149.6 ระยะห่างระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก ชีวิต Habitable Zone จากนิวตันสู่ Bodyslam



ชื่อเพลงใหม่ของวง Bodyslam ถูกตั้งชื่อตามระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ 149.6 ล้านกิโลเมตร โชคดีที่โลกของเราอยู่ในเขตที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า Circumstellar habitable zone หรือ CHZ เขตที่ทำให้เกิดชีวิต ระยะห่างที่ทำให้เกิดน้ำในรูปแบบของของเหลว และมีความดันบรรยากาศที่เหมาะสมในการอยู่อาศัย ถ้าใกล้กว่านี้ก็จะร้อนมากไป ห่างไปกว่านี้ก็จะหนาวเย็น

ขอบคุณระยะทางที่ไกลกำลังพอดี
ให้โลกนี้ยังคงมีดอกไม้ที่งดงาม
และทำให้มีความหมาย
มีน้ำทะเลสีคราม
ร้อนเย็นเพียงใดก็ตามชีวิตจึงมี

149.6 เป็นอีกเพลงหนึ่งที่สอนให้เราเข้าใจธรรมชาติของระยะห่างที่ไม่มากไปและไม่น้อยไป ในทุกความสัมพันธ์มันมีระยะห่างของมัน เหมือนกับ 149.6 ล้านกิโลเมตรระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ที่ก่อกำเนิดชีวิตขึ้นมาได้

แม้ระยะห่างจะเหมือนเป็นปัจจัยสำคัญในการเกิดสิ่งมีชีวิตบนโลก แต่อันที่จริงปัจจัยของการเกิดชีวิตไม่ได้อยู่แค่ระห่าง ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ขนาดปานกลางของระบบสุริยะของเราได้กำหนดของเขตของ CHZ ครอบคลุมวงโคจรของดาวศุกร์และดาวอังคาร แต่ดาวศุกร์นั้นมีบรรยากาศที่หนาทำให้แก๊สที่มีมวลโมเลกุลเบาอย่างไฮรโดรเจนไม่สามารถอยู่ในชั้นบรรยากาศได้ บรรยากาศบนดาวศุกร์ยังกักเก็บความร้อนด้วยปรากฎการณ์เรือนกระจกและมีอุณหภูมิสูงมากเป็นเตาอบ ทำให้บนดาวศุกร์ไม่มีโอกาสที่จะพบน้ำได้

ในขณะที่ดาวอังคารมีชั้นบรรยากาศเพียงแค่ 1% เมื่อเทียบกับโลก ความร้อนไม่สามารถถูกกักเก็บไว้ได้ และเมื่อพูดถึงดาวอื่น ๆ ที่มีบรรยากาศใกล้เคียงกับดาวเคราะห์ในระบบสุริยะชั้นใน

ดวงจันทร์เอ็นเซลาดัสของดาวเสาร์ และยูโรปาของดาวพฤหัส ก็อยู่ไกลเกินทำให้แม้จะมีน้ำก็อาจจะอยู่ในรูปแบบน้ำแข็ง หรือเป็นทะเลซ่อนอยู่ใต้ชั้นน้ำแข็งหนา

ระยะห่างอย่างเดียวไม่สามารถวัดทุกอย่างได้

Issac Newton เป็นหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรก ๆ ที่ตั้งข้อสังเกตถึงประเด็นนี้ ว่าระยะห่างจากดวงอาทิตย์จนถึงโลก ทำให้โลกนั้นมีน้ำในสถานะของเหลว Newton เขียนไว้ในหนังสือ Principia อันโด่งดังของเขา Principia ออกแบบมาเพื่ออธิบายธรรมชาติด้วยกฏทางฟิสิกส์ นั่นรวมถึงสภาพของโลกด้วยใจความตอนหนึ่งบอกว่า แค่ระยะห่างอย่างเดียวไม่สามารถกำหนดอุณหภูมิของดาวเคราะห์ได้ แต่ความหนาแน่นของมันก็มีผลด้วย Newton คิดว่าดาวที่อยู่ถัดเข้าไปวงในจากโลก จะต้องมีความหนาแน่นมากกว่า ซึ่งในตอนนั้นเรายังไม่มีอุปกรณ์ที่ใช้วัดความหนาแน่นของบรรยากาศด้วยซ้ำ แต่ผ่านไปร้อยกว่าปีเหตุผลของ Newton ยังคงใช้อธิบายได้อย่างที่อธิบายไปว่าธาตุในบรรยากาศของดาวศุกร์มีความหนาแน่นกว่าบนโลก

ภาพจำลองยาน Mariner กำลังสำรวจดาวศุกร์ ที่มา – NASA/JPL

ในปี 1962 ตอนที่ยาน Mariner 2 สำรวจดาวศุกร์ เราได้สร้างแผนที่อุณหภูมิของดาว ด้วยเทคนิค Radiometry อุณหภูมิของดาวศุกร์ในด้านกลางวันและกลางคืนแตกต่างกันพอสมควร แต่ไม่เท่ากับดาวพุธ ดาวพุธมีบรรยากาศที่เบาบางกว่ามาก เรียกได้ว่าแทบไม่มีเลย ดาวพุธมีอุณภูมิพื้นผิว ณ กลางวันกลางคืนแตกต่างกันที่สุดในระบบสุริยะ กลางคืนมันเย็นถึง −173 องศาเซลเซียส ในขณะที่ตอนโดนแสงอาทิตย์ มันร้อนได้มากสุดถึง 800 องศาเซลเซียส

ฟิสิกส์อย่างง่าย ๆ ของการแผ่รังสีความร้อนสามารอธิบายอุณหภูมิพื้นผิวได้บนดาวพุธ แต่ถ้าจะให้เข้าใจมากกว่านั้นเทอร์โมไดนามิกอย่างง่ายก็ต้องถูกนำมาคิดด้วยเช่นกัน นั่นทำให้ตอน ม.ปลาย เราจะถูกสอนกันมาว่า อุณหภูมิไม่เท่ากับความร้อนและไม่เท่ากับพลังงาน ไม่แปลกใจที่เราถึงได้มีหน่วยต่าง ๆ ที่เกี่ยวกับการสั่นสะเทือนของอนุภาคมากมายเช่น อุณหภูมิ (องศา) ความร้อน (ค่าความจุความร้อนจำเพาะ) แถมยังถูกเอาไปเชื่อมโยงกับกลศาสตร์ของไหลอย่างความดันด้วย

พื้นผิวของดาวศุกร์ ภาพจำลองจากข้อมูลของยาน Messenger ที่มา – NASA/JHU

ในปี 1964 Stephen H. Dole นักดาราศาสตร์ ได้เขียนหนังสือชื่อ Habitable Planets for Man และอธิบายเพิ่มเติมแนวคิดเรื่องโซนที่ทำให้ดาวเคราะห์สามารถมีชีวิตอยู่ได้ Dole ได้ประมาณการไว้ว่าในดาราจักรทางช้างเผือกของเรา จะมีดาวเคราะห์ที่อยู่ใน Habitable Zone มากกว่า 600 ล้านดวง แน่นอนว่าในตอนนั้น เรายังไม่ได้ค้นพบ Exo-planet หรือดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่ในระบบของดาวฤกษ์อื่น (ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ) ด้วยซ้ำ แต่ก็ไม่มีเหตุผลอะไรที่เราจะไม่เชื่อว่ามันมีอยู่ จากที่การพูดถึง CHZ อยู่แค่โลกกับดวงอาทิตย์ ณ ตอนนี้มันกำลังจะกลายไปเป็นคุณสมบัติของดาวฤกษ์แต่ละดวง

แต่ละระบบ มีระยะห่างของมันเอง

ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา เราค้นพบ Exo-planet กันแทบทุกวัน ณ ตอนนี้ฐานข้อมูลเรื่องดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะมีดาวเคราะห์มากกว่า 4,000 ดวงที่ถูกตรวจพบด้วยเทคนิคต่าง ๆ ตั้งแต่การสังเกตการตัดผ่านหน้าดาวแม่ของมัน หรือการดูการแกว่งของดาวที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงของดาวสองดวงที่เหวี่ยงกันไปมาระหว่างโคจร ข้อมูลพวกนี้ทำให้เราสามารถเดามวล ระยะห่างคร่าว ๆ ของดาวแม่และดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่ นอกจากนั้นแล้วการใช้อุปกรณ์ Spectrometer ทำให้เราทราบถึงองค์ประกอบธาตุบรรยากาศของมัน คำนวณกันได้ถึงความหนาแน่นคร่าว ๆ

ภาพจำลองพื้นผิวของ Proximar B ที่มา – ESO

ระบบดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เราที่สุด Proxima Centauri ก็มีดาวเคราะห์ที่อยู่ในเขต CHZ เช่นกัน ในปี 2016 เราค้นพบดาวเคราะห์คล้ายโลกโคจรอยู่ใน Proximar Centauri ชื่อว่า Proxima Centauri b หรือ Proxima b แต่ก็อาจจะไม่เอื้ออำนวยกับชีวิตขนาดนั้น เพราะระบบที่ซับซ้อนเช่นนี้ก็ทำให้สภาพอากาศบนดาวเปลี่ยนไปเยอะในแต่ละฤดูกาลของมัน มันโคจรอยู่ที่ระยะห่าง 7,500,000 กิโลเมตรจาก Proximar Centauri เท่านั้น เป็นระยะห่างแค่ 5% ของระยะห่างจากโลกถึงดวงอาทิตย์ แต่ก็ไม่น่าแปลกใจ Proximar Centauri เป็นดาวฤกษ์ขนาดเล็กเพียงแค่ 1 ใน 7 ของดวงอาทิตย์ และมีมวลแค่ 1 ใน 8 ของดวงอาทิตย์เท่านั้น

เราอาจจะคิดว่าถ้างั้นระบบ Proximar Centauri กับ Proximar B ก็เหมือนกับโลกดวงอาทิตย์ย่อส่วน ที่เล็กลงแค่นั้น แต่จริง ๆ แล้วคิดแบบนั้นง่ายไป Proximar Centauri เป็นดาวฤกษ์ที่มี Activity สูงมาก มันปล่อยอนุภาคพลังงานสูงและลมสุริยะ และคายมวล (Mass Ejection) บ่อยและถี่กว่าดวงอาทิตย์ ทำให้ Proximar B ต้องคอยรับความเกรี้ยวกราดของดาวแม่มัน และชีวิตก็อาจจะเกิดขึ้นได้ยาก

ระยะห่างที่คงที่ แต่แปรเปลี่ยนได้

นอกจากประเด็นในเรื่องความหนาแนน อุณหภูมิ ขนาด และอื่น ๆ แล้ว วงโคจรก็มีผลเช่นกัน ดาวเคราะห์บางดวงโคจรรอบดาวแม่ของมันด้วยวงโคจรแบบเป็นวงรี ทำให้มันอยู่ในเขต CHZ เพียงแค่ฤดูกาลหนึ่งเท่านั้น เมื่อมันค่อย ๆ เคลื่อนที่ออก ดาวก็จะกลายเป็นดาวที่หนาวเหน็บและแสงอาทิตย์ค่อย ๆ จางหายไป บ้างใช้เวลาเป็นปี แต่บ้างก็ใช้เวลานับร้อย ดังนั้น การเกิดชีวิตบนดาวอาศัยความสม่ำเสมอและระยะห่างที่คงที่ แต่คงที่มากไปก็ไม่โอเคอีก ขนาดโลกเรายังมีฤดูกาล และฤดูกาลก็เป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่ทำให้สิ่งมีชีวิตบนโลกรู้จักการใช้ชีวิต สิ่งนี้อธิบายไว้ในงาน Understanding Evolutionary Impacts of Seasonality: An Introduction to the Symposium ที่บอกว่าฤดูกาลบนโลกนั้น กระตุ้นให้เกิดการย้ายถิ่นฐาน ความสมบูรณ์ของระบบนิเวศ ตลอดจนมีส่วนสำคัญในกระบวนการวิวัฒนาการ ที่ทำให้สิ่งมีชีวิตรู้จักปรับตัว

Iceball หนึ่งใน Exo-planet ที่ถูกค้นพบโดยกล้อง Kepler ที่มา – NASA/JPL

ดังนั้น ไม่ใช้แค่ระยะทาง แต่หลายอย่างต้องสอดคล้อง พอดีกัน นั่นจึงไม่แปลกใจเลยว่าทำไมความสัมพันธ์แบบโลกกับดวงอาทิตย์ ถึงได้หายาก และแทบจะเป็นสุดยอดแห่งความบังเอิญ พูดได้ว่าชีวิตนี้เกิดเพราะความบังเอิญที่พอดี หรือถ้าคิดว่าการอยู่แบบเดี่ยว ๆ อ้างว้างในทะเลดาวที่กว้างใหญ่นั้นตอบโจทย์ ได้มี Paper ที่ชื่อว่า A proposal for a habitable planet in interstellar space กล่าวถึงชีวิตที่เป็นไปได้บน Rogue Planets ดาวเคราะห์กำพร้าในทะเลดาวที่มืดมิด ว่าอาจเป็นไปได้เช่นกัน

และสุดท้าย เรื่องนี้ก็อาจสอนให้เรารู้ว่า แม้ระยะห่างที่เหมาะสม ก็ยังมีปัจจัยอื่น ๆ อีกมากมายที่จะทำให้ชีวิตไม่อาจเกิดขึ้นได้ หรือสิ่งที่เราควรจะสนใจ ไม่ใช่การถามหาถึงความพอดี หรือหากฎเพื่อมาอธิบายและพยายามสร้างความสัมพันธ์ แต่สิ่งที่เราควรจะสนใจคือเข้าใจและยอมรับที่ความบังเอิญจะเกิดขึ้นและเกิดความสัมพันธ์ขึ้นมา เมื่อเกิดขึ้นมาแล้วก็ดูแลมันให้ดีที่สุดให้คุ้มค่ากับความบังเอิญที่ให้ชีวิต เหมือนกับโลกและดวงอาทิตย์ ที่อาจไม่มีอีกแล้วในจักรวาลนี้

 

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co 

อ้างอิง