Featured สรุปทุกภารกิจของยาน Perseverance การสำรวจครั้งใหญ่ก่อนส่งมนุษย์ไปดาวอังคาร
สรุปทุกภารกิจของยาน Perseverance การสำรวจครั้งใหญ่ก่อนส่งมนุษย์ไปดาวอังคาร

Chottiwatt Jittprasong

สรุปทุกภารกิจของยาน Perseverance การสำรวจครั้งใหญ่ก่อนส่งมนุษย์ไปดาวอังคาร

July 14, 2020

ภารกิจ Mars 2020 พร้อมกับ Perseverance Rover ที่กำลังจะเริ่มการเดินทางในวันที่ 30 กรกฎาคม 2020 นี้เป็นภารกิจที่จะสำรวจเพื่อหาร่องรอยของสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์บนดาวอังคารและเก็บตัวอย่างดินเพื่อเตรียมนำกลับโลกในอนาคตโดย Perseverance rover จะลงจอดที่ Jezero Crater ซึ่งเป็นหลุมอุกกาบาตขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 49 กิโลเมตร โดยนักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าใน Jezero Crater เคยมีน้ำท่วมอยู่ในอดีตจึงทำให้ดินในบริเวณนั้นมีความเป็นเดินเหนียวจึงทำให้ง่ายต่อการหาร่องรอยสิ่งมีชีวิตมากกว่าดินที่แห้งแล้ง ซึ่งเป็นสิ่งที่ Rover ในอดีตไม่เคยสำรวจมาก่อนจึงทำให้ Perseverance Rover มีความพิเศษมากกว่า Rover อื่น ๆ โดยในบทความนี้เราจะมาพูดถึงสิ่งที่ต้องรู้เกี่ยวกับ Perseverance Rover ที่สั้น ๆ แต่มีนัยยะสำคัญต่อภารกิจเป็นอย่างมาก

สำรวจร่องรอยของสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร

Perseverance Rover จะเน้นที่การหาร่องรอยของสิ่งมีชีวิตจำพวก Microbial life ว่าเคยเกิดขึ้นมาก่อนบนดาวอังคารหรือไม่ โดยเฉพาะบนพื้นผิวของดาวอังคารหรือหินที่อาจมี Biosignatures ทิ้งไว้ตั้งแต่อดีตหากมีสิ่งมีชีวิตเคยอยู่อาศัย ซึ่งการค้นหาจะเริ่มจากการหาสิ่งที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตเช่น น้ำ ซึ่งข้อมูลจากยาน Mars Global Surveyor ระบุว่าอาจมีน้ำอยู่ใต้ผิวของดาวอังคารส่วน 2001 Mars Odyssey ก็กำลังทำแผนที่ทรัพยากรน้ำที่อาจเป็นไปได้บนดาวอังคารจึงทำให้ Perseverance มีหวังในการหาร่องรอยของสิ่งมีชีวิตใน Jezero Crater ซึ่งการหาสิ่งมีชีวิตจะเริ่มต้นตั้งแต่การหาร่องรอยของการอยู่อาศัย, Biosignatures, สารประกอบคาร์บอน, หรือโครงสร้างพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต ซึ่งหากเจออันใดอันหนึ่ง เราก็จะสามารถวิเคราะห์ย้อนกลับไปถึงการวิวัฒนาการของมันได้

ภาพจำลอง Perseverance rover บน Jezero Crater ดาวอังคาร – ที่มา NASA/JPL

ในตอนนี้เราทราบอยู่แล้วว่าชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเต็มไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้นถ้าเราสามารถหาธาตุจำพวก Carbonate ซึ่งเกิดจากปฎิกิริยาเคมีระหว่างน้ำและชั้นบรรยากาศได้ นั้นก็จะเป็นตัวบอกใบ้ว่าเรามาถูกทางแล้ว และน้ำเคยเกิดขึ้นจริงในอดีตซึ่งก็เป็นหนึ่งในสิ่งที่สิ่งมีชีวิตขาดไม่ได้นั่นเอง

สำรวจลักษณะภูมิอากาศของดาวอังคาร

ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารใตอนนี้ประกอบไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ รวมถึงฝุ่นและไอน้ำจำนวนมากระหว่างผิวดินและชั้นบรรยากาศ ซึ่งทั้งหมดนี้ก่อให้เกิดภายุฝุ่นที่เป็น Pattern แบบเดียวกันบ่อยมาก ๆ ทำให้นักวิทยาศาสตร์อยากที่จะศึกษาการก่อตัวของพายุฝุ่นที่บ่อยครั้งมันจะเกิดทั่วดาวเลยทีเดียว การศึกษาพฤติกรรมการก่อตัวของพายุฝุ่นอาจทำให้เราสามารถพัฒนาเทคโนโลยีทำนายสภาพอากาศได้ในอนาคต

ภายุฝุ่นที่ปกคลุมทั่วดาวอังคารในปี 2001 – ที่มา NASA

การสำรวจพฤติกรรมของชั้นบรรยากาศในดาวอังคารจะทำให้เราสามารถจำลองหรือเสมือนย้อนเวลากลับไปในอดีตได้ว่าดาวอังคารเคยเป็นยังไงในอดีตซึ่งนั้นจะทำให้เราสามารถศึกษาอดีตของดาวอังคารได้ว่าเคยมีน้ำหรือสิ่งมีชีวิตหรือไม่แล้วสามารถนำหลักการมาประยุกต์ใช้กับการศึกษาสภาพอากาศของโลกในอดีตด้วยเช่นกัน

หรือแม้แต่การศึกษาปรากฎแปลก ๆ พิลึก ๆ บนดาวอังคารอย่างเมฆยาวกว่า 1,500 กิโลเมตรในปี 2018 ก็เป็นหนึ่งใน Goal ของ Mars 2020 เหมือนกันเพื่อที่จะพิสูจน์ว่าเกิดอะไรขึ้นกันแน่บนดาวอังคารแล้วทำไมบนโลกจึงไม่เกิดเพื่อที่จะทำหลักการคาดการณ์สภาพอากาศบนดาวอังคารในอนาคตเหมือนที่เราพยากรณ์อากาศบนโลกในทุกวันนี้

ภาพความละเอียดสูงของเมฆที่ก่อตัวเหนือ Arsia Mons เมื่อปี 2018 – ที่มา ESA/Mars Express

การสำรวจทางธรณีวิทยาของดาวอังคาร

Perseverance rover ถูกออกแบบมาให้ทำงานด้านธรณีวิทยาเช่นกัน โดยเฉพาะการพิสูจน์ชนิดของหินและการทดสอบทางธรณีวิทยาของหิน หลังจากที่ยาน Mars Global Surveyor ได้บอกใบ้กับนักวิทยาศาสตร์ว่าครั้งหนึ่ง ดาวอังคารก็เคยมีสนามแม่เหล็กเป็นของตัวเองเหมือนโลกซึ่งปกป้องพื้นผิวของดาวอังคารจากรังสีคอสมิกและลมสุริยะ บ่งบอกว่าในอดีต ดาวอังคารอาจมีสภาพที่อาศัยอยู่ได้ แต่ในปัจจุบันดาวอังคารกลับไม่มีสนามแม่เหล็กที่แข็งแรงพอที่จะเอื้ออำนวยสิ่งมีชีวิต การศึกษาอดีตของสนามแม่เหล็กดาวอังคารจะทำให้เรารู้ว่าทำไมดาวอังคารจึงเป็นเหมือนทุกวันนี้ที่เราเห็น

ข้อมูลทิศทางของสนามแม่เหล็กดาวอังคารจากยาน Mars Global Surveyor ขณะกำลังทำ Low Flyby – ที่มา NASA

นอกจากนี้ Perseverance rover จะทำการสำรวจหินบนดาวอังคารใน Jezero crater เพื่อสำรวจชนิดของมันและหา Biosingatures หรือร่องรอยของสิ่งมีชีวิตที่สิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์เคยทิ้งไว้ (หากมี) นอกจากนั้นมันยังมีหน้าที่สำรวจหาแหล่งน้ำบนดาวอังคารอีกด้วย

เตรียมการสำรวจโดยมนุษย์

แน่นอนว่าเมื่อมีการสำรวจโดยหุ่นยนต์และยานสำรวจต่าง ๆ แล้ว ในอนาคตก็จะต้องมีการสำรวจโดยมนุษย์ซึ่งอาจจะนำไปสู่การตั้งถิ่นฐานบนดาวอังคารโดยเฉพาะอย่างยิ่ง โครงการ Artemis ที่กำลังปูทางสำหรับการติ้งถิ่นฐานบนดวงจันทร์และดาวอังคาร ภารกิจ Mars 2020 กำลังจะมีส่วนร่วมในการเติมเต็มสิ่งที่เรียกว่า Strategic Knowledge Gap (SKG) ซึ่งก็คือ Concept ของภารกิจนี้เอง โดยเฉพาะการทดลองระบบ In-Situ Resource Utilization (ISRU) ที่จำเป็นอย่างยื่งต่อมนุษย์ในอนาคต ระบบ ISRU จะทำให้เราสามารถผลิตเชื้อเพลิงและออกซิเจนได้จากชั้นบรรยากาศของดาวอังคารโดยที่ไม่ต้องพึ่งทรัพยากรจากโลกโดยชุดทดสอบ ISRU อันแรกก็คือ MOXIE หรือ Mars Oxygen ISRU Experiment ที่จะทำการผลิตออกซิเจนโดยปฎิกิริยาที่เรียกว่า Solid oxide electrolysis

อุปกรณ์ของ Perseverance Rover – ที่มา NASA

MOXIE จะทำให้เราสามารถผลิตออกซิเจนบนดาวอังคารผ่านกระบวนการ Solid oxide electrolysis จากคาร์บอนไดออกไซด์กว่า 96% บนดาวอังคารได้ทำให้เราไม่ต้องพึ่งออกซิเจนจากโลกอีกต่อไป แต่ Perseverance rover ก็ไม่ได้ทดลองแค่ MOXIE แต่ยังมีอุปกรณ์อื่น ๆ อีกที่จำเป็นต่อการทดลองเพื่อวัดระดับ Habitability ของดาวอังคาร เช่น เครื่องทดสอบด้านรังสี เพราะว่าบนดาวอังคารไม่มีชั้นโอโซนเหมือนบนโลกทำให้รังสีจำพวก Ultraviolet สามารถเดินทางมาถึงพื้นผิวของดาวอังคารได้เป็นจำนวนมาก บวกกับการที่ดินบนดาวอังคารมีสถานะเป็น Superoxides จากการมีรังสี UV ที่ส่องลงมาถึงพื้นผิวซึ่งเจ้า Superoxide ที่ว่านี้สามารถทำลายสารอินทรีย์อะไรก็ตามที่อยู่ในดินได้จึงทำให้ดินบนดาวอังคารอาจจะยังไม่เหมาะแก่การปลูกอะไรก็ตาม จึงทำให้การสำรวจดินบนดาวอังคารจำเป็นก่อนการสำรวจโดยมนุษย์จริง ๆ

การสำรวจดาวอังคารสำหรับการตั้งถิ่นฐานบนดาวอังคารมีมานานแล้วตั้งแต่อดีต เช่น 2001 Mars Odyssey ที่เริ่มวัดค่ารังสีของดาวอังคาร หรือ Mars Reconnaissance Orbiter ที่เริ่มค้นหาทรัพยากรน้ำบนดาวอังคาร หากเจอ นั่นจะเป็นก้าวใหญ่สำหรับการสำรวจดาวอังคารโดยมนุษย์เลยทีเดียว จึงทำให้ขณะนี้ หุ่นยนต์เป็นตัวบุกเบิกทางให้การสำรวจของมนุษย์นั่นเอง

อุปกรณ์บน Perseverance rover

แน่นอนว่าทุกอย่างที่ Perseverance rover จะทำบนดาวอังคารคงไม่สามารถทำได้ถ้าไม่มีอุปกรณ์ เราจึงจะมา Walkthrough อุปกรณ์ทุกอุปกรณ์บน Mars 2020 Perseverance rover ที่นักวิทยาศาสตร์ระดับหัวกระทิได้ออกแบบกันมา ซึ่งแน่นอนว่าทุกอุปกรณ์ล้วนเริ่มต้นมาจากความผิดพลาด (วิศวกรของ NASA ก็เข็ดกับหมุดวัดความร้อน HP3 แล้ว)

อุปกรณ์บน Mars 2020 Perseverance Rover – ที่มา NASA/JPL

Mastcam-Z

เริ่มกันด้วยอุปกรณ์แรกที่นับว่าเป็นตาของ Mars 2020 Perseverance rover เลยทีเดียว มันมึชื่อว่า Mastcam-Z Mastcam-Z คือ กล้องหลายช่วงคลื่นแสง (Multi-spectral) สำหรับถ่ายภาพแบบ Stereoscopic ซึ่งจะถูกติดตั้งอยู่บนเสาของ Perseverance Rover มันจะทำหน้าที่ถ่ายวีดีโอความละเอียดสูง ภาพพาโนรามิก ภาพสามมิติ ของพ้นผิวดาวอังคารและชั้นบรรยากาศ ความพิเศษของ Mastcam-Z คือ มันสามารถซูมได้ ใช่แล้วชื่อมันเลยเป็น Mastcam-Z โดยที่ Z ย่อมาจาก Zoom ซึ่งมันสามารถถ่ายภาพความละเอียด 1600×1200 pixels หรือประมาณ 2 megapixels ได้

Mastcam-Z หนึ่งตัวเมื่อเทียบกัยเหรียญ – ที่มา NASA

ที่มากไปกว่านั้นคือมันจะมีกล้องแบบภาพข้างบนสองตัว ไว้สำหรับถ่ายภาพแบบ Stereoscopic หรือภาพแบบที่คล้าย ๆ ตาเรามองเห็นนั่นเองซึ่งนั่นจะทำให้มันสามารถทำ Depth perception ซึ่งจะช่วยในการถ่ายภาพระยะไกลของภูมิธรณีสัณฐานของดาวอังคารรวมถึงการถ่ายภาพชั้นบรรยากาศได้อีกด้วย ทำให้ Mastcam-Z เป็นเหมือนตาของมนุษย์ที่มีความพิเศษคือ ซูมได้ มองได้หลายช่วงแสง เช่น Ultraviolet และ Infrared ซึ่งจะทำให้มันสามารถใช้แสงมาวิเคราะห์ส่วนประกอบหรือคุณสมบัติทางธรณีวิทยาของหินได้ นอกจากนี้อย่างที่บอกว่ามันสามารถเงยหน้าขึ้นไปถ่ายท้องฟ้าได้ จึงทำให้มันสามารถถ่ายดวงจันทร์ของดาวอังคารขณะกำลังเคลื่อนผ่านดวงอาทิตย์ได้อีกด้วย (Transits of Mars’ Moons)

Mastcam-Z ทั้ง 2 ตัวบนเสาของ Mars 2020 Perseverance Rover – ที่มา NASA/JPL

Supercam

Supercam ถือเป็นดวงที่ 3 ของ Perseverance rover ซึ่งเป็นตาที่ก็ Super สมชื่อ Supercam จะใช้ในการวิเคราะห์ส่วนประกอบทางเคมีและแร่ธาตุของหินระยะไกลโดยที่ไม่จำเป็นต่องเข้าไปไกล ๆ โดยที่ตัวกล้องเองมี Laser และ Spectrometer ไว้สำหรับสแกนหาสารอินทรีย์หรือร่องรอย Biosignatures ของสิ่งมีชีวิตโดยที่ตัว Supercam เองสามารถทำงานได้ตั้งแต่ระยะ 7 เมตรเป็นต้นไปจึงทำให้มันไม่จำเป็นต้องเข้าไปใกล้ ๆ วัตถุใด ๆ ก็สามารถทดลองได้จึงลบข้อจำกัดของโรเวอร์หลาย ๆ คันที่ไม่สามารถไปตรวจสอบตัวอย่างได้เพราะว่าพื้นผิวไม่เอื้ออำนวย

ซึ่ง Supercam ก็ไม่ได้อยู่ห่างจาก Mastcam-Z เลยเพราะมันอยู่ข้างบน Mastcam-Z นั่นเอง เป็นกล่องสีขาว ๆ

ภาพจำลองของ Supercam บน Perseverance rover – ที่มา NASA/JPL

Supercam จริง ๆ แล้วมีต้นแบบมาจาก ChemCam ของ Mars Curiosity แต่ Supercam พิเศษกว่าตรงที่มี Laser ที่ใช้สำหรับการสำรวจระยะไกลรวมถึงระบบที่เรียกว่า Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) ซึ่งเป็นการปล่อยเลเซอร์กำลังสูงที่ความยาวคลื่น 1064 nanometers เพื่อทำให้วัตถุที่ถูกเลเซอร์ระเหยในระดับอนุภาคจากนั้นจึงใช้ Spectrometers จำนวน 3 ตัว แยกเป็น UV และ ช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้สองตัว และ Near-infrared อีกหนึ่งตัว ส่องอนุภาคที่ระเหยออกมาจากวัตถุตัวอย่างเพื่อวิเคราะห์ส่วนประกอบของวัตถุผ่านการทำ Spectrophotometry

ระบบ Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) ของ Supercam – ที่มา LANL

Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA)

MEDA คือ อุปกรณ์สำหรับวัดค่าทางภูมิอากาศ เช่น ความชื้น ทิศทางลม ความเร็วลม อุณหภูมิ ในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร รวมถึงการวัดค่าฝุ่นเช่นขนาดของเม็ดฝุ่นและรูปร่างของเม็ดฝุ่นเพื่อศึกษาคุณสมบัติของฝุ่นบนดาวอังคารเพื่อใช้ในการพยากรณ์สภาพอากาศของดาวอังคารในอนาคต

MEDA ใน Perseverance rover – ที่มา NASA/JPL

MEDA มีที่มาจากระบบ Rover Environmental Monitoring System หรือ REMS บน Curiosity rover และ Temperature and Wind for Insight (TWINS) บนยาน InSight จึงทำให้ MEDA เป็นเหมือนการเอา REMS และ TWINS มาผสมกัน นอกจากนี้ MEDA ยังสามารถวัดค่ารังสีที่แผ่มาจากดวงอาทิตย์และอวกาศได้อีกด้วยและมันยังถูกออกแบบมาให้ทำงานร่วมกับ MOXIE ซึ่งเป็นระบบ ISRU ชิ้นแรกที่จะทดลองผลิตออกซิเจนบนดาวอังคารอีกด้วย โดย MEDA จะทำหน้าที่ Monitor ว่าฝุ่นและสภาพอากาศส่งผลอย่างไรต่อการผลิตออกซิเจนของ MOXIE

Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE)

MOXIE คือ อุปกรณ์ In-Situ Resource Utilization หรือ ISRU ชิ้นแรกที่จะถูกส่งไปทดสอบบนดาวอังคารจริง ๆ โดย MOXIE จะทำหน้าที่เปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารให้เป็นออกซิเจนผ่านกระบวนการ Solide Oxide Electrolysis ซึ่งหลักการทำงานของ MOXIEง่าย ๆ คือ จะทำงานโดยการนำคาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศของดาวอังคารซึ่งก็คือ CO2 มาแยกโมเลกุลแบบ Electrochemical เป็น CO และ O2 จากนั้นจึงนำ O2 ไปใช้ ส่วน CO หรือคาร์บอนมอนนอกไซด์ก็ปล่อยเป็นของเสียนั่นเอง

คาร์บอนไดออกไซด์จะผ่านการบีบอัดด้วยระบบ CO2 Aquisition and Compression (CAC) ก่อนที่จะถูกนำไปกรองจากนั้นจึงนำไปที่ Solid OXide Electrolyzer (SOXE) เพื่อแยกโมเลกุลออกจากกันที่อุณหภูมิกว่า 800 องศาเซลเซียส ได้เป็นออกซิเจนและคาร์บอนมอนนอกไซด์

ผังการทำงานของระบบ MOXIE – ที่มา NASA/JPL

Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC)

SHERLOC คือ Ultraviolet spectrometer ที่ติดอยู่กับแขนกลของโรเวอร์ มาพร้อมกับ Laser และกล้องเพื่อใช้สำหรับส่องตัวอย่างของหินในระยะใกล้เพื่อหาร่องรอยของสิ่งมีชีวิตและหาสารอินทรีย์ต่าง ๆ ในดินและหินของดาวอังคารในระดับที่ละเอียดมาก ๆ

Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC) – ที่มา NASA/JPL

โดย SHERLOC จะทำ Spectroscopy ด้วย NeCu laser ที่สร้าง UV Photons ขนาด 248.6 nm จากนั้นจึงส่องลงไปที่ผิวเพื่อสแกนพื้นผิวและสันฐานของตัวอย่างจากนั้นจึงเรนเดอร์ออกมาเป็นภาพ Spectroscopy เพื่อวิเคราะห์ส่วนประกอบนั่นเอง

ภาพ Spectroscopy จาก SHERLOC – ที่มา NASA/JPL

Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry (PIXL)

PIXL คือเลเซอร์ X-ray spectrometer ที่ใช้สำหรับส่องโมเลกุลเคมีในระดับที่เล็กมาก ๆ (เล็กที่นี้คือระดับเม็ดเกลือ) ใช้สำหรับหา Biosignature ในระดับเล็กเช่นในหินหรือในดินที่กล้องสำรวจขนาดใหญ่อย่าง Mastcam-Z หรือ Supercam ไม่สามารถตรวจจับได้และเพราะว่ามันเป็นเลเซอร์ทำให้มันมีความยืดหยุ่นในการใช้งานสูงเพราะหันไปทางไหนก็ได้นั่นเอง

Radar Imager for Mars’s Subsurface Experiment (RIMFAX)

RIMFAX คือเรดาร์สำหรับการสแกนพื้นผิวใต้โรเวอร์เพื่อสำรวจโครงสร้างทางธรณีวิทยาของดาวอังคาร โดยคลื่นสามารถทะลุพื้นผิวได้ประมาณ 10 เมตรเพื่อสร้างแผ่นที่ใต้ดิน ซึ่ง RIMFAX ก็จะคล้าย ๆ เครื่องที่เราใช้ Map Layer ของผิวโลกเหมือนกัน ซึ่งแน่นอนว่า RIMFAX ก็สามารถตรวจจับน้ำหรือน้ำแข็งได้เพราะว่าน้ำและดินจะสะท้อนสัญญาณไม่เหมือนกัน

ภาพจำลองการทำงานของ RIMFAX – ที่มา NASA/JPL

แน่นอนว่า JPL หรือ NASA เองก็คงยังไม่อยากทำอุปกรณ์อะไรที่มันต้องเจาะแล้วละ หลังจากที่ HP3 ขุดไม่ได้เลยต้องใช้วิธีตอกแทน (ตอนนี้ลงทั้งแท่งแล้วนะ ฮา)

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก