ฟิสิกส์ของเรืออับปาง คลื่นทะเลอาจไม่ใช่สาเหตุหลัก และเสื้อชูชีพเพิ่มโอกาสรอดตายได้จริง

“เรือหลวงสุโขทัยอับปางกลางอ่าวไทย ลูกเรือสูญหายกว่า 30 ชีวิต”

ผมเห็นข่าวนี้ครั้งแรกทางโทรทัศน์ตอนรุ่งสางของวันที่ 19 ธันวาคม 2565 พอฟังจบก็รู้สึกตกใจ เมื่อทราบว่าลูกเรือที่สูญหายไปหลายคนอาจกำลังลอยคออยู่กลางทะเล โดยไม่มีอุปกรณ์ช่วยชีวิตอย่างห่วงยางและเสื้อชูชีพติดตัว ดังนั้น ผมจึงอยากชวนผู้อ่านมาเรียนรู้สาระพื้นฐานเกี่ยวกับฟิสิกส์ของเรือ ความแปรปรวนของท้องทะเล และการเอาตัวรอดเมื่อเรืออับปาง ด้วยภาษาที่เข้าใจง่ายและไม่มีสมการที่ชวนปวดหัวครับ

ท้องทะเลเป็นสถานที่ที่สวยงามและน่าหวั่นเกรงในเวลาเดียวกัน เพราะใต้ผืนน้ำสีครามนั้นมืดมิด เย็นเยียบ และอาจมีสัตว์อันตรายเร้นกายอยู่เบื้องล่าง สมัยเป็นนักศึกษา ผมเคยเรียนวิชาโบราณคดีใต้น้ำ (underwater archaeology) และวิชาธรณีฟิสิกส์ทางทะเล (marine geophysics) จำได้ว่าก่อนออกภาคสนามจะต้องฝึกว่ายน้ำ ดำน้ำ การปฐมพยาบาล การช่วยฟื้นคืนชีพ การปฏิบัติตนขณะอยู่บนเรือ การเอาตัวรอดในสถานการณ์ฉุกเฉิน รวมถึงต้องเรียนวิชาอุตุนิยมวิทยาทางทะเล (marine meteorology) และวิชาสมุทรศาสตร์ (oceanography) เพื่อให้สามารถประเมินลมฟ้าอากาศ (weather) และความแปรปรวนของทะเล ณ ช่วงเวลาต่างๆ ได้อย่างแม่นยำ

การสำรวจใต้น้ำ (underwater survey) เพื่อค้นหาโบราณวัตถุ (artifact) หรือการศึกษาภูมิทัศน์ใต้น้ำ (underwater landscape) เป็นเพียงส่วนหนึ่งของการทำงาน เพราะนักโบราณคดีใต้น้ำหรือนักธรณีฟิสิกส์ทางทะเลจะต้องใช้ชีวิตอีกส่วนหนึ่งอยู่บนเรือ หากลมฟ้าอากาศเป็นใจก็จะทำงานได้อย่างราบรื่น แต่ถ้าวันใดท้องทะเลแปรปรวนอย่างกะทันหัน เราก็อาจติดอยู่กลางทะเลนานหลายชั่วโมงหรืออาจนานหลายวัน นั่นหมายความว่าความปลอดภัยในชีวิตของเราต้องฝากไว้กับ ‘เรือ’ และ ‘คนควบคุมเรือ’ นั่นเอง

จากเหตุผลข้างต้น นักวิทยาศาสตร์บางคนจึงสนใจวิชาวิศวกรรมเรือ (naval engineering) ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับการออกแบบ การสร้าง การบำรุงรักษา การทำงานของเรือ และการเดินเรือ (marine navigation) ด้วยระบบจีพีเอส ดาวเทียม และคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัย แต่บางคนอาจสนใจวิชาการเดินเรือเชิงดาราศาสตร์ (celestial navigation) ซึ่งเป็นความรู้สมัยโบราณที่อาศัยเข็มทิศ แผนที่ท้องฟ้า (sky map) กล้องโทรทรรศน์ (telescope) แอสโทรแลบ (astrolabe) ควอดรันต์ (quadrant) ครอสตาร์ฟ (cross staff) และเซกซ์แทนต์ (sextant) ในการระบุตำแหน่งและทิศทางของเรือ แม้คนส่วนใหญ่จะถือว่าวิชานี้ ‘ตกยุค’ และ ‘ไม่เป็นที่นิยม’ แล้วก็ตาม

เรือลอยน้ำได้อย่างไร?

ความรู้ด้านการออกแบบเรือและการเคลื่อนไหวของเรือขณะลอยน้ำนั้นซับซ้อนมาก แต่เราสามารถทำความเข้าใจเรื่องนี้อย่างง่ายๆ ด้วยความรู้วิทยาศาสตร์ระดับมัธยม เพราะสิ่งที่กำหนดว่า วัตถุชนิดใดจะลอยหรือจมน้ำก็คือ ความหนาแน่น (density) ซึ่งหาค่าได้จากการนำมวลของวัตถุมาหารด้วยปริมาตรของสิ่งนั้น ถ้าวัตถุมีค่าความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ วัตถุนั้นก็จะลอย ในทางกลับกัน ถ้าวัตถุมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ มันก็จะจม ส่วนวัตถุที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงกับน้ำจะลอยปริ่มน้ำ

หลักการของอาร์คิมีดีส (Archimedes’ principle) อธิบายแรงที่กระทำต่อเรือที่กำลังลอยน้ำว่า “วัตถุที่จมในของเหลวทั้งก้อน หรือจมเพียงบางส่วน จะได้รับแรงกระทำจากของเหลวนั้น โดยขนาดของแรงจะมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกวัตถุนั้นแทนที่” แรงดังกล่าวคือ แรงลอยตัว (buoyant force) ที่ช่วยพยุงวัตถุเอาไว้นั่นเอง

นอกจากนี้ แรงที่กระทำต่อเรือที่ลอยอยู่นิ่งๆ กับเรือที่กำลังแล่นก็แตกต่างกัน เรือที่กำลังเคลื่อนที่จะถูกอธิบายผ่านหลักการของแบร์นูลลี (Bernoulli’s principle) ได้ว่า “เมื่อของไหลที่กำลังเคลื่อนที่มีอัตราเร็วเพิ่มขึ้น ความดันของของไหลจะลดลง และหากอัตราเร็วของของไหลลดลง ความดันของของไหลจะเพิ่มขึ้น” ดังนั้น ความดันที่เปลี่ยนแปลงไปจะมีผลต่อการเคลื่อนที่ของเรือ

การเคลื่อนไหวของเรือ (ship motion) มีทั้งหมด 6 แบบ เรียกว่า ‘6 องศาแห่งความอิสระ’ (six degrees of freedom) ซึ่งจัดกลุ่มได้เป็น 2 ลักษณะ คือ

1. การเคลื่อนไหวตามแนวการหมุน (rotational) ได้แก่ การโคลงทางด้านข้าง (roll) การโยกขึ้น-โยกลงตามแนวหัวเรือ-ท้ายเรือ (pitch) และการส่ายไปทางซ้าย-ทางขวาตามแนวหัวเรือ-ท้ายเรือ (yaw)
2. การเคลื่อนไหวตามแนวการเลื่อนตำแหน่ง (translational) ได้แก่ การเลื่อนไปด้านหน้า-ด้านหลัง (surge) การเลื่อนไปทางซ้าย-ทางขวา (sway) และการเลื่อนขึ้น-เลื่อนลง (heave)

เมื่อทราบรูปแบบการเคลื่อนไหวของเรือเรียบร้อยแล้ว อยากให้ผู้อ่านลองจินตนาการถึงเรือ 2 ลำที่มีหน้าตาเหมือนกันเปี๊ยบ เรือลำแรกลอยนิ่งอยู่กลางน้ำ ส่วนเรือลำที่สองกำลังแล่นด้วยอัตราเร็วค่าหนึ่ง เราจะพบว่าท้องของเรือที่ลอยอยู่นิ่งๆ จะจมน้ำน้อยกว่าท้องของเรือที่กำลังแล่น สาเหตุที่เป็นเช่นนี้เพราะอัตราเร็วของน้ำที่ไหลผ่านแต่ละตำแหน่งของเรือมีค่าไม่เท่ากัน ความดันที่กระทำต่อแต่ละตำแหน่งของเรือจึงมีค่าไม่เท่ากันด้วย ค่าความดันที่แตกต่างกันนี้คือสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เรือลอยขึ้น จมลง หรือเบนไปจากแนวการเคลื่อนที่เดิม เราเรียกส่วนของเรือที่จมอยู่ในน้ำจนถึงพื้นท้องน้ำว่า ค่ากินน้ำลึก (draft) และเรียกความแตกต่างของค่ากินน้ำลึกระหว่างเรือที่ลอยนิ่งกับเรือที่กำลังแล่นว่า สควอท (squat)

เรือในทะเลจะเอียงไปทางด้านข้างจากความไม่สมดุลของน้ำหนักภายในเรือที่เราเรียกว่า ลิสต์ (list) บางครั้งเรือก็เอียงไปทางด้านข้างเพราะคลื่นลม เราเรียกว่า ฮีล (heel) ส่วนการเอียงตามแนวยาวของหัวเรือ-ท้ายเรือ เราจะเรียกว่า ทริม (trim)

สิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึงคือ เสถียรภาพของเรือ (ship stability) เรือที่ลอยอยู่ในน้ำนิ่งอย่างปลอดภัย เรียกว่า เสถียรภาพสมบูรณ์ (intact stability) แต่เรือที่กำลังลอยแบบสมดุล (equilibrium) สามารถเปลี่ยนไปสู่การลอยแบบเอียงได้ โดยการเอียงจะแบ่งออกเป็น

1. สมดุลเสถียร (stable equilibrium) หมายถึง ภาวะที่เรือกำลังเอียง แต่ยังสามารถกลับมาตั้งตรงตามปกติได้
2. สมดุลเป็นกลาง (neutral equilibrium) หมายถึง ภาวะที่เรือกำลังเอียงและไม่สามารถกลับมาตั้งตรงตามปกติ แต่ยังสามารถรักษาสมดุลไม่ให้คว่ำได้
3. สมดุลไม่เสถียร (unstable equilibrium) หมายถึง ภาวะที่เรือกำลังเอียง ไม่สามารถกลับมาตั้งตรงได้ และมีการเอียงมากขึ้นเรื่อยๆ จนสุ่มเสี่ยงต่อการล่มหรืออับปาง

กรณีที่เรือเริ่มสูญเสียการทรงตัวเนื่องจากเกิดความเสียหาย น้ำท่วมภายใน หรือเกิดการเกยตื้น เราเรียกสถานะดังกล่าวว่า เสถียรภาพแบบเสียหาย (damaged stability) แต่เรือขนาดใหญ่จะมีการแบ่งพื้นที่ภายในออกเป็นส่วนๆ โดยมีผนังและประตูกั้น เรียกว่า คอมพาร์ตเมนต์ (compartment) เพื่อทำหน้าที่ ‘ขัง’ ไม่ให้น้ำที่ทะลักเข้ามาไหลไปยังส่วนอื่นๆ ภายในเรือ

ความแปรปรวนของท้องทะเล

การประเมินสภาวะคลื่นลมก่อนนำเรือออกสู่ทะเลเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง หากทะเลสงบนิ่งก็ไม่มีอะไรน่าห่วง แต่บ่อยครั้งทะเลมักจะแปรปรวนขึ้นมาดื้อๆ โดยความสูงของคลื่นทะเลจะแปรผันตรงกับความเร็วของลมที่พัดผ่านผิวน้ำอย่างต่อเนื่องในทิศทางเดียวกัน ส่วนการไหลของกระแสน้ำจะได้รับอิทธิพลจากแรงลม อุณหภูมิ ความเค็ม ความหนาแน่น ขอบของแผ่นดิน ลักษณะของพื้นทะเล และการหมุนรอบตัวเองของโลก โดยความสูงของคลื่นทะเลจะถูกรายงานด้วยสภาวะทะเล (sea state) มาตราทะเลดักลาส (Douglas sea scale) และมาตราโบฟอร์ต (Beaufort scale)

บางครั้งอาจเกิด ‘คลื่นยักษ์’ ที่สูงกว่าคลื่นปกติหลายเท่าอย่างฉับพลันทันด่วน เรียกว่า คลื่นคลั่ง (rogue wave) ซึ่งจะแตกต่างจากสึนามิ (tsunami) ที่เกิดจากแรงหรือพลังงานที่กระทำต่อมวลน้ำทะเลอย่างรุนแรงและกะทันหัน อาทิ ดินถล่ม แผ่นดินไหว ภูเขาไฟปะทุ การเปลี่ยนแปลงความดันบรรยากาศ อุกกาบาตตก และการทดลองระเบิดนิวเคลียร์

แต่สำหรับเรือหลวงสุโขทัย ผมประเมินว่า ‘มีโอกาสค่อนข้างน้อย’ ที่เรือลำนี้จะอับปางเพราะคลื่นทะเลเพียงปัจจัยเดียว ดังนั้น เหตุสลดครั้งนี้ ‘อาจ’ มีสาเหตุอื่นร่วมด้วย อาทิ ความผิดพลาดในการบังคับเรือ อุปกรณ์ในเรือไม่พร้อมใช้งาน เรือมีอายุการใช้งานมาก เรือขาดการซ่อมบำรุง เรือมีความเสียหายอยู่ก่อน เรือพุ่งชนกับวัตถุบางอย่างจนเสียหาย หรือเกิดจากหลายสาเหตุร่วมกัน

การเอาตัวรอดจากเรืออับปาง

ปกติแล้วเรือขนาดใหญ่จะมีเรือเล็ก แพช่วยชีวิต เสื้อพยุงตัว เสื้อชูชีพ ห่วงยาง และอุปกรณ์อื่นๆ เตรียมพร้อมไว้เสมอ หากประเมินแล้วว่าเรือกำลังจะอับปางอย่างแน่นอน สิ่งที่ต้องทำอย่างแรกคือการตั้งสติ สวมอุปกรณ์ช่วยชีวิต สูดลมหายใจลึกๆ เก็บอากาศให้เต็มปอด แล้วกระโดดออกไปให้พ้นจากเรือในแนวดิ่ง โดยให้เท้าที่แนบชิดกันสัมผัสกับผิวน้ำก่อนส่วนอื่นของร่างกายเพื่อลดแรงปะทะ (แต่ห้ามกระโดดทางด้านท้ายเรือ เพราะอาจถูกกระแสน้ำที่ปั่นป่วนดูดเข้าไปใต้ท้องเรือ หรือได้รับบาดเจ็บจากใบพัดเรือ) จากนั้นทรงตัวในน้ำให้มั่น แล้วว่ายน้ำออกห่างจากเรือ เพราะเรือที่กำลังจมอาจมีห้วงน้ำหมุนวนที่ดูดสิ่งต่างๆ ตามลงไป

เมื่อว่ายน้ำออกห่างจากเรือจนพ้นระยะอันตราย ให้ลอยตัวอยู่เหนือน้ำเพื่อประหยัดพลังงานและควรหันหลังให้คลื่นเพื่อป้องกันคลื่นซัดน้ำเข้าปาก จากนั้นสำรวจทิวทัศน์รอบตัว หากพบว่าลอยอยู่ใกล้ชายฝั่งให้ว่ายน้ำเข้าหาชายฝั่งหรือส่งสัญญาณขอความช่วยเหลือ (เสื้อชูชีพมักจะมีนกหวีดห้อยติดอยู่ด้วย) กรณีที่อยู่ไกลจากชายฝั่งควรปล่อยตัวให้ลอยไปตามกระแสน้ำเพื่อรอการช่วยเหลือ เพราะการว่ายน้ำสวนทางกับคลื่นจะทำให้หมดแรงอย่างรวดเร็ว และหากมีผู้ประสบภัยคนอื่นลอยอยู่ใกล้กันก็ควรรวมกลุ่มเพื่อช่วยเหลือกัน

เรื่องความสำคัญของเสื้อชูชีพก็มีประเด็นที่น่าสนใจนะครับ เพราะงานวิจัยเรื่อง การวิเคราะห์การสวมเสื้อชูชีพ, ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม และกิจกรรมที่มีผลต่ออัตราการเสียชีวิตจากอุบัติเหตุทางทะเล (An analysis of lifejacket wear, environmental factors, and casualty activity on marine accident fatality rates) ของคณะนักวิทยาศาสตร์จากประเทศอังกฤษและประเทศนิวซีแลนด์ นำโดย เซบาสเตียน จอห์น พิตแมน (Sebastian John Pitman) ที่ตีพิมพ์เมื่อไม่นานมานี้ ระบุว่า “ผลการตรวจสอบอุบัติเหตุทางน้ำจำนวนมากตลอด 6 ปีที่ผ่านมา พบว่า การสวมเสื้อชูชีพที่เพิ่มขึ้นสัมพันธ์กับการเสียชีวิตที่ลดลง โอกาสการเสียชีวิตในฤดูหนาวจะมีมากกว่าช่วงเวลาอื่น และอุบัติเหตุทางเรือเป็นกรณีเสี่ยงที่อันตรายที่สุด” งานวิจัยดังกล่าวเน้นย้ำว่า การสวมเสื้อชูชีพช่วยเพิ่มโอกาสในการรอดชีวิตจากอุบัติเหตุทางน้ำได้มากถึง 94 เปอร์เซ็นต์เลยทีเดียว!!

หลังจากเรืออับปาง การออกค้นหาผู้ประสบภัยจะต้องกำหนดขอบเขตพื้นที่ค้นหา ซึ่งเทคโนโลยีที่เข้ามาช่วย ‘ตีกรอบ’ ก็คือภาพถ่ายดาวเทียม แบบจำลองทางอุตุนิยมวิทยา แบบจำลองทางสมุทรศาสตร์ และอุปกรณ์ตรวจวัดคลื่นลมที่แสดงข้อมูลความเร็ว ทิศทาง และอุณหภูมิของอากาศกับน้ำทะเล ทำให้เราสามารถประเมินได้ว่า ผู้ประสบภัยจะถูกพัดลอยไปในทิศทางใด สภาพร่างกายเป็นอย่างไร และควรเตรียมการช่วยเหลืออย่างไร

การตรวจสอบสาเหตุการอับปางที่ประชาชนควรจับตามอง

หลังจากเสร็จสิ้นการค้นหาผู้รอดชีวิตและการตรวจสอบเอกลักษณ์บุคคลของผู้เสียชีวิตทางนิติวิทยาศาสตร์ (forensic science) สิ่งต่อไปที่ต้องทำคือ การสืบหาสาเหตุที่ทำให้เรืออับปาง ซึ่งจะต้องทำอย่างถูกต้องและโปร่งใสตามหลักนิติวิศวกรรมศาสตร์ (forensic engineering) กล่าวคือ ต้องค้นหา ตรวจสอบ และวิเคราะห์ความเสียหายของโครงสร้าง วัสดุ ผลิตภัณฑ์ และบริการทางวิศวกรรม ที่ทำให้เกิดการบาดเจ็บหรือการสูญเสีย โดยการสอบถามจากพยานที่รอดชีวิต ตรวจสอบหลักฐานแวดล้อม และสำรวจซากเรือที่จมอยู่ใต้ทะเล รวมถึงอาจพิจารณากู้ซากเรือขึ้นมาบนบก เนื่องจากภายในเรืออาจมีน้ำมัน โลหะหนัก และสารพิษที่เป็นอันตรายต่อระบบนิเวศทางทะเลปะปนอยู่เป็นจำนวนมาก

หากย้อนกลับไปดูวีรกรรมของกองทัพไทย เราจะพบท่าทีส่อทุจริตนานัปการ ไม่ว่าจะเป็นเครื่องตรวจระเบิดลวงโลก ปืนหาย รถถังเจ๊ง เรือเหาะฟีบ เครื่องบินตก และพลทหารถูกเอารัดเอาเปรียบ แต่นายทหารระดับสูงกลับแทบไม่เคยถูกตรวจสอบและลงโทษอย่างจริงจังเลยสักครั้ง แม้ว่าหลายเรื่องจะเป็นเหตุให้มีคนได้รับบาดเจ็บ พิการ หรือเสียชีวิตก็ตาม ปัญหาเหล่านี้สะท้อนให้เห็นว่า การที่บรรดานายพลนำเงินภาษีของประชาชนไปซื้ออาวุธสงครามมาสะสมและเกณฑ์ลูกหลานคนอื่นมาเป็นบ่าวรับใช้ ไม่ได้ทำให้กองทัพไทยยิ่งใหญ่เกรียงไกรแต่อย่างใด

ผมหวังว่าความจริงเรื่องสาเหตุการอับปางของเรือหลวงสุโขทัยจะไม่จมดิ่งลงสู่ก้นทะเลที่มืดมิดพร้อมกับตัวเรือ เพราะดูเหมือนว่าการงมเข็มในมหาสมุทรจะง่ายดายยิ่งกว่าการตรวจสอบความโปร่งใสและการทวงถามความรับผิดชอบจากกองทัพไทยเสียอีก

อ้างอิง

• เรือ รถ และเครื่องบินของคุณแบร์นูลลี
• Celestial navigation 101: master the basics first
• Ship Motions – The Ultimate Guide
• Stability of fishing vessels: List and loll
• Ship Stability – Understanding Intact Stability of Ships
• An analysis of lifejacket wear, environmental factors, and casualty activity on marine accident fatality rates
• What is a rogue wave?
• Forensic Engineering

• Facebook
• Twitter
• Line

สมาธิ ธรรมศร
นักสื่อสารวิทยาศาสตร์และนักวิชาการด้านฟิสิกส์ประยุกต์ โลกศาสตร์ และดาราศาสตร์ ที่ชื่นชอบการเดินป่า เที่ยวพิพิธภัณฑ์ และฟังเพลงวงไอดอล