ดิน ฟ้า เวลา ดาว : ตามหาชีวิตต่างดาว

ศิรามาศ โกมลจินดา

สวัสดีค่ะท่านผู้อ่านวารสารฟิสิกส์ไทยทุกท่านค่ะ ก่อนอื่นผู้เขียนต้องขออภัยทุกๆท่านที่อยู่ดีๆ คอลัมน์ ดิน ฟ้า เวลา ดาว ก็หายไปหลายฉบับ ผู้เขียนยังไม่ได้หนีไปไหนหรอกค่ะ แต่ช่วงเวลาที่ผ่านมาดูเหมือนผู้เขียนจะปล่อยตัวเองไปกับกระแส ความวุ่นวายบนโลกใบนี้ที่ดูเหมือนจะมีเรื่องประหลาดเกิดขึ้นทุกๆวันมากไปหน่อย ผู้อ่านละคะ เป็นอย่างไรกันบ้าง หนีความวุ่นวายของมนุษย์บนโลกใบนี้แล้วออกไปตามหา “ ชีวิต ” ข้างนอกกันดีกว่าค่ะ

เมื่อไม่กี่เดือนที่ผ่านมานี้ผู้อ่านหลายๆท่านคงได้ข่าวของการค้นพบดาวเคราะห์คล้ายโลก (Terrestrial planet ) ดวงแรกที่มีชื่อยาวเหลือเกินว่า OGLE-2005-BLG-390Lb (นอกจากดาวเคราะห์ดวงนี้จะมีชื่อยาวแล้ว รายชื่อของ นักดาราศาสตร์ที่ร่วมค้นพบก็ยาวไม่แพ้กัน คือ 73 คน จาก 12 ประเทศ ดาวเคราะห์ดวงนี้ค้นพบโดยอาศัยปรากฏการณ์ Microlensing ซึ่งอ่านได้จาก ดิน ฟ้า เวลา ดาว, วารสารฟิสิกส์ไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 2 มิถุนายน – สิงหาคม 2548 ) ) ดาวเคราะห์ดวงนี้มีขนาดใหญ่กว่าโลกสองเท่าแต่มีมวลประมาณห้าเท่าของโลก และอยู่ห่างจากดาวแคระแดงที่เปรียบ เสมือนดวงอาทิตย์ของดาวเคราะห์ดวงนี้ถึงสามเท่าของระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ทำให้ดาวเคราะห์ ดวงนี้มีอุณหภูมิต่ำถึง -220 องศาเซลเซียส แต่การค้นพบครั้งนี้ก็ช่วยเพิ่มความหวังของผู้ที่สนใจค้นหาสิ่งมีชีวิตเป็นอย่างมาก

รูปที่ 1 ภาพวาดจำลองดาวเคราะห์ OGLE-2005-BLG-390Lb (ภาพโดย NASA, ESA, G. Bacon (STScI)

ตามความรู้สึกโดยทั่วไปของเราแล้ว เมื่อเอ่ยถึงโลกที่มีสิ่งมีชีวิต เชื่อว่าผู้คนส่วนมากก็จะนึกถึงสถานที่ในสภาวะแวดล้อม แบบเดียวกันกับที่เราดำรงชีวิตอยู่ แต่บนโลกใบนี้ยังมีสิ่งมีชีวิตจำพวกหนึ่งที่เรียกว่า Extremophiles ซึ่งมีมากมายหลายร้อย สปีชีส์ สิ่งมีชีวิตพวกนี้จะอาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมแบบ “ วิกฤต ” สำหรับมนุษย์ เช่น ในน้ำพุร้อน พื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า ศูนย์องศาเซลเซียส บริเวณที่มีความกดอากาศสูง ในสภาวะที่เป็นกรดหรือเป็นด่างมาก นอกจากนี้ยังพบว่า Extremophiles บางชนิดสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้แม้ในบริเวณที่มีการแผ่รังสี และบางชนิดไม่จำเป็นต้องใช้แสงแดดหรือออกซิเจนในการดำรงชีวิต เมื่อเราพิจารณาถึงสถานที่ที่สามารถพบ Extremophiles ได้บนโลกใบนี้แล้ว ก็ไม่น่าจะเป็นเรื่องแปลกหากบนดาวเคราะห์ที่อยู่ ไกลโพ้นจะมีสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างออกไปจากที่เราพบเห็นในชีวิตประจำวันอาศัยอยู่

ตามแนวคิดแล้ว ไม่ใช่ว่าบนพื้นผิวที่ใดก็ตามจะสามารถมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ได้ เพราะการจะเกิดสิ่งมีชีวิตได้นั้นจะเริ่มมาจาก กรดอะมิโน เชื่อมต่อกันกลายเป็นโปรตีน (ดิน ฟ้า เวลา ดาว, วารสารฟิสิกส์ไทย ปีที่ 22 ฉบับที่ 3 กันยายน – พฤศจิกายน 2548 ) ดังนั้น บริเวณที่จะเกิดสิ่งมีชีวิตได้จะต้องเป็นบริเวณที่เป็นไปได้ที่จะมีสามองค์ประกอบที่ก่อให้เกิดชีวิตอันได้แก่ น้ำ พลังงาน และสารอินทรีย์ เราเรียกบริเวณนี้ว่า habitable zone ในอดีต habitable zone จำกัดอยู่แค่บริเวณที่แสงอาทิตย์ส่องไปสร้าง ความอบอุ่นและมีความเป็นไปได้ที่จะมีน้ำในสถานะของเหลวบนพื้นผิวได้เท่านั้น แต่จากการศึกษาดวงจันทร์ยูโรปา ของดาวพฤหัสพบว่า ถึงแม้บนพื้นผิวของดวงจันทร์ยูโรปาจะไม่สว่างไสวและไม่อบอุ่นด้วยพลังงานจากดวงอาทิตย์ แต่แรงดึงดูดเนื่องจากความโน้มถ่วงของดาวพฤหัสก็ทำให้แก่นของดวงจันทร์ยูโรปาร้อนขึ้นและมีแหล่งพลังงานภายในเช่นเดียวกัน กับโลกซึ่งยืนยันได้จากการที่พื้นผิวน้ำแข็งที่ปกคลุมดาวอยู่มีร่องรอยอุกกาบาตน้อยเมื่อเทียบกับดวงจันทร์ของโลกเนื่องจากน้ำใน สภาวะของเหลว ที่ไหลอยู่ภายใต้ชั้นน้ำแข็งทำให้เกิดผิวน้ำแข็งใหม่บนผิวของดวงจันทร์อย่างสม่ำเสมอ นอกจากนี้ ยังพบว่าที่ดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์มีชั้นบรรยากาศที่หนาและมีองค์ประกอบหลักเป็นสารประกอบอินทรีย์กลุ่มไฮโดรคาร์บอน เช่น มีเทน สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้อยู่ในสภาพของเหลว บนดวงจันทร์ไททันจึงเกิดฝนไฮโดรคาร์บอนที่ทำให้มีความ เป็นไปได้ที่จะทำให้เกิดมหาสมุทรไฮโดรคาร์บอนบนพื้นผิว เหมือนกับที่เคยเกิดขึ้นบนโลกเมื่อประมาณสี่พันล้านปีมาแล้ว ในยุคที่เซลล์สิ่งมีชีวิตแรกของโลกกำเนิดขึ้น ดังนั้น habitable zone ของระบบสุริยะจึงไม่ได้จำกัดอยู่แค่วงโคจรของดาวอังคาร แต่ขยายความเป็นไปได้สู่ส่วนนอกของระบบสุริยะอันมืดมิด

รูปที่ 2 ภาพแสดง habitable zone ในแนวคิดเดิมสำหรับแต่ละชนิดสเปกตรัมของดาวฤกษ์ (ภาพจากโครงการ Kepler, NASA)

นอกออกไปจากระบบสุริยะ เราจัดแบ่งชนิดของดาวฤกษ์ตามอุณหภูมิ หรือเรียกว่า ชนิดสเปกตรัม จากร้อนที่สุด ไปจนเย็นที่สุด เรียงลำดับจากอักษรและตัวเลข จาก O3-9, B0-9, A0-9, F0-9, G0-9, K0-9 ถึง M0-9 ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ชนิด G0 ชนิดสเปกตรัมของดาวฤกษ์เป็นข้อกำหนดหนึ่งในการพิจารณา habitable zone ดาวฤกษ์ที่มีชนิดสเปกตรัม O, B, และ A จะมีอายุที่สั้นเกินกว่าจะเกิดสิ่งมีชีวิตขึ้นได้ ส่วนดาวฤกษ์ชนิดสเปกตรัม F จะมีอายุประมาณสองพันล้านปี ซึ่งไม่นานพอที่จะเกิดสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการที่เกิดขึ้นบนโลก สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์เกิดขึ้นเมื่อหกร้อยล้านปีมาแล้ว หรือประมาณสี่พันล้านปีหลังจากโลกกำเนิดขึ้น)

มากกว่าร้อยละ 85 ของดาวฤกษ์เป็นดาวแคระแดง (red dwarf ชนิดสเปกตรัม K หรือ M) ดังนั้น จึงเกิดคำถามขึ้นว่า เป็นไปได้หรือไม่ที่จะมีดาวเคราะห์โคจรอยู่รอบดาวแคระแดง และเป็นไปได้หรือไม่ที่ดาวเคราะห์เหล่านี้จะสามารถ มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ การค้นพบดาวเคราะห์ OGLE-2005-BLG-390Lb ได้ตอบคำถามแรกนี้แล้ว แต่เนื่องจาก ดาวเคราะห์ดวงนี้อยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ของมันถึง 450 ล้านกิโลเมตร (ไกลกว่าระยะห่างจากดวงอาทิตย์ถึงดาว  อังคารถึงสองเท่า) ในขณะที่ habitable zone ของดาวแคระแดงมีรัศมีประมาณวงโคจรของดาวพุธ (ประมาณ 60      ล้านกิโลเมตร) เท่านั้น ที่ระยะห่างนี้ ดาวเคราะห์จะโคจรรอบตัวเองด้วยอัตราเดียวกันกับที่โคจรรอบดาวฤกษ์ เหมือนกับการโคจรของดวงจันทร์รอบโลก ดังนั้น ดาวเคราะห์จะหันด้านเดียวเข้าหาดาวฤกษ์ตลอดเวลา ทำให้ด้านที่หันเข้าหาดาวฤกษ์ร้อนจัดจนน้ำระเหยกลายเป็นไอทั้งสิ้น ส่วนอีกด้านก็หนาวเย็นจนน้ำทั้งหมดเป็นน้ำแข็ง แต่ถ้าดาวเคราะห์มีชั้นบรรยากาศที่หนาแน่น ปรากฏการณ์เรือนกระจกก็จะช่วยกระจายความร้อนบนผิวดาว และก็จะมีความเป็นไปได้ที่จะมีน้ำในสถานะของเหลวบนผิวดาวเคราะห์เหล่านี้ นั่นหมายถึงความเป็นไปได้ที่จะมีสิ่งมีชีวิตเช่น Extremophiles อาศัยอยู่

นักชีววิทยาแบ่งสิ่งมีชีวิตออกเป็นสามกลุ่มหลัก คือ แบคทีเรีย ซึ่งเป็นกลุ่มที่มีความสลับซับซ้อนน้อยที่สุด เพราะไม่มีนิวเคลียส และ Archaea ซึ่งไม่มีนิวเคลียสเช่นกัน แต่มี cell membrane ที่แปลกออกไป เพราะมีวิวัฒนาการแตกต่างจากแบคทีเรีย เราเรียกแบคทีเรียและ Archae รวมกันว่า prokaryote กลุ่มสุดท้าย คือ Eukaryote ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตกลุ่มหลักบนโลก (ได้แก่ สัตว์ เห็ดรา พืช และ protista) สิ่งมีชีวิตกลุ่มนี้มีสารพันธุกรรมอยู่ในนิวเคลียส เมื่อพิจารณากลุ่มของสิ่งมีชีวิตตามแผนภาพ tree of life ซึ่งแบ่งกลุ่มของสิ่งมีชีวิตออกตามความเหมือนของลำดับ rRNA ( RNA ชนิดหนึ่งซึ่งอยู่ใน ribosome ลำดับความต่าง ของเบส จะน้อยมากในสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดในกลุ่มเดียวกัน) จะพบว่า สิ่งมีชีวิตทั้งสามกลุ่มมีการวิวัฒนาการที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง และ Extremophiles ส่วนมากเป็นสิ่งมีชีวิตจำพวก Archaea ดังนั้น การพบ Extremophiles อาจจะไม่เป็นหลักฐานยืนยันการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตที่มีความสลับซับซ้อนเช่น Eukaryote บนโลก

รูปที่ 3 Tree of Life หรือ Phylogenetic tree จัดแบ่งและเชื่อมโยงสิ่งมีชีวิตแต่ละกลุ่มเข้าด้วยกันด้วยข้อมูลทางพันธุกรรม (โดยอาศัย RNA เป็นหลัก) อย่างไรก็ดี นักชีววิทยายังไม่สามารถสรุปถึงความเชื่อมโยงของแต่ละกลุ่มรวมทั้งต้นกำเนิด ของสิ่งมีชีวิตได้ นอกจากนี้ ยังเป็นไปได้ว่า แผนภาพ tree of life จะไม่สามารถอธิบายความสัมพันธ์และเชื่อมโยง ของสิ่งมีชีวิตทุกประเภทได้เนื่องจากการส่งถ่ายยีนระหว่างสายพันธุ์ (ภาพจาก NASA)

การค้นหาชีวิตนอกระบบสุริยะก็คงต้องดำเนินกันต่อไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าเราต้องการค้นหาสิ่งมีชีวิตที่มีความสามารถ ในการติดต่อสื่อสารและการคิดแบบตรรกะ แต่ก่อนที่เราจะคาดหวังมากเกินไป ขอส่งท้ายด้วยข้อมูลที่ทำให้มนุษย์ “ บังเอิญ ” กำเนิดขึ้นมาได้บนโลกใบนี้

•  ดาวฤกษ์ชนิดสเปกตรัม F และ G มากกว่าร้อยละ 50 ไม่เป็นดาวฤกษ์ดวงเดี่ยวเช่นดวงอาทิตย์

•  ดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิที่สูงพอที่จะทำให้โลกอุ่น แต่ก็ไม่สูงจนทำให้ชั้นบรรยากาศของโลกแผดเผาหมดไป

•  ดวงอาทิตย์มีอัตราส่วนของธาตุหนักต่อไฮโดรเจนมากกว่าดาวฤกษ์ชนิดเดียวกันถึงร้อยละ 50 ธาตุหนักเหล่านี้จำเป็นอย่างยิ่ง ต่อการก่อตัวของดาวเคราะห์ที่มีผิวเป็นหินแข็ง

•  ดวงอาทิตย์ค่อนข้างมีความเสถียรมากกว่าดาวฤกษ์ประเภทเดียวกัน solar flare และ prominence จากดวงอาทิตย์ไม่ทำ ให้เกิดอันตรายกับสิ่งมีชีวิตบนโลก

และสำหรับผู้ที่ต้องการทราบว่าในกาแล็กซีทางช้างเผือกจะมีสิ่งมีชีวิตในรูปแบบเดียวกันกับมนุษย์อยู่อีกเท่าไร ลองคำนวณสมการ Drake equation ที่เสนอโดย Frank Drake ในปี ค.ศ. 1961 ข้างล่างนี้ดู

N = R * ? f p ? n e ? f l ? f i ? f c ? L

เมื่อ N จำนวนสิ่งมีชีวิตที่มนุษย์จะติดต่อได้ในกาแล็กซี ทางช้างเผือกด้วยคลื่นวิทยุ

R * อัตราการเกิดของดาวฤกษ์ที่มีคุณสมบัติที่ เหมาะสมที่จะมีสิ่งมีชีวิตที่มีความสามารถในการใช้ตรรกะ

f p อัตราส่วนของดาวฤกษ์ที่มีดาวเคราะห์

n e จำนวนดาวเคราะห์ต่อดาวฤกษ์

f l อัตราส่วนของดาวเคราะห์ที่สามารถเกิดสิ่งมีชีวิตได้

f i อัตราส่วนของดาวเคราะห์ที่จะมีสิ่งมีชีวิตที่มีความสามารถในการใช้ตรรกะ

f c อัตราส่วนของดาวเคราะห์ที่จะมีเทคโนโลยีการสื่อสาร

L อายุขัยของสังคมการสื่อสาร

Kepler Mission, http://kepler.nasa.gov

K. Than, The Growning Habitable Zone: Location for Life Abound, http://www.space.com , 7 February 2006

Stars and Habitable Planets, http://www.solstation.com

กิตติกรรมประกาศ

ผู้เขียนขอขอบคุณ คุณทรงกลด สารภูษิต นักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิชาชีวเคมี มหาวิทยาลัยมหิดล ที่ช่วยตรวจทานเนื้อหาบทความ