Venus Terraforming : ปฏิบัติการปรับดาวศุกร์ให้มนุษย์อยู่ได้

การตั้งรกรากที่ดาวเคราะห์อื่นเป็นความใฝ่ฝันของมนุษยชาติที่จะก้าวข้ามการเป็นแค่สิ่งมีชีวิต Civilization type 1 ซึ่งสุ่มเสี่ยงต่อการสูญพันธุ์ถ้ามีอะไรเกิดขึ้นกับดาวโลก แต่ถนนที่มุ่งออกสู่อวกาศกลับจะมุ่งไปหาดาวอังคารแทนที่จะเป็นดาวศุกร์ทั้งที่ดาวอังคารทรัพยากรที่จำเป็น ทั้งไฮโดรเจน ออกซิเจน คาร์บอน มีอยู่น้อย ความร้อนในแกนดาวก็หมดเหลือเพียงต่ำๆไม่มีพลังงานพอที่จะสร้างสนามแม่เหล็กคุ้มครองชั้นบรรยากาศ พลังงานที่เก็บเกี่ยวได้ก็น้อย เพียงครึ่งเดียวของโลก ระยะทางก็ไกล การเดินทางไปดาวอังคารมีช่องว่างที่สามารถเดินทางสั้นที่สุดได้คือสี่เดือนกว่าในขณะที่ดาวศุกร์เต็มไปด้ว คาร์บอนไดออกไซด์ มันต้องการเพียงแหล่งไฮโดรเจนเพื่อสร้างน้ำ แกนดาวยังร้อน (แม้ว่ามันจะมีข้อกังขาว่าแกนดาวมันจะเป็นของแข็งหรือของเหลวแต่เราจะช่างหัวมันก่อน) พลังงานจากแสงอาทิตย์ของมันเข้มข้นกว่าโลกเกือบสองเท่า และเราสามารถเดินทางไปดาวศุกร์^{(แก้ละ)}ได้สั้นที่สุดในสามเดือน บทความนี้เราจะมาคุยกันเรื่อง การ Terraforming ดาวศุกร์ให้มนุษย์อยู่ได้

---

การปรับภาวะศุกร์เรือนกระจก

รูปที่ 1: เปรียบเทียบช่วงสเปคตรัมแสงที่ถูกดูดซับระหว่างดาวโลกกับดาวศุกร์ ณ ปัจจุบัน

ดาวศุกร์นั้นอุณหภูมิพื้นผิวสูงมาก ถึง 462 องศาเซลเซียส โดยเป็นผลจากภาวะเรือนกระจกจากคาร์บอนไดออกไซด์ล้วนๆ ทั้งที่พลังงานขาเข้าสูงกว่าโลก แต่การแผ่รังสีความร้อนออกมีเพียงแค่ครึ่งเดียว ตรงนี้เป็นเพราะก๊าซเรือนกระจกของโลกเป็นน้ำ มันมีการดูดซับแสงในช่วงที่ตามองเห็นไปบางส่วน แต่คาร์บอนไดออกไซด์แทบไม่ดูดซับแสงในส่วนนี้ แต่ทึบแสงในช่วงอินฟราเรด ถ้าเรากำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกไปทั้งหมด อุณหภูมิเฉลี่ยของดาวศุกร์จะลดลงมาที่เพียง 26 องศาเซลเซียสเท่านั้น ถ้าเราสมมุติให้ค่า Albedo ของมันเท่ากับโลกด้วยหลักการแผ่รังสีของ Stefan-Boltzmann ส่วนตัวเลขที่นาซ่าประเมิน มันจะต่ำลงได้ถึง -46 องศาเซลเซียส เพราะค่า Albedo (การสะท้อนแสง) ของดาวศุกร์นั้นสูงกว่าโลกมาก[2]

แต่ทีนี้ ถ้าเราเอาก๊าซเรือนกระจกออกหมด เราก็ต้องใส่ออกซิเจน ใส่น้ำ ใส่ก๊าซเฉื่อยอื่นๆเข้าไป ตรงนี้มันก็จะทำให้อุณหภูมิของดาวศุกร์สูงขึ้นมาอยู่ที่ค่าเฉลี่ยราวๆ 65 องศาเซลเซียส การคำนวณนี้ผมใช้หลักความคล้ายคลึงของสมการ ถ้าเราปรับสภาพของดาวศุกร์ให้มีองค์ประกอบคล้ายโลก ค่า Albedo เท่าๆกัน เราสามารถประเมินสัดส่วนอุณหภูมิของดาวศุกร์เทียบกับสภาพของโลกด้วยสมการสัดส่วนจากความสัมพันธ์ของสมการการแผ่รังสีนั่นเอง

หลักการคำนวณ ถ้าไม่อยากปวดหัวก็ข้ามๆไปซะ
[Spoil] คลิกเพื่อดูข้อความที่ซ่อนไว้เมื่อ P₁ คือค่า Solar irradiance ของโลก และ P₂ คือค่า Solar irradiance ของดาวอังคาร
ตามสมการ Stefan-Boltzmann
P =ε.σ.T⁴ โดยค่า albedo และ Greenhouse effect ติดอยู่ในรูป ε และ σ หรือ Stefan-Boltzmann constant เป็นค่าคงที่ เราสามารถหาอุณหภูมิของดาวศุกร์ T₂ โดยใช้สมการสัดส่วน
T₂=T₁/(P₁/P₂)^1/4

แม้ว่าอุณหภูมิ 65 องศาจะดูสูงไปมาก แต่มันก็เหมือนกับกรณีของดาวโลกของเรา ที่แม้ว่าค่าเฉลี่ยอุณหภูมิทั้งดาวจะมีแค่ 14 องศาเซลเซียส แต่อุณหภูมิของโลก ก็แบ่งตามเขตภูมิอากาศ ประเทศเขตร้อนอุณหภูมิเฉลี่ยกลางวัน-กลางคืนทั้งปี 30 องศา เขตอบอุ่นอุณหภูมิเฉลี่ย 10 องศา และเขตขั้วโลกอุณหภูมิเฉลี่ยจะเหลือเพียง -20 องศาเซลเซียส อุณหภูมิของดาวศุกร์ก็เช่นกัน เขตร้อน^{(โว๊ะ แก้อีก)}ของมันอุณหภูมิอาจเป็นนรกไข่ต้มที่ 80 องศา เขตอบอุ่นเป็นหม้อต้มไข่ออนเซนที่ 60 องศา พื้นที่อยู่ได้จะเป็นเขตขั้วโลกที่อุณหภูมิเฉลี่ยคือ 25 องศา เรา Terraforming ดาวทั้งดาวเพื่อพื้นที่ใช้อยู่อาศัยได้เพียง 1/3 ของดาว แต่ ถึงอย่างนั้น มันก็เป็นพื้นที่ๆกว้างขวางพอๆกับดาวอังคารเชียวละนะ




ปัญหาของการ Terraforming ดาวศุกร์

ปัญหาความยาวของกลางวันและกลางคืน
ดาวศุกร์มีการโคจรรอบตัวเองที่ยาวมาก มันหมุนรอบตัวเองเพียง 2 รอบใน 1 ปีดาวศุกร์ ซึ่งมันจะทำให้อุณหภูมิระหว่างกลางวันและกลางคืนต่างกันได้มาก ถ้าเราดัดแปลงแค่สภาพภูมิอากาศโดยไม่จัดการกับการหมุนรอบตัวเองนี้ หลังการจัดการกับปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินออกไปแล้ว อุณหภูมิกลางวันและกลางคืนก็ยังจะต่างกันได้มาก

แนวทางในการสร้างกลางวันและกลางคืนด้วยการเพิ่มความเร็วในการหมุนนี้ Paul Birch นักเขียน นักวิทย์ และวิศวกร ชาวอังกฤษได้เคยทำการคำนวณไว้ว่า มันต้องใช้พลังงานราว 1.6x10²⁹ Joules ในการทำให้ดาวศุกร์หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วเท่าของโลก[3] พลังงานจำนวนนี้ เทียบเท่าได้กับปริมาณพลังงานจากแสงอาทิตย์ที่ตกลงสู่โลกในเวลา 3 หมื่นปี และแน่นอน มันมากกว่าปริมาณพลังงานที่เราจะขุดหาได้แค่บนพื้นโลก วิธีการภายนอกอย่าง การนำอุกกาบาตขนาด 100 กิโลเมตร มากระแทกเพื่อเร่งความเร็ว จะทำให้เกิดการสูญเสียชั้นบรรยากาศ[4] วิธีอย่างการใช้ Mass ejector ใช้เครื่องยิง ion ยิงคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่เกินความจำเป็นบนดาวศุกร์ออกไปก็คงต้องใช้พลังงานจาก Dyson sphere รอบดวงอาทิตย์ไม่ใช่หวังแค่การตั้งแผงโซล่าเซลล์บนผิวดาว การสร้างกลางวันและกลางคืนเพื่อควบคุมอุณหภูมิโดยหลักการเพิ่มความเร็วการโคจรนี้ ไม่ใช่เรื่องง่ายเอาเสียเลยสำหรับดาวศุกร์
ในอีกแนวทางหนึ่ง มันมีการศึกษาถึงการเอากระจกอวกาศไปทิ้งไว้ที่จุด Lagrange Point ซึ่งเป็นจุดที่แรงโน้มถ่วงสมดุลระหว่างมวล ในที่นี้คือดวงอาทิตย์และดาวศุกร์ (จุดสมดุลนี้ วัตถุจะคงอยู่ที่ตำแหน่งเดียวบนท้องฟ้า) และปรับมุมองศากระจกบังแสงสร้างกลางวันและกลางคืนแทนการเร่งความเร็วการหมุนรอบตัวเอง [5]


รูปที่ 3: จุดลากรานจ์ Lagrange Point เป็นจุดที่อยู่ใกล้วัตถุขนาดใหญ่ 2 ดวง ในกรณีนี้คือดวงอาทิตย์และดาวศุกร์ ซึ่งถ้าเราเอาวัตถุที่มีขนาดเล็กกว่ามากๆ ไปไว้ ณจุดเหล่านี้ มันจะอยู่ในตำแหน่งที่ไม่หมุนวนเพราะแรงโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่ แรงเหวี่ยงหนีศูนย์ของการโคจร แรง Coriolis สมดุลกันพอดี สำหรับตำแหน่งกระจกสำหรับดาวศุกร์ คือจุดลากรานจ์ L1 ระหว่างดาวศุกร์กับดวงอาทิตย์

ปัญหา การรักษาก๊าซไว้ในชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์
ปัญหาสุดท้ายของการ Terraforming ดาวศุกร์คือการรักษาก๊าซในชั้นบรรยากาศไว้ให้ได้ โดยเฉพาะก๊าซไฮโดรเจน ดาวศุกร์มีการโคจรรอบตัวเองช้ามาก มันไม่มีการหมุนของแกนดาวเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้ จากการที่มันมีชั้นของคาร์บอนไดออกไซด์ที่หนามาก การเกิด Convection heat loss ซึ่งจะทำให้แกนดาวสร้างสนามแม่เหล็กก็ไม่พอ แต่จากที่ Paul Birch[3] ได้คำนวณไว้ การสร้างสนามแม่เหล็กเพื่อปกป้องชั้นบรรยากาศมิให้ก๊าซเบาอย่างไฮโดรเจนถูกพัดหายไป หลังจากที่เราอุตส่าห์หามาเติมจากดาวเสาร์หรือดาวพฤหัส บางที นอกจากที่กระจกที่จุด Lagrange เราอาจต้องมีการติดตั้งแผ่น หรือเครื่องสร้างสนามแม่เหล็กเพื่อที่จะปกป้องชั้นบรรยากาศทดแทนสนามแม่เหล็กตามธรรมชาติ

รูปที่ 4: รู้หรือไม่ ดาวศุกร์กำลังสูญเสียชั้นบรรยากาศ: ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเบาบางเพราะถูกลมสุริยะพัดก๊าซออกเนื่องจากไม่มีสนามแม่เหล็ก เช่นเดียวกับดาวศุกร์ จากการศึกษาของยาน Venus Express ในปี 2006 พบว่าดาวศุกร์ที่มีชั้นบรรยากาศหนาแน่นนี้ก็กำลังสูญเสียชั้นบรรยากาศในอัตราที่น่าเป็นห่วงเช่นเดียวกับดาวอังคาร

ส่งท้าย
การทำ Terraforming ดาวศุกร์ แม้จะมีข้อได้เปรียบเรื่องทรัพยากร ระยะเวลาในการเดินทาง แต่สภาพแวดล้อมของมันโดยเฉพาะการโคจรรอบตัวเองและการไม่มีสนามแม่เหล็กจะเป็นปัญหาใหญ่ในการทำการปรับสภาพแวดล้อมให้ดาวศุกร์สามารถอยู่ได้แบบบนโลกไมต้องอยู่จำกัดแต่ในโครงสร้างโคโลนี ถ้าไม่มีปรากฏการณ์ธรรมชาติอย่างดาวหาง Apollon พุ่งมาชนเติมน้ำ เป่า CO₂ และปรับการหมุนรอบตัวเองให้แบบฟรีๆอย่างใน Venus Wars ถึงอย่างนั้นมันก็เป็นดาวอีกดวง ที่เป็นไปได้ (Plausible) ที่จะทำการปรับสภาพแวดล้อมให้มนุษย์ไปดำรงอาศัยนอกจากดาวโลกของเรา

---

_{อ้างอิง
[1] https://www.researchgate.net/figure/Spectra-of-Earth-Venus-and-Mars-The-left-figure-shows-the-reflection-spectra-at-a_fig1_231005038
[2] https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/venusfact.html
[3] http://www.orionsarm.com/fm_store/SpinAPlanet.pdf
[4] https://www.univie.ac.at/physikwiki/images/a/ac/Terr_Venus_WS201314.pdf
[5] http://www.orionsarm.com/fm_store/TerraformingVenusQuickly.pdf
[6] https://blogs.ucl.ac.uk/science/2014/07/09/venus-is-losing-its-atmosphere/}