ทำไมยานสำรวจดวงอาทิตย์ของ NASA ถึงไม่ไหม้เกรียมเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์?

คุณเคยสงสัยไหมว่า ยานสำรวจสุริยะพาร์คเกอร์ (Parker Solar Probe) ของ NASA ที่ถูกส่งเข้าไปสำรวจใกล้กับดวงอาทิตย์มากที่สุดในประวัติศาสตร์ สามารถรอดพ้นจากความร้อนมหาศาลได้อย่างไร? โดยเฉพาะเมื่อเรารู้ว่ามันได้เข้าสู่ชั้นโคโรนา (Corona) ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศรอบนอกของดวงอาทิตย์ที่มีอุณหภูมิสูงถึงหลายล้านองศาเซลเซียส คำตอบของเรื่องนี้ซ่อนอยู่ในกลยุทธ์ทางวิศวกรรมที่ชาญฉลาดและหลักการทางฟิสิกส์อันน่าทึ่ง

สิ่งแรกที่เราต้องทำความเข้าใจคือ ยานพาร์คเกอร์ไม่ได้พุ่งชนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ที่เรียกว่า โฟโตสเฟียร์ (Photosphere) แสงที่เราเห็นจากชั้นนี้คือพลังงานบริสุทธิ์ในรูปของรังสี หากยานเข้าใกล้ในระยะไม่กี่ล้านไมล์จากโฟโตสเฟียร์ มันจะถูกเผาผลาญทันที

ภารกิจของยานพาร์คเกอร์คือการบินผ่านชั้นโคโรนา ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ โดยรักษาระยะห่างที่ปลอดภัยเสมอ การที่ยานสำรวจรอดมาได้จึงขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิกับ ความร้อนที่ถูกถ่ายเท

ชั้นโคโรนามีอุณหภูมิสูงมากจริง แต่ความจริงที่น่าตกใจคือ มันเป็นพื้นที่ที่เกือบจะเป็นสุญญากาศ (Vacuum) นั่นหมายความว่ามีความหนาแน่นของอนุภาคน้อยมาก

อนุภาคในชั้นโคโรนา เช่น อิเล็กตรอนและไอออน เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการวัดอุณหภูมิจึงสูงถึงหลายล้านองศาเซลเซียส
เมื่อมันมีความหนาแน่นต่ำ จนแทบไม่มีอะไรเลย อนุภาคเหล่านี้จึงมีจำนวนไม่มากพอที่จะพุ่งชนตัวยานอย่างต่อเนื่องและถ่ายโอนพลังงานความร้อนในปริมาณมหาศาลให้กับยานได้ เปรียบเสมือนเราเอามือจุ่มในน้ำเดือดกับโดนไอน้ำเดือดพ่นใส่ แม้ไอน้ำจะร้อนกว่ามาก แต่ความร้อนที่ถูกถ่ายเทมาสู่ตัวเราก็ยังน้อยกว่าน้ำเดือด

ดังนั้น ยานสำรวจจึงไม่ต้องกังวลเรื่องการนำความร้อนหรือการพาความร้อน แต่ต้องเผชิญหน้ากับความท้าทายหลักคือ การแผ่รังสีจากแสงอาทิตย์โดยตรง

โล่กำบังความร้อนสุดล้ำ

กุญแจสำคัญที่ช่วยให้ยานพาร์คเกอร์อยู่รอดได้อย่างปลอดภัยคือ โล่กันความร้อน (Heat Shield) ที่ออกแบบมาอย่างชาญฉลาด

โล่หนา 4.5 นิ้ว สร้างจากวัสดุคาร์บอนคอมโพสิต (Carbon Composite) ที่มีความแข็งแรง ทนทาน และน้ำหนักเบาเป็นพิเศษ
โล่นี้จะหันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์อยู่เสมอ เพื่อรับและสะท้อนแสง (รังสี) ที่เปี่ยมด้วยพลังงานมหาศาล ซึ่งเป็นภัยคุกคามหลักต่อตัวยาน และรับแรงปะทะจากอนุภาคโคโรนา
แม้ว่าด้านหน้าของโล่จะร้อนจนอาจเรืองแสงเป็นสีแดง แต่เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดของยานสำรวจจะถูกติดตั้งไว้ในเงาด้านหลังโล่ ทำให้พวกมันอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัดและปลอดภัย สามารถทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพแม้จะอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์เพียงใดก็ตาม

ยานพาร์คเกอร์ สามารถอยู่รอดได้ในนรกของชั้นโคโรนา ไม่ใช่เพราะมันทนความร้อนได้ แต่เพราะมันมีเกราะป้องกันที่ยอดเยี่ยม และใช้ประโยชน์จากสภาพแวดล้อมที่ว่างเปล่าของโคโรนา ทำให้ความร้อนที่ถ่ายโอนมาสู่ตัวยานจริง ๆ นั้นต่ำกว่าที่หลายคนคิด ภารกิจนี้จึงถือเป็นความสำเร็จครั้งยิ่งใหญ่ทั้งในด้านวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์อวกาศ

ข้อมูลอ้างอิง: NASA