คลิก  

สุดยอดการค้นพบทางวิทยาศาสตร์แห่งปี 2018 – BBCไทย

ตลอดปีที่กำลังจะผ่านพ้นไปนี้ แวดวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีมีความก้าวหน้ารวมทั้งมีการค้นพบใหม่ ๆ ที่น่าสนใจเกิดขึ้นหลายเรื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านวิทยาการควอนตัม การสำรวจอวกาศ เซลล์และพันธุศาสตร์ โดยบีบีซีไทยได้รวบรวมการค้นพบสำคัญ 7 เรื่องที่น่าทึ่งแห่งปีเอาไว้ดังต่อไปนี้

1) พบแหล่งกำเนิดของอนุภาคผี “นิวทริโน” มาจากหลุมดำห่างโลกเกือบ 4 พันล้านปีแสง

โครงการทดลองไอซ์คิวบ์ (IceCube) ค้นพบที่มาของอนุภาคนิวทริโน (Neutrino) ชนิดพลังงานสูงจากห้วงอวกาศลึก โดยอุปกรณ์ใต้ผืนน้ำแข็งที่ทวีปแอนตาร์กติกา ซึ่งประกอบไปด้วยตัวเซนเซอร์จำนวนมากฝังอยู่ในก้อนน้ำแข็งขนาด 1 ลูกบาศก์กิโลเมตร สามารถตรวจจับอนุภาคดังกล่าวได้เป็นครั้งแรก

อนุภาคนิวทริโนนี้ชนและทำปฏิกิริยากับนิวเคลียสของอะตอมน้ำแข็ง ทิ้งร่องรอยที่ทำให้ทราบว่ามันเดินทางข้ามห้วงอวกาศมาจากหลุมดำมวลยิ่งยวดใจกลางกาแล็กซีแห่งหนึ่งในกลุ่มดาวนายพรานหรือโอไรออน ห่างจากโลกถึง 3,700 ล้านปีแสง

• พบอนุภาคผี “นิวทริโน” มาจากหลุมดำห่างโลกเกือบ 4 พันล้านปีแสง

ทั้งนี้ อนุภาคนิวทริโนหรือ “อนุภาคผี” (Ghost particle) คืออนุภาคมูลฐานชนิดหนึ่งที่ตรวจจับได้ยาก เนื่องจากมีมวลอยู่น้อยมากเหมือนกับไม่มี สามารถทะลุผ่านวัตถุต่าง ๆ ได้โดยไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาใด ๆ ขึ้นทั้งสิ้น

การค้นพบครั้งนี้ช่วยเปิดประตูสู่ยุคใหม่ของวงการดาราศาสตร์ ซึ่งนับแต่นี้จะสามารถศึกษาปรากฏการณ์ต่าง ๆ ในห้วงอวกาศลึกได้ด้วยเครื่องมือที่หลากหลายขึ้นนอกเหนือไปจากกล้องโทรทรรศน์ เช่น ใช้การสังเกตอนุภาคพลังงานสูงอย่างนิวทริโนและคลื่นความโน้มถ่วง

2) พบทะเลสาบและสารอินทรีย์ที่อาจเป็นอาหารของสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคาร

องค์การอวกาศยุโรป (ESA) พบหลักฐานที่บ่งชี้ว่ามีทะเลสาบกว้างถึง 20 กิโลเมตร และลึกอย่างน้อย 1 เมตร อยู่ใต้ผืนน้ำแข็งบริเวณขั้วใต้ของดาวอังคารเป็นครั้งแรก โดยถือว่าเป็นแหล่งน้ำขนาดใหญ่ที่ยังคงมีน้ำในรูปของเหลวอยู่ในปัจจุบัน ไม่ใช่แค่น้ำขังในร่องหิน หรือน้ำในรูปของน้ำแข็งอย่างที่เคยพบมาก่อนหน้านี้

• พบ “ทะเลสาบ” ใต้ผืนน้ำแข็งดาวอังคารเป็นครั้งแรก
• พบสารอินทรีย์ที่ซับซ้อนบนดาวอังคาร ชี้อาจเป็นอาหารของสิ่งมีชีวิตได้

ทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีค้นพบทะเลสาบดังกล่าว หลังจากใช้เรดาร์ Marsis ที่ติดตั้งบนดาวเทียมสำรวจดาวอังคาร Mars Express ตรวจสอบพื้นผิวและชั้นใต้ดินของดาวอังคารเป็นเวลา 3 ปี แต่อย่างไรก็ตาม การที่น้ำในทะเลสาบแห่งนี้ยังเป็นของเหลวอยู่ในสภาพอากาศที่เย็นจัด อาจเป็นเพราะมีเกลือละลายผสมอยู่อย่างเข้มข้น ซึ่งทำให้ยากที่สิ่งมีชีวิตจะดำรงชีพอยู่ได้

ด้านหุ่นยนต์ตระเวนสำรวจพื้นผิวดาวอังคาร “คิวริออซิที โรเวอร์” (Curiosity Rover) ขององค์การนาซา ขุดพบสารอินทรีย์ซึ่งเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีความซับซ้อนได้ จากใต้พื้นผิวดาวอังคารบริเวณแอ่งเกล (Gale Crater) ซึ่งเคยเป็นทะเลสาบมาก่อน ซึ่งหากดาวอังคารเคยมีสิ่งมีชีวิตจำพวกจุลชีพอยู่ สารอินทรีย์ที่พบนี้จะสามารถเป็นอาหารและช่วยเกื้อหนุนต่อการดำรงชีวิตของพวกมันได้

3) เทคนิคการลำดับอาร์เอ็นเอในเซลล์เดี่ยว จะเปลี่ยนโฉมหน้างานวิจัยชีวการแพทย์ในทศวรรษหน้า

วารสาร Science และสมาคมเพื่อความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อเมริกัน (AAAS) ได้คัดเลือกให้เทคนิคการลำดับอาร์เอ็นเอในเซลล์เดี่ยว (Single-cell RNA sequencing) เป็นความสำเร็จอันดับหนึ่งแห่งวงการวิทยาศาสตร์ปี 2018 โดยวิธีการนี้จะทำให้ทราบถึงการแสดงออกของหน่วยพันธุกรรมหรือยีนที่มีอยู่ทั้งหมดในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ตั้งแต่เพิ่งถือกำเนิดเป็นเซลล์เดี่ยวในตัวอ่อน จนแบ่งตัวและเจริญไปเป็นเนื้อเยื่อรวมทั้งอวัยวะต่าง ๆ ของมนุษย์และสัตว์ที่โตเต็มวัย

เทคนิคนี้เปรียบเสมือนการถ่ายทำภาพยนตร์ที่บันทึกกิจกรรมความเคลื่อนไหวต่าง ๆ ในชีวิตของเซลล์เดี่ยวอย่างละเอียดที่สุด โดยการลำดับอาร์เอ็นเอซึ่งเป็นสารพันธุกรรมชนิดหนึ่งภายในเซลล์ และการใช้เครื่องมือติดตามรอยระดับโมเลกุล (Molecular tracker) จะช่วยให้ติดตามดูได้ว่า เมื่อใดที่ยีนตัวไหนจะถูกเปิดสวิตช์หรือปิดสวิตช์การใช้งาน นำมาซึ่งความเข้าใจในพฤติกรรมของเซลล์แต่ละเซลล์ที่ไม่เหมือนกันในแต่ละช่วงเวลา รวมทั้งความรู้เรื่องวิธีการที่เนื้อเยื่อเติบโต ซ่อมแซมตนเอง หรือเปลี่ยนแปลงไปเมื่อป่วยเป็นโรคเช่นมะเร็งด้วย

ตลอดปี 2018 ที่ผ่านมา มีงานวิจัยหลายชิ้นที่ใช้เทคนิคนี้ศึกษาสัตว์ต่าง ๆ เช่นปลา กบ และหนอนตัวแบน เพื่อติดตามกระบวนการก่อตัวของเนื้อเยื่อและอวัยวะอย่างแขน ขา หรือหาง เพื่อดูว่าเซลล์ของพวกมันเจริญขึ้นอย่างไร และความผิดปกติในกระบวนการนี้ทำให้เกิดโรคหรือความพิการได้อย่างไรบ้าง ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการรักษาความพิการ หรือเพาะเลี้ยงอวัยวะเทียมสำหรับมนุษย์ในอนาคต

4) ความดันในอนุภาคโปรตอนสูงกว่าใจกลางดาวนิวตรอน 10 เท่า

ผลการตรวจวัดคุณสมบัติเชิงกลของอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมครั้งแรกของโลก พบว่าความดันภายในอนุภาคโปรตอน (Proton) นั้นสูงอย่างเหลือเชื่อ โดยอยู่ในระดับที่สูงยิ่งกว่าความดันใจกลางดาวนิวตรอนซึ่งสามารถบดขยี้ทำลายอะตอมได้ด้วยซ้ำ

• พบความดันในโปรตอนสูงกว่าใจกลางดาวนิวตรอน 10 เท่า

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการเจฟเฟอร์สัน (TJNAF) ของสหรัฐฯ ใช้เทคนิคใหม่ตรวจวัดและคำนวณแรงดันภายในอนุภาคโปรตอนได้ถึง 100 เดซิลเลียนปาสคาล (100 decillian Pascal) หรือเท่ากับค่าความดันที่ขึ้นต้นด้วยเลข 1 และมีศูนย์ตามหลังมาอีก 35 ตัว

แรงดันมหาศาลนี้เกิดจากแรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม โดยมีทิศทางออกมาจากศูนย์กลางของอนุภาคโปรตอน และทรงพลังกว่าแรงดันที่ใจกลางของดาวนิวตรอน ซึ่งเป็นวัตถุอวกาศที่มีความหนาแน่นสูงยิ่งถึง 10 เท่า

5) ในโลกของกลศาสตร์ควอนตัม เหตุเกิดก่อนผล หรือผลเกิดก่อนเหตุ เป็นไปได้ทั้งสองอย่าง

ทีมนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ของออสเตรเลีย ได้ทำการทดลองเชิงควอนตัมจนพบปรากฏการณ์แปลกประหลาดที่ชี้ว่า สิ่งที่คนเรามองว่าเป็นสาเหตุที่จะต้องเกิดขึ้นก่อน รวมทั้งผลลัพธ์ที่คาดว่าจะต้องเกิดขึ้นติดตามมาภายหลังนั้น ที่จริงแล้วไม่อาจกำหนดลำดับเหตุการณ์ที่จะมาก่อนหรือมาหลังได้อย่างตายตัว

หากถามว่าไก่เกิดก่อนไข่ หรือไข่เกิดก่อนไก่ ? คำตอบในทางกลศาสตร์ควอนตัมจะบอกว่า ทั้งไก่และไข่สามารถเกิดขึ้นก่อนอีกฝ่ายได้ทั้งคู่ แต่ปรากฏการณ์เช่นนี้จะไม่สามารถสังเกตเห็นได้ในชีวิตประจำวันของมนุษย์โดยทั่วไป

• ไก่กับไข่อะไรเกิดก่อน? กลศาสตร์ควอนตัมมีคำตอบ

มีการพิสูจน์ถึงปรากฏการณ์เชิงควอนตัมดังกล่าว โดยใช้สิ่งที่เรียกว่า “ควอนตัมสวิตช์” (Quantum switch) ซึ่งปล่อยให้อนุภาคของแสงหรือโฟตอนเพียง 1 อนุภาค เดินทางไปในอุปกรณ์ตรวจวัดการแทรกสอดและถูกรบกวนของแสง (Interferometer) ที่แยกเป็นสองเส้นทาง

ในแต่ละเส้นทางโฟตอนจะต้องเดินทางผ่านเลนส์สองตัวซึ่งถูกจัดวางไว้ในลำดับที่แตกต่างกัน ผลวิเคราะห์รูปแบบการแทรกสอดของแสงที่เกิดขึ้นชี้ว่า อนุภาคโฟตอนสามารถเดินทางผ่านเลนส์ทั้งสองชิ้นในสองเส้นทางได้หลายแบบ โดยไม่ต้องผ่านไปตามลำดับการจัดวางของเลนส์ที่เตรียมไว้แต่อย่างใด

6) ชี้ฟอสซิลสิ่งมีชีวิต 558 ล้านปี คือสัตว์ชนิดเก่าแก่ที่สุดของโลก

นักบรรพชีวินวิทยาจากมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย (ANU) ค้นพบร่องรอยของโมเลกุลคอเลสเตอรอล ในซากฟอสซิลสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์ที่มีอายุถึง 558 ล้านปี ซึ่งเป็นเครื่องยืนยันว่าสิ่งมีชีวิตดังกล่าวเป็นสัตว์ ไม่ใช่พืชหรือเชื้อรา ทั้งยังเป็นสัตว์ชนิดเก่าแก่ที่สุดของโลก เท่าที่เคยมีการค้นพบมาอีกด้วย

สิ่งมีชีวิตดังกล่าวมีชื่อว่า “ดิกคินโซเนีย” (Dickinsonia) เป็นสัตว์ทะเลซึ่งมีลักษณะคล้ายแมงกะพรุนที่ถูกผ่าลำตัวบางส่วนออก เดิมถูกจัดให้เป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตโบราณยุคอีดีแอคารัน (Ediacaran) ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จำพวกแรกที่ปรากฏตัวขึ้นบนโลกเมื่อราว 635-541 ล้านปีก่อน

• ฟอสซิลสิ่งมีชีวิต 558 ล้านปี คือสัตว์ชนิดเก่าแก่ที่สุดของโลก

การค้นพบครั้งนี้เท่ากับไขปริศนาด้านบรรพชีวินวิทยาที่ติดค้างอยู่มานานถึง 75 ปีให้กระจ่าง โดยนักวิทยาศาสตร์สามารถสรุปได้ว่า สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จำนวนมากเมื่อ 558 ล้านปีก่อนนั้น มักเป็นสัตว์ที่มีขนาดใหญ่และพบได้ทั่วไปในท้องทะเล แต่อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตยุคอีดีแอคารันได้สูญพันธุ์ไปเป็นส่วนใหญ่ เมื่อย่างเข้าสู่ยุคแคมเบรียนที่มีสัตว์หลากหลายชนิดพันธุ์เกิดขึ้น

7) “ปลูกถ่ายความทรงจำ” ในหอยทากทะเลได้สำเร็จ

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย วิทยาเขตลอสแอนเจลิส (ยูซีแอลเอ) ของสหรัฐฯ ประกาศความสำเร็จในการปลูกถ่ายความทรงจำ (Memory transplant) จากหอยทากทะเลชนิด Aplysia californica ตัวหนึ่ง ไปให้กับอีกตัวหนึ่งได้แล้ว

มีการทดลองฝึกให้หอยทากทะเลรู้จักสร้างกลไกป้องกันตัว เมื่อส่วนหางถูกสัมผัสด้วยกระแสไฟฟ้าอ่อน ๆ โดยหอยทากทะเลที่ถูกฝึกแล้วจะหดตัวเข้าในเปลือกเพื่อหลบกระแสไฟฟ้านานขึ้นราว 50 วินาที

• นักวิทยาศาสตร์เผย “ปลูกถ่ายความทรงจำ” ในหอยทากทะเลได้สำเร็จ

จากนั้นทีมผู้วิจัยได้สกัดเอา RNA ซึ่งเป็นสารชีวโมเลกุลสำคัญในเซลล์ ออกจากระบบประสาทของหอยทากทะเลที่ถูกไฟฟ้าช็อต แล้วนำไปฉีดให้กับหอยทากทะเลที่ยังไม่เคยถูกฝึกให้หลบภัยจากกระแสไฟฟ้ามาก่อน ผลปรากฏว่าหอยทากทะเลกลุ่มหลังเปลี่ยนไปมีพฤติกรรมหดตัวหลบภัยนานขึ้น โดยไม่ต้องถูกฝึกแต่อย่างใด

ผลการทดลองดังกล่าวพิสูจน์ให้เห็นว่าความทรงจำไม่ได้ถูกเก็บรักษาอยู่แต่ในไซแนปส์ (Synapse) หรือรอยต่อระหว่างเซลล์ประสาทตามที่เคยเข้าใจกันมาเท่านั้น แต่ความทรงจำบางประเภทยังถูกเก็บไว้กับ RNA ซึ่งอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ประสาทอีกด้วย ทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถโอนถ่ายความทรงจำได้ผ่านการปลูกถ่าย RNA แต่ในขณะนี้วิธีการดังกล่าวยังใช้ไม่ได้กับการโอนถ่ายความทรงจำที่มีรายละเอียดมากและซับซ้อนของมนุษย์

ติดตามข่าววิทยาศาสตร์ล่าสุดได้ทุกวัน ทางเว็บไซต์ bbcthai.com และเฟซบุ๊กของบีบีซีไทย

อาทิตย์ทรงกลด ปรากฏการณ์สุดสวยที่สวีเดน

คอลัมน์ Weather Wisdom โดย บัญชา ธนบุญสมบัติ

เมื่อวันที่ 14 ธันวาคม ค.ศ.2018 เกิดปรากฏการณ์ทรงกลด (halo phenomena) ที่ประเทศสวีเดน การทรงกลดครั้งนี้มีรูปแบบที่งดงามซับซ้อนอย่างยิ่ง  ดูภาพที่ 1 และ 2 และคลิปที่ให้ไว้สิครับ

ชมคลิปปรากฏการณ์ทรงกลดครั้งนี้ได้ที่

ภาพปรากฏการณ์ครั้งนี้ได้รับการแชร์อย่างกว้างขวางในโซเชียลมีเดียแต่ส่วนใหญ่ไม่มีคำอธิบายในเชิงวิชาการอีกทั้งไม่มีชื่อเรียกของเส้นหรือแถบแสงการทรงกลดแบบต่างๆที่ปรากฏในภาพ

ก่อนอื่นเลยควรทราบว่า การทรงกลด (halo) ทุกรูปแบบเกิดจากการที่แสงอาทิตย์ (หรือแสงจากแหล่งกำเนิดแสงใดๆ ก็ได้) หักเหหรือสะท้อนจากผลึกน้ำแข็งในอากาศหรือในเมฆครับ

ในกรณีที่เรากำลังสนใจอยู่นี้ การทรงกลดเกิดจากแสงอาทิตย์หักเหหรือสะท้อนโดยผลึกน้ำแข็งที่ล่องลอยอยู่ในอากาศใกล้ๆ ผิวพื้น ผลึกน้ำแข็งเหล่านี้ เรียกว่า ไดมอนด์ดัสต์ (diamond dust)

เพื่อให้การวิเคราะห์เป็นไปตามหลักการทางวิทยาศาสตร์ ผมใช้โปรแกรมฟรีแวร์ HaloPoint 2.0 ซึ่เขียนโดย Jukka Ruoskanen ผู้เชี่ยวชาญปรากฏการณ์ทรงกลด ทั้งนี้ในแบบจำลองได้ใช้ผลึกน้ำแข็ง 5 รูปแบบ ดังภาพที่ 3  เรียกผลึกแต่ละรูปแบบว่า A, B, C, D และ E

ผลึกแต่ละรูปแบบมีรายละเอียดที่สำคัญดังนี้

ผลึก A : รูปแท่ง หน้าตัด 6 เหลี่ยมด้านเท่า เอียงตัวแบบสุ่มๆ ในอากาศ ปริมาณ 5%
ผลึก B : รูปแผ่น วางตัวในแนวนอน หมุนรอบแกนผลึกได้ 360 องศา ปริมาณ 15%
ผลึก C : รูปแท่งคล้ายผลึก A แต่วางตัวในแนวนอน หมุนรอบแกนผลึกได้ 360 องศา ปริมาณ 30%
ผลึก D : รูปแท่ง หน้าตัด 6 เหลี่ยม วางตัวในลักษณะหันด้านแบนขนานกับพื้น ปริมาณ 30%
ผลึก E : รูปแผ่น วางตัวในแนวนอนแต่เอียงได้ 4 องศา  หมุนรอบแกนผลึกได้ 360 องศา ปริมาณ 20%

              ในการคำนวณ ผมตั้งค่ามุมเงยของดวงอาทิตย์ที่ 4 องศา โดยประมาณจากลักษณะความโค้งของเส้นทรงกลดบางเส้นในภาพ (จำเป็นต้องใช้วิธีนี้ เนื่องจากไม่มีข้อมูลเวลาที่เกิดปรากฏการณ์) ผลการคำนวณแสดงในภาพที่ 4 ครับ

ชื่อเรียกภาษาไทยของการทรงกลดแต่ละแบบมีดังนี้ครับ
           [1] 22-degree circular halo : วงกลม 22 องศา
           [2] sundog : ซันด็อก
           [3] upper sun pillar : พิลลาร์ดวงอาทิตย์ด้านบน
           [4] parhelic circle : วงกลมพาร์ฮีลิก
           [5] infralateral arc : เส้นโค้งอินฟราแลตเทอรัล
           [6] upper tangent arc : เส้นสัมผัสบน
           [7] upper sunvex Parry arc : เส้นโค้งแพร์รีแบบหันด้านนูนเข้าหาดวงอาทิตย์เส้นบน
           [8] upper suncave Parry arc : เส้นโค้งแพร์รีแบบหันด้านเว้าเข้าหาดวงอาทิตย์เส้นล่าง
           [9] circumzenithal arc : เส้นโค้งเซอร์คัมซีนิทัล
          [10] supralateral arc : เส้นโค้งซูพราแลตเทอรัล
          [11] 46 degree Parry supralateral arc : เส้นโค้งแพร์รีซูพราแลตเทอรัล 46 องศา
          [12] helic arc : เส้นโค้งฮีลิก
          [13] subhelic arc : เส้นโค้งซับฮีลิก

น่าสังเกตว่าการทรงกลดแบบupper suncave Parry arc และ subhelic arc ไม่ปรากฏเด่นชัดในภาพ (จึงใช้สีเทาอมฟ้าสะกดชื่อ) ต่างจากเส้นอื่นๆ ที่เหลือ (ซึ่งใช้สีเหลืองสะกดชื่อ) หมายความว่าแบบจำลองที่นำเสนอไว้ยังสามารถปรับปรุงได้อีก โดยการปรับรูปร่างผลึกและปริมาณสัมพัทธ์ เพื่อให้เส้นต่างๆ ที่คำนวณได้ใกล้เคียงภาพถ่ายยิ่งขึ้น

ทั้งนี้หากใช้ภาพถ่ายในตำแหน่งอื่นก็อาจทำให้เห็นการทรงกลดแบบอื่นๆเพิ่มเติมได้คุณผู้อ่านที่สนใจชมการวิเคราะห์ภาพการทรงกลดครั้งนี้ของอาจารย์Les Cowley ได้จาก link ต่อไปนี้  www.atoptics.co.uk/fza164.htm

ปรากฏการณ์ธรรมชาติมักจะมีอะไรสนุกๆ ให้เราได้แปลกใจและเรียนรู้เพิ่มเติมเสมอครับ 

บัญชา ธนบุญสมบัติ
www.facebook.com/buncha2509
buncha2509@gmail.com

แนะนำแหล่งข้อมูล
หากสนในน้ำแข็งในธรรมชาติอีกกว่า 20 แบบ ขอแนะนำหนังสือ Cloud Guide คู่มือเมฆและปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศ ติดต่อ สนพ.สารคดี

โทร: 02-547-2700 ต่อ 111, 116
อีเมล: memberskd@gmail.com
line id : 0815835040