ในค่ำคืนของวันที่ 26 กันยายน 2022 ยาน DART ของ NASA พุ่งชนเข้ากับดาวเคราะห์น้อย Dimorphos ด้วยความเร็วกว่า 6.1 กิโลเมตรต่อวินาที นี่คือครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่มนุษย์ “ลองยิงหินใส่หินในอวกาศ” เพื่อพิสูจน์ว่าวิธี Kinetic Impact Deflection หรือการใช้ยานอวกาศชนตรง ๆ สามารถเบี่ยงเบนวงโคจรของวัตถุอันตรายได้จริง ผลลัพธ์คือ Dimorphos ลดคาบการโคจรรอบ Didymos ลงได้ถึง 33 นาที ถือเป็นชัยชนะทาง Planetary Defense ที่โลกไม่เคยเห็นมาก่อน แต่แม้จะเป็นการทดลองที่สำเร็จ คำถามใหญ่ยังคงอยู่ เรารู้จริง ๆ ไหมว่า Dimorphos เบี่ยงเบนเพราะ “แรงชนของยาน” หรือจริง ๆ แล้วเพราะ “ฝุ่นหินที่ปลิวออกมา” ต่างหาก
ในช่วงแรก ข้อมูลที่เรามีมาจากกล้องโทรทรรศน์บนโลกและกล้องระดับ flagship อย่าง Hubble กับ James Webb รวมถึงภารกิจ Lucy ของ NASA ที่บังเอิญมองเห็นพอดี สิ่งที่เห็นคือ Plume ขนาดใหญ่ที่กระจายออกมาแบบกรวยกว้างเกือบ 140 องศา พร้อมฝุ่นที่ต่อมาโดนแรงดันจากแสงอาทิตย์ (Solar Radiation Pressure) พัดให้กลายเป็นหางยาวเหมือนดาวหาง แต่ปัญหาของข้อมูลเหล่านี้คือ “เรามองไกลเกินไป” เราเห็นการกระจายของฝุ่นในระดับชั่วโมง วัน หรือสัปดาห์หลังการชน ซึ่งบอกเราได้ว่ามีการ ejecta เกิดขึ้น แต่ไม่บอกว่ามันเกิดขึ้นทันทีหลังการชนยังไง
ข้อมูลจาก LICIACube เผยโปรไฟล์ของฝุ่นที่ปลิวออกมา
ตรงนี้เองที่ LICIACube ซึ่งเป็น CubeSat ขนาดกล่องรองเท้าที่องค์การอวกาศอิตาลีสร้าง กลายเป็นตัวละครสำคัญ เพราะมันบินห่างออกจาก DART ไม่กี่ร้อยกิโลเมตร และหันกล้อง LUKE ซึ่งเป็นกล้องย่าน RGB มุมมอง Wide-Field มาถ่ายช่วงเวลาเพียงไม่กี่นาทีหลังการชน ล่าสุดในงานศึกษา Ejecta Mass Estimates from the DART Impact Plume Inferred from LICIACube Images ได้เผยแพร่ผลวิเคราะห์จาก 18 ภาพที่ LICIACube เก็บได้ ซึ่งถือเป็นการคำนวณ Ejecta Mass โดยตรงจากการสังเกตใกล้ ๆ ครั้งแรก
นักวิจัยใช้หลักการง่ายแต่ต้องอาศัยฟิสิกส์เชิงลึกก็คือ ใช้แสงอาทิตย์ส่องไปชนอนุภาค อนุภาคกระเจิงแสง กล้องบันทึกความสว่างจากการกระเจิงของแสง ทีมงานจึงต้องสร้าง แบบจำลองการกระเจิงแสงหรือ Scattering Models โดยเทียบกับตัวอย่างในแล็บ ตั้งแต่ผงขนาดไมครอนจนถึงเศษหินเซนติเมตร แล้วนำมาวิเคราะห์กับความสว่างที่ LUKE บันทึกในมุม Phase Angle ที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ 50 องศาจนถึง 110 องศา
สิ่งที่ทำให้การวิเคราะห์นี้ซับซ้อนคือ Plume ไม่ได้โปร่งใสทั้งหมด บางส่วนเรียกว่า Optically Thick หรือหนาจนกล้องมองไม่ทะลุ นักวิจัยต้องใช้วิธี Extrapolation จากความสัมพันธ์ระหว่างความสว่างกับมวลที่เห็นได้ เพื่อเดาว่าภายในก้อนทึบนั้นยังมีฝุ่นอีกเท่าไร
สิ่งที่ได้จากการวิเคราะห์คือ Ejecta Mass ที่พุ่งออกมาจาก Dimorphos น่าจะอยู่ที่ประมาณ 8,500 – 11,900 ตัน และถ้ารวม Correction ของ Inner Region ตัวเลขอาจสูงกว่านี้ถึงประมาณ 77% ถ้าพูดง่าย ๆ ก็คือจากการพุ่งชนของ DART ก่อให้เกิดมวลสารหนักพอ ๆ กับเครื่องบิน Boeing 747 จำนวน 20 ลำพุ่งออกมาในอวกาศ ถือว่าเป็นตัวเลขที่น่าตื่นเต้นมาก ๆ
นอกจากนี้ยังพบว่า ขนาดอนุภาคส่วนใหญ่ในนาทีแรก ๆ กระจายตัวตาม Single Power Law ไม่ใช่ Broken Power Law แบบที่กล้อง Hubble และ James Webb เห็นทีหลัง หมายความว่าระหว่าง “นาทีแรก” กับ “ชั่วโมงถัดมา” มีการ Sorting ของอนุภาคโดยแรงแสงอาทิตย์ และสุดท้ายทีมวิจัยยังสรุปได้ว่าความแข็งหรือ Cohesive Strength ของ Dimorphos ต่ำมาก ประมาณ 50 Pa แปลว่ามันคือ “กองเศษหินหลวม ๆ” มากกว่าหินตัน น่าจะเป็นสาเหตุให้เกิด Ejecta พุ่งออกมามากขนาดนี้
การชนก็สำคัญแต่สสารที่พุ่งออกมานั้นสำคัญกว่า
ผลลัพธ์นี้สำคัญเพราะทำให้เราเข้าใจค่า Momentum Enhancement Factor ได้ชัดเจนขึ้น ถ้า DART ชนแล้วไม่มี Ejecta เลย ค่า Momentum Enhancement Factor จะเท่ากับ 1 หมายถึงยานส่ง Momentum เท่าไหน ดาวเคราะห์น้อยก็รับเท่านั้น แต่การวิเคราะห์ทุกชุดรวมถึงงานนี้จาก LICIACube ชี้ว่าภารกิจ DART นั้นมีค่า Momentum Enhancement Factor มากกว่า 2 หมายถึง Dimorphos ได้แรงมากกว่านั้นหลายเท่า และ “แรงส่วนเกิน” นั้นมาจาก Ejecta ที่พุ่งออกไปเหมือนไอพ่นของจรวด ซึ่งตัว Momentum Enhancement Factor นี้จะกลายเป็นค่าสำคัญที่เราจะต้องศึกษาว่าทำอย่างไรถึงจะทำให้มันมากที่สุด ยิ่งมากก็จะยิ่งมีประโยชน์
พูดอีกแบบ การเปลี่ยนวงโคจรของ Dimorphos ไม่ได้มาจากน้ำหนักของยาน DART ที่พุ่งชนเพียงอย่างเดียว แต่มาจากเศษหินและฝุ่นนับสิบล้านตันที่มันสะบัดออกไป นั่นต่างหากคือเครื่องยนต์จริง ๆ ของการเบี่ยงเบน
DART พิสูจน์ว่ามนุษย์สามารถเปลี่ยนวิถีของดาวเคราะห์น้อยได้ แต่ LICIACube ทำให้เรารู้ว่า กลไกที่แท้จริงอยู่ที่ Ejecta ไม่ใช่ตัวยานอวกาศเอง หากวันหนึ่งโลกต้องพึ่งวิธีนี้จริง ๆ เราจำเป็นต้องรู้ว่าเป้าหมายของเรามีผิวและโครงสร้างแบบไหน เพราะ “ยิ่งแตกกระจาย ยิ่งเบี่ยงเบน” และนั่นคือบทเรียนที่ Dimorphos ทิ้งไว้ให้กับการป้องกันโลกทั้งใบ และเรื่องนี้ยังไม่จบ เพราะอีกไม่กี่ปีข้างหน้ายาน Hera ของ ESA จะเดินทางไปถึงระบบ Didymos–Dimorphos เพื่อตรวจสอบหลุมชนและวัดมวลของ Dimorphos โดยตรง Hera ยานสำรวจร่องรอยการพุ่งชนของยาน DART ข้อมูลนั้นจะเป็นชิ้นส่วนสุดท้ายที่ทำให้เรารู้ว่า DART ไม่ได้แค่ชน แต่เปลี่ยนความเข้าใจทั้งหมดเกี่ยวกับวิธีที่เราจะป้องกันโลกจากอุกกาบาตในอนาคต
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
