เหมืองบนดวงจันทร์ อาณานิคมนอกโลก และถังขยะใบใหม่

          นิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง From the Earth to the Moon ของ Jules Verne ที่ตีพิมพ์ในปี ค.ศ.1865 เป็นวรรณกรรมที่สะท้อนความฝันและความพยายามในการเดินทางสู่อวกาศและดาวดวงอื่นของมนุษย์ ซึ่งกว่านิยายเรื่องนี้จะกลายเป็นความจริงก็ต้องอาศัยเวลาเกือบ 100 ปี นั่นคือเหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์โลกที่นักบินอวกาศแห่งสหภาพโซเวียตนามว่า Yuri Gagarin สามารถเดินทางไปอวกาศและกลับสู่โลกอย่างปลอดภัยในปี ค.ศ.1961 และใช้เวลาหลังจากนั้นอีก 8 ปีกว่าโครงการ Apollo 11 ของประเทศสหรัฐอเมริกาจะสามารถส่งนักบินอวกาศไปสัมผัสพื้นผิวของดวงจันทร์ได้สำเร็จในวันที่ 20 กรกฎาคม ในบทความนี้ผู้เขียนได้รวบรวมข้อมูลและข่าวเกี่ยวกับเหมืองบนดวงจันทร์ อาณานิคมนอกโลก รวมถึงการขนส่งขยะอันตรายออกสู่อวกาศ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะเกิดขึ้นในอนาคตอันใกล้มาให้อ่านครับ


          ไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการขนส่งด้วยจรวดที่สามารถใช้ซ้ำได้ของบริษัทเอกชนอย่าง SpaceX ได้สร้างความหวังใหม่ในการลดต้นทุนของการเดินทางสู่อวกาศ ความสำเร็จของ SpaceX จึงเป็นการเปิดโอกาสให้มนุษย์ในอนาคตอันใกล้สามารถเดินทางท่องเที่ยวในอวกาศใกล้โลก (Space Tourism) หรือพักอาศัยในโรงแรมอวกาศ (Space Hotel) ได้ แต่ความฝันของมนุษย์ไม่ได้มีเพียงเท่านั้น ไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมามีหลายประเทศที่ใฝ่ฝันอยากขึ้นไปทำเหมืองบนดวงจันทร์หรือดาวเคราะห์น้อย (Space Mining) เพราะเชื่อว่าดวงจันทร์อุดมไปด้วยธาตุหายาก (Rare Earth Elements) ที่มีมูลค่าสูง รวมถึงมีธาตุฮีเลียม-3 (Helium-3) ที่เกิดจากอนุภาคของลมสุริยะ (Solar Wind) ซึ่งอาจนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชั่น (Nuclear Fusion Reactor) ด้วยเหตุนี้ โครงการเหมืองบนดวงจันทร์จึงได้รับความสนใจจากประเทศสหรัฐอเมริกา รัสเซีย แคนาดา จีน อินเดีย และอีกหลายประเทศ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ทางฝั่งยุโรปคาดว่าจะมีการดำเนินการในปี ค.ศ.2025


          การทำเหมืองอวกาศอาจใช้เครื่องจักรหรือหุ่นยนต์เป็นแรงงานโดยมนุษย์ไม่จำเป็นต้องอยู่ควบคุมดูแลมากนัก แต่เนื่องจากโลกกำลังเผชิญปัญหาประชากรล้นเกินจนทรัพยากรทางธรรมชาติขาดแคลน เมื่อปริมาณรองรับ (Carrying Capacity) ของโลกไม่เพียงพอ ทางเลือกในการอยู่รอดของมนุษยชาติจึงมีอยู่ไม่มาก ทางแรกคือเร่งพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อแก้ปัญหาความอดอยาก พลังงาน และสิ่งแวดล้อม ทางที่สองคือควบคุมปริมาณประชากร และทางที่สามคืออพยพประชากรส่วนหนึ่งออกไปตั้งถิ่นฐานใหม่ในอาณานิคมนอกโลก (Space Colony) ซึ่งอาณานิคมดังกล่าวอาจเป็นยานอวกาศขนาดยักษ์ที่สร้างแรงโน้มถ่วงเทียม (Artificial Gravity) โดยการหมุนรอบตัวเอง หรืออาจเปลี่ยนสภาพของดาวเคราะห์ดวงอื่นให้สามารถอยู่อาศัยได้ (Terraforming)
            หากมนุษย์ตั้งถิ่นฐานใหม่บนดวงจันทร์ สิ่งที่ต้องเผชิญคือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตั้งแต่ 130 องศาเซลเซียสในส่วนที่โดนแสงอาทิตย์และ -170 องศาเซลเซียสในส่วนที่ไม่โดนแสงอาทิตย์ นอกจากนี้ดวงจันทร์ยังมีแรงโน้มถ่วงต่ำกว่าโลกถึง 6 เท่าและไม่มีชั้นบรรยากาศ ทำให้มันถูกรังสีและอนุภาคในอวกาศพุ่งชนตลอดเวลา ดังนั้นมนุษย์จึงต้องอาศัยอยู่ในฐานใต้ดินที่สร้างขึ้นจากวัสดุบนดวงจันทร์ที่ถูกปรับสภาพให้เหมาะสมต่อการดำรงชีวิต ปัจจัยต่อมาคืออาหาร ในระยะแรกอาจต้องมีการลำเลียงอาหารจากโลกขึ้นไปหล่อเลี้ยงปากท้องของชาวดวงจันทร์ แต่ถ้าบนดวงจันทร์สามารถสร้างโดมชีวภาพ (Bio Dome) เพื่อปลูกพืชได้ ปัญหาเรื่องอาหารจะบรรเทาลง ทั้งนี้ อาณานิคมบนดวงจันทร์จำเป็นต้องอาศัยเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กแบบโมดูล (Small Modular Reactors) และแผงโซลาร์เซลล์ประสิทธิภาพสูงเป็นแหล่งพลังงาน

            นอกจากนี้ ที่ขั้วเหนือ ขั้วใต้ รวมถึงหลุมอุกกาบาตของดวงจันทร์ยังมีน้ำแข็งที่อาจสะสมตัวอยู่จากการชนของดาวหางในอดีต ซึ่งน้ำเหล่านี้สามารถผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis) เพื่อเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจน-ออกซิเจนได้ และเมื่อไม่นานมานี้ European Space Agency (ESA) ได้ดำเนินการสร้างต้นแบบโรงงานผลิตออกซิเจน (Oxygen Plant) ที่ห้องปฏิบัติการ Materials and Electrical Components ของ European Space Research and Technology Centre (ESTEC) ที่เมือง Noordwijk ประเทศ Netherlands โดยการทดลองนี้เป็นการใช้อุปกรณ์ Mass Spectrometer ในการตรวจจับออกซิเจนที่ถูกสกัดออกมาจากตะกอนผิวดินจำลอง (Regolith) เนื่องจากตะกอนผิวดินของดวงจันทร์มีออกซิเจนเป็นส่วนประกอบ 40 ถึง 45 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งสามารถนำมาใช้เป็นอากาศหายใจและเป็นเชื้อเพลิงสำหรับการสำรวจอวกาศ แต่ออกซิเจนเหล่านี้ถูกผนึกเอาไว้ในรูปของแก้วและแร่ต่างๆ ทำให้ไม่สามารถนำมาใช้งานได้โดยตรง โดยวิธีการที่ ESTEC ใช้ในการสกัดออกซิเจนเรียกว่า Molten Salt Electrolysis ซึ่งเป็นการนำตะกอนผิวดินมาวางในภาชนะโลหะที่มีเกลือแคลเซียมคลอไรด์เป็นสารอิเล็กโทรไลต์ แล้วให้ความร้อนจนมีอุณหภูมิ 950 องศาเซลเซียส ซึ่งตะกอนผิวดินจะยังคงอยู่ในสถานะของแข็ง แต่ออกซิเจนจะแยกตัวออกมาแล้วถูกกักเก็บเอาไว้ใช้งาน สิ่งที่น่าสนใจก็คือผลพลอยได้จากกระบวนการ Molten Salt Electrolysis เพราะตะกอนผิวดินจะถูกแปรสภาพไปเป็นโลหะผสม (Alloy) รวมถึงแร่ธาตุอื่นๆ ที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์อย่างอื่นเช่นวัสดุก่อสร้างได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการทดลองดังกล่าวใช้ตะกอนผิวดินจำลองเป็นตัวทดสอบ เพราะตะกอนผิวดินของดวงจันทร์ของจริงมีราคาสูงและมีจำนวนจำกัด ซึ่งหากนำตะกอนผิวดินของจริงมาทดลองอาจจะให้ผลลัพธ์ที่เปลี่ยนไปในบางส่วน           ดวงจันทร์อาจไม่ได้มีบทบาทแค่ในฐานะเหมืองหรืออาณานิคม แต่ก่อนที่ผู้เขียนจะเล่าบทบาทสุดท้ายของดวงจันทร์ ผู้เขียนจะขอย้อนกลับมาที่โลกในยุคปัจจุบันก่อนสักครู่ เราทุกคนต่างทราบดีว่าการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลปริมาณมหาศาลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ (Climate Change) ดังนั้นพลังงานหมุนเวียนและพลังงานนิวเคลียร์จึงต้องมีบทบาทมากขึ้นในอนาคต แต่กากกัมมันตรังสี (และขยะอิเล็กทรอนิกส์) ที่เพิ่มขึ้นก็กลายเป็นปัญหาเช่นกัน เพราะเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่หมดอายุการใช้งานจะมีความร้อนและรังสีในปริมาณสูง ทำให้ต้องนำไปจัดการตามแนวทางที่เรียกว่า 2C4D ซึ่งเป็นการนำเชื้อเพลิงที่หมดอายุไปแช่น้ำเพื่อลดอุณหภูมิและปริมาณรังสี จากนั้นเชื้อเพลิงบางส่วนจะถูกสกัดเพื่อนำไปใช้ใหม่ตามกระบวนการคืนสภาพ (Reprocessing) ซึ่งกากกัมมันตรังสีมีทั้งแบบที่เป็นของแข็ง ของเหลว และแก๊ส ที่จะต้องผ่านกระบวนการแปรสภาพให้กลายเป็นของแข็งโดยผสมกับซีเมนต์ (Cementation) ผสมกับบิทูเมน (Bituminization) ผนึกกับแก้ว (Vitrification) หรือกรองด้วยด้วยถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon) เพื่อให้เกิดความคงทนก่อนบรรจุลงในภาชนะโลหะไร้สนิม จากนั้นจึงนำไปเก็บในสถานที่จัดเก็บชั่วคราวเพื่อรอการนำไปฝังในหลุมใต้ดินลึกหลายร้อยเมตรตามระดับความแรงของกากกัมมันตรังสี (Level Waste) และค่าครึ่งชีวิต (Half-Life) แต่ปัญหามีอยู่ว่าสถานที่ที่เหมาะสมนั้นมีไม่มาก อีกทั้งต้องคำนึงถึงปัจจัยหลายอย่าง เช่น การปนเปื้อนจากน้ำท่วม การไหลของน้ำใต้ดิน ความเสี่ยงต่อการถล่มของหลุม ความปลอดภัยจากแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ และความห่างไกลจากแหล่งชุมชนหรือพื้นที่เกษตรกรรม เป็นต้น           หากโลกดำเนินมาถึงจุดที่สถานที่กักเก็บขยะกัมมันตรังสีมีไม่เพียงพอ นักวิทยาศาสตร์ก็ต้องหาสถานที่ใหม่ในการกักเก็บซึ่งคงหนีไม่พ้นอวกาศ แต่การส่งขยะนิวเคลียร์หนักหลายตันจำนวนมากขึ้นไปล่องลอยอยู่ในวงโคจรของโลกย่อมมีความเสี่ยงที่มันจะพุ่งชนกับดาวเทียมหรือวัตถุในอวกาศจนแตกออกแล้วตกสู่โลกในฐานะของอุกกาบาตกัมมันตรังสี ซึ่งอาจทำให้พื้นโลกปนเปื้อนไปด้วยสารกัมมันตรังสีไปนานนับพันปี ดังนั้นอาจมีความจำเป็นต้องนำพวกมันไปเก็บบนดวงจันทร์ (หรือส่งไปให้ดวงอาทิตย์เผาทำลาย) ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงมาก แต่การขนส่งทางอวกาศที่มีราคาถูกลงในปัจจุบันอาจเปิดโอกาสให้มีความเป็นไปได้


          แม้บทความนี้จะเป็นการคาดการณ์ถึงอนาคตที่ดูคล้ายนิยายวิทยาศาสตร์ แต่ผู้เขียนคิดว่าการตระหนักถึงปัญหาและหาทางแก้ไขด้วยความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่มีอยู่ตั้งแต่เนิ่นๆ เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เพราะหากเราไม่ใส่ใจต่อการกระทำของเรา ผลกระทบที่ตามมาอาจไม่ได้เกิดในยุคของเรา แต่ลูกหลานของเราจะต้องเป็นฝ่ายรับผลของการกระทำนั้นแทน ดังนั้นเราจึงต้องส่งต่อโลกที่น่าอยู่ให้กับคนรุ่นต่อไป ไม่ว่าลูกหลานของเราในอนาคตจะยังอาศัยอยู่บนโลกใบนี้หรืออพยพไปสู่โลกใบใหม่แล้วก็ตาม

 

อ้างอิง

• https://www.esa.int/Our_Activities/Preparing_for_the_Future/Space_for_Earth/Energy/Helium-3_mining_on_the_lunar_surface
• https://phys.org/news/2020-01-esa-oxygen-air-moondust.html?fbclid=IwAR3Pk4-ILeLAFNge56hOpCHel_BwO05j1EpkTd4NTPIzWTkVGJ4DIqIXUAU
• https://earthsky.org/space/how-to-mine-the-moon?fbclid=IwAR0XJouC0MX0BNhCGsGPebBhP2pWesT2r0RgsQbZIMAuhST90c1aq-1jMq0
• https://www.mining.com/mining-moon-ready-lift-off-2025/?fbclid=IwAR1b6Urc5OlfSNVGO2eG8qkiY6JYuTZ5jDkO2Gn0zJDlawqk4k7nlX2QdnI
• https://www.science.org.au/curious/space-time/mining-moon?fbclid=IwAR0gTDoXzs2WpJsoVsPZw1iFQFjKuLUK5bzyoX_p69dxwA5_QwJBKiYpIjk
• https://www.jpl.nasa.gov/infographics/infographic.view.php?id=11272&fbclid=IwAR3x4MKWQBDdohf_Enn-OHpszEhKR1PozlQB3KMfAEU5o3L5Wsn_rHyyWRM
• https://engineering.mit.edu/engage/ask-an-engineer/would-it-be-feasible-to-dump-nuclear-waste-on-the-moon/?fbclid=IwAR3CWfluuaWjHSRN87NANjO66slpWeaxZBoZEHask2BmVAltAdGpi4y6MTs
• http://www0.tint.or.th/waste/waste01.html?fbclid=IwAR3v30WTuurywawRi3y-xRQYVrEjEE65JT67kyTQ4P4GQ9j8pr9dkd2B4Ck