กลางดึกของค่ำคืนวันที่ 14 เมษายน คาบเกี่ยวรุ่งสางของวันที่ 15 เมษายน ปี 1912 เรือเดินสมุทรขนาดใหญ่นามว่า ไททานิก (Titanic) ที่บรรจุผู้โดยสารราว 2,200 คน ได้พุ่งเข้าชนภูเขาน้ำแข็งอย่างรุนแรงระหว่างการเดินทางเที่ยวแรกจากเมืองเซาแทมป์ตัน สหราชอาณาจักร ไปยังนครนิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา ผลของการปะทะทำให้น้ำทะลักเข้าไปภายในเรือ เรือจึงสูญเสียการทรงตัว แตกออกจากกันเป็นสองส่วน แล้วจมดิ่งลงสู่ก้นมหาสมุทรแอตแลนติกที่มืดมิดและเย็นยะเยือกพร้อมกับชีวิตของผู้เคราะห์ร้ายกว่า 1,500 คน
แม้คนส่วนใหญ่จะรู้จักเรือไททานิกเพราะเรื่องราวความรักระหว่าง ‘แจ๊ค’ กับ ‘โรส’ จากภาพยนตร์ระดับตำนานของผู้กำกับมากฝีมืออย่างเจมส์ แคเมรอน (James Cameron) แต่คงไม่มีใครปฏิเสธว่าการอับปางของ ‘เรือที่ไม่มีวันจม’ เป็นเหตุการณ์ครั้งประวัติศาสตร์ที่สร้างความตระหนักเรื่องความปลอดภัยของการคมนาคมทางทะเลและกลายเป็นสิ่งดึงดูดความสนใจของเหล่านักสำรวจมากหน้าหลายตามาอย่างยาวนาน
ฟิสิกส์ของเรือดำน้ำ
เรือดำน้ำ (submarine) หมายถึง เรือปฏิบัติการใต้ผิวน้ำที่สามารถทำงานได้อย่างอิสระโดยไม่จำเป็นต้องมีศูนย์ควบคุมภายนอก เรือดำน้ำยุคแรกที่ถูกออกแบบไว้เมื่อประมาณ 500 ปีก่อน จะมีลักษณะคล้ายถังไม้ที่ถูกหุ้มด้วยหนังสัตว์และขับเคลื่อนด้วยใบพาย หลังจากนั้นจึงเปลี่ยนวัสดุมาเป็นโลหะและขับเคลื่อนด้วยใบพัด
กระทั่งปี 1870 แนวคิดเรื่อง ‘เรือดำน้ำไฮเทค’ ก็กลายเป็นที่สนใจของคนหมู่มากจากเรื่องราวการผจญภัยของกัปตันนีโม (Nemo) และเรือดำน้ำนอติลุส (Nautilus) ในนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง ใต้ทะเลสองหมื่นโยชน์ (Twenty Thousand Leagues Under the Seas) ของนักเขียนนามว่า จูลส์ เวิร์น (Jules Verne) หลังจากนั้นไม่นาน แหล่งพลังงานของเรือดำน้ำก็ถูกแทนที่ด้วยเทคโนโลยีที่ทันสมัยอย่างน้ำมันดีเซล แบตเตอรี่ และปฏิกิริยานิวเคลียร์
โครงสร้างทั่วไปของเรือดำน้ำสมัยใหม่ประกอบด้วย
- ตัวเรือภายนอก (external hull) ทำหน้าที่ปกป้องเรือดำน้ำจากสิ่งต่างๆ ในทะเล
- ตัวเรือรักษาความดัน (pressure hull) ทำหน้าที่ควบคุมความดันภายในเรือดำน้ำให้มีค่าเหมาะสม
- ถังควบคุมการลอยตัว (ballast tank) ทำหน้าที่ควบคุมการลอยตัวและการจมตัวของเรือดำน้ำ
- ปีกระนาบใต้น้ำ (diving plane) ทำหน้าที่ควบคุมการก้มและการเงยของเรือดำน้ำ
- หางเสือ (rudder) ทำหน้าที่ควบคุมการเลี้ยวของเรือดำน้ำ
- ใบจักร (propeller) ทำหน้าที่ผลักเรือดำน้ำให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้า
หัวใจสำคัญของเรือดำน้ำคือ ‘ถังควบคุมการลอยตัว’ ที่อัดแน่นด้วยอากาศ กล่าวคือเมื่อถังควบคุมการลอยตัวมีอากาศมากกว่าน้ำทะเล แรงลอยตัว (buoyant force) จะมีค่ามากกว่าน้ำหนักของเรือดำน้ำ เรือดำน้ำจึงลอยอยู่ที่ผิวน้ำ แต่เมื่อถังควบคุมการลอยตัวเปิดทางให้น้ำทะเลไหลเข้ามาแทนที่อากาศ แรงลอยตัวจะมีค่าน้อยกว่าน้ำหนักของเรือดำน้ำ เรือดำน้ำจึงจมลงสู่ใต้ผิวน้ำ พูดง่ายๆ คือการลอยตัวและการจมตัวของเรือดำน้ำจะถูกกำหนดด้วยสัดส่วนระหว่างอากาศกับน้ำทะเลที่ไหลเข้าและไหลออกนั่นเอง
นอกจากโครงสร้างหลัก เรือดำน้ำจำเป็นต้องมีศูนย์ควบคุมภายในซึ่งทำหน้าที่สั่งการระบบต่างๆ อาทิ การจ่ายพลังงาน การขับเคลื่อน การระบุตำแหน่ง การนำทาง การสำรวจ การติดต่อสื่อสาร การจู่โจมเป้าหมาย การอำพรางตัวจากศัตรู การควบคุมปัจจัยดำรงชีพ และการรักษาความปลอดภัย
ปัจจุบัน เรือดำน้ำถูกใช้ในปฏิบัติการทางทหาร การสำรวจทางภูมิศาสตร์ การศึกษาทางโบราณคดี การจัดวางโครงสร้างทางวิศวกรรม การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ไปจนถึงการท่องเที่ยวของเหล่ามหาเศรษฐี สิ่งที่น่าสนใจคือเรือดำน้ำในอนาคตอาจไม่ได้มีลักษณะคล้ายท่อทรงกระบอกไร้เสน่ห์อีกต่อไป แต่จะถูกออกแบบตามหลักการชีวลอกเลียน (biomimicry) ให้มีรูปลักษณ์คล้ายกับสัตว์ทะเลเพื่อประสิทธิภาพสูงสุดในการเคลื่อนที่ใต้น้ำ
ความลึกลับของมหาสมุทร
เคยมีใครบางคนกล่าวว่า “มนุษย์รู้จักดวงจันทร์มากกว่ามหาสมุทรบนโลกเสียอีก” คำพูดนี้ไม่ใช่เรื่องเกินจริงเลยสักนิด เพราะนักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างแบบจำลองโครงสร้างภายในและแผนที่พื้นผิวของดวงจันทร์จากข้อมูลของเครื่องตรวจวัดคลื่นไหวสะเทือน (seismometer) และภาพถ่ายความละเอียดสูงจากกล้องถ่ายรูปบนยานอวกาศ
การสำรวจห้วงลึกของมหาสมุทรที่เต็มไปด้วยปริศนาจำเป็นต้องอาศัยความรู้วิชาสมุทรศาสตร์กายภาพ (physical oceanography) หรือสมุทรฟิสิกส์ (ocean physics) ซึ่งเป็นการศึกษาเกี่ยวกับองค์ประกอบที่ไม่มีชีวิตของมหาสมุทร ได้แก่
- แสง: เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางผ่านน้ำได้ไม่ดี เมื่อแสงตกกระทบและเดินทางผ่านน้ำทะเล แสงสีแดงที่มีพลังงานน้อยที่สุดจะถูกดูดกลืนเป็นอันดับแรก หลังจากนั้นแสงสีส้ม สีเหลือง สีเขียว และสีน้ำเงินจะค่อยๆ เลือนหายไป นี่คือสาเหตุที่ทำให้ห้วงทะเลลึกเต็มไปด้วยความมืดมิด
- เสียง: เป็นคลื่นกลที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของตัวกลาง ความเร็วของเสียงในน้ำทะเลจะแปรผันตามความเค็ม อุณหภูมิ และความดัน ส่วนความดังของเสียงจะแปรผกผันกับระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเสียง การส่งเสียงดังจากก้นทะเลขึ้นมาสู่ผิวน้ำจึงเป็นเรื่องยาก
- ความเค็ม: เกิดจากการที่น้ำทะเลมีเกลือปริมาณมากละลายอยู่ ระดับความลึกที่ความเค็มเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เรียกว่า ฮาโลไคลน์ (halocline)
- อุณหภูมิ: แสงอาทิตย์ทำให้อุณหภูมิของผิวน้ำทะเลมีค่าสูงกว่าอุณหภูมิของน้ำทะเลที่อยู่ลึกลงไป ระดับความลึกที่อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว เรียกว่า เทอร์โมไคลน์ (thermocline)
- ความหนาแน่น: หมายถึงอัตราส่วนระหว่างมวลต่อปริมาตรของน้ำทะเล ระดับความลึกที่ความหนาแน่นเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว เรียกว่า พิคโนไคลน์ (pycnocline)
- ความดัน: หมายถึงน้ำหนักของน้ำทะเลที่ทำให้เกิดแรงกระทำต่อพื้นที่หนึ่งหน่วย โดยความลึกที่เพิ่มขึ้นทุก 10 เมตร ความดันจะเพิ่มขึ้น 1 บรรยากาศ
- คลื่น: หมายถึงมวลของน้ำที่มีลักษณะเป็นริ้วหรือสันโค้ง ส่วนใหญ่จะเกิดจากลมพัดผ่านผิวน้ำเป็นจังหวะ หรืออาจเกิดจากแรงที่กระทำต่อมวลน้ำ เช่น ดินถล่มลงทะเล ภูเขาไฟใต้ทะเลปะทุ อุกกาบาตตกใส่ทะเล
- กระแสน้ำ: หมายถึงมวลของน้ำที่ไหลอย่างต่อเนื่องในทิศทางเดียวกัน กระแสน้ำระดับตื้นจะเกิดจากการลากจูงของลม ส่วนกระแสน้ำระดับลึกจะเกิดจากความหนาแน่นที่แตกต่างกันของน้ำทะเล
- สสารภายในน้ำ: หมายถึงแก๊ส ของเหลว และของแข็งที่อยู่ในทะเล เช่น ออกซิเจน น้ำมัน ตะกอน ธาตุอาหาร
ปริมาณความสว่าง ความเค็ม อุณหภูมิ ความหนาแน่น ความดัน และองค์ประกอบอื่นๆ ของมหาสมุทรจะเปลี่ยนแปลงไปตามความลึก เรียกว่า เขตทะเลเปิด (pelagic zone) ซึ่งแบ่งออกเป็น 5 ระดับ ได้แก่
- เขตทะเลเปิดระดับบน (epipelagic zone) นับจากผิวน้ำจนถึงความลึก 200 เมตร เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า เขตอาบแสง (photic zone)
- เขตทะเลเปิดระดับกลาง (mesopelagic zone) นับจากความลึก 200 เมตร จนถึง 1 กิโลเมตร เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า เขตกลืนแสง (disphotic zone) เพราะเป็นบริเวณที่มีแสงสว่างน้อย
- เขตทะเลเปิดระดับลึก (bathypelagic zone) นับจากความลึก 1 กิโลเมตร จนถึง 4 กิโลเมตร บริเวณที่ลึกกว่า 1 กิโลเมตรจะเรียกว่า เขตไร้แสง (aphotic zone) เพราะแสงสว่างส่องลงไปไม่ถึง
- เขตทะเลเปิดระดับก้นสมุทร (abyssopelagic zone) นับจากความลึก 4 กิโลเมตร จนถึงพื้นมหาสมุทร หรืออาจนับถึงความลึก 6 กิโลเมตร เนื่องจากมหาสมุทรแต่ละแห่งมีความลึกไม่เท่ากัน
- เขตทะเลเปิดระดับใต้สมุทร (hadopelagic zone) นับจากพื้นมหาสมุทรจนถึงร่องสมุทร หรืออาจนับจากความลึก 6 กิโลเมตร จนถึงความลึก 11 กิโลเมตร ซึ่งเป็นจุดที่ลึกที่สุดเท่าที่มนุษย์รู้จักในปัจจุบัน
เนื่องจาก ‘แสง’ เดินทางผ่านน้ำได้ไม่ดีเท่า ‘เสียง’ นักวิทยาศาสตร์จึงพัฒนาระบบโซนาร์ (SONAR: Sound Navigation and Ranging) ซึ่งเป็นการส่งสัญญาณในรูปคลื่นเสียงความถี่สูงออกจากอุปกรณ์ส่งสัญญาณ เมื่อคลื่นเสียงดังกล่าวกระทบกับวัตถุก็จะสะท้อนกลับมายังอุปกรณ์รับสัญญาณ ข้อมูลที่ได้จะถูกแปรผลเป็นตำแหน่ง ขนาด และรูปร่าง รวมถึงความลึกของพื้นทะเล เทคโนโลยีดังกล่าวมีประโยชน์อย่างยิ่งต่อการสร้างแผนที่พื้นทะเล (sea floor map) ที่มีความละเอียดสูง
ผลการสำรวจพื้นทะเลตลอด 1 ศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์พบว่าภูมิทัศน์ใต้มหาสมุทรเต็มไปด้วยภูเขา ที่ราบ และหุบเหว คล้ายคลึงกับบนพื้นผิวโลกเป็นอย่างมาก โดยจุดที่ลึกที่สุดของโลกอยู่ในมหาสมุทรแปซิฟิกใกล้กับร่องสมุทรมาเรียนา (mariana trench) เรียกว่า ชาเลนเจอร์ดีป (challenger deep) ขณะที่ซากเรือไททานิกจมอยู่ในมหาสมุทรแอตแลนติกที่ความลึก 3.8 กิโลเมตร ห่างจากรัฐนิวฟันด์แลนด์ 600 กิโลเมตร
จุดจบของนักสำรวจเรือไททานิก
ข่าวใหญ่ที่คนทั่วโลกให้ความสนใจตลอด 1 สัปดาห์ที่ผ่านมา คงหนีไม่พ้นการหายไปของยานดำน้ำไททัน (Titan submersible) และนักผจญภัยจำนวน 5 คนที่โดยสารไปกับมัน เหตุการณ์ดังกล่าวสรุปตามลำดับเวลาได้ดังนี้
• วันอาทิตย์ที่ 18 มิถุนายน
ยานดำน้ำไททันของบริษัทโอเชียนเกต (OceanGate Inc.) พร้อมผู้โดยสาร 5 คน ได้แก่ สต็อกตัน รัช (Stockton Rush) ผู้ก่อตั้งบริษัทโอเชียนเกต, ฮามิช ฮาร์ดิง (Hamish Harding) นักธุรกิจชาวอังกฤษ, พอล อองรี นาร์จีโอเลต (Paul Henri Nargeolet) นักสำรวจชาวฝรั่งเศส, ชาห์ซาดา ดาวูด (Shahzada Dawood) นักธุรกิจชาวปากีสถาน และลูกชายของเขาชื่อ ซูลีมาน (Suleman) ได้มุ่งหน้าลงสู่มหาสมุทรแอตแลนติกเพื่อสำรวจซากเรือไททานิก แต่หลังจากเวลาผ่านไปเพียง 1 ชั่วโมง 45 นาที ยานดำน้ำไททันก็ขาดการติดต่อกับศูนย์ควบคุมบนเรือโพลาร์พริ๊นซ์ (Polar Prince) ที่ลอยอยู่บนผิวน้ำ พร้อมกับมี ‘เสียงคล้ายระเบิด’ ดังออกมาจากใต้ผืนน้ำ
• วันจันทร์ที่ 19 และวันอังคารที่ 20 มิถุนายน
หน่วยงานลาดตระเวนทางทะเลและชายฝั่งของสหรัฐอเมริกาและแคนาดาระดมเฮลิคอปเตอร์ เรือผิวน้ำ และเรือดำน้ำ ออกค้นหายานดำน้ำไททันและผู้สูญหาย แต่ยังคงไร้วี่แววของความหวัง
• วันพุธที่ 21 มิถุนายน
ยานดำน้ำแบบควบคุมจากระยะไกล (remotely operated underwater vehicle) สามารถตรวจจับ ‘เสียงเคาะปริศนา’ ที่ดังแว่วออกมาเป็นระยะใกล้กับบริเวณที่คาดว่ายานดำน้ำไททันหายไป แต่ผู้เชี่ยวชาญแสดงความคิดเห็นว่าเสียงดังกล่าวอาจเกิดจากเครื่องจักรของเรือลำอื่น สัตว์ทะเล หรือปรากฏการณ์ทางธรรมชาติได้เช่นกัน
การค้นหายานดำน้ำไททันที่มีขนาดพอๆ กับรถตู้คันหนึ่งท่ามกลางมหาสมุทรแอตแลนติกอันกว้างใหญ่ไม่ต่างอะไรจากการงมเข็มในมหาสมุทร โดยชะตากรรมของยานดำน้ำลำจิ๋วอาจแบ่งออกเป็น 3 กรณี ได้แก่
- ยานดำน้ำไททันอาจลอยกลับขึ้นมาเหนือผิวน้ำได้เอง แต่ทีมค้นหาก็ต้องเผชิญกับคลื่นลมที่ทำให้สีขาวของยานดำน้ำไททันกลมกลืนไปกับฟองคลื่น
- ยานดำน้ำไททันอาจถูกกระแสน้ำลึกที่ไหลเวียนอย่างปั่นป่วนพัดพาออกไปไกลจากพื้นที่ลาดตระเวน และถึงแม้ว่าผู้โดยสารทั้ง 5 คน จะยังปลอดภัยดี แต่การออกค้นหาและการลำเลียงทุกคนออกมาก็แทบเป็นไปไม่ได้เลย
- ยานดำน้ำไททันอาจจมดิ่งลงสู่ก้นมหาสมุทรที่ความลึก 3.8 กิโลเมตร ที่ความลึกระดับนี้ ความดันน้ำจะมีค่าสูงกว่าความดันบรรยากาศบนพื้นผิวโลกถึง 380 เท่า หากผนังที่ทำจากไทเทเนียมและคาร์บอนไฟเบอร์มีรอยปริแตกเพียงนิดเดียว หายนะก็จะมาเยือนในทันที
ท่ามกลางความเป็นไปได้ที่หลากหลาย สิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึงคือ อากาศที่บรรจุอยู่ภายในยานดำน้ำไททันมีจำกัดเพียง 96 ชั่วโมงเท่านั้น แสงแห่งความหวังริบหรี่ลงเรื่อยๆ
• วันพฤหัสบดีที่ 22 มิถุนายน
ทีมค้นหารายงานว่า ยานดำน้ำแบบควบคุมจากระยะไกลค้นพบเศษชิ้นส่วนของยานดำน้ำไททันตกอยู่ห่างจากซากเรือไททานิกประมาณ 500 เมตร ผู้เชี่ยวชาญคาดว่ายานดำน้ำไททันน่าจะถูกแรงดันน้ำปริมาณมหาศาลบดขยี้อย่างรวดเร็วจากรอบทิศทาง เรียกว่า การยุบตัวแบบฉับพลัน (catastrophic implosion) ผลคือโครงสร้างภายนอกบางส่วนจะหลุดออก แต่โครงสร้างภายในส่วนใหญ่จะถูกบีบอัดเข้าหากันอย่างรุนแรงภายในเสี้ยววินาที สิ่งต่างๆ ภายในยานจะถูกเร่งให้ร้อนขึ้นแล้วเผาไหม้กลายเป็นแสงวาบ (แต่อาจไม่มีการระเบิด) โอกาสรอดชีวิตของทั้ง 5 คน จึงเท่ากับศูนย์ พวกเขาอาจจากไปโดยแทบไม่รู้สึกตัวเลยด้วยซ้ำ
เรือไททานิกและยานดำน้ำไททันที่ถูกตั้งชื่อตามเทพเจ้ายุคโบราณของกรีก ต่างพ่ายแพ้ให้กับพลังอำนาจของมหาสมุทร
อนาคตของซากเรือไททานิก
นับจากวันที่อับปาง เรือไททานิกได้หลับใหลอยู่ที่ก้นมหาสมุทรแอตแลนติกเป็นเวลานานกว่า 7 ทศวรรษ กระทั่งปี 1985 ซากอันยับเยินของเรือยักษ์จึงถูกค้นพบโดยเจ้าหน้าที่กองทัพเรือและนักสำรวจมหาสมุทรนามว่า โรเบิร์ต บัลลาร์ด (Robert Ballard) และกลายเป็นแหล่งสำรวจทางโบราณคดีวิทยาใต้น้ำ (underwater archaeology) ที่ได้รับความสนใจจากนักประวัติศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ และวิศวกรเป็นจำนวนมาก
ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์รู้แล้วว่าโศกนาฏกรรมของเรือไททานิกเกิดจากหลายปัจจัยร่วมกัน ได้แก่
- ความผันผวนของธรรมชาติ ที่ทำให้ภูเขาน้ำแข็งหลุดลอยออกมากีดขวางเส้นทางการเดินเรือ
- ความประมาทเลินเล่อของมนุษย์ ซึ่งเกิดจากฝ่ายบังคับการเรือเพิกเฉยต่อสัญญาณเตือนเรื่องทัศนวิสัยที่ขมุกขมัวจนยากที่จะสังเกตเห็นอันตราย
- ความบกพร่องทางวิศวกรรม ซึ่งอาจเกิดจากบริษัทผู้ผลิตคาดไม่ถึงว่าวัสดุที่นำมาสร้างเรือจะมีลักษณะบางประการที่ไม่เหมาะสมต่อการใช้งาน
ซากเรือไททานิกกำลังผุกร่อนลงเรื่อยๆ จนยากที่จะเก็บกู้ขึ้นมาบนบก โดยผลการวิเคราะห์ทางโลหะวิทยา (metallurgy) พบว่าแผ่นเหล็กของเรือไททานิกมีความแข็งสูง แต่กลับมีความเหนียวต่ำ พูดง่าย ๆ คือเรือไททานิกถูกสร้างจากเหล็กที่ ‘แข็งแต่เปราะ’ ทำให้มีความทนทานต่อแรงกระทำน้อยกว่าค่าที่ควรจะเป็น
นอกจากน้ำที่เย็นจัด ความดัน กระแสน้ำ ความเค็ม และสิ่งมีชีวิตในทะเลก็ต่างร่วมด้วยช่วยกันย่อยสลายซากของเรือยักษ์ลงอย่างช้าๆ นักวิทยาศาสตร์จึงทำการสแกนซากของเรือทีละส่วนจนครบทั้งลำ แล้วนำข้อมูลมาประกอบรวมกันเพื่อสร้างภาพจำลอง 3 มิติ (3D reconstruction) เพราะสิ่งนี้จะเป็นหลักฐานทางอ้อมสำหรับการศึกษาด้านวิศวกรรมเรือ (naval engineering) ต่อไปในอนาคต
นักวิทยาศาสตร์คาดว่าภายในไม่กี่ศตวรรษข้างหน้า ซากเรือไททานิกจะพ่ายแพ้ต่อกาลเวลา แตกสลายกลายเป็นเศษตะกอนสังเคราะห์ และหลอมรวมเป็นหนึ่งเดียวกับมหาสมุทรแอตแลนติกเฉกเช่นร่างของคนที่เคยโดยสารมากับมัน และเมื่อถึงเวลานั้น คงไม่มีมนุษย์คนไหนต้องสังเวยชีวิตเพราะการแหวกว่ายฝ่าความมืดมิดของมหาสมุทรลงไปสำรวจซากเรือยักษ์ลำนี้อีกแล้ว
อ้างอิง
- R.M.S Titanic – History and Significance
- Submarine Development, A Short History
- Physical Ocean
- How Submarines Work
- A timeline of the missing Titanic tourist submersible
- The Royal Mail Ship Titanic: Did a Metallurgical Failure Cause a Night to Remember?
- See the Titanic in Stunning Detail With New 3D Scan