Category: ดาราศาสตร์

ทฤษฏี Big crunch ของจักรวาล

ปัจจุบันได้มีแนวคิดแบบจำลองทางจักรวาลวิทยาที่รวมเอา Big bang และ ทฤษฏี Big crunch เข้าไว้ด้วยกัน  โดยทั้ง Big bang – Big crunch เป็นส่วนหนึ่งของ “วัฏจักร”  นั่นก็หมายความว่าหากทฤษฎีนี้เป็นจริง  จักรวาลที่เราอาศัยอยู่นี้จะอยู่ระหว่าง Big bang – Big crunch

กล่าวอีกนัยหนึ่ง จักรวาลของเราสามารถเป็นชุดแรกของจักรวาลที่เป็นไปได้  หรืออาจเป็นจักรวาลที่ n ในวัฏจักรนี้ก็ได้ครับ

Oscillating Universe theory  มันคือทฤษฏีหนึ่งที่กล่าวไว้ว่าเมื่อเกิด Big bang แล้ว  เอกภพจะขยายตัวออกไปและขยายตัวเรื่อย ๆ  และเมื่อเอกภพขยายตัวถึงขีดสุดมันจะเริ่มหดตัวลงมาเรื่อย ๆ …..จนถึงจุดที่ “ทุกอย่าง” ในเอกภพถูกบีบ (Crunch) จนทุกอย่างกลายเป็นหลุมดำขนาดยักษ์  มันก็จะกลายเป็น Big bang อีกครั้ง (ทฤษฏี Big Crunch) ….. และจะ Oscillating แบบนี้ไปเรื่อย ๆ ตามภาพนี้

จักรวาล = ไส้กรอกอีสาน 🤣😸😂

ทฤษฏี Big crunch  มันคือการที่เอกภพที่แล้วเกิดการ “หดตัว” ลงมาเรื่อย ๆ  จน Crunch วัตถุ / มวล ทุกอย่างในพื้นที่เดิม ๆ จนอัดแน่น  และบรรดาหลุมดำเล็ก-ใหญ่ที่มีอยู่แล้วก็จะรวมกันเป็นหลุมดำแบบ Supermassive  และจะมีหลุมดำแบบนี้จำนวนมากมหาศาล  จนทุกอย่างกลายเป็นหลุมดำหมด ….ในที่สุดเมื่อเมื่อเอกภพหดตัวต่อไปอีกจน crunch หลุมดำที่เหลือทั้งหมดมันก็จะถึงวิกฤติ ….. จนเกิด “Big bang” ครั้งปัจจุบันที่เรารู้จักครับ

เครื่องยนต์ไอออน Ion engine

ในยานสำรวจอวกาศที่ออกแบบมาให้เดินทางไกลมาก ๆ อย่างเช่นไปดาวพฤหัส ดาวเสาร์ จะใช้เครื่องยนต์ประเภทหนึ่งเรียกว่าเครื่องยนต์ ION …. Ion Thruster engine ซึ่งเริ่มผลิตใช้กันจริงจังตั้งแต่ยุค 80 แล้วครับ

หลักการพื้นฐานก็คือ  Ion Thruster engine สร้างแรงขับเคลื่อนให้กับยานอวกาศโดยใช้ไฟฟ้าในการทำให้ก๊าซมวลอะตอมสูงเช่น Xenon แตกตัวเป็น “ION” (เป็นที่มาของชื่อเครื่องยนต์ไอออน)  การที่ใช้ Xenon นี้เพราะ Xenon มีน้ำหนักอะตอมสูงซึ่งช่วยให้เครื่องยนต์สร้างโมเมนตัมและแรงขับกฎข้อที่สามของนิวตันได้สูงกว่าแก้สชนิดอื่น

หลักการทำงานของมันก็คือ
🛑 Xenon ถูกสูบเข้าไปใน chamber และถูกพุ่งชนด้วยอิเล็กตรอน การชนกันนี้จะ “เตะ” อิเล็กตรอนออกจากอะตอมที่เป็นกลางของ Xenon ทำให้ก๊าซ Xenon กลายเป็นพลาสมาที่มีประจุบวก …. เรียกว่า “ION”
🛑 Xenon ION ที่มีประจุบวกจะถูกดึงด้วยแรงทางไฟฟ้าจากขั้วตรงข้ามกันของประจุไฟฟ้าในตะแกรง 2 ชั้น  ทำให้ ION พุ่งออกจากท้ายเครื่องยนต์ด้วยความเร็วสูงมากถึงประมาณ 30 ถึง 40 กิโลเมตรต่อวินาที  ซึ่งตามกฎข้อที่ 3 ของนิวตันโมเมนตัมนี้ก็จะมากพอสมควร
🛑 แก้ส Xenon ที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงจะมีความสิ้นเปลืองน้อยมาก ทำให้เครื่องยนต์ประเภทนี้สามารถใช้ในยานอวกาศได้นานหลายปี

เครื่องยนต์ ION ชนิดใหม่ที่ทาง NASA ออกมาประกาศความสำเร็จในการพัฒนาก็ใช้ธาตุ “ลิเธียม” แทนแก้ส Xenon และน่าจะมีการปรับปรุงส่วนประกอบอื่นอีกเยอะด้วย แต่โดยหลักการแล้วก็เหมือนกับเครื่องยนต์ ION thrust ดั้งเดิมครับ

ยานสำรวจดวงอาทิตย์รอดจากความร้อนได้อย่างไร ?

ทาง NASA ได้ส่งยานสำรวจดวงอาทิตย์ Parker Solar Probe ไปเมื่อสิบปีที่แล้ว หลายท่านคงสงสัยว่ายานลำนี้รอดจากความร้อนได้อย่างไร ?

คำตอบก็คือยาน Parker Solar Probe ลำนี้มี shield (แผ่นกันความร้อน) หนามากถึง 4.5 นิ้ว

แผ่นกันความร้อนทำจาก superheated carbon-carbon composite (ผ่านกระบวนการ superheated) โดยมีแกนโฟมคาร์บอนน้ำหนักเบาหนา 4.5 นิ้วอยู่ตรงกลาง ด้านที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์ของแผ่นกันความร้อนยังถูกพ่นด้วยสารเคลือบสีขาวสูตรพิเศษเพื่อสะท้อนพลังงานจากดวงอาทิตย์ออกไปจากยานอวกาศให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

และท่านอาจสงสัยไปอีกว่า Corona ของดวงอาทิตย์ที่มีอุณหภูมิ 1 – 2 ล้าน ℃ …. เหตุใดยานจึงรอดมาได้จากหลักล้านองศา ?

Corona ของดวงอาทิตย์ถือเป็นชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ แต่เป็นบรรยากาศที่เป็น “Plasma” ที่เบาบาง (มาก) และมีพลังงานสูง  plasma นี้ประกอบด้วยอิเล็กตรอนอิสระและ “นิวเคลียสเปล่า” ของอะตอมไฮโดรเจน , ฮีเลียม ก็คืออนุภาค proton

ทีนี้ …. ประเด็นสำคัญก็คือพวกอิเล็กตรอนอิสระและโปรตอนเหล่านี้มันเกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในดวงอาทิตย์ ดังนั้นมันจึงมีพลังงานสูงมาก และมันแพร่ออกจากดวงอาทิตย์ด้วยความเร็วสูงมาก (10,000 – 13,000 km/s)  ดังนั้นจากความเร็วที่สูงมากของอนุภาคทั้ง 2 นี้จึงสามารถใช้คำว่ามันมี “อุณหภูมิ” สูงระดับล้านองศาได้เลย

แต่คำว่ามี “อุณหภูมิสูง” ไม่ได้หมายความว่า “รู้สึกร้อน” ครับ  อันนี้สามารถพูดได้เลยว่าเอานักบินอวกาศสวมชุดอวกาศไปลอยอยู่ตรง plasma ได้เลย ชุดจะไม่ไหม้และไม่รู้สึกร้อนเลยเนื่องจากความหนาแน่นของอนุภาคทั้ง 2 ใน Corona ต่ำมาก  หากเทียบจำนวนอนุภาคแล้วมันหนาแน่นน้อยกว่าบรรยากาศโลก 500 ล้าน – 1,000 ล้านเท่าครับ  จากความหนาแน่นที่น้อยนี่เองจึงไม่ “รู้สึก” ร้อน  แต่มีพลังงานสูงคำนวณเป็น effctive temperature ได้ระดับหลักล้านองศา

ดังนั้น สำหรับยาน Parker Solar probe จึงสบายมากกับ Corona