นิยายวิทยาศาสตร์สู่ความเป็นจริง: พลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศ
หากเวลาในการพัฒนาเทคโนโลยีนิวเคลียร์ฟิวชันนั้นนานเกินไปที่จะช่วยมนุษยชาติให้รอดพ้นจากผลกระทบจากความอดอยากด้านพลังงานที่ใกล้เข้ามา จะมีแหล่งพลังงานทางเลือกอื่นรออยู่ที่ขอบฟ้าหรือไม่?
ฟังดูเหมือนโลกนิยายวิทยาศาสตร์ที่จินตนาการโดยไอแซค อาสิมอฟ เจ้าของเรื่อง Reason ซึ่งตีพิมพ์ในปี 2484 มองเห็นดาวเทียมที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ส่งคลื่นไมโครเวฟไปยังเสาอากาศบนพื้นโลกที่เปลี่ยนพลังงานไมโครเวฟเป็นพลังงานไฟฟ้า
อาซิมอฟอาจได้รับแรงบันดาลใจจากญาณทิพย์ของผู้มีญาณทิพย์ในการเดินทางในอวกาศและคอนสแตนติน เซียลคอฟสกี นักทฤษฎีชาวรัสเซีย ในปี พ.ศ. 2466 เขาได้คาดการณ์การฉายแสงของแสงอาทิตย์ที่เข้มข้นจากอวกาศโดยการโคจรรอบกระจกเพื่อให้ความร้อนที่ปราศจากมลภาวะสำหรับการใช้งานที่ต้องการพลังงานจำนวนมากบนโลก
45 ปีต่อมา Peter Glaser วิศวกรของ NASA ได้ประดิษฐ์ดาวเทียมที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ด้วยเหตุนี้ เขาจึงได้รับสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2516 ซึ่งอ้างว่าการส่งกำลังไฟฟ้าที่สร้างจากคลื่นไมโครเวฟไปยังเครื่องรับ “เรกเทนนา” บนโลก ความเป็นไปได้ของแนวคิดนี้เกิดขึ้นจากการวิจัยการส่งพลังงานแบบไร้สายในปี 1964 ของวิศวกรไฟฟ้าชาวสหรัฐฯ วิลเลี่ยม ซี. บราวน์
ผู้บุกเบิกเหล่านี้ได้กำเนิดสาขาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมที่ตื่นตัวอย่างไม่น่าเชื่อ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศ ความพยายามนี้เริ่มขึ้นในทศวรรษ 1970 ด้วยการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับดาวเทียมที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์โดย NASA กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา และในปี 1979 องค์การอวกาศยุโรป
ในช่วงเวลาที่เศรษฐศาสตร์ของการดำเนินงานระบบเทคโนโลยีพลังงานในอวกาศดูไม่น่าดึงดูดนัก ทุกวันนี้ ด้วยภัยคุกคามที่มีอยู่จากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การสร้างอาวุธพลังงาน ต้นทุนการปล่อยดาวเทียมที่ลดลง ตลอดจนความก้าวหน้าที่น่าประทับใจในการเก็บรวบรวมพลังงานแสงอาทิตย์และออปติกความเข้มข้น เช่นเดียวกับการส่งพลังงานแบบไร้สายสำหรับจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ขนส่งและอุปกรณ์ชาร์จ แรงจูงใจในการก้าวไปสู่ความท้าทายนี้ได้พัฒนาขึ้นอย่างมาก
ปัจจุบัน ความถูกต้องทางเทคโนโลยีและศักยภาพทางเศรษฐกิจของการควบคุมการจัดหาพลังงานที่ยั่งยืนอย่างไม่จำกัดจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ฉายแสงแบบไร้สายจากอวกาศได้รับการประเมินและดูน่าสนใจยิ่งขึ้น หลักฐานเพิ่มขึ้นจากการสาธิตดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์จำนวนมาก เช่น การเปิดตัวโดย US Naval Research Laboratory ในปี 2020 ซึ่งออกแบบมาเพื่อประเมินความเป็นไปได้ของเทคโนโลยี ภารกิจอื่นๆ ที่กำลังอยู่ระหว่างดำเนินการ ได้แก่ ภารกิจจากยุโรป สหราชอาณาจักร จีน และญี่ปุ่น
ขณะนี้เทคโนโลยีทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์บนโลกจากดาวเทียมมีอยู่จริงและได้รับการทดสอบอย่างดีแล้ว เราสามารถเริ่มจินตนาการได้ว่าในอนาคตอันไม่ไกลนี้ โลกที่วิสัยทัศน์ของ Asimov, Tsiolkovsky และ Glaser รวมถึง แหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ยั่งยืนและใช้งานได้ตลอด 24-7 โดยไม่มีค่าใช้จ่ายตลอดไปและเหลือแค่ปฏิบัติจริงเท่านั้น
แน่นอนว่าไม่มีอะไรคงอยู่ตลอดไปเมื่อพูดถึงกฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์ แม้ว่าจะมีดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นก้อนเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ซึ่งจะหมดลงในวันหนึ่งเมื่อมันกลายเป็นดาวแคระแดง แต่ดูเหมือนว่าจะคงอยู่ตลอดไปจากมุมมองของมนุษย์ ช่วงเวลา
ในโลกยูโทเปียที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานอิสระของดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่อง ความกังวลและความห่วงใยทั้งหมดของเราเกี่ยวกับภาวะโลกร้อนที่เกิดจากก๊าซเรือนกระจกและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เป็นอันตรายจะระเหยหายไปในอวกาศ!
ขีดจำกัดมวลบนของดาวฤกษ์มวลมากมาเยือนอีกครั้ง
ดาวฤกษ์มวลมากซึ่งมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง 100 เท่า เป็นสิ่งที่หายากและศึกษาได้ยากเป็นพิเศษ มีแบบจำลองทางทฤษฎีมากมายที่อธิบายโครงสร้างและวิวัฒนาการของพวกมัน และทำนายขีดจำกัดบนของมวลที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม การทดลองสร้างมูลค่าของขีดจำกัดนี้เป็นโจทย์ที่ท้าทาย
ในการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน The Astrophysical Journal ทีมนักฟิสิกส์ที่ทำงานที่หอดูดาวราศีเมถุนได้ปรับปรุงค่าประมาณก่อนหน้านี้ของขีดจำกัดมวลนี้ และพบว่าต่ำกว่าที่เคยคิดไว้
“ดาวฤกษ์มวลมากขับเคลื่อนวิวัฒนาการของกาแลคซี เนื่องจากพวกมันฉีดสารเคมีและพลังงานผ่านการสูญเสียมวลของพวกมันอย่างสม่ำเสมอผ่านกระบวนการ [เรียกว่า] การสูญเสียมวล หรือที่น่าตื่นตาตื่นใจเมื่อพวกมันตายจากเหตุการณ์ต่างๆ เช่น ซูเปอร์โนวา” Venu Kalari จากหอดูดาวเจมินีและกล่าว ผู้เขียนนำของการศึกษา “การฉีดองค์ประกอบทางเคมีและพลังงานนี้ก่อให้เกิดดาวฤกษ์และกาแล็กซีรุ่นต่อไป สิ่งเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อชีวิตของเราอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ครั้งหนึ่งธาตุเหล็กทั้งหมดในเลือดของเราถูกขับออกจากซุปเปอร์โนวาภายใน”
ดาวมวลมากที่สุดเท่าที่เคยสังเกตมา
การก่อตัวของดาวฤกษ์มวลหนักในปัจจุบันยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ และการจำกัดมวลสูงสุดของพวกมันสามารถปรับปรุงความรู้ของเราเกี่ยวกับกระบวนการนี้ได้ การสังเกตดาวประเภทนี้เป็นเรื่องท้าทายเนื่องจากโดยปกติแล้วพวกมันจะอยู่ภายในแกนกลางของกระจุกดาวที่มีประชากรหนาแน่น ทำให้ยากต่อการเลือกดาวแต่ละดวงในภาพทางดาราศาสตร์ นอกจากนี้ พวกมันมีอายุขัยประมาณ 2-3 ล้านปี ซึ่งน้อยกว่าอายุดวงอาทิตย์ของเรามากกว่าหนึ่งพันเท่า ซึ่งหมายความว่าพวกมันตายเร็วเกินไป และพวกมันมีไม่มากนักในกล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่” เข้าถึง.
อย่างไรก็ตาม แม้จะมีทั้งหมดนี้ นักดาราศาสตร์ก็สามารถสังเกตการณ์ดาวมวลมากบางดวงที่สำคัญได้ กระจุกดาวที่ใหญ่ที่สุดเรียกว่า R136a1 เป็นสมาชิกของกระจุกดาว R136 ซึ่งอยู่ห่างจากระบบสุริยะของเราประมาณ 160,000 ปีแสง ภายในแกนกลางของเนบิวลาทาแรนทูลาในเมฆแมกเจลแลนใหญ่ ซึ่งเป็นดาวแคระของดาราจักรทางช้างเผือกของเรา
“R136 ตั้งอยู่ที่ละติจูดต่ำ — ด้วยเหตุนี้จึงมองเห็นได้จากซีกโลกใต้เท่านั้น — ในเมฆแมกเจลแลนใหญ่ และด้วยเหตุนี้ จึงทนทุกข์ทรมานเพียงเล็กน้อยจากฝุ่นที่แทรกเข้ามา ซึ่งทำให้ยากสำหรับเราที่จะศึกษากระจุกดาวที่อุดมสมบูรณ์ในลักษณะเดียวกันนี้ใน [ทางช้างเผือก ] กาแล็กซี่” Kalari อธิบาย “ยิ่งกว่านั้น อยู่ใกล้เรามากพอที่กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินสามารถแยกดาวแต่ละดวงได้ ซึ่งเป็นปัญหาในการศึกษา [กระจุกดาว] ที่อยู่ห่างไกลมากขึ้น”
ก่อนหน้านี้นักดาราศาสตร์สังเกตกระจุกดาว R136 โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินหลายตัว รวมทั้งกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล แต่ไม่มีภาพใดของแกนกลางของกระจุกดาวที่คมชัดพอที่จะแยกสมาชิกออกจากกันได้อย่างน่าเชื่อถือ อย่างไรก็ตาม แม้จะมีข้อสังเกตเหล่านี้ นักดาราศาสตร์ก็สามารถวัดสเปกตรัมการแผ่รังสีของ R136a1 ได้ และจากสิ่งนี้ ประเมินมวลของมัน ซึ่งกลายเป็น 180–325 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ของเรา
ทบทวนขีดจำกัดของมวล
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักดาราศาสตร์จากชิลี เยอรมนี สหราชอาณาจักร และสหรัฐอเมริกาใช้กล้องโทรทรรศน์ทางใต้ของหอดูดาวนานาชาติเจมิไนเพื่อตรวจหาดาวฤกษ์แต่ละดวงในแกนกลางของกระจุกดาว R136 เพื่อให้ได้ค่าประมาณที่เชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับดาวฤกษ์มวลมากที่สุดที่รู้จัก มวล.
พวกเขาใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีที่เรียกว่าการถ่ายภาพจุดผ่านเครื่องมือ Zorro ของกล้องโทรทรรศน์ Gemini South เทคนิคนี้ทำให้พวกเขาเพิ่มความละเอียดของกล้องโทรทรรศน์โดยถ่ายภาพกระจุกดาวในระยะที่มองเห็นได้แบบเปิดรับแสงสั้นหลายพันภาพ หลังจากประมวลผลข้อมูลอย่างรอบคอบแล้ว เทคนิคนี้ทำให้สามารถยกเลิกการเบลอเกือบทั้งหมดที่เกิดจากชั้นบรรยากาศของโลก ซึ่งทำให้ความละเอียดของการวัดก่อนหน้านี้ทั้งหมดลดลง นี่เป็นภาพเสริมสำหรับภาพที่อาจถ่ายในช่วงอินฟราเรดโดยกล้องโทรทรรศน์เจมส์เว็บบ์ซึ่งเพิ่งเปิดตัวสู่อวกาศ
มวลของ R136a1 นั้นต่ำกว่าที่เคยคิดไว้ — ในช่วง 170 ถึง 230 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ — แม้ว่าจะเป็นดาวฤกษ์ที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของการสังเกตการณ์ที่บันทึกไว้ก็ตาม
“ชะตากรรมของดาวฤกษ์ดวงหนึ่งถูกกำหนดโดยมวลของมัน” คาลารีกล่าว “มีคำทำนายว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 150–250 เท่าของดวงอาทิตย์จะจบชีวิตลงด้วยกระบวนการที่เรียกว่าซูเปอร์โนวาที่ไม่เสถียรแบบคู่ ซึ่งดาวฤกษ์ดวงหนึ่งจะแตกออกจากกัน ปล่อยพลังงานและองค์ประกอบทางเคมีจำนวนมหาศาลออกมา
“การคาดการณ์เหล่านี้มีผลกระทบที่สำคัญต่อความเข้าใจของเราว่าองค์ประกอบบางอย่างเกิดขึ้นได้อย่างไร” เขากล่าวต่อ “ความรู้ที่ดีที่สุดของเราบ่งชี้ว่าดาวฤกษ์ในเอกภพในยุคแรกเริ่มก่อตัวขึ้นมีมวลมากกว่าที่เราเห็นในปัจจุบันมาก อย่างไรก็ตาม การตรวจพบดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 150 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ในบริเวณใกล้เคียงจะบ่งชี้ว่าซุปเปอร์โนวาที่ไม่เสถียรแบบคู่เหล่านี้เกิดขึ้นเป็นประจำในเอกภพในยุคแรกเริ่ม”
นักฟิสิกส์คาดหวังว่ากล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินรุ่นต่อไปซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 30 เมตรจะช่วยให้เราเข้าใจคุณสมบัติของดาวฤกษ์ที่หนักที่สุดได้ดียิ่งขึ้น
“กล้องโทรทรรศน์รุ่นต่อไปที่กำลังสร้างคาดว่าจะเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลได้อย่างมีนัยสำคัญ” Kalari กล่าวสรุป “กล้องโทรทรรศน์เหล่านี้จะสามารถวิเคราะห์ดาวฤกษ์ในกาแลคซีที่อยู่ไกลออกไป และยังจางกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน”
สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ spainonshow.com