ทำไมการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะมักเป็นข่าวน่าตื่นเต้น?

ราวๆ สี่ร้อยปีก่อน ในยุคที่ศาสนจักรเรืองอำนาจล้นฟ้า

ในประเทศอิตาลีมีนักคิดคนหนึ่งนามว่า จิออร์ดาโน บรูโน (Giordano Bruno) ผู้เป็นทั้งนักปรัชญา นักคณิตศาสตร์ และกวี เขาจินตนาการว่าดาวฤกษ์ต่างๆ ที่เรามองเห็นตอนกลางคืนอาจเป็นเหมือนดวงอาทิตย์ที่อยู่ไกลจากเรามากเสียจนปรากฏแสงริบหรี่ และรอบๆ ดาวฤกษ์เหล่านั้นอาจมีดาวเคราะห์โคจรไปรอบๆ ไม่ต่างจากระบบสุริยะของเรา ที่สำคัญบางทีบนดาวเคราะห์เหล่านั้นอาจมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ก็เป็นได้

น่าเศร้าที่ จิออร์ดาโน บรูโน เสียชีวิตไปในวัย 51 ปีด้วยการถูกเผาในกองเพลิงทั้งเป็น เนื่องจากแนวคิดดังกล่าวไม่ตรงกับสิ่งที่ศาสนจักรสั่งสอนกันในยุคนั้น

หลังจากนั้นความรู้ทางวิทยาศาสตร์เริ่มถูกพัฒนาขึ้นอย่างเป็นระบบ นักวิทยาศาสตร์ค่อยๆ ค้นพบหลักฐานที่ทำให้ตระหนักได้ว่าโลกของเรามิใช่สถานที่พิเศษไปกว่าสถานที่ใดในเอกภพ นักดาราศาสตร์พบว่าในเอกภพนั้นมีดาวฤกษ์อยู่เป็นจำนวนมากมายมหาศาลทำให้พวกเขารู้อยู่เต็มหัวใจว่า เป็นไปไม่ได้เลยที่จะมีเพียงดวงอาทิตย์เท่านั้นที่มีดาวเคราะห์เป็นบริวาร พวกเขาเรียกดาวเคราะห์ที่โคจรรอบๆ ดาวฤกษ์ดวงอื่นว่า ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ (Exoplanet)

แต่ปัญหาคือ การจะมองหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะให้พบนั้นเป็นเรื่องยากเย็นแสนสาหัส

ดาวฤกษ์บนท้องฟ้านั้นเปล่งแสงสว่างออกมาได้ด้วยตัวเอง มันจึงถูกสังเกตเห็นได้ไม่ยาก แต่ดาวเคราะห์นั้นไม่มีแสง อีกทั้งยังมีขนาดเล็กจนพื้นที่สะท้อนแสงมาให้เรามองเห็นนั้นน้อยเสียยิ่งกว่าน้อย

แม้ดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะอย่างดาวพฤหัสฯ ก็ยังมีขนาดเล็กกว่าดวงอาทิตย์ราวๆ 10 เท่า ส่วนโลกเรานั้นยิ่งเล็กไปกันใหญ่ เพราะโลกเราเล็กกว่าดวงอาทิตย์ราวๆ 110 เท่า ดังนั้นการจะมองหาดาวเคราะห์เล็กจิ๋วที่โคจรรอบดาวฤกษ์แสนห่างไกลให้พบนั้นจึงเป็นเรื่องยากเย็นยิ่งกว่าพยายามมองหาแมลงหวี่ตัวเล็กๆ ที่บินอยู่ใกล้ๆ เปลวเทียนที่จุดห่างออกไปนับสิบกิโลเมตรเสียอีก

เชื่อไหมครับว่าในยุคที่มนุษย์เราเพิ่งส่งดาวเทียมสู่วงโคจรรอบโลกได้ มีการค้นพบหลักฐานว่าเอกภพมีจุดกำเนิดและมีการขยายตัว และมีความรู้มากพอจะใช้ส่งนักบินอวกาศไปยังดวงจันทร์ได้ ในขณะที่เหตุการณ์ทั้งสามเกิดขึ้นนั้น มนุษย์เรายังไม่สามารถค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้เลยแม้แต่ดวงเดียว!

นักดาราศาสตร์เพิ่งยืนยันการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงแรกในช่วงปี ค.ศ. 1991 หรือเพียง 26 ปีก่อนเท่านั้น ด้วยเทคโนโลยีในขณะนั้นการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะโดยตรงเป็นเรื่องที่หมดหวัง นักดาราศาสตร์จึงใช้เทคนิคอื่นในการมองหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะแทน

นั่นคือขณะที่ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะโคจรไปรอบๆ ดาวฤกษ์ มันจะส่งแรงโน้มถ่วงไปดึงดูดดาวฤกษ์ ทำให้ดาวฤกษ์ขยับไปมาเล็กน้อย

คำว่าเล็กน้อยในที่นี้คือ ‘เล็กน้อย’ สุดๆ

การขยับเล็กน้อยของดาวฤกษ์ถูกตรวจจับได้ด้วยหลักการที่เรียกว่า การเลื่อนของดอปเปลอร์ (Doppler shift) กล่าวคือ แหล่งกำเนิดคลื่นที่มีการเคลื่อนไหว จะทำให้ผู้สังเกตวัดความถี่ของคลื่นเปลี่ยนแปลงไป

ตัวอย่างของปรากฏการณ์นี้ที่เห็นได้ชัดเจนคือ เมื่อรถพยาบาลเปิดสัญญาณไซเรน เมื่อรถพยาบาลวิ่งเข้าหาเรา เราจะได้ยินเสียงไซเรนแหลมขึ้น แต่เมื่อรถพยาบาลวิ่งห่างออกจากเรา เสียงไซเรนจะทุ้มต่ำลง

นักดาราศาสตร์ใช้หลักการนี้วัดสเปกตรัมของแสงดาวฤกษ์ว่ามีการขยับไปมาหรือไม่

ดวงอาทิตย์เรามีมวลประมาณ 333,000 เท่าของมวลโลก แต่ถ้าเทียบกับดาวพฤหัสฯ แล้ว ดวงอาทิตย์จะมีมวลราวๆ 1,000 เท่า ดังนั้นยิ่งดาวเคราะห์มีมวลน้อยก็ยิ่งส่งแรงโน้มถ่วงไปดึงดูดดาวฤกษ์ได้น้อย การตรวจจับก็จะยิ่งยาก ดังนั้นการจะค้นพบดาวเคราะห์ที่มีมวลใกล้เคียงกับโลกเรานั้นจึงเป็นเรื่องยากมาก

ไม่น่าแปลกที่ HD 114762 b ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงแรกที่ถูกค้นพบและได้รับการยืนยันในปี ค.ศ. 1991 มีมวลราวๆ 11 เท่าของมวลดาวพฤหัสฯ ซึ่งนับว่าเป็นดาวเคราะห์ที่มีมวลมากทีเดียว

ต่อมานักดาราศาสตร์ค้นพบวิธีการอื่นๆ เพื่อใช้ในการหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเพิ่มขึ้นมากมายหลายวิธี ได้แก่ การผ่านหน้า, เลนส์ความโน้มถ่วง, การถ่ายภาพโดยตรง ฯลฯ เมื่อรวมกับวิธีการวิเคราะห์เชิงสถิติทำให้ปัจจุบัน (มีนาคม ค.ศ. 2017) นักดาราศาสตร์ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะแล้วถึง 3,458 ดวง

สรุปแล้วสิ่งที่ทำให้นักดาราศาสตร์ตื่นเต้น ส่วนหนึ่งเป็นเพราะการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะนั้นเป็นเรื่องที่ใหม่มาก การตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่มีสภาพคล้ายกับโลกก็เป็นเรื่องยาก เพราะโลกเราเป็นดาวเคราะห์ที่มีขนาดเล็กมาก และที่สำคัญที่สุดความรู้เรื่องดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะน่าจะเป็นกุญแจสำคัญที่ช่วยให้เราเข้าไปใกล้คำตอบของคำถามที่ว่า

โลกใบอื่นๆ ที่มีสิ่งมีชีวิตอยู่นั้นมีอยู่จริงหรือไม่?

Photo: nasa.gov