ในปี ค.ศ.1776 นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Johann Daniel Titius ได้วิเคราะห์ระยะทางที่ดาวเคราะห์ต่างๆ ในระบบสุริยะอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ และพบว่า นักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายที่มาของระยะทางเหล่านั้นได้ถ้ามีอนุกรมเลขชุดหนึ่งเป็น 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96 ... โดยเลขแต่ละจำนวนเกิดจากการคูณจำนวนที่อยู่ข้างหน้าด้วย 2 (ยกเว้นเลข 3) เช่น 6 = 3 x 2, และ 48 = 24 x 2 เป็นต้น จากนั้นถ้าเอา 4 บวกเข้ากับทุกจำนวนในอนุกรมได้ 4, 7, 10, 16, 28, 52, 100 ...แล้วเอา 10 หารทุกจำนวน ก็จะได้ 0.4, 0.7, 1.0, 1.6, 2.8, 5.2, 10.0... Titius ได้ชี้ให้เห็นว่า ถ้ากำหนดให้ระยะทางจากดวงอาทิตย์ถึงโลกเท่ากับ 1.0 หน่วย ข้อมูลดาราศาสตร์ขณะนั้นก็จะแสดงให้เห็นว่า ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เป็นระยะทาง 0.4, 0.7, 1.6, 5.2, และ 9.5 (ซึ่งใกล้เคียงกับ 10.0) ตามลำดับ
กฎของ Titius ได้รับการยืนยันว่าถูกต้องอย่างน่าอัศจรรย์ ในปี 1781 เมื่อ William Herschel พบดาวเคราะห์ดวงใหม่ชื่อ ยูเรนัสที่ระยะทาง 19.2 หน่วย (ซึ่งใกล้เคียงกับ 19.6 หน่วยที่ Titius ได้พยากรณ์ไว้) ดังนั้น Johann Elert Bode นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน จึงเสนอความเห็นว่า ที่ระยะทาง 2.8 หน่วยจากดวงอาทิตย์ น่าจะมีดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์อยู่อีกหนึ่งดวง
การชี้นำเช่นนี้ทำให้นักดาราศาสตร์พากันทุ่มเทความพยายามค้นหาดาวเคราะห์ที่หายไปอย่างจริงจัง แต่ไม่มีใครประสบความสำเร็จเลย จนกระทั่งวันที่ 1 มกราคม ค.ศ.1801 (ตรงกับรัชสมัยสมเด็จพระพุทธยอดฟ้าจุฬาโลกมหาราช) เวลาประมาณ 1 ทุ่ม นักบวชชื่อ Giuseppe Piazzi แห่งหอดูดาว Palermo บนเกาะ Sicily ในอิตาลี ได้เห็นจุดสว่างขนาดเล็กจุดหนึ่งปรากฎอยู่ท่ามกลางกลุ่มดาว Taurus โดยที่ไม่มีนักดาราศาสตร์คนใดเคยเห็นมาก่อน ในเบื้องต้น Piazzi คิดว่า มันคงเป็นดาวฤกษ์ แต่เมื่อติดตามดูในคืนต่อๆ มา เขาได้เห็นว่าจุดสว่างนั้นเคลื่อนที่ Piazzi จึงคิดว่ามันเป็นดาวหาง แต่ก็ไม่เห็นหางใดๆ เลย หลังจากนั้น 1 สัปดาห์จุดสว่างนั้นก็ได้หายไปจากสายตา เหตุการณ์ดาวหายนี้ได้สร้างความปั่นป่วนให้เกิดขึ้นในวงการดาราศาสตร์มากจนต้องรบกวน Karl Friedrich Gauss นักคณิตศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ ซึ่งเมื่อได้ข้อมูลการสังเกตจาก Piazzi แล้ว Gauss ก็ระบุตำแหน่งที่จะเห็นดาวดวงนั้นได้ว่าอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เป็นระยะทาง 2.8 หน่วย และบอกวิถีโคจรของดาวลึกลับดวงนั้นด้วย จึงทำให้นักดาราศาสตร์ได้เห็นมันอีกครั้งหนึ่ง Piazzi ได้ตั้งชื่อดาวใหม่ดวงนั้นว่า Ceres ตามชื่อของเทพธิดาผู้พิทักษ์ปกป้องเกาะ Sicily
อีก 2 ปีต่อมา Heinrich W.M. Olbers ได้เห็นดาวขนาดเล็กดวงที่ 2 ที่สุกสว่างในบริเวณใกล้ๆ กับ Ceres เขาจึงตั้งชื่อว่า Pallas การพบดาวขนาดเล็กที่สุกใสเหล่านี้ทำให้ Herschel ได้เรียกดาวประเภทนี้ว่าดาวเคราะห์น้อย (asteroid จากคำว่า aster ในภาษากรีกที่แปลว่า ดาวฤกษ์) และตั้งแต่ปี 1804 เป็นต้นมา นักดาราศาสตร์ก็ได้เห็นดาวเคราะห์น้อยเพิ่มขึ้นเป็นดวงที่ 3 ชื่อ Juno กับดวงที่ 4 ชื่อ Vesta
ณ วันนี้ นักดาราศาสตร์ได้พบว่า สุริยะจักรวาลมีดาวเคราะห์น้อยจำนวนกว่า 40,000 ดวง และเพื่อความสะดวกในการเรียกชื่อ องค์การดาราศาสตร์สากลจึงได้กำหนดให้มีการใช้ตัวเลขนำหน้าชื่อดาวเคราะห์น้อยทุกดวง เพื่อแสดงลำดับการพบดาวเคราะห์น้อยดวงนั้น เช่น 1 Ceres, 2 Pallas, 3 Juno, 4 Vesta, 433 Eros และ 612 Newtonia เป็นต้น
ถึงดาวเคราะห์น้อยจะมีเป็นจำนวนมาก แต่มวลทั้งหมดของดาวขนาดเล็กเหล่านี้ก็น้อยกว่า 5% ของมวลดวงจันทร์ของโลก ดังนั้นเมื่อดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้โคจรผ่านใกล้ดาวพฤหัสบดีที่มีมวลมหาศาล แรงโน้มถ่วงอันทรงพลังของดาวพฤหัสบดีจะดึงดูดทำให้ดาวขนาดเล็กเหล่านี้แตกกระจัดกระจายจนไม่สามารถรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ได้ และในบางเวลาแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีก็จะดึงดูดดาวเคราะห์น้อยบางดวงให้หลุดจากวงโคจร แล้วพุ่งมาใกล้โลกที่ระยะห่างระดับแสนกิโลเมตร นักดาราศาสตร์จึงเรียก ดาวเคราะห์น้อยประเภทนี้ว่า ดาวเคราะห์น้อยใกล้โลก (Near Earth Asteroid หรือ NEA)
ดาวเคราะห์น้อยใกล้โลกเป็นดาวอีกประเภทหนึ่งที่ได้รับความสนใจมากโดยนักดาราศาสตร์ สืบเนื่องจากเมื่อปี 1980 L.W. Alvarez และบุตรชายแห่งมหาวิทยาลัย California ที่ Berkley ได้พบว่า การที่ไดโนเสาร์สูญพันธุ์ไปเมื่อ 65 ล้านปีก่อนนั้น เพราะมีอุกกาบาตหรือดาวเคราะห์น้อยพุ่งชนโลก และความรุนแรงจากการชนครั้งนั้นเปรียบได้กับดินระเบิด 1,000 ล้านตัน จึงมีผลทำให้เศษดิน หิน ฝุ่นกระจัดกระจาย ไฟป่าลุกไหม้ และเมฆฝุ่นบดบังแสงอาทิตย์นานเป็นปี จนสิ่งมีชีวิต 95% ต้องสูญพันธุ์ไปในที่สุดในเมื่อเหตุการณ์เช่นนี้รุนแรง และเป็นอันตรายมาก ดังนั้น นักดาราศาสตร์จึงสนใจศึกษาดาวเคราะห์น้อยทุกดวง เพื่อประเมินโอกาสที่ดาวอันตรายเหล่านี้ จะพุ่งมาทำลายโลก การศึกษานี้อาจทำได้โดยการสังเกตด้วยกล้องโทรทรรศน์บนโลก หรือด้วยกล้องถ่ายภาพบนยานอวกาศที่ถูกส่งไปสำรวจดาวเคราะห์น้อยที่ระยะใกล้
เช่นในปี 1996 องค์การ NASA ได้ส่งยานอวกาศ NEAR (Near Earth Asteroid Rendezvous) ซึ่งได้เดินทางถึง 433 Eros ในปี 2000 หลังจากที่ได้เดินทางไกลเป็นระยะทางราว 26.8 ล้านกิโลเมตร NASA ก็บังคับให้ยาน NEAR พุ่งเข้าโคจรรอบ Eros ที่ระดับความสูงตั้งแต่ 35-200 กิโลเมตร เพื่อถ่ายภาพและสำรวจดาว ข้อมูลที่ได้แสดงให้รู้ว่า Eros มีรูปทรงเหมือนมันฝรั่ง มีขนาด 13x13x33 กิโลเมตร หมุนรอบตัวเองทุก 5.27 ชั่วโมง บน Eros ไม่มีบรรยากาศเลย และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดาวเท่ากับ 0.01% ของความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงโลก ดังนั้น คนที่หนัก 70 กิโลกรัมบนโลก จะหนักตั้งแต่ 0.6-40 กรัมบน Eros เท่านั้นเอง และการมีน้ำหนักที่ไม่แน่นอนเช่นนี้เกิดจากการที่ Eros มีรูปร่างไม่กลม ดังนั้นแรงโน้มถ่วง ณ ตำแหน่งต่างๆ บนดาวจึงไม่เท่ากัน และเมื่อแรงดึงดูดโน้มถ่วงมีค่าน้อยเช่นนี้ ถ้ามนุษย์อวกาศสามารถเดินทางไปลงบน Eros ได้ เขาจะพบว่าจากที่เคยกระโดดได้สูง 1 เมตรบนโลก เขาจะกระโดดได้สูงถึง 2 กิโลเมตร อุปกรณ์วิทยาศาสตร์บนยานยังระบุอีกว่า หินและดินบน Eros มีธาตุแมกนีเซียม อะลูมิเนียม ซิลิกอน เหล็ก และแคลเซียม ฯลฯ เหมือนๆ กับ ธาตุต่างๆ ที่พบในอุกกาบาตทั่วไป เมื่อ Eros มีขนาดเล็ก ดังนั้นผิวดาวจึงไม่มีร่องรอยของหลุมอุกกาบาตจำนวนมาก
เมื่อสำรวจจนได้ข้อมูลเพียงพอแล้ว NASA ได้บังคับให้ยาน NEAR พุ่งชน Eros เพื่อศึกษาโครงสร้างภายในของมัน และได้พบว่าความรุนแรงของการชนมิได้ทำให้ดาวระเบิดหรือปริแตก และยังพบอีกว่าดาวมีความหนาแน่น 2.7 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร เนื้อดาวจึงเป็นดินชนิดเดียวกับดินบนโลก และ Eros มิได้เป็นกลุ่มก้อนหินที่ลอยใกล้กันโดยแรงโน้มถ่วง แต่เป็นเนื้อเดียวโดยตลอด สำหรับแหล่งกำเนิดของ Eros นั้น นักดาราศาสตร์เชื่อว่า Eros เกิดจากการชนกันระหว่างดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดใหญ่กว่า
เดือนสิงหาคมที่ผ่านมานี้ ยานอวกาศ Dawn ของ NASA ได้เดินทางถึงดาวเคราะห์น้อย 4 Vesta และหลังจากที่ได้โคจรสำรวจดาวดวงนี้นาน 10 เดือน ยานจะทะยานสู่ 1 Ceres (ซึ่งเป็นดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ จนปัจจุบันได้รับการยกฐานะเป็นดาวเคราะห์แคระเหมือนดาวเคราะห์แคระ Pluto แล้ว) โดย Dawn จะเดินทางถึง 1 Ceres ในปี 2015 การสำรวจครั้งนี้จึงเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์จะได้ศึกษาดาวเคราะห์ขนาดเล็กสองดวงต่อเนื่องกัน
4 Vesta เป็นดาวดวงเล็กที่สุดที่มนุษย์สามารถเห็นได้ด้วยตาเปล่า (ดาวมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 530 กิโลเมตร) โดยมี Heinrich Olbers เป็นผู้พบในปี 1807 Vesta เป็นชื่อของเทพธิดาผู้มีหน้าที่พิทักษ์รักษาเปลวไฟในวิหารให้ลุกโชนตลอดเวลา ในยุคโรมันโบราณจะมีเปลวไฟศักดิ์สิทธิ์ให้หญิงพรหมจรรย์ที่มีอายุตั้งแต่ 6-30 ปี ดูแลไม่ให้ไฟดับ หากหญิงพรหมจรรย์ (Vestal Virgin) คนใดเสียความบริสุทธิ์ขณะทำหน้าที่ เธอก็จะถูกฝังทั้งเป็น และถ้าเปลวไฟดับ เธอก็จะถูกโบยด้วยแส้ หลังจากที่ทำงานมานานประมาณ 30 ปี เธอก็จะได้รับอนุญาตให้มีครอบครัวได้
ส่วน 1 Ceres นั้น มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 950 กิโลเมตร และมีมวลมากกว่า 25% ของมวลดาวเคราะห์น้อยทั้งหมดที่โคจรอยู่ระหว่างวงโคจรของดาวอังคารกับดาวพฤหัสบดี
การศึกษาดาวเคราะห์แคระ Ceres และ Vesta ซึ่งมีขนาดใหญ่ที่สุดและใหญ่รองลงมาตามลำดับ ในบรรดาดาวเคราะห์น้อยทั้งหมดในเที่ยวเดียวกันนี้น่าสนใจมาก เพราะนักดาราศาสตร์ส่วนมากเชื่อว่าดาวทั้งสอง ยังคงสภาพเดิมนับตั้งแต่เมื่อระบบสุริยะถือกำเนิดใหม่ๆ ดังนั้นการสำรวจ Ceres และ Vesta จะทำให้นักดาราศาสตร์เข้าใจว่าดาวเคราะห์ขนาดใหญ่เช่น โลก ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ฯลฯ มีขั้นตอนและวิวัฒนาการการเกิดจากการหลอมรวมของดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากอย่างไร
ข้อมูลที่ได้จากการศึกษา Vesta โดยกล้องโทรทรรศน์บนโลกและยานอวกาศแสดงให้รู้ว่า Vesta มีมวลประมาณ 1 ใน 3 ของ Ceres มีหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ที่ลึก 13 กิโลเมตรในบริเวณครึ่งซีกล่างของดาว แก่นแกนกลางของดาวเป็นเหล็กกับนิกเกิลผสมกัน ผิวดาวประกอบด้วยหินบะซอลต์ที่มาจากลาวาใต้ผิว ผิวดาวปกคลุมด้วยแร่ไพรอกซีน (pyroxene) ความหนาแน่นของดาวมีค่าตั้งแต่ 3 – 3.5 เท่าของน้ำ Vesta จึงมีสภาพภูมิศาสตร์เหมือนดาวพุธแต่มีขนาดเล็กกว่า
ในปี 1960 นักอุกกาบาตวิทยาได้พบอุกกาบาตที่ตกในรัฐเวสเทิร์นออสเตรเลียซึ่งเชื่อว่า มาจากดาวเคราะห์น้อย Vesta เนื่องจากอุกกาบาตนี้มีองค์ประกอบทุกอย่างเหมือน Vesta (ดาวอังคารกับดวงจันทร์เป็นดาวอีก 2 ดวงที่ส่งอุกกาบาตมาตกบนโลก และ Vesta เป็นดาวดวงที่ 3)
แต่ Ceres ดูลึกลับกว่า Vesta เพราะผิวดาวมีลักษณะเหมือนดินเหนียวจึงสะท้อนแสงได้ไม่ดี อีกทั้งมีน้ำแข็งปกคลุมบางส่วน ใต้ผิวดาวอาจมีทะเล ซึ่งถ้ามีจริงนั่นก็หมายความว่าดาวดวงนี้อาจมีสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้อุณหภูมิของผิวดาวก็ค่อนข้างสูงคือ ในเดือนพฤษภาคมจะมีค่าประมาณ – 38 องศาเซลเซียส และที่ผิวดาวมีบริเวณขนาดใหญ่สีทึบชื่อ Piazzi (ตามชื่อของผู้พบ Ceres) บริเวณนี้อาจเป็นหลุมอุกกาบาต บรรยากาศเหนือดาวก็ค่อนข้างเจือจาง Ceres หมุนรอบตัวเองโดยใช้เวลานาน 9 ชั่วโมง 4 นาที
การเดินทางของยานอวกาศ Dawn ไปสำรวจดาวเคราะห์น้อย Vesta และ Ceres ในครั้งนี้เริ่มต้นเมื่อจรวด Delta II ทะยานขึ้นจาก Cape Carnaveral ตั้งแต่วันที่ 27 กันยายน ค.ศ.2007 ยานได้เดินทางถึงดาวอังคารในเดือนกุมภาพันธ์ 2009 และมีกำหนดเดินทางถึง Vesta ในเดือนสิงหาคม 2011 เพื่อปรับยานให้เคลื่อนเข้าสู่วงโคจรรอบ Vesta จนถึงเดือนพฤษภาคม 2012 ยานจึงผละจากดาวเคราะห์น้อย Vesta มุ่งไปยังดาวเคราะห์แคระ Ceres และมีกำหนดจะถึงในเดือนกุมภาพันธ์ 2015
ในส่วนที่เกี่ยวกับเทคโนโลยีเครื่องยนต์ที่ใช้ในการขับเคลื่อนยาน Dawn นั้นนาซาใช้เครื่องจักรไอออนที่ทำงานโดยการทำให้อะตอมของแก๊ส xenon แตกตัว ไอออนบวกที่เกิดขึ้นจะถูกขั้วลบที่ท้ายจรวดดึงดูด แรงไฟฟ้าจะบังคับให้ไอออนบวกพุ่งออกนอกตัวจรวดด้วยความเร็วสูง แรงดันที่เกิดขึ้นจึงขับจรวดให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้า ด้วยความเร็วสูงประมาณ 10 เท่าของเครื่องยนต์เชื้อเพลิงธรรมดา เทคโนโลยีไฮเทคนี้ใช้งบประมาณ 500 ล้านเหรียญ ซึ่งประหยัดกว่าการใช้เชื้อเพลิงธรรมดาราว 3 เท่า
งานถ่ายรูปคืองานหลักของโครงการสำรวจนี้ กล้องถ่ายภาพบนยาน Dawn จะถ่ายภาพวัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่า 75 เมตรขึ้นไปบน Vesta ได้ชัด และวัตถุที่ใหญ่กว่า 130 เมตรบน Ceres ก็ได้ชัดเช่นกัน นอกจากนี้ยาน Dawn ยังมีอุปกรณ์ spectrometer ที่สามารถวิเคราะห์ธาตุต่างๆ บนดาว วัดรังสีคอสมิกที่สะท้อนจากผิวดาวทั้งสองดวง รวมถึงมีเรดาร์ที่สามารถทะลวงลึกลงใต้ผิวดาวได้ระยะทางหลายเมตร เพื่อค้นหาทะเลใต้ผิวดาว Ceres ให้รู้ชัดว่ามีน้ำหรือไม่มี และถ้ามีน้ำจริง เหตุใดจึงยังมีน้ำอยู่
แต่ยาน Dawn ก็มิได้มีอุปกรณ์สำหรับตรวจหาสิ่งมีชีวิต ดังนั้น การสำรวจครั้งนี้ จึงยังไม่มีคำตอบสุดท้ายเกี่ยวกับชีวิตบนดาวเคราะห์น้อย และดาวเคราะห์แคระ ว่ามีหรือไม่มีเลย
*********************
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน - ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์
ประวัติการศึกษา - ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
