ประวัติการสำรวจดาวเคราะห์แคระพลูโตระบุว่า เดือนมกราคม ปี 1930 Clyde Tombaugh แห่งหอดูดาว Lowell Observatory พบพลูโตโดยการถ่ายภาพท้องฟ้าในเวลากลางคืน แต่ข่าวการพบถูกปิดเป็นความลับ จนกระทั่งวันที่ 13 มีนาคม อันเป็นวันเกิดครบรอบ 75 ปีของ Percival Lowell ซึ่งขณะนั้นเป็นผู้อำนวยการของหอดูดาว ในฐานะที่เป็นผู้พบดาว Tombaugh จึงมีสิทธิ์ตั้งชื่อและคิดจะตั้งชื่อว่า Percival หรือ Lowell แต่ในที่สุดเลือกชื่อ Pluto ตามคำแนะนำของ Venetia Burney เด็กหญิงชาวอังกฤษวัย 11 ปี
ปี 1976 Dale Cruikshank แห่งมหาวิทยาลัย Hawaii สังเกตเห็น methane แข็งบนพลูโต
ปี 1978 James Cristy แห่ง Naval Observatory ของสหรัฐฯ พบดวงจันทร์ดวงแรกของพลูโต และตั้งชื่อว่า Charon การค้นพบนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถวัดมวลของพลูโตได้อย่าง “ถูกต้อง” เป็นครั้งแรก
ปี 1985 การสังเกตดูพลูโตและดวงจันทร์ชารอนบดบังกันและกันทำให้นักดาราศาสตร์สามารถวัดขนาดของดาวทั้งสองได้อย่าง “ถูกต้อง” เป็นครั้งแรก
ปี 1987 Marc Buic แห่งมหาวิทยาลัย Hawaii และ Robert Marcialis แห่งมหาวิทยาลัย Arizona พบน้ำแข็งบน Charon
ปี 1988 Jim Elliot แห่ง Massachusetts Institute of Technology พบว่า พลูโตมีบรรยากาศเพราะเวลาพลูโตโคจรมาบดบังดาวฤกษ์ แสงจากดาวฤกษ์ที่พุ่งมาสู่โลก ถูกหักเหขณะเดินทางผ่านบรรยากาศของพลูโต
ปี 1992 Toby Owen แห่งมหาวิทยาลัย Hawaii พบไนโตรเจนและคาร์บอนมอนออกไซด์ที่เป็นของแข็งบนพลูโต
ปี 2005 Hal Weaver แห่งมหาวิทยาลัย John Hopkins และ S. Alan Stern แห่ง Southwest Research Institute พบดวงจันทร์อีกสองดวงของพลูโตชื่อ Nix และ Hydra
ปี 2006 ยานอวกาศ New Horizons ถูกปล่อยจากฐานยิงจรวดที่ Cape Canaveral รัฐ Florida เพื่อไปสำรวจพลูโตที่ระยะใกล้ และในปีเดียวกัน องค์การ International Astronomical Union (IAU) ได้ลงมติลดสถานะภาพของพลูโตจากดาวเคราะห์ดวงที่เก้าของสุริยะจักรวาลเป็นดาวเคราะห์แคระ (dwarf planet)
ปี 2007 ยาน New Horizons ซึ่งอยู่ห่างจากดาวพฤหัสบดี 2.3 ล้าน กิโลเมตรถูกแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีเหวี่ยงยานให้มุ่งสู่พลูโต
วันที่ 14 กรกฎาคม ปี 2015 ยาน New Horizons จะเดินทางถึงพลูโตและโคจรผ่านที่ระยะห่าง 10,000 กิโลเมตร ยานจะสำรวจสภาพทั่วไปของดาว กับดวงจันทร์บริวารทั้งห้า คือ Charon, Nix, Hydra, Kerberos และ Styx เป็นครั้งแรก
ย้อนอดีตไปเมื่อ 20 ปีก่อนที่ NASA วางแผนจะไปสำรวจพลูโตที่ระยะใกล้ด้วยโครงการ Pluto Fast Flyby และ Pluto Express แต่โครงการถูกระงับเพราะ NASA มีงบประมาณไม่พอ และพลูโตมิได้มีความสำคัญเท่าโครงการอวกาศอื่น ถึงปี 2001 ความฝันที่จะได้ไปสำรวจก็ได้บังเกิดอีก เมื่อโครงการ New Horizons ได้รับอนุมัติ ซึ่งต้องใช้เวลานานถึง 4 ปีในการตระเตรียมยาน และ 9.5 ปีในการเดินทาง เพราะถ้าปล่อยยานจากโลกช้ากว่าปี 2006 ดาวพฤหัสบดีที่จะเป็นตัวช่วยสำคัญในการเดินทาง จะอยู่ในตำแหน่งที่ไม่เหมาะสม และ NASA จะต้องคอยจนกระทั่งสิ้นคริสต์ศตวรรษที่ 21 ความฝันที่จะไปสำรวจพลูโตได้จึงจะเป็นจริง
ดังนั้นในวันที่ 29 มกราคม ค.ศ.2006 จรวด Atlas 5 ที่บรรทุกยาน New Horizons ก็ออกเดินทางด้วยความเร็ว 57,600 กิโลเมตร/ชั่วโมง ซึ่งเป็นสถิติความเร็วสูงสุดของจรวดที่เคยปล่อย
อีก 9 ชั่วโมงต่อมา ยานได้ทะยานผ่านวงโคจรของดวงจันทร์ และเดินทางถึงดาวพฤหัสบดีในอีก 13 เดือนต่อมาด้วยความเร็วที่สูงยิ่งกว่ายาน Galileo และยาน Cassini ที่ NASA เคยส่งไปสำรวจดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เสียอีก
จากนั้นอิทธิพลแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีก็ได้เบี่ยงวิถีโคจรของยาน New Horizons ให้มุ่งตรงไปพลูโต เพื่อทำการวิเคราะห์องค์ประกอบของดาว วัดความดันบรรยากาศ และอุณหภูมิ ศึกษาสภาพภูมิประเทศทั่วไปของพลูโตและดวงจันทร์ที่เป็นดาวบริวารของมัน รวมถึงค้นหาดวงจันทร์อื่นๆ ที่ยังไม่พบ ตรวจหาวงแหวนรอบดาว รวมถึงชั้นบรรยากาศที่เรียก ionosphere ของดาวที่ยังไม่มีใครเคยเห็นด้วย ถ้าการสำรวจดำเนินไปได้อย่างสมบูรณ์ตามที่ NASA ได้วางแผนไว้ ข้อมูลที่ NASA ได้จะเป็นข้อมูลที่ดีที่สุด
ในการสำรวจระยะใกล้นี้ คณะนักวิจัยจากภาควิชา Applied Physics แห่งมหาวิทยาลัย John Hopkins เป็นทีมที่รับผิดชอบในภาพรวมทั้งหมด เพราะคณะวิจัยชุดนี้เคยประสบความสำเร็จในการส่งยาน Messenger ไปโคจรรอบดาวพุธ และสร้างยานอวกาศที่ลงสำรวจดาวเคราะห์น้อย Eros มาก่อน คณะวิจัยนี้มีทีมวิจัยจากสถาบัน Southwest Research Institute ช่วยรับผิดชอบเรื่องการวิเคราะห์ข้อมูล ควบคุมการทำงานของอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ทั้ง 7 อุปกรณ์บนยานที่หนัก 428 กิโลกรัมด้วย
อุปกรณ์แรกมีชื่อ LORRI จากคำเต็ม Long Range Reconnaissance Image ซึ่งเป็นกล้องถ่ายภาพที่มีประสิทธิภาพในการเห็นรายละเอียดบนดาว และถ่ายภาพได้คมชัดมาก ด้วยการใช้กล้องโทรทรศน์ที่มีความยาวโฟกัส 20.8 เมตร
อุปกรณ์ที่สองชื่อ Alice นี่เป็นอุปกรณ์ spectrometer ที่ทำงานโดยการรับรังสี ultraviolet ที่มีความยาวคลื่นค่อนข้างสั้น อุปกรณ์นี้จะวิเคราะห์โครงสร้างและองค์ประกอบบรรยากาศของพลูโต (ชื่อ Alice กับ Ralph ของอุปกรณ์บนดาวเป็นชื่อตัวละครในภาพยนตร์โทรทัศน์เรื่อง The Honeymooners)
ส่วน Ralph ก็เป็น spectrometer อีกเครื่องหนึ่งที่รับรังสี infrared ซึ่งมีความยาวคลื่นค่อนข้างยาว อุปกรณ์นี้ทำหน้าที่วัดอุณหภูมิของผิวดาว และวิเคราะห์องค์ประกอบของเนื้อดาว
ยานยังมีอุปกรณ์ชื่อ Solar Wind Around Pluto (SWAP) และ Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation (PEPSSI) ซึ่งทำหน้าที่ศึกษาบรรยากาศส่วนที่เป็น plasma ของพลูโตรวมถึงตรวจสอบชนิดและปริมาณของ ion ที่ได้แตกหนีจากบรรยากาศของพลูโต รวมถึงวิเคราะห์ด้วยว่าพลูโตมีสนามแม่เหล็กหรือไม่
อุปกรณ์ที่หกชื่อ Radio science EXperiment (REX) จะทำหน้าที่วัดอุณหภูมิ และวิเคราะห์องค์ประกอบของบรรยากาศเหนือพลูโตเช่นกัน รวมถึงวัดมวลของพลูโตและ Charon อย่างละเอียดด้วย
อุปกรณ์สุดท้ายชื่อ Venetia จากคำเต็ม Venetia Burney Student Dust Counter (SDC) จะศึกษาความหนาแน่นของอนุภาคที่บริเวณไกลจากพลูโตตรงขอบนอกของระบบสุริยะเป็นครั้งแรก
อุปกรณ์ทั้ง 7 นี้ทำหน้าที่ซ้ำกันในบางเรื่อง เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของกันและกัน อนึ่งตลอดการสำรวจครั้งนี้ยานมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ได้พลังงานจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี (Radioisotope Thermoelectric Generator) ที่มีกำลัง 200 วัตต์
เพราะยานต้องทำงานอย่างต่อเนื่องและรวดเร็วขณะโคจรอยู่ใกล้พลูโต ข้อมูลที่ต้องเก็บรวบรวมจึงมีมาก และทั้งหมดจะต้องถูกส่งกลับโลก ดังนั้น ยานจึงต้องมีอุปกรณ์สำหรับปรับทิศการวางตัวของยานให้ยานสามารถส่งข้อมูลถึงโลกได้ เมื่อยานอยู่ไกลจากโลกถึง 5,000 ล้านกิโลเมตร และแบตเตอรี่ที่ส่งข้อมูลบนยานมีกำลังต่ำ (12 วัตต์) ซึ่งจะทำงานได้วินาทีละ 2,000 บิท ดังนั้นกว่ายานจะส่งข้อมูลหมด อุปกรณ์ส่งต้องใช้เวลาอีกหนึ่งปี และนั่นหมายความว่าในต้นฤดูหนาวของปี 2016 โลกจึงจะรู้ข้อมูลทั้งหมดของดาวพลูโต ซึ่งนับว่านานจนอาจทำให้ทุกคนรู้สึกเสมือนว่า New Horizons กำลังโคจรรอบพลูโตแทนที่จะโคจรผ่านพลูโต
ยานจะเข้าใกล้พลูโตที่สุด ในวันที่ 14 กรกฎาคม 2015 เมื่อเวลาเช้า 7.50 น. และจะผ่านใกล้ Charon ที่สุดในอีก 14 นาทีต่อมา จากนั้นอีก 61 นาทีต่อมา ยานจะโคจรอยู่หลังพลูโต คืออยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ อีก 148 นาทีต่อมา ยานจะโคจรอยู่หลัง Charon คือตรงข้ามกับดวงอาทิตย์เช่นกัน ยานจะถ่ายภาพทั้งพลูโตและ Charon เพื่อส่งกลับมาโลก NASA คาดว่า ภาพที่ได้จะดีและคมชัดกว่าภาพที่ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble มาก
ในอดีตที่ผ่านมาการสำรวจดาวเคราะห์ต่างๆ ในสุริยะจักรวาลที่ระยะใกล้ได้เคยทำให้นักดาราศาสตร์ประหลาดใจในหลายเรื่อง เช่น กรณีดาวอังคาร เมื่อทุกคนได้เห็นหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ เห็นร่องรอยของธารน้ำที่เคยไหล ในกรณีดาวพุธมีการพบสนามแม่เหล็กที่ไม่มีใครคิดว่ามี การได้เห็นบรรยากาศที่เจือจางเหนือดาวพฤหัสบดี รวมถึงเห็นวงแหวนล้อมรอบดาวพฤหัสบดีอย่างไม่คาดฝัน และเห็นภูเขาไฟระเบิดบนดวงจันทร์ Io รวมถึงเห็นผิวดวงจันทร์ Europa ว่ามีร่องรอยของทะเลแฝงลึกอยู่ใต้ผิว ส่วนในกรณีของดาวเคราะห์ Neptune นั้น ได้เห็นจุดมืดขนาดใหญ่บนดาว และได้เห็นน้ำพุร้อนพุ่งขึ้นจากผิวดวงจันทร์ชื่อ Triton ของมัน
ดังนั้น สำหรับกรณีพลูโตนี้ ไม่มีใครคาดเดาถูกว่า เราจะพบอะไรที่น่าประหลาดใจบ้าง และนี่ก็คือเหตุผลที่ทำให้ NASA ส่ง New Horizons สู่พลูโต
หลังจากที่โคจรผ่านพลูโตแล้ว ยาน New Horizons ก็จะมุ่งหน้าสู่ Kuiper Belt เพื่อศึกษาดาวเคราะห์แคระดวงอื่นๆ ต่อไป อันได้แก่ Eris, Makemake (มาเคมาเค) และ Haumea (ฮาอูเมอา) โดยเฉพาะ Eris ที่ Mike Brown แห่ง Caltech พบในปี 2005 นั้น มันคือดาวที่ทำให้พลูโตถูกปลดสถานะภาพดาวเคราะห์ เพราะมันมีขนาดใหญ่กว่าพลูโตเสียอีก ส่วน Makemake และ Haumea ที่ Brown พบนั้นก็ได้ทำให้เขาเป็นบุคคลเดียวในประวัติดาราศาสตร์ที่พบดาวเคราะห์แคระถึง 3 ดวง ผลกระทบจากการพบ Eris อีกประการหนึ่ง คือ ดาวเคราะห์น้อย (asteroid) ชื่อ Ceres ที่บาทหลวง Giuseppe Piazzi พบเมื่อวันที่ 1 มกราคม ค.ศ.1801 ซึ่งเดิมเคยได้รับเกียรติว่าเป็นดาวเคราะห์ แต่เมื่อนักดาราศาสตร์ได้พบว่า มันเป็นดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาเทหวัตถุฟากฟ้าทุกชิ้นที่โคจรอยู่ระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัสบดี Ceres จึงถูกลดสถานภาพเป็นดาวเคราะห์น้อย แต่ถึงวันนี้เมื่อ Ceres มีมวลมากพอๆ กับมวลของดาวเคราะห์น้อยทั้งหมด อีกทั้งมีแรงโน้มถ่วงสูงพอที่ทำให้มันมีลักษณะกลม Ceres จึงถูกปรับสถานะภาพใหม่เป็นดาวเคราะห์แคระ
ส่วนพลูโตก็เป็นดาวเคราะห์แคระขนาดใหญ่อีกดวงหนึ่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 2338 กิโลเมตร และมีดวงจันทร์มากถึง 5 ดวงชื่อ Charon (เส้นผ่านศูนย์กลางยาว 1,205 กิโลเมตร) Hydra (เส้นผ่านศูนย์กลางอาจยาว 61 ถึง 167 กิโลเมตร) Nix (เส้นผ่านศูนย์กลางอาจยาว 13 ถึง 34 กิโลเมตร) และ Styx (เส้นผ่านศูนย์กลางอาจยาว 10 ถึง 25 กิโลเมตร) ความไม่แน่นอนของเส้นผ่านศูนย์กลางเหล่านี้จะถูกปรับให้ดีขึ้นหลังการสำรวจของ New Horizons
สำหรับดาวเคราะห์แคระ Eris นั้นอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ประมาณ 3 เท่าของระยะทางที่พลูโตอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ และมีดวงจันทร์บริวารดวงเดียว ดาวเคราะห์แคระ Haumea มีดวงจันทร์บริวาร 2 ดวง ด้าน Orcus และ Quaoar มีดวงจันทร์บริวารหนึ่งดวง
ดังนั้น แม้พลูโตจะเป็นแค่ดาวเคราะห์แคระ แต่มันก็มีดวงจันทร์มากถึง 5 ดวง ในขณะที่โลกมีดวงจันทร์ดวงเดียว และดาวอังคารเพียง 2 ดวง ส่วนดาวเคราะห์ใหญ่ เช่น พฤหัสบดีก็มีดวงจันทร์ 66 ดวง ดาวเสาร์มี 62 ดวง กาว Uranus มี 27 ดวง และ Neptune มี 13 ดวง
จึงเป็นว่าในปี 2015 นี้ เราจะเห็นยานอวกาศ Dawn จะโคจรผ่าน Ceres และยานอวกาศ New Horizons โคจรผ่านพลูโต ดังนั้นปีนี้จึงเป็นปีแห่งการสำรวจดาวเคราะห์แคระที่เราจะเห็นดาวทั้งสองดวงอย่างใกล้ชิดเป็นครั้งแรก
นอกจากคนทั้งโลกจะได้เห็นแล้ว ยาน New Horizons ก็ยังได้นำอัฐส่วนหนึ่งของ Tombaugh ไปเพื่อให้ผู้พบพลูโตได้ “เห็น” ที่ระยะใกล้ด้วย
อ่านเพิ่มเติมจาก Beyond Pluto: Exploring the Outer Limits of the Solar System โดย John Davies จัดพิมพ์โดย Cambridge University Press ปี 2001
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
