กล้องโทรทรรศน์อวกาศ HWO เตรียมใช้เทคนิคมาตรดาราศาสตร์วัดมวล กุญแจสำคัญสู่การค้นพบสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงใหม่
กล้องโทรทรรศน์อวกาศสังเกตการณ์โลกที่เอื้ออาศัยได้ หรือ HWO (Habitable Worlds Observatory) ซึ่งมีภารกิจหลักในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่คล้ายโลก งานวิจัยล่าสุดชี้ให้เห็นว่าเพียงแค่การถ่ายภาพหรือการตรวจวัดชั้นบรรยากาศยังไม่เพียงพอต่อการยืนยันว่าดาวดวงนั้นมีสิ่งมีชีวิตหรือไม่ แต่นักดาราศาสตร์จำเป็นต้องใช้เทคนิคมาตรดาราศาสตร์เพื่อวัดมวลของดาวเคราะห์ให้มีความแม่นยำสูง ซึ่งจะช่วยแก้ปัญหาความคลาดเคลื่อนในการวิเคราะห์ก๊าซในชั้นบรรยากาศได้อย่างเด็ดขาด
วงการวิทยาศาสตร์กำลังเข้าใกล้การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่มีสภาพแวดล้อมคล้ายโลกมากขึ้นทุกขณะ แต่การจะยืนยันว่าเราได้พบฝาแฝดของโลกแล้วจริง ๆ นั้น การถ่ายภาพโดยตรงอาจเป็นเพียงแค่จุดเริ่มต้น งานวิจัยชิ้นใหม่ของ คาซ แกรี จากมหาวิทยาลัยโอไฮโอสเตตและคณะ ซึ่งเผยแพร่บนเว็บไซต์รวบรวมบทความวิชาการระดับก่อนตีพิมพ์ (arXiv) ระบุว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศ HWO จะต้องสามารถคำนวณหามวลหรือน้ำหนักของดาวเคราะห์ให้ได้ก่อนเป็นอันดับแรก โดยความท้าทายอยู่ที่การวัดมวลนี้ต้องมีความแม่นยำในระดับความคลาดเคลื่อนไม่เกินร้อยละ 10 เพื่อประเมินได้อย่างถูกต้องว่าดาวดวงนั้นอยู่ในเขตที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตจริงหรือไม่
หากการวัดมวลมีความแม่นยำไม่เพียงพอ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้สำหรับวิเคราะห์องค์ประกอบของก๊าซในชั้นบรรยากาศจะเผชิญกับปัญหาที่เรียกว่าภาวะลดรูป ปรากฏการณ์นี้จะทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถแยกแยะได้เลยว่า ก๊าซหลักที่เป็นพื้นหลังในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงนั้นคืออะไร ความคลุมเครือนี้ถือเป็นปัญหาใหญ่ เพราะการแยกระหว่างชั้นบรรยากาศที่เต็มไปด้วยไนโตรเจนแบบโลก กับชั้นบรรยากาศที่อัดแน่นไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์แบบดาวศุกร์นั้น ส่งผลต่อการประเมินความเป็นไปได้ในการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตอย่างสิ้นเชิง
ในปัจจุบัน วิธีการหลักที่นักดาราศาสตร์ใช้ในการวัดมวลของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะคือการวัดความเร็วแนวเล็ง ซึ่งอาศัยการสังเกตการส่ายของดาวฤกษ์แม่ขณะถูกแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์บริวารดึงดูด แต่วิธีนี้มีข้อจำกัดอย่างมากเมื่อนำมาใช้กับดาวเคราะห์ขนาดเท่าโลก เนื่องจากสัญญาณการส่ายจะเกิดขึ้นในระดับที่เบาบางเพียงเก้าเซนติเมตรต่อวินาที สัญญาณที่อ่อนนุ่มนี้มักจะถูกรบกวนและบดบังโดยกิจกรรมบนพื้นผิวของดาวฤกษ์แม่เสียเอง ทำให้การประเมินค่ามีความคลาดเคลื่อนสูงมาก
เพื่อก้าวข้ามข้อจำกัดดังกล่าว ทีมผู้วิจัยจึงเสนอให้เปลี่ยนไปพึ่งพาเทคนิคมาตรดาราศาสตร์ ซึ่งเป็นการวัดการเปลี่ยนตำแหน่งของดาวฤกษ์เมื่อเทียบกับดาวพื้นหลังอย่างละเอียด การตรวจจับสัญญาณนี้ยังคงเป็นเรื่องยากเพราะมีการขยับเพียงเสี้ยวของล้านส่วนอาร์กวินาที แต่กล้อง HWO จะสามารถทำได้โดยอาศัยจุดอ้างอิงจากดาวพื้นหลังจำนวนมหาศาล ทีมวิจัยได้จำลองสถานการณ์และค้นพบว่าการใช้ตัวกรองแสงในย่านความยาวคลื่นที่เหมาะสม จะช่วยลดสัญญาณรบกวนและรักษาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการแยกแยะภาพของตัวกล้องกับจำนวนดาวพื้นหลังที่ใช้เป็นจุดอ้างอิงได้ดีที่สุด ผู้วิจัยได้เสนอให้มีแผนการสังเกตการณ์เป็นระยะเวลาสองร้อยวันตลอดช่วงอายุภารกิจหลักห้าปีของกล้อง HWO ซึ่งจะเพียงพอสำหรับการวัดมวลของดาวเคราะห์คล้ายโลกในเขตเอื้ออาศัยจำนวนราว 40 ดวงให้ได้ความแม่นยำตามที่ต้องการ
แม้ว่าภารกิจของกล้องโทรทรรศน์อวกาศ HWO จะยังไม่เริ่มต้นขึ้นจนกว่าจะถึงช่วงต้นทศวรรษที่ 2580 เป็นอย่างน้อย แต่การวางแผนและพัฒนาเทคนิคทางดาราศาสตร์ในปัจจุบันถือเป็นก้าวสำคัญ การผสานเทคโนโลยีการถ่ายภาพขั้นสูงเข้ากับเทคนิคมาตรดาราศาสตร์ที่มีความละเอียดสูงสุดยอด จะกลายเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้นักดาราศาสตร์บรรลุเป้าหมายสูงสุดที่รอคอยมานานหลายศตวรรษ นั่นคือการค้นพบโลกใบใหม่ที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตอย่างแท้จริง
ข้อมูลอ้างอิง: Universe Today
- The Habitable Worlds Observatory Will Need Astrometry To Find Life