xs
sm
md
lg

การสำรวจธรรมชาติบนดวงจันทร์ Titan ของดาวเสาร์โดยยาน Cassini

เผยแพร่:   โดย: สุทัศน์ ยกส้าน



ภาพเมฆมีเทน รอบๆ ทะเลและทะเลสาบไฮโโรคาร์บอนสีมืดๆ บริเวณขั้วดวงจันทร์ Titan ช่วงฤดูร้อน (Image Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

เมื่อวันที่ 12 พฤศจิกายน ค.ศ.1980 ขณะยานอวกาศ VoyageⅠเดินทางใกล้จะถึงดาวเสาร์ NASA ได้ส่งสัญญาณบังคับให้ยานอวกาศเบนทิศการโคจรไปผ่านดวงจันทร์ Titan ของดาวเสาร์ที่ระยะห่าง 22,000 กิโลเมตร ทำให้ Voyager Ⅰ พลาดโอกาสการไปสังเกตดาวเคราะห์ Uranus กับ Neptune ที่ระยะใกล้ การตัดสินใจครั้งนั้นได้ทำให้คนทั่วไปรู้สึกประหลาดใจ แต่ในมุมมองของนักดาราศาสตร์ การศึกษา Titan เป็นเรื่องน่าสนใจ และมีคุณค่ายิ่งกว่าการสำรวจดาวเคราะห์ทั้งสองดวงดังกล่าว

ในปี 1655 (รัชสมัยพระเจ้าปราสาททอง) ที่ Christiaan Huygens ได้เห็น Titan เป็นคนแรก เขาไม่ได้ตั้งชื่อใดๆ จนอีก 200 ปีต่อมา เมื่อ Sir John Herschel ผู้เป็นบุตรของ William Herschel ได้เริ่มตั้งชื่อดวงจันทร์ต่างๆ ที่พบมากมายในระบบสุริยะ และคิดว่า Titan มีขนาดใหญ่ที่สุด จึงตั้งชื่อว่า Titan ซึ่งเป็นชื่อ ยักษ์ ในเทพนิยายแต่ในเวลาต่อมา นักดาราศาสตร์ได้พบว่า Titan มีขนาดเล็กกว่าดวงจันทร์ Ganymede ของดาวพฤหัสบดีเล็กน้อย เพราะมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวเพียง 5,150 กิโลเมตร จึงเป็นดวงจันทร์ที่มีขนาดใหญ่กว่าดาวพุธเสียอีก

ลุถึงปี 1944 Gerard Kuiper ได้สังเกตเห็นว่า Titan มีบรรยากาศที่หนาแน่นยิ่งกว่าโลกหลายเท่า และข้อมูลนี้ได้รับการยืนยันโดยยาน VoyagerⅠว่า บรรยากาศเหนือ Titan มี 2 ชั้นคือ ชั้นสีฟ้าอยู่เหนือชั้นสีส้มอ่อนที่มีความหนาแน่นมาก จนกล้องโทรทรรศน์บนโลกไม่สามารถเห็นผิวของดาวได้

แต่ในปี 1997 เมื่อ NASA ส่งยาน Cassini ไปเยือนดาวเสาร์ และยานได้ใช้เวลา 7 ปีก็เดินทางถึง Titan และได้ปล่อยยานลูกชื่อ Huygens ให้ร่อนลงบน Titan ในปี 2005 ตลอดเวลา 2.5 ชั่วโมงที่ Huygens ลอยผ่านชั้นบรรยากาศที่หนาทึบ ยานได้รายงานสภาพองค์ประกอบของอากาศ อุณหภูมิ และความดัน เพื่อส่งข้อมูลถึง Cassini และให้ส่งรายละเอียดต่างๆ กลับโลก หลังจากที่ได้ลงจอดบนผิว Titan แล้ว ยาน Huygens ยังได้รายงานข้อมูลสภาพภูมิศาสตร์ต่ออีกนาน 1.5 ชั่วโมงว่า มีภูเขา เนินทราย โขดหิน ทะเล สายน้ำ ฯลฯ ในภาพรวม Titan จึงมีสภาพเหมือนโลกยุคดึกดำบรรพ์ เพียงแต่มีอุณหภูมิต่ำกว่ามาก เช่น หินบน Titan เป็นน้ำแข็ง น้ำทะเลที่เห็นมิใช่น้ำธรรมดา แต่เป็นทะเล hydrocarbon อุณหภูมิบนดาวก็ต่ำมากถึง -180 องศาเซลเซียส เนินทรายที่เห็นมีสีดำเหมือนทำด้วยยางราดถนน (asphalt) Titan จึงเป็นดวงจันทร์ที่น่าสนใจ เพราะนอกจากมีสภาพเหมือนโลกเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ยังอาจมีสภาพเหมือนดาวเคราะห์ที่อยู่นอกสุริยจักรวาลที่เรากำลังพบมากมายด้วย

ในส่วนที่แตกต่างจากโลกนั้นก็มีมากมาย เช่น ถ้าความดันอากาศบนโลกมีค่าเท่ากับหนึ่ง ความดันบรรยากาศ ของ Titan จะเท่ากับ 1.5 ในขณะที่อุณหภูมิผิวของโลกประมาณ 15 องศาเซลเซียส ของ Titan -180 องศาเซลเซียส บรรยากาศของโลกประกอบด้วย nitrogen 77% oxygen 21% argon 1% ไอน้ำ โอโซน และคาร์บอนไดออกไซด์อีกเล็กน้อย ส่วนของ Titan มีไนโตรเจน 88-98% methane 1.7-6% และ hydrocarbon อื่นๆ อีก 0-6% ในขณะที่ชั้นบรรยากาศของโลกมีความหนาประมาณ 50 กิโลเมตร ชั้นบรรยากาศของ Titan มีความหนาถึง 600 กิโลเมตร เพราะแรงโน้มถ่วงของ Titan มีค่าน้อยกว่าของโลก ดังนั้น โมเลกุลอากาศจึงแพร่กระจายขึ้นได้มากกว่า

ถ้าเราสามารถไปยืนอยู่บน Titan ได้ ก็จะเห็นเมฆหมอกควันสีส้มปกคลุมท้องฟ้าซึ่งเป็นผลที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี เวลารังสีอัลตราไวโอเล็ต (UV) จากดวงอาทิตย์ตกกระทบบรรยากาศที่ประกอบด้วยไนโตรเจน และ methane ละอองลอยของสารประกอบ hydrocarbon เช่น ethane, tholin และ cyanide จะเกิดขึ้นและจมลงสู่ชั้นล่างของบรรยากาศ จนบดบังรังสี UV หมด

เพราะ Titan ได้รับรังสี UV จากดวงอาทิตย์ตลอดเวลา ดังนั้น การทำลาย methane ในชั้นบรรยากาศจึงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องด้วย แต่ปรากฏว่าปริมาณ methane ในบรรยากาศมิได้ลดลง นั่นแสดงว่า บน Titan มีบ่อน้ำพุและภูเขาที่พ่นแก๊ส methane ออกมาเสริมเติม methane ที่พร่องไป การมีเมฆ methane ที่หนาแน่นทำให้ฝนที่ตก เป็นเม็ดฝน methane ที่มีขนาดใหญ่ถึง 0.9 เซนติเมตร ซึ่งจะตกลงด้วยความเร็วประมาณ 1.6 เมตร/วินาที และตกหนักจนทำให้ผิว Titan มีทะเล 3 ทะเลใหญ่ ชื่อ Kraken Mare ซึ่งตั้งตามชื่อของอสุรกายทะเลลึกในเทพนิยายของชาวไวกิงที่เวลาโผล่ขึ้นผิวน้ำ จะทำให้เกิดคลื่นยักษ์โหมกระหน่ำเรือเดินทะเลจนอัปปาง

ส่วนทะเลที่สองชื่อ Ligeia Mare เป็นชื่อที่ตั้งตามชื่อของเทพธิดาในเทพนิยายกรีก และทะเลที่สามชื่อ Punga Mare ที่ตั้งตามชื่อของบรรพบุรุษชาว Maori ในนิวซีแลนด์ ทะเลทั้งสามนี้พื้นที่ 400,000, 126,000 และ 42,000 ตารางกิโลเมตรตามลำดับ และอยู่ทางด้านเหนือของดาว และเมื่อเมฆ methane สามารถบดบังแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นได้ดี ดังนั้น แสงสีแดงจะผ่านก้อนเมฆได้ทำให้คนบน Titan เห็นท้องฟ้าเป็นสีส้ม ส่วนหยด methane เหลวนั้นเวลาตก จะทำให้เกิดรุ้งสีแดง และสีมืด (ดำ)

ตามปกติ methane สามารถระเหยได้ดีกว่า ethane และ propane ดังนั้นทะเลบน Titan อาจเป็นทะเล ethane และ propane มากกว่า methane แต่การยืนยันเรื่องนี้ยังทำไม่ได้ ถ้าเป็นทะเล ethane จริง ลมที่พัดด้วยความเร็วเพียง 1 เมตร/วินาทีจะสามารถทำให้เกิดคลื่นที่นักดาราศาสตร์สามารถสังเกตุเห็นได้

ในปี 2013 ขณะ Cassini กำลังโคจรเหนือทะเล Ligeia ยานได้ส่งสัญญาณเรดาร์ลงไปสำรวจผิว และพบว่าสัญญาณที่สะท้อนกลับมา บ่งบอกว่า ทะเลนั้นมีความลึก 160 เมตร นี่เป็นการวัดความลึกของทะเลนอกโลกได้เป็นครั้งแรก โดย Alex Hayes แห่งมหาวิทยาลัย Cornell ในสหรัฐอเมริกา และเมื่อเรารู้ว่า ethane สามารถดูดกลืนคลื่นเรดาร์ได้ดีกว่า methane ดังนั้นการมีเสียงสะท้อนแสดงว่า Ligeia น่าจะเป็นทะเล methane

ข้อมูลเรดาร์ยังแสดงให้เห็นอีกว่า ปริมาตรของน้ำทะเลทั้งหมดบน Titan มีค่าประมาณ 70,000 ลูกบาศก์กิโลเมตรหรือประมาณ 55 เท่าของปริมาตรน้ำมันที่มีบนโลก

สำหรับสภาพของคลื่นในทะเลก็เป็นประเด็นที่น่าสนใจ เพราะ Titan เป็นดาวบริวารของดาวเสาร์ ดังนั้น แรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์จะมีอิทธิพลต่อปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงบน Titan มากซึ่งหมายความว่า ระดับน้ำในทะเล Kraken อาจถูกทำให้เพิ่มและลดได้มาก โดยอิทธิพลของแรงดึงดูดนี้ และเมื่อแรงโน้มถ่วงของ Titan เองมีความรุนแรงน้อยกว่าโลก ดังนั้นการเคลื่อนที่ขึ้นลงของน้ำอาจจะเป็นไปได้มากจนถึงระดับเป็นคลื่นรุนแรง ซึ่งก็ตรงกับเรื่องในเทพนิยายของชาวไวกิง ที่เล่าว่าเวลาอสุรกาย Kraken ถูกปลดปล่อย เรือในทะเลจะถูกคลื่นซัดจนอัปปาง

นอกเหนือจากธรรมชาติทั่วไปที่น่าตื่นตาตื่นใจแล้ว Titan ยังมีประเด็นของสภาพทางภูมิศาสตร์ที่น่าสนใจอีกประเด็นหนึ่ง คือ อาจมีองค์ประกอบของสสารที่ให้กำเนิดสิ่งที่มีชีวิต ซึ่งได้แก่ คาร์บอน ไนโตรเจน และไฮโดรเจน รวมถึงมีน้ำที่มีใต้ดาว และของเหลว methane ที่ผิวด้วย แต่แทบไม่มีออกซิเจนเลย กระนั้น NASA ก็เชื่อว่า Titan น่าจะเป็นสถานที่นักวิทยาศาสตร์ควรเดินทางไปค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลกมากที่สุดแห่งหนึ่ง

ในวารสาร Astrophysical Journal Letters ฉบับเดือนกรกฎาคมปีนี้ ได้มีรายงานการพบว่า ในบรรยากาศของ Titan มีโมเลกุลที่เป็นสายโซ่ของ carbon anion ซึ่งมีสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเคมี (catalyst) ที่สามารถสร้างโมเลกุลอินทรีย์ที่มีขนาดใหญ่ เช่น amino acid ได้

การค้นพบนี้จึงแสดงให้เห็นว่า กระบวนการสร้างสิ่งมีชีวิตสามารถเกิดขึ้นได้บน Titan เพราะ amino acid สามารถผลิต protein ซึ่งเป็นองค์ประกอบหนึ่งที่จำเป็นของเซลล์

นอกจาก carbon anion แล้ว Ravi Desai แห่ง University College London ก็ยังได้รายงานการพบโมเลกุล vinyl cyanide ด้วย ซึ่งโมเลกุลนี้สามารถจับยึดกันเป็นเยื่อเหมือนผนังหุ้มเซลล์ และเมื่อโมเลกุลนี้ประกอบด้วย carbon, hydrogen กับ nitrogen ที่มีบริเวณ ดังนั้น ถ้าเยื่อหุ้มเซลล์เกิดในของเหลว methane ปฏิกิริยาเคมีชีวภาพจะนำไปสู่การสร้างสิ่งมีชีวิตได้

ในการได้ข้อมูลเกี่ยวกับ vinyl cyanide นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้มาจากการใช้กล้องโทรทรรศน์ทั้ง 66 กล้องของเครือข่าย Atacama Large Millimeter Array ที่ Chile ในการส่องดูบรรยากาศของ Titan และรับแสงที่เปล่งออกมาจาก vinyl cyanide ทั้งๆ โมเลกุลอยู่ห่างจากโลก 1,440 ล้านกิโลเมตร

ในช่วง Grand Finale ซึ่งเป็นการอำลาดาวเสาร์ Cassini จะโคจรผ่าน Titan เป็นครั้งสุดท้ายในวันที่ 11กันยายน ตลอดเวลา 13 ปีที่ผ่านมานี้ Cassini ได้โคจรผ่าน Titan ทั้งหมด 127 ครั้ง และอาศัยแรงโน้มถ่วงของ Titan เหวี่ยงยานขึ้นเหนือระนาบของวงแหวนไปผ่านขั้วเหนือและขั้วใต้ของ Titan เพื่อทำแผนที่ผิวดาวได้ประมาณ 67% โดยใช้อุปกรณ์ infrared spectrometer และเรดาร์ในการสังเกตรายละเอียดของเนิน ภูเขา และทะเล ฯลฯ

ในการสังเกตที่ระยะใกล้ Titan มากที่สุดเมื่อวันที่ 22 เมษายนที่ผ่านมานี้ คือ ที่ระยะห่าง 979 กิโลเมตร Cassini ได้เห็น “เกาะ” กลางทะเล แต่เกาะนั้นได้หายไปในเวลาต่อมา ด้วยสาเหตุใด ก็ยังไม่มีใครรู้คำตอบ

โครงการ Cassini เป็นโครงการที่ NASA, องค์การอวกาศของสหพันธุ์ยุโรป ESA กับองค์การอวกาศของอิตาลีได้สนับสนุนและได้กำหนดภารกิจในระยะสุดท้ายของการทำงานว่า ในวันที่ 14 สิงหาคม เวลา 12.22 น. (เวลาโลก) Cassini จะเข้าใกล้ดาวเสาร์ที่ระยะใกล้ 1,630 กิโลเมตร

เมื่อยาน Cassini ใกล้จะหมดพลังงานสะสม ยานจะทำลายตัวเองในวันที่ 15 กันยายน โดย NASA จะบังคับยานให้พุ่งลงชนดาวเสาร์แทนที่จะให้พุ่งชน Titan เพราะไม่ประสงค์จะทำให้ Titan ปนเปื้อนด้วยมีสิ่งมีชีวิตจากโลก เป็นการสิ้นสุดการทำงานที่นาน 20 ปี

ในปี 2020 NASA จะปล่อยยานอวกาศไปสำรวจดาวพฤหัสบดีอีกคำรบหนึ่ง โดยยานจะเดินทางถึงดวงจันทร์ Europa ในปี 2028 และอาจจะส่งบอลลูนไปลอยในบรรยากาศเหนือ Titan ในปี 2030 โดยใช้บอลลูนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 11 เมตร ให้ลอยที่ระยะสูง 10 กิโลเมตรเหนือผิวดาว โดยใช้เวลา 6 เดือนในการสำรวจ แล้วให้ลงจอดบนดาวโดยมีอุปกรณ์ geosaucer ที่ติดอยู่ใต้กระเช้าของบอลลูนเพื่อวัดการสั่นไหวของผิวดาวและมีอุปกรณ์ magnetometer สำหรับวัดสนามแม่เหล็กของ Titan ด้วย

อ่านเพิ่มเติมจาก Titan: Exploring and Earthlike World โดย Athena Coustenis และ Fredric W. Taylor จัดพิมพ์โดย World Scientific ปี 2008
พายุหมุนที่ขั้วใต้ของดวงจันทร์ไททัน บริวารดาวเสาร์ บันทึกโดยยานแคสสินี (Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)
ภาพจำลองขณะยาน Cassini ปฏิบัติภารกิจสุดท้ายก่อนปิดฉากด้วยการพุ่งชนดาวเสาร์ 15 ก.ย.2017 (Credits: NASA/JPL-Caltech)






เกี่ยวกับผู้เขียน

สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
4 จากทั้งหมด 4 รูป
ข่าวอื่นในหมวด
กำลังโหลดความคิดเห็น...