วิจัยไทยไปขั้วโลก

ขณะที่ประเทศมหาอำนาจกำลังพัฒนาขีดความสามารถด้านอวกาศ ประเทศไทยก็ไม่น้อยหน้า มีทั้งผลงานและนักวิจัยฝีมือฉกาจ จนได้รับมอบหมายในโครงการสำคัญ Cosmic ray monitoring at Mawson and Kingston to study space weather and space physics จาก Australian Antarctic Division (AAD) เพื่อศึกษาสภาพอวกาศและผลกระทบ โดยส่ง 2 นักวิจัย ได้แก่ อ.ดร.อเลฮานโดร ซาอิส ริเบรา อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ และ ประดิพัทธ์ เหมืองห้า นักศึกษาระดับปริญญาเอกด้านฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยมหิดล นำเทคนิคใหม่ของนักวิจัยไทยไปติดตั้งอุปกรณ์วัดรังสีคอสมิก (อนุภาคจากอวกาศ)

นอกจากนี้ยังปรับปรุงอุปกรณ์วัดสัญญาณรังสีคอสมิกให้วัดจำนวนและพลังงานเฉลี่ยของรังสีคอสมิกได้อย่างแม่นยำที่สถานี Mawson Station ในแอนตาร์กติกา พร้อมศึกษาการวิเคราะห์ข้อมูลรังสีคอสมิกที่ Kingston ประเทศออสเตรเลีย ด้วย

• รู้ รอด ‘คอสมิก’

อาจเคยได้ยินชื่อรังสีคอสมิกหรือ Cosmic ray กันมาไม่มากก็น้อย แต่การศึกษารังสีที่มาจากนอกโลกเพียงในตำรานั้นยังไม่พอ มิหนำซ้ำการศึกษาเรื่องดังกล่าวยังเกี่ยวพันกับมนุษย์ในระดับชีวิตประจำวันไปจนถึงระดับพันธุกรรม

ศาสตราจารย์พิเศษ ดร.เดวิด จอห์น รูฟโฟโล อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล อธิบายถึงรังสีชนิดนี้ให้เข้าใจง่ายๆ ว่า คือ อนุภาคพลังงานสูงที่มีแหล่งกำเนิดมาจากนอกโลก ได้แก่ ดวงอาทิตย์ แล้วยังพบว่ามาจากแหล่งอื่นจากวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ ได้แก่ กระบวนการดับของดาวฤกษ์ขณะเกิดซูเปอร์โนวา ดาวแคระขาว ดาวนิวตรอน (neutron star) และหลุมดำ (black holes) รวมถึงแหล่งกำเนิดอื่นๆ ที่ยังไม่ทราบแน่ชัด แล้วแพร่เข้ากระทบภายในบรรยากาศของโลก

ถึงจะมองไม่เห็นด้วยตา ทว่ารังสีนี้กลับสร้างผลกระทบอย่างใหญ่หลวง โดยเฉพาะยุคนี้ที่เทคโนโลยีอยู่ในแทบทุกลมหายใจของผู้คน

“การที่มีกัมมันตรังสีในอวกาศซึ่งเราเรียกว่ารังสีคอสมิก จะส่งผลกระทบต่อดาวเทียม เคยมีประมาณ 4-5 ครั้ง ที่ดาวเทียมหรือยานอวกาศพังจนใช้งานไม่ได้ ทุกวันนี้เราพึ่งพาเทคโนโลยีดาวเทียม เช่น โทรศัพท์มือถือ โทรทัศน์ หรือการสื่อสารต่างๆ ในสหรัฐอเมริกา ทหารเรือ ทหารอากาศ เขาสนใจมากในเรื่องพายุสุริยะ เพราะเขาต้องพึ่งพาดาวเทียมเพื่อสื่อสารกับเรือหรือเครื่องบิน เขาจึงทุ่มเทงบประมาณมากในงานวิจัยพื้นฐานเพื่อเข้าใจดวงอาทิตย์และพายุสุริยะเพิ่มขึ้น รังสีคอสมิกเป็นส่วนหนึ่งที่มีอยู่ในกาแลกซีอยู่แล้ว แต่ปริมาณรังสีคอสมิกและพลังงานจะเปลี่ยนเมื่อเกิดพายุสุริยะ”

จากการพึ่งพาดาวเทียมค่อนข้างมากของยุคปัจจุบัน จึงจำเป็นมากที่จะต้องมีสถานีวัดนิวตรอน ซึ่งสถานีใกล้ขั้วโลกจะวัดอนุภาคที่มีพลังงานสูงสุดเมื่อเทียบกับการวัดในอวกาศ นำมาสู่การเตือนภัยหลังจากเริ่มเกิดเหตุการณ์ได้ภายในไม่กี่นาที ขณะที่วิธีการอื่นใช้เวลานานกว่า ดร.เดวิด จอห์น รูฟโฟโล บอกว่าคุณูปการของสถานีวัดนิวตรอนเคยช่วยเตือนภัยมาหลายต่อหลายครั้ง เช่นในกรณีเตือนสายการบินให้เลี่ยงการผ่านขั้วโลก อย่างเมื่อก่อนสายการบินไทยมีบินจากกรุงเทพฯไปนิวยอร์คโดยข้ามขั้วโลกเหนือ นักวิทยาศาสตร์ก็เตือนเมื่อเกิดพายุสุริยะ ทำให้สายการบินบินอ้อมขั้วโลก

“ในอดีตเราไม่ได้มีดาวเทียมหรือเทคโนโลยีทันสมัยมากนัก แต่ปัจจุบันสังคมมนุษย์ไวต่อผลกระทบจากพายุสุริยะมากกว่าในอดีต เคยมีเหตุการณ์หนึ่งรุนแรงมาก เกิดในปี พ.ศ. 2532 ที่ก้อนมวลจากดวงอาทิตย์กระทบสนามแม่เหล็กโลก แล้วสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง จากฟิสิกส์ระดับมัธยมทำให้เรารู้ว่าจะมีสนามไฟฟ้าเกิดขึ้น ซึ่งเคยทำให้หม้อแปลงพังที่สหรัฐและแคนาดา ตอนนั้นที่แคนาดา 6 ล้านคนไม่มีไฟฟ้าใช้ 9 ชั่วโมง ถ้าเกิดขึ้นอีกและเป็นความรุนแรงแบบ 100 ปีครั้ง 500 ปีครั้ง ครึ่งหนึ่งของสหรัฐอาจไม่มีไฟฟ้าใช้

ที่ประเทศไทยแตกต่างนิดหนึ่งเพราะเราอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตรแม่เหล็ก แต่มีคนเตือนว่าระบบไฟฟ้าของไทยไม่ได้กั้นไว้ในส่วนนี้ ก็ต้องระวัง แต่เคยมีเหตุการณ์ในปี ค.ศ.1869 ที่น่าจะรุนแรงที่สุดในรอบ 500 ปี ตอนนั้นยังไม่มีเทคโนโลยีสมัยใหม่ แต่มีโทรเลขใต้ทะเลระหว่างยุโรปกับสหรัฐ แล้วปรากฏว่ากระดาษโทรเลขลุกไหม้เนื่องจากกระแสมันแรงมาก ถ้าเหตุการณ์แบบนั้นเกิดในสมัยนี้ก็อาจมีไฟดับครึ่งหนึ่งของประเทศ”

ผลกระทบที่รุนแรงและเดือดร้อนต่อชีวิตประจำวันของประชาชน ทำให้หลายคนตั้งคำถามไปถึงการพยากรณ์ว่าเหตุการณ์จะเกิดขึ้นเมื่อไร เพื่อจะได้เตรียมรับมือ ซึ่งจนถึงทุกวันนี้ระยะเวลาการเกิดพายุสุริยะยังเป็นปริศนา ถึงขั้นที่ ดร.เดวิด จอห์น รูฟโฟโล ยังเอ่ยปากว่านี่คือประเด็นที่น่าสนใจเป็นพิเศษ เพราะนักวิทยาศาสตร์พยากรณ์ไม่ได้ว่าจะเกิดเมื่อไร และมีความถี่อย่างไร เขาบอกได้เพียงว่าเกิดขึ้นตามวัฏจักรของดวงอาทิตย์ โดยวัฏจักรนั้นมีจุดมืดจำนวนมากทุกๆ 11 ปี โดยช่วงนี้เป็นช่วงที่น้อยมาก แต่ถ้าทิ้งไว้ 4-5 ปี ก็จะมีจุดมืดจำนวนมากอีกครั้งหนึ่ง แล้วจุดมืดก็จะสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กและการเกิดพายุสุริยะ เพราะพายุสุริยะจะเกิดบริเวณที่มีจุดมืด ซึ่งตามวัฏจักร 11 ปี ในช่วงที่มีจุดมืดจำนวนมากจะมีพายุสุริยะถี่ด้วย

“ที่ผ่านมาในปี พ.ศ. 2554-2557 ช่วงนั้นมีพายุสุริยะถี่มาก แต่ช่วงนี้แทบไม่มีเลย บางช่วงที่มีก็จะแรงมาก แต่ช่วงที่ผ่านมาที่มีก็ไม่แรงมากนัก เราก็ไม่รู้ว่าโดยรวม วัฏจักรข้างหน้าจะแรงแค่ไหน เหตุการณ์ที่รุนแรงที่สุดในรอบ 50 ปีที่ผ่านมา เกิดในปี 2548 และเกิดช่วงที่จุดมืดค่อนข้างน้อย ก็เลยคาดการณ์ได้ไม่แน่นอน ที่ชัวร์สุดคือถ้าเห็นดวงอาทิตย์มีจุดมืด ณ ขณะนี้ และเป็นในลักษณะสลับซับซ้อน เส้นสนามแม่เหล็กพันกัน ก็มีโอกาสที่จะมีพายุสุริยะ

บางทีอาจเกิดขึ้นแล้ว เตือนถึงกัมมันตรังสีที่กระทบต่อโลกแล้ว แต่ยังมีผลกระทบอีกส่วนหนึ่งที่มาจากก้อนมวลมาถึงโลก ซึ่งใช้เวลา ประมาณ 4 วัน อันนั้นอาจทำให้ไฟดับบนพื้นโลก แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่รู้ว่าก้อนมวลนั้นจะมาถึงเมื่อไร ครั้งหนึ่งนาซ่าพยายามบอกว่าจะมาถึงตอนไหนแล้วก็ผิดไปหนึ่งวัน ก็จำเป็นจะต้องศึกษาเพิ่มขึ้น”

• จากแล็บไทยไประดับโลก

พลังงานที่ปลดปล่อยจากดวงอาทิตย์ นำไปสู่การเกิดรังสีคอสมิก จากศึกษาวิจัยเพื่อหาผลกระทบจากดวงอาทิตย์เป็นอย่างไรทั้งต่อดาวโลกและสิ่งมีชีวิต ถึงแม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะยืนยันว่าการอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตรของประเทศไทยช่วยให้ไม่ได้รับผลกระทบรุนแรงเท่าประเทศอื่นๆ ที่อยู่ใกล้ขั้วโลก แต่หลายคนอาจยังไม่รู้ว่าที่ประเทศไทยมีเครื่องวัดรังสีคอสมิก เป็น 1 ใน 40 แห่งทั่วโลกที่มี แต่เครื่องที่ไทยวัดพลังงานสูงที่มาจากนอกระบบสุริยะ แต่ถ้าหากต้องการวัดพลังงานจากดวงอาทิตย์โดยตรงต้องวัดใกล้ขั้วโลกที่แอนตาร์กติกา

อ.ดร.อเลฮานโดร ซาอิส ริเบรา หนึ่งในนักวิจัยที่ได้เดินทางไปยังสถานี Mawson ที่แอนตาร์กติกา บอกว่าตื่นเต้นมากที่มีโครงการนี้ ได้ร่วมเดินทางไปปรับปรุงสถานีและวิเคราะห์ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ เนื่องจากการได้รับสนับสนุนทุนวิจัยระยะยาวจาก Australian Antarctic Division (AAD) มีการแข่งขันสูงมาก และสถานี Mawson ก็เป็นสถานีที่มีความสำคัญมาอย่างยาวนานตั้งแต่ปี ค.ศ.1954 เป็น 1 ใน 3 สถานีปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ภายใต้ Australian Antarctic Program เป็นสถานีที่ปฏิบัติการต่อเนื่องยาวนานที่สุดในทวีปแอนตาร์กติกา

ไม่ใช่แค่ความสำคัญของสถานที่ที่จะเดินทางไป แต่การเดินทางด้วยเรือเดินสมุทรที่ชื่อว่า Aurora (ออโรร่า) คืออีกความท้าทายที่ ประดิพัทธ์ เหมืองห้า นักวิจัยชาวไทยเพียงหนึ่งเดียวที่ได้ร่วมเดินทางในครั้งนี้ เล่าว่าเรือลำนี้จะพานักวิจัยไปยังสถานีปฏิบัติการและขนส่งเสบียงรวมทั้งอุปกรณ์ต่างๆ สำหรับทีมนักวิจัยไทยได้เตรียมความพร้อมของอุปกรณ์ด้วยการนำคอมพิวเตอร์ไปทดลองติดตั้งที่สถานีบนดอยอินทนนท์ จ.เชียงใหม่ ก่อนจะส่งไปที่ Kingston ประเทศออสเตรเลีย ล่วงหน้าหนึ่งเดือน

“หลังจากของส่งไปเรียบร้อยแล้ว ค่อยถึงคิวนักวิจัย เราต้องเช็คร่างกาย เช็คสุขภาพ ซึ่งไม่ง่ายเลย ผมไปโรงพยาบาลหลายแห่งมาก แต่ยังมีหนึ่งอย่างที่ต้องไปตรวจที่ต่างประเทศ แต่สุดท้ายก็ผ่านไปได้ด้วยดี หลังจากนั้นเราจะเดินทางไปที่ Kingston เพื่อวัดตัวตัดชุดให้เหมาะสมกับเราที่สุด”

เมื่อวันที่ 21 มกราคม ที่ผ่านมา เรือได้เริ่มออกเดินทางแล้ว ภารกิจจะเริ่มได้ประมาณวันที่ 7 กุมภาพันธ์ แล้วนับไป 9 วันเท่านั้นสำหรับการทำงานที่สถานี Mawson หากทำไม่สำเร็จจะหมายถึงว่าอีก 5 ปี ที่เรือจะพานักวิจัยไปที่สถานีนี้อีกครั้ง

การเดินทางของคณะนักวิจัยไทยครั้งนี้ รองศาสตราจารย์ ดร.พลังพล คงเสรี คณบดีคณะวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยมหิดล เปิดเผยว่าเป็นการสร้างเครือข่ายความร่วมมือกับกลุ่มวิจัยด้านรังสีคอสมิกและฟิสิกส์อวกาศในระดับนานาชาติ และช่วยขยายขีดความสามารถการพัฒนางานวิจัยด้านฟิสิกส์อวกาศระดับสากล

“ภารกิจนี้สะท้อนถึงการผลักดันให้เกิดการรวมกลุ่มเพื่อสร้างเครือข่ายวิจัยภายในคณะวิทยาศาสตร์และคณะอื่นๆ ร่วมกับความร่วมมือนานาชาติ ที่มีความสนใจร่วมกันจนปรากฏอยู่บนแผนที่โลก และความเชี่ยวชาญด้านการวิจัยทางวิทยาศาสตร์อย่างชัดเจน”

เอกลักษณ์จำเพาะของทวีปแอนตาร์กติกาซึ่งตั้งอยู่ในตำแหน่งที่ทิศทางของสนามแม่เหล็กโลกวางตัวในแนวดิ่ง ทำให้ตรวจวัดอนุภาครังสีคอสมิกพลังงานสูงได้ทั้งจากกาแลกซี รังสีคอสมิกจากดวงอาทิตย์ ทำให้มีข้อมูลสำคัญที่นักวิจัยด้านอวกาศวิเคราะห์และเชื่อมโยงความสัมพันธ์ของข้อมูลจากสถานีตรวจวัดต่างๆ ทั้งบนผิวโลก และในอวกาศ ซึ่งถือเป็นหนึ่งในแนวทางสำคัญของการศึกษาและเข้าใจสภาพอวกาศที่ส่งผลกระทบต่อกิจกรรมของมนุษย์

สำหรับการตรวจวัดอนุภาครังสีคอสมิกโดยปกติ Neutron monitors ทุกแห่งทั่วโลกจะวัดปริมาณรังสีนี้ต่อเวลา โดยแต่ละแห่งวัดพลังงานได้ไม่เหมือนกัน ซึ่งแอนตาร์กติกาวัดได้พลังงานต่ำสุด ขณะที่ประเทศไทยคณะนักวิจัยวัดได้พลังงานสูงสุด เป็นที่มาของการริเริ่มเทคนิคเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงในพลังงานเฉลี่ยต่อเวลาด้วยขึ้นมา

“ที่เราต้องศึกษาเพราะประเทศไทยยังต้องพึ่งพาดาวเทียม จริงๆ ประเทศไทยก็เคยมีผลกระทบแต่อาจถือว่าเล็กน้อย คือ ไทยคม 5 เมื่อปี 2554 มีช่วงหนึ่งประมาณ 3 ชั่วโมงที่สัญญาณโทรทัศน์ดับ เพราะได้รับผลกระทบจากลมสุริยะ แต่โชคดีที่รีบู๊ทใหม่ได้ใน 3 ชั่วโมง ไม่อย่างนั้นถ้าไทยคม 5 พัง ก็จะส่งผลกระทบต่อประเทศไทย เพราะพึ่งพาดาวเทียมดวงนี้

เรื่องพายุสุริยะ รังสีคอสมิก ไม่ได้ทำให้คนตายหรือบาดเจ็บบนภาคพื้นดิน แต่มันกระทบทางเศรษฐกิจ” ดร.เดวิด จอห์น รูฟโฟโล กล่าว