วิดกระยาสาร์ทของ : Project Hail Mary

Astrophage เป็นสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์พลังงานจากดวงอาทิตย์โดยดูดซับ นิวตริโน และสร้าง Pair Production เพื่อเปลี่ยนพลังงานเป็นมวลในระดับอุณหภูมิต่ำ (ข้อนี้จะพูดละเอียดในตอนถัดไป)

มันใช้ ดาวศุกร์เป็นแหล่งคาร์บอนและออกซิเจน ในการสร้างร่างกาย และเคลื่อนที่ด้วยการแปลงมวลเป็นพลังงานแบบ Photon Thruster ในเชิงสถาปัตยกรรมของการบังแสง เราจะจินตนาการ Astrophage ว่าแพร่กระจายเป็นโคโลนีรูปแบบคล้าย เชื้อราไมซีเลียม อยู่รอบวงโคจรดาวศุกร์ ซึ่งหากมันเคลื่อนห่างออกไปมากก็จะหลุดจากระบบขนส่งธาตุที่ใช้เติบโต ทำให้ความหนาของวงแหวนที่มันสร้างขึ้นจึงต้องอยู่ในขอบเขตที่สามารถบังแสงได้โดยยังคงขนส่งมวลได้ต่อเนื่อง

ถ้าเราสมมุติ มุมบังแสงของ Astrophage ขนาดเท่าดาวศุกร์ ณ ตำแหน่งวงโคจรของดาวศุกร์ จากพื้นที่มุมลำแสงที่ถูกบัง การลดลงของ Solar Irradiance ที่โลกได้รับ ขนาดของคราสหนาเท่าดาวศุกร์ จะลด irradiance ที่พื้นโลกได้ราว ๆ 0.19 W/m² ซึ่งแปลงเป็นอุณหภูมิโดยตรงได้ประมาณ -0.05 °C

และเมื่อใส่การปรับโดยโมเดลเรือนกระจก (GHG model) ที่มี CO₂ ราว 400 ppm และไอน้ำ 4000 ppm จะพบว่าการลดลงจริงของอุณหภูมิผิวโลกอยู่ที่เพียง -0.02 °C เท่านั้น แปลว่าขนาดของคราสหนาเท่าดาวศุกร์นี่ไม่พอแน่

เรามากำหนดเป้าหมายอุณหภูมิที่ลดลง 4-5 °C ซึ่งเพียงพอให้ เกิดหิมะตกถาวรที่ละติจูดกลาง เร่งวงจรน้ำแข็ง-สะท้อนแสง (ice-albedo feedback) และดึงคาร์บอนออกจากชั้นบรรยากาศ (carbonate weathering)

จากการคำนวณแบบย้อนกลับ โดยดูว่าโลกต้องอยู่ห่างดวงอาทิตย์เท่าใดจึงจะลด irradiance ได้พอเพียง พบว่า การจะลดอุณหภูมิได้ ~4.12 °C เราต้องลด irradiance ราว 77 W/m² หรือ เทียบเท่ากับ การบังแสง ~1.17% ถึง ~2.93%

เมื่อเทียบกับการบังแสงของ Astrophage ที่มีขนาดเท่าดาวศุกร์ (บังได้ 0.01447%) เราจะอนุมานได้ว่า ขนาด Astrophage จะต้องมีวงแหวนกว้างเป็น

9.0 - 14.2 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางดาวศุกร์ เพื่อให้ได้ผลกระทบระดับน้ำแข็งปกคลุมโลก

วงแหวนของ Astrophage ขนาดนั้นจะสามารถดูดกลืนพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้คิดเป็นสัดส่วนถึง 1.2% - 3.0% ของกำลังแผ่รังสีทั้งหมด แม้จะไม่ถึงขั้น Dyson Sphere เต็มรูปแบบ แต่ก็สามารถเรียกได้ว่าเป็น Dyson Ring แบบชีวภาพที่ขยายตัวได้เอง โดยไม่ต้องการเทคโนโลยีใด ๆ จากอารยธรรมชั้นสูง

สิ่งมีชีวิตอย่าง Astrophage หากแพร่กระจายไปยังระบบดาวอื่น อาจทำให้กาแลคซี่นี้กลายเป็นกาแลคซี่ร้าง โดยทุกดาวเคราะห์ในเขต Goldilocks ถูกบดบังแสงจนสูญเสียเงื่อนไขแห่งชีวิต

Astrophage คือสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่สามารถสะสมพลังงานจากแสงและนิวตริโนของดวงอาทิตย์ได้ในระดับที่ไม่น่าเชื่อ แล้วเอามาใช้สร้าง “เชื้อเพลิงแอนติแมทเทอร์” โดยเก็บอิเล็กตรอนและโพสิตรอนไว้ภายในตัว เมื่อถึงเวลาขับเคลื่อน ก็ปล่อยให้มันแปลงมวลเป็นโฟตอนเพื่อดันยานไปข้างหน้า Spin Drive ใช้วิธีพ่น Astrophage ไปบนจานหมุน หมุนเอาด้านนั้นออกนอกตัวยานแล้วฉายอินฟราเรดเข้าไปให้เกิดปฏิกิริยาเปล่งโฟตอน จากนั้นจานหมุนจะวนกลับเข้ามาอีกด้านเพื่อขูดเศษ Astrophage ที่ตายแล้วทิ้งออกไปข้างนอกยาน

ตาม Concept เรื่อง สิ่งนี้คือ Photon Rocket ที่พยายามสร้าง momentum จากการปล่อยโฟตอนออกด้านหลัง

เพื่อจะเข้าใจปัญหา เรามารู้จักสมการจรวดของ Photon Rocket ซึ่งไม่มีการทิ้งมวลใดๆนอกจากมวลของโฟตอน

ในสมการนี้ ถ้าหาก มวลของ Astrophage สามารถเปลี่ยนเป็นโฟตอนได้ 100% ขีดจำกัดของความเร็ว v จะได้เท่ากับแสง c ที่ปริมาณ m₀  เป็นอนันต์ แต่ เพราะ Astrophage เป็นสิ่งมีชีวิต มันต้องมีสสารปรกติอย่าง คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจนอยู่ด้วย ตัว matter vs Anti-matter แบบพร้อมใช้งานมันจะมีอยู่ได้เต็มที่ก็ราว 10% ตรงนี้ ขีดจำกัดความเร็วของมัน คือมวลที่หายไป ให้ mₜ/m₀ =0.9 เราจะพบว่าขีดจำกัด v จะเข้าใกล้ได้ที่สุดแค่ 0.052c ไม่มีทางเกินไปกว่านั้นไม่ว่าเราจะใช้มวล Astrophage มากแค่ไหนก็ตาม

ดังนั้น ตามเนื้อเรื่อง Spin drive ของ Hail Mary จึงต้องมีการ scrap เขาซาก Astrophage ออก และสมการจรวดของเราจะเข้าใกล้สมการจรวดแบบ Relativistic Tsiolkovsky Rocket Equation เป็นสมการที่ 2

อย่างไรก็ตาม การขับเคลื่อนด้วยโฟตอนนี้ โมเมนตัมที่ได้จากแสง จะได้เท่ากับพลังงานที่ได้จาก matter-antimatter annihilation หารด้วยความเร็วแสง หรือ p = E/c ซึ่ง ถ้าเราต้องปรับสมการที่ 2 เล็กน้อย โดยให้ m_e มวล Astrophage ที่ถูกทิ้งออกไป (m_e=m₀ - mₜ) เสมือนมี v_e คือ v_e=E/m_e.c หรือได้ v_e ราว 0.1c ที่อัตราการแปลงมวลเป็นพลังงาน 10% ของ Astrophage และจรวดโฟตอนของเราจะสามารถไปถึงขีดจำกัดความเร็วแสงได้ที่มวล m₀ เป็นอนันต์

Photon Rocket แบบ scrapped-off นี้แม้จะไม่ดีเลิศ แต่ก็ทำให้สิ่งที่เป็นไปไม่ได้เป็นไปได้ เพียงแค่ มันต้องใช้เยอะโคตรๆ แบบ 2.47 ล้านตัน ต่อ 1 ตัน payload นั่นเอง แต่โทษทีเหอะ ปริมาณมวลสารเยอะขนาดนั้น มันเหมือนถ้าจะส่งรถยนต์เทสล่าไปที่ความเร็ว 0.9c มันต้องใช้มวลราว 10 Borg cube  ด้วยทรัพยากรของมนุษย์ ปริมาณตรงนี้น่าจะต้องใช้เวลาสร้างจรวดเป็นพันปี และเราก็โดนสุริยคราสนิรันดร์แช่แข็งไปแล้ว

ในฐานะชาวหว้ากอผู้ชำนาญการ เราควรแนะนำให้ผู้เขียนออกแบบ Spin Drive ใหม่ โดยใช้ Astrophage เป็นแหล่งพลังงาน → แล้วแปลงพลังงานนั้นไปขับเคลื่อน “ไอออนของ Astrophage ที่ตายแล้ว” ให้พ่นออกด้วยความเร็วสูงแบบ Ion Thruster ในการนี้ โมเมนตัมต่อพลังงานที่ได้จะเพิ่มขึ้นมาจาก v_e=E/m_e.c มาเป็น v_e = [c²(1 - (1/γ)²)]^0.5 ที่ปริมาณขีดจำกัดการแปลงมวลของ Astrophage 10% เป็นพลังงาน ขีดจำกัด v_e จะขึ้นมาที่แถวๆ 0.42c ประสิทธิภาพทาง mass ratio ดีขึ้นมาก จากระดับ 2.47 ล้าน:1 → เหลือแค่ 34:1 เท่านั้น

ถ้าเดินทางแบบเร่งไปแล้วชะลอความเร็วลง ก็ต้องเตรียมมวลแค่ 1156:1 และถ้าเผื่อขากลับด้วยก็ราว 1.3 ล้าน:1 ด้วยเหตุนี้เอง การเดินทางของ Hail Mary จึงเป็นการเดินทางทางเดียว ขาไปคือมีมนุษย์กับตัว space station ขากลับให้นำวัสดุหรือคำตอบ ที่ใช้ในการจัดการ Astrophage ได้ส่งกลับมาเป็น Payload ขนาดเล็ก ทิ้งทั้งสถานีอวกาศและมนุษย์ไว้เบื้องหลังนั่นเอง