์อวกาศแบบง่าย ๆ ทั่วไป ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1-2 เมตรไปวางตั้งอยู่ตรงแนวโฟกัสฝั่งด้านตรงข้ามกับระบบดาวอัลฟาเซนทอรี (Alpha Centauri) ซึ่งแม้ระบบดาวนี้อยู่ห่างจากโลก 4.37 ปีแสง หรือราว 41 ล้านล้านกิโลเมตร แต่เราจะสามารถถ่ายภาพดาวเคราะห์ในระบบนั้นได้ด้วยความละเอียดประมาณ 25 กิโลเมตรต่อพิกเซลเลยทีเดียว

เมื่อภาพถ่ายที่ได้และผ่านการประมวลผลแล้ว จะเหมือนกับภาพถ่ายของโลกจากระยะใกล้ ได้เห็นลวดลายของเมฆ มหาสมุทร ผืนทวีป และไปรวมถึงสัญญาณของสิ่งมีชีวิต เราอาจจะได้เห็นแกลเลอรีที่เต็มไปด้วยภาพของลูกแก้วนับพัน หลากสีสันลวดลาย ซึ่งเป็นภาพความละเอียดสูงของหมู่มวลดาวเคราะห์ในระบบดาวต่าง ๆ

ภาพจำลองดาวเคราะห์นอกระบบ : ที่มาภาพ NASA

ทว่ากล้องโทรทรรศน์ดวงอาทิตย์นี้ก็เป็นอีกความท้าทายที่แสนหนักหน่วง โดยปัญหาแรกคือเรื่องระยะทาง ยานวอยเอเจอร์ 1 ที่ถูกปล่อยในปี ค.ศ. 1977 และเดินทางมานับครึ่งศตวรรษ ปัจจุบันยังอยู่ที่ระยะประมาณ 165 AU เท่านั้น ยังต้องการเวลาอีกประมาณ 80 ปีกว่าจะถึงตำแหน่ง 547 AU และถ้าหากภารกิจ Solar Gravitational Lens ต้องถูกจำกัดเวลาการเดินทางให้เหลือแค่ภายในประมาณ 25-30 ปี เพื่อให้นักวิทยาศาสตร์บนโลกที่ดำเนินภารกิจยังไม่เกษียณไปเสียก่อน

โดยยานขนส่งกล้องจะต้องเดินทางด้วยความเร็วราว 20 AU ต่อปี หรือเร็วกว่าวอยเอเจอร์ถึง 6 เท่า อาจเป็นไปได้ด้วยเทคโนโลยีการขับเคลื่อนในปัจจุบันหรือในอนาคตอันใกล้ และอีกวิธีที่น่าสนใจคือการให้ยานอวกาศดิ่งเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ จุดจรวดในขณะที่กำลังเคลื่อนที่เร็วที่สุด แล้วใช้แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์และพลังงานจรวดร่วมกันดีดตัวออกจากวงโคจรด้วยความเร็วมหาศาล หนีออกไปยังจุดโฟกัสนอกระบบสุริยะ เรียกได้ว่าเราใช้ประโยชน์ของแรงโน้มถ่วงดวงอาทิตย์ทั้งเพื่อขนกล้องและใช้เป็นเลนส์กล้อง

ภาพจำลองยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยเรือใบแสงอาทิตย์ : ที่มาภาพ Bryan Versteeg/SpaceHabs

นอกจากนี้ยังมีแนวคิดเรือใบแสงอาทิตย์ (Solar sail) ขนาดยักษ์ ที่จะถูกผลักด้วยแรงดันโฟตอนจากดวงอาทิตย์ ซึ่งหากส่งกับยานไปกางออกใกล้ดวงอาทิตย์มากพอ และมีตัวผ้าใบสะท้อนแสงใหญ่มากพอ จะสามารถสร้างความเร็วเริ่มต้นสูงมากได้เช่นกันโดยไม่พึ่งเครื่องยนต์จรวด

เมื่อถึงแนวโฟกัสแล้ว ความยากไม่ได้หมดลงแค่แชะแล้วได้ภาพ เนื่องจากดวงอาทิตย์ไม่ใช่เลนส์แก้วที่สมบูรณ์แบบ กล้องจะต้องจับภาพวงแหวนของแสงรอบ ๆ พื้นผิวดวงอาทิตย์ที่ถูกขยายจากการโฟกัส ไม่ใช่ภาพสำเร็จรูปแบบกล้องทั่วไป โดยเราจะต้องให้กล้องเคลื่อนที่อย่างเป็นระบบในระนาบโฟกัสเพื่อรับข้อมูลจากหลายมุม เก็บโฟตอนทีละนิด แล้วใช้อัลกอริทึมประมวลผลภาพขั้นสูงในการแกะภาพมาเรียงพิกเซล สร้างภาพใหม่ให้ถูกต้องจากสัญญาณที่รับมาได้ คล้ายกับเทคนิค Synthetic Aperture ที่ใช้ในดาวเทียมสำรวจโลก

ภาพจำลองความคมชัดจากกล้องโทรทรรศน์เลนส์แรงโน้มถ่วงสุริยะ เทียบกับตัวอย่างดาวเคราะห์นอกระบบ (ซ้าย) ภาพถ่ายจำลอง (กลาง) และ ภาพหลังการประมวลผล (ขวา) : ที่มาภาพ Alexander Madurowicz

หากภารกิจสำเร็จ สิ่งที่จะได้รับกลับมาน่าจะเป็นสิ่งที่น่าทึ่งที่สุดในประวัติศาสตร์มนุษย์ และคุ้มค่าอย่างหาเทียบไม่ได้ เราจะได้เห็นโครงสร้างแผ่นดินและมหาสมุทรต่างดาว สามารถศึกษาภูมิประเทศและปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศได้ พายุ การกระจายตัวของเมฆ การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล อีกทั้งยังอาจตรวจจับสิ่งที่เรียกว่า “Vegetation Red Edge” ซึ่งเป็นเอกลักษณ์ทางสเปกตรัมของแสงของสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสง เช่นพืชโลกที่สะท้อนแสงอินฟราเรดได้มาก แต่กลับดูดซับแสงสีแดงอย่างมาก จนสามารถเห็นได้ชัดเจนบนกราฟการสะท้อนของแสงที่พล็อตออกมาจากภาพถ่ายสเปกตรัมกว้าง หรือภาพถ่ายอาจจะเผยให้เห็นทุ่งหญ้าสีแปลกตา มหาสมุทรที่อาจเป็นสีครามหรือสีมรกตจากองค์ประกอบทางเคมี และสิ่งมีชีวิตที่ต่างออกไปจากโลก

ในท้ายที่สุด กล้องโทรทรรศน์ที่ทรงประสิทธิภาพที่สุดในเอกภพอาจไม่ได้สร้างขึ้นด้วยกระจกหรือโลหะจากน้ำมือมนุษย์ แต่คือโจทย์ทางฟิสิกส์ที่ธรรมชาติทิ้งไว้ให้เราแก้ ผ่านความโค้งของกาลอวกาศรอบดวงอาทิตย์ และภารกิจการเดินทางออกไปสู่ระยะ 547 หน่วยดาราศาสตร์แสนยากเย็น ซึ่งไม่ใช่เพียงแค่การส่งของออกไปไกลบ้าน แต่ภารกิจนี้จะเป็นการขยายขอบเขตประสาทสัมผัสของเผ่าพันธุ์ให้ไปถึงขีดจำกัดเท่าที่กฎฟิสิกส์และความพยายามจะอนุญาต ครั้นเมื่อเลนส์แรงโน้มถ่วงสุริยะเริ่มทำงาน ภาพจุดแสงอันเลือนรางที่เคยเป็นเพียงสมมติฐานทางสถิติ จะถูกถอดรหัสออกมาเป็นภาพภูมิประเทศที่จับต้องได้จริง และนั่นจะเป็นก้าวสำคัญที่สุดในประวัติศาสตร์ที่ทำให้มนุษยชาติหลุดพ้นจากสภาวะตาบอดทางดาราศาสตร์ ไปสู่การเป็นประจักษ์พยานแห่งชีวิตในจักรวาลอย่างเต็มภาคภูมิ

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

โลกใบใหม่ไม่ไกลเกินเอื้อม ใช้ดวงอาทิตย์เป็นแว่นขยาย ส่องเห็นผิวดาวเคราะห์นอกระบบ