เหตุผล 4 ข้อที่ยานในภารกิจสัมผัสดวงอาทิตย์ไม่มอดไหม้

องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐฯ หรือนาซา กำลังเตรียมส่งยานสำรวจ "พาร์กเกอร์ โซลาร์ โพรบ" (Parker Solar Probe) ฝ่าอุณหภูมิร้อนแรงเข้าไปในชั้นบรรยากาศส่วนบนของดวงอาทิตย์ เพื่อศึกษาปรากฏการณ์เรื่องลมสุริยะในเดือนหน้านี้

ยานสำรวจดังกล่าวจะเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ภายในระยะห่างราว 6.4 ล้านกิโลเมตรจากพื้นผิว ซึ่งเป็นส่วนของโคโรนา (Corona) หรือเปลวพลาสมาร้อนแรงของอนุภาคพลังงานสูงที่บริเวณรอบนอกของดวงอาทิตย์ โดยอุณหภูมิในส่วนนี้สูงได้ถึงกว่า 1 ล้านองศาเซลเซียส ไปจนถึงเกือบ 10 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งถือว่าร้อนกว่าด้านในของดวงอาทิตย์เสียอีก

อย่างไรก็ตาม ไม่ต้องกังวลว่ายานพาร์กเกอร์ โซลาร์ โพรบ จะถูกความร้อนมหาศาลและรังสีที่เจิดจ้าเผาไหม้ทำลายไป แม้อนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์จะสัมผัสกับยานได้ก็ตาม เพราะมีเหตุผลทางวิทยาศาสตร์บางประการและมีเทคโนโลยีป้องกันความร้อนที่ตระเตรียมไว้อย่างเพียบพร้อมดังนี้

1. อุณหภูมิสูงไม่ได้ทำให้เกิดความร้อนสูงเสมอไป

ที่จริงแล้วอุณหภูมิ (Temperature) คือสิ่งที่บ่งบอกว่าอนุภาคเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าใด ในขณะที่ความร้อน (Heat) นั้นคือความสามารถในการถ่ายทอดพลังงานของอนุภาค ในบางสภาวะที่อนุภาคอุณหภูมิสูงมีความหนาแน่นต่ำ เช่นในห้วงอวกาศหรือชั้นโคโรนาของดวงอาทิตย์ จะไม่เกิดการถ่ายทอดความร้อนให้วัตถุอย่างยานอวกาศมากนัก

ลองนึกภาพขณะเอามือยื่นเข้าไปในเตาอบร้อน เปรียบเทียบกับการเอามือจุ่มลงไปในน้ำเดือด เราจะทนต่อไอความร้อนในเตาอบได้มากกว่า เช่นเดียวกับเกราะป้องกันความร้อนของยานสำรวจซึ่งจะมีอุณหภูมิราว 1,400 องศาเซลเซียสเท่านั้น ขณะที่ผ่านเข้าไปในบรรยากาศชั้นโคโรนาซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่า 1 ล้านองศาเซลเซียส

2. เกราะป้องกันความร้อน TPS

ระบบป้องกันความร้อน Thermal Protection System หรือ TPS หนา 4.5 นิ้ว ทำจากวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ในรูปของแผ่นโฟมน้ำหนักเบา จะทำให้ด้านในของยานอวกาศมีอุณหภูมิเพียง 30 องศาเซลเซียสเท่านั้น ส่วนพื้นผิวด้านนอกที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์มีการเคลือบเซรามิกสีขาวเพื่อสะท้อนความร้อนออกไปให้มากที่สุด ซึ่งจะทำให้เกราะนี้ทนความร้อนได้ถึง 1,650 องศาเซลเซียส

3. อุปกรณ์นอกเกราะป้องกันความร้อนทำจากวัสดุจุดหลอมเหลวสูง

อุปกรณ์ของยานบางส่วนเช่นสายเคเบิลและ "ถ้วยฟาราเดย์" (Faraday cup) ซึ่งใช้ตรวจวัดเก็บข้อมูลประจุไฟฟ้าและกระแสอิเล็กตรอนในลมสุริยะนั้น ตั้งอยู่ภายนอกเกราะป้องกันความร้อน ทำให้ต้องใช้วัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงสร้างอุปกรณ์เหล่านี้ โดยมีการใช้ผลึกของแซฟไฟร์ (Sapphire) ทำปลอกหุ้มสายเคเบิล และใช้โลหะผสมโมลิบดีนัมอัลลอย (Molybdenum Alloys ) รวมทั้งทังสเตนซึ่งมีจุดหลอมเหลวที่ 3,422 องศาเซลเซียส ในการผลิตถ้วยฟาราเดย์สำหรับภารกิจนี้โดยเฉพาะ

4. ระบบทำความเย็นที่ทรงพลัง

มีการติดตั้งระบบทำความเย็นที่สามารถทำให้ห้องรับแขกขนาดกลางเย็นยะเยือกได้ โดยใช้น้ำปราศจากประจุไฟฟ้า (Deionized water) เป็นสารหล่อเย็น เพราะทนต่ออุณหภูมิที่ผันแปรไปอย่างมากระหว่าง 10-125 องศาเซลเซียส ตลอดการเดินทางสู่ดวงอาทิตย์ได้ ทั้งยังมีการอัดแรงดันเพื่อให้น้ำมีจุดเดือดสูงขึ้นเป็น 125 องศาเซลเซียสด้วย

ทั้งนี้ นาซาตั้งชื่อยานสำรวจดวงอาทิตย์พาร์กเกอร์ โซลาร์ โพรบ เพื่อเป็นเกียรติแก่ยูจีน พาร์กเกอร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันผู้บุกเบิกงานวิจัยด้านลมสุริยะ โดยมีกำหนดจะส่งยานขึ้นสู่ห้วงอวกาศด้วยจรวดเดลตา 4 ที่แหลมคานาเวอรัลในศูนย์อวกาศเคนเนดี รัฐฟลอริดา ในวันที่ 6 สิงหาคมนี้ เพื่อปฏิบัติภารกิจสำรวจดวงอาทิตย์เป็นเวลา 7 ปี

ติดตามข่าววิทยาศาสตร์และดาราศาสตร์ล่าสุดได้ทางเว็บไซต์ bbcthai.com