การโฉบผ่านของดวงดาวและยานอวกาศ

0

นี่เป็นบทความแรกของผมใน PedBoon.com ในวันที่มีปรากฏการณ์ท้องฟ้าครั้งใหญ่ที่สุดครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ ในช่วงเวลาที่ผมมีชีวิตอยู่ วันที่ 15 กุมภาพันธ์ 2556 (2013) ซึ่งนาซ่าเป็นเจ้าภาพถ่ายทอดสดผ่านอินเตอร์เน็ตไปทั่วโลก

ในเช้ามืดของคืนนี้ เวลาประมาณ 2:50 น. ตามเวลาในประเทศไทย จะมีดาวเคราะห์น้อยชื่อ 2012 DA14 ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 50 เมตร ที่เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ด้วยความเร็ว 29,000 ก.ม./ช.ม. จะผ่านเข้าสู่วงโคจรของดาวเทียมสื่อสารของโลกสีฟ้าของเรา ดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ เราพบมันเมื่อปีที่แล้ว (2012) และจะพบกันทุกปี ตามรอบการโคจร จนกว่ามันจะไปชนกับดาวดวงอื่น หรือพุ่งชนโลกของเรา ซึ่งบรรดาผู้เชี่ยวชาญให้ความเห็นว่า ดาวเคราะห์น้อยขนาดนี้ จะชนโลกทุกๆ รอบ 1,200 ปี

ที่น่าสนใจในข่าวของปรากฏการณ์ครั้งนี้คือ คำว่า Flyby ซึ่งผมขอบัญญัติศัพท์เพื่อใช้ในบทความนี้เป็นการเฉพาะ โดยแปลว่า “โฉบผ่าน” แล้วการโฉบผ่านของดวงดาวเกิดขึ้นจากอะไร, ส่งผลอย่างไร และสามารถนำไปประยุกต์ด้านไหนได้บ้าง?

ตามกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน (เซอร์ไอแซค นิวตัน) ระบุว่า “วัตถุจะคงสภาพการเคลื่อนที่ไปตลอด ตราบเท่าที่มันถูกกระทำด้วยแรงลัพธ์ที่เป็นศูนย์” หมายความว่าถ้าวัตถุอยู่นิ่ง มันก็จะอยู่นิ่งไปตลอด หรือถ้าวัตถุเคลื่อนที่ มันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าเดิมไปตลอด ตราบเท่าที่แรงที่กระทำต่อมันนั้น หักล้างกันจนเป็นศูนย์ ยกตัวอย่างเช่น กล่องใบหนึ่งวางนิ่งอยู่กับพื้น ถ้าให้คนสี่คนออกแรงเท่าๆ กัน ที่ทั้งสี่ด้านของกล่องใบนี้ แรงของทั้งสี่จะหักล้างกันจนเป็นศูนย์ กล่องใบนั้นก็จะอยู่กับที่เหมือนเดิม แต่ถ้าแรงลัพธ์ไม่เป็นศูนย์ วัตถุจะมีความเร่ง ซึ่งก็คือกฎข้อที่สองของนิวตัน

ประกอบกับกฎของแรงดึงดูดระหว่างมวล ที่ระบุว่า วัตถุคู่ใดๆ จะมีแรงดึงดูดกันและกันด้วยแรงที่เท่ากันในทิศทางตรงกันข้ามเสมอ โดยขนาดของแรงแปรผกผันกับระยะทางยกกำลังสอง พูดง่ายๆ คือ ยิ่งไกลกัน แรงดึงดูดยิ่งลดฮวบ (ไม่ใช่ค่อยๆ ลด) เช่น โลกดึงดูดผลตะขบด้วยแรงเท่าไหร่ ผลตะขบก็ดึงดูดโลกด้วยแรงเท่านั้นเช่นกัน

เมื่อห่างจากพื้นผิวโลกขึ้นไปเรื่อยๆ แรงดึงดูดของโลกจะลดลงเรื่อยๆ ตามกฎของแรงดึงดูดระหว่างมวล จนถึงระดับหนึ่งที่จะทำให้วัตถุวิ่งวน (โคจร) รอบโลกได้โดยไม่ตกลงมาสู่พื้นโลก เราใช้ประโยชน์จากธรรมชาติอันนี้ด้วยการใช้เป็นชั้นวงโคจรของดาวเทียมสื่อสาร ในความจริงแล้ว มันก็เป็นหลักการเดียวกันกับที่ดาวบริวารโคจรรอบดาวแม่ เช่น โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์, ดวงจันทร์โคจรรอบโลก ฯลฯ โดยไม่ตกสู่พื้นผิวของดาวแม่นั่นเอง

กลับมาที่เจ้าดาวเคราะห์น้อย 2012-DA14 พระเอกของเราในค่ำคืนนี้ มันจะบินโฉบเข้ามาที่ระดับชั้นวงโคจรของดาวเทียมสื่อสาร (ประมาณ 3 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก) ซึ่งแรงดึงดูดของโลกก็จะดึงมันให้เปลี่ยนทิศทาง (ตามกฎแรงดึงดูดฯ) และมีความเร็วเพิ่มขึ้น (ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน) ตามภาพประกอบ

asteroid_1[1]

 

เราสามารถมาใช้ความจริงข้อนี้มาประยุกต์ใช้ในการเดินทางในอวกาศ และนาซ่าก็ใช้มันมานานแล้ว โดยการที่ยานอวกาศโฉบผ่านดวงดาว ในระดับชั้นวงโคจรที่ปลอดภัย มันจะถูกแรงดึงดูดของดวงดาวดึงให้เปลี่ยนทิศทาง และมีความเร็วเพิ่มขึ้น ประกอบกับจากกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน มันจะมีความเร็วเท่านั้นไปตลอด (หลังจากเพิ่มแล้ว) จนกว่าจะมีแรงอื่นมากระทำกับมัน เช่น แรงดึงดูดของดวงอาทิตย์ เป็นต้น หลังจากนั้นก็ใช้เทคนิคการโฉบผ่านนี้กับวัตถุต่างๆ รายทาง เช่น ดาวเคราะห์น้อย, ดวงจันทร์บริวารของดาวเคราะห์์ ไปจนถึงดาวเคราะห์ต่างๆ ก็จะสามารถสะสมความเร็วไปเรื่อยๆ โดยสามารถเพิ่มขึ้นได้อีกถึง 4 กิโลเมตรต่อวินาที เลยทีเดียว (แล้วแต่ขนาดของดาวที่ยานโฉบผ่าน ตัวเลขนี้เป็นตัวเลขจากการโฉบผ่านดาวพฤหัสของยาน New Horizons จากเดิมที่มีความเร็วประมาณ 16.26 กิโลเมตรต่อวินาที หลังจากดับเครื่อง เมื่อพ้นวงโคจรของโลก และเพิ่มความเร็วได้ถึง 23 กิโลเมตรต่อวินาที ก่อนเข้าสู่วงโคจรของดาวพฤหัส และหลังจากโฉบผ่านก็มีความเร็วเพิ่มขึ้นเป็น 27 กิโลเมตรต่อวินาที)

 

จากประสบการณ์ในการคำนวณระยะโฉบผ่านดวงดาวต่างๆ ของวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์นาซ่าที่ผ่านมา ก็พอจะวางใจได้ว่า คำชี้แจงของพวกเขาที่ว่า “การโฉบผ่านของดาวเคราะห์น้อยในครั้งนี้จะไม่มีผลต่อโลก”, จะเป็นจริง นอกเสียจากว่ามันจะชนดาวเทียมสื่อสารก็เท่านั้นเอง

2013 Feb 15

Share.

About Author

Profile photo of วราวุธ สอาดสิน