ก่อนปี 1930 นักเรียนที่เรียนดาราศาสตร์คงคิดกันว่า สุริยจักรวาลเป็นระบบดาวที่ไม่มีความซับซ้อนเลย เพราะมีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง มีดาวเคราะห์น้อย (asteroid) จำนวนล้าน โคจรอยู่ระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัสบดี มีดาวหางมากมาย และดาวเคราะห์รวมทั้งสิ้น 8 ดวง
จวบจนปี 1930 เมื่อ Clyde Tombaugh ได้เห็นดาว พลูโตที่โคจรอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์โดยเฉลี่ยเป็นระยะทาง 5,800 ล้านกิโลเมตร สุริยจักรวาลจึงมีพลูโตเป็นดาวเคราะห์เพิ่มเป็น 9 ดวงให้ทุกคนท่องและจำจนขึ้นใจตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา
แต่การศึกษาพลูโตในเวลาต่อมาได้พบว่า มันเป็นดาวเคราะห์ที่มีสมบัติแตกต่างจากดาวเคราะห์อื่นๆ มาก ในหลายประเด็น แรกทีเดียวคือ มีขนาดเล็ก (มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวเพียง 2,275 กิโลเมตร) คือ ประมาณ 2 ใน 3 ของดวงจันทร์ของโลก มีวงโคจรที่รีมาก อีกทั้งระนาบวงโคจรของมันก็เอียงทำมุมค่อนข้างใหญ่กับระนาบวงโคจรของดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ และขนาดของพลูโตก็แตกต่างจากดาวเคราะห์น้อยที่ใหญ่ที่สุดคือ Ceres ค่อนข้างมาก (เส้นผ่านศูนย์กลางของ Ceres ยาวประมาณ 940 กิโลเมตร)
ในเวลาต่อมาเมื่อนักดาราศาสตร์พยายามค้นหาแหล่งกำเนิดของดาวหางก็ได้พบว่า ณ ที่ห่างจากดวงอาทิตย์ประมาณ 1013 กิโลเมตร มีก้อนน้ำแข็งอีกเป็นจำนวนมากจึงเรียกรวมๆ เมฆ Oort (ตามชื่อของ Jan Oort นักดาราศาสตร์ผู้ต้นคิดเรื่องนี้) และเวลาถูกดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ดึงดูด ก้อนน้ำแข็งเหล่านั้นจะพุ่งเข้ามาในสุริยจักรวาล ให้โลกเห็นเป็นดาวหางที่มีคาบการโคจรค่อนข้างนาน
แต่สำหรับดาวหางที่มีคาบการโคจรสั้น Gerard Kuiper ซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์อเมริกันสัญชาติดัทซ์ได้เสนอแนะว่า นอกวงโคจรของดาวเคราะห์ Neptune ก็มีก้อนน้ำแข็งอีกเป็นจำนวนมากเช่นกัน และเวลาถูกดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ดึงดูด มันจะโคจรเข้ามาในสุริยจักรวาลเป็นดาวหางที่มีคาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์ค่อนข้างสั้น
คำทำนายของ Kuiper ได้กลายเป็นความจริง ในปี 1990 เมื่อนักดาราศาสตร์ได้เห็นก้อนน้ำแข็งขนาดต่างๆ กันเป็นจำนวนมากในบริเวณที่ Kuiper สันนิษฐาน เช่น ดาว Quavar (ควาวอร์) ซึ่งถูกพบในเดือนมิถุนายน ปี 2002 ชื่อนี้ตั้งตามชื่อเทพเจ้าของชาวพื้นเมืองเผ่า Tongva ที่อาศัยอยู่ในรัฐ California ทางตอนใต้ของอเมริกา Quavar โคจรห่างจากดวงอาทิตย์ที่ระยะทางประมาณ 5,950 ล้านกิโลเมตร และมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 1,250 กิโลเมตร จึงมีขนาดใหญ่ประมาณครึ่งหนึ่งของพลูโต
เมื่อถึงวันที่ 15 มีนาคม ปี 2004 นักดาราศาสตร์ก็ได้เห็นดาว Sedna โคจรอยู่ในกลุ่มเมฆ Oort ที่ระยะห่าง 12,900 ล้านกิโลเมตรจากดวงอาทิตย์ และใหญ่ประมาณ 1,600 กิโลเมตร จึงมีขนาดเล็กกว่าพลูโตไม่มาก เพราะดาวดวงใหม่ๆ ที่พบมีขนาดและวิถีโคจรที่แตกต่างไปจากดาวเคราะห์ที่เคยรู้จักมาก ดังนั้น คำถามที่นักดาราศาสตร์ต้องตอบ คือ ดาวเคราะห์น้อยมีความแตกต่างจากดาวเคราะห์ธรรมดาอย่างไร และดาวต่างๆ ที่เพิ่งพบแตกต่างจากดาวเคราะห์น้อยอย่างไร ในที่สุดนักดาราศาสตร์ก็ได้พบว่า ในการตอบคำถามนี้อย่างฟันธงเป็นเรื่องยาก พอๆ กับที่นักภูมิศาสตร์ให้คำจำกัดความของ “เกาะ” เพราะบางคนเรียกออสเตรเลียว่าเป็นเกาะขนาดใหญ่แต่ส่วนใหญ่จัดมันเป็นทวีป รวมถึงไม่สามารถกำหนดตัวเลขแน่นอน สำหรับความสูงของเนินเขาและภูเขาได้
นักดาราศาสตร์ก็เช่นนักวิทยาศาสตร์อื่นๆ ตรงที่นิยมจำแนกแยกประเภทของดาวต่างๆ การพบดาวขนาดเล็กจำนวนมากมายที่อยู่นอกวงโคจรของพลูโตทำให้วงการดาราศาสตร์ต้องหันมาทบทวนเรื่องคำจำกัดความของดาวเคราะห์และดาวเคราะห์น้อย จึงมีความคิดในเบื้องต้นว่าจะให้ดาวเคราะห์เป็นดาวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวกว่า 2,000 กิโลเมตร และถ้าใช้เกณฑ์นี้ พลูโตก็จะเป็นดาวเคราะห์ แต่ Quavar และ Sedna จะไม่เป็น แต่ถ้าให้เส้นผ่านศูนย์กลางของดาวเคราะห์ที่เล็กที่สุดเป็น 1,000 กิโลเมตร ดาว Quavar กับ Sedna ก็จะเป็นดาวเคราะห์ทันที
เพราะขนาดเป็นเพียงตัวเลข ในทำนองเดียวกับอายุ และ IQ ที่ไม่สามารถกำหนดดัชนีให้ตายตัวได้ ดังนั้น เกณฑ์การพิจารณาแบ่งชนิดของดาวเคราะห์จึงต้องมีเพิ่มเติมว่า ดาวเคราะห์จะต้องมีแรงโน้มถ่วงมากพอที่จะทำให้รูปทรงของดาวเป็นทรงกลม นอกจากนี้ดาวดวงนั้นจะต้องไม่โคจรรอบดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่กว่า การเพิ่มคำจำกัดความในลักษณะนี้ได้ตัดประเด็นการให้ดวงจันทร์บริวารต่างๆ ของดาวเคราะห์เป็นดาวเคราะห์ด้วย แต่ก็ได้ทำให้ดาวเคราะห์น้อย Ceres และ Vesta ที่โคจรในแถบดาวเคราะห์น้อยมีสิทธิ์เป็นดาวเคราะห์ เพราะดาวทั้งสองเป็นทรงกลมและมีขนาดใหญ่พอสมควร อีกทั้งไม่โคจรรอบดาวเคราะห์อื่นด้วย
ในที่สุดเมื่อถึงปี 2006 สมาพันธ์ดาราศาสตร์สากล (International Astronomical Union, IAU) ก็ได้ตัดสินใจตั้งชื่อกลุ่มดาวประเภทใหม่เป็นดาวเคราะห์แคระ (dwarf planet) ซึ่งส่วนใหญ่ของดาวประเภทนี้อยู่นอกวงโคจรของดาว Neptune จึงอาจเรียกว่ากลุ่มดาว TNO (ตามคำเต็มว่า trans-Neptunian object) ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ อีกทั้งมีแรงโน้มถ่วงมากพอจะทำให้ ดาวมีลักษณะเป็นทรงกลม และมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวกว่า 850 กิโลเมตร ถ้าดาวดวงนั้นประกอบด้วยหินเป็นส่วนใหญ่ แต่ถ้าเนื้อดาวประกอบด้วยน้ำแข็งเป็นส่วนใหญ่ เส้นผ่านศูนย์กลางก็อาจลดลง คือยาวได้ตั้งแต่ 200-400 กิโลเมตร ส่วนข้อบังคับสุดท้าย คือ วงโคจรของดาวเคราะห์แคระจะต้องไม่มีเทหวัตถุอื่นใดมาโคจรซ้อนทับ
โดยอาศัยคำจำกัดความนี้ Haumea ซึ่งเป็นดาว TNO ขนาดใหญ่ดวงหนึ่งที่โคจรอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์เป็นระยะทาง 50 AU (1 AU คือระยะทางที่โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ = 150 ล้านกิโลเมตร) แม้จะมีขนาดเล็กกว่าพลูโต แต่มีขนาดและอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมเป็นดาวเคราะห์แคระได้ เมื่อ J.L. Ortiz กับคณะได้ศึกษา Haumea ขณะโคจรตัดหน้าดาวฤกษ์ ซึ่งได้ทำให้ความสว่างของดาวฤกษ์ดวงนั้นลดลง กราฟความสว่างที่วัดได้ ช่วยให้นักดาราศาสตร์รู้ขนาด รูปทรง มวล และความหนาแน่นของ Haumea ว่ามันหมุนรอบตัวเองได้ครบรอบโดยใช้เวลา 4 ชั่วโมง ดาวมีรูปทรงรีคล้ายไข่ ในรายงานที่ถูกเผยแพร่ในวารสาร Nature ฉบับที่ 550 เมื่อวันที่ 12 ตุลาคมที่ผ่านมานักวิจัยก็ได้รายงานว่า มีความยาวประมาณแกนดาว 2,300 กิโลเมตร ข้อมูลความสว่างและข้อมูลเวลาที่ Haumea ใช้ในการโคจรตัดหน้าดาวฤกษ์ทำให้รู้สมบัติการสะท้อนแสงของผิวดาว แต่สิ่งที่ทำให้ทุกคนในวงการรู้สึกประหลาดใจมาก คือดาวเคราะห์แคระดวงนี้มีวงแหวนที่เป็นแถบกว้าง 70 กิโลเมตรล้อมรอบ และวงแหวนอยู่ห่างจากผิวดาวประมาณ 1,000 กิโลเมตร
การค้นพบนี้นับเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้เห็นวงแหวนล้อมรอบดาวเคราะห์แคระ
คำถามที่ตามมาคือ วงแหวนนี้เกิดขึ้นได้จากเหตุการณ์อะไร ในกรณีของดาวเสาร์วงแหวนมีหลายวงและวงหนึ่งเกิดจากสสารที่ถูกพ่นออกมาจากดวงจันทร์ Enceladus ส่วนที่มาของวงแหวนวงอื่นๆ ยังไม่มีคำตอบแน่นอนว่า เกิดจากการแตกสลายของดวงจันทร์บริวารเวลามีการชนกันเอง หรือเกิดจากการแตกตัวของดาวหางที่ถูกแรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์ทำลาย การวัดความสว่างของวงแหวนรอบดาวเสาร์ทำให้รู้ว่า มันมีอายุค่อนข้างน้อย คือ ประมาณ 150 ล้านปีเท่านั้นเอง แต่ก็เป็นไปได้ว่า วงแหวนบางวงอาจมีอายุมากกว่าหรือน้อยกว่าก็ได้ สำหรับกรณีวงแหวนรอบ Haumea นั้นนักดาราศาสตร์จะต้องติดตามศึกษาต่อไป
นอกจากนี้นักดาราศาสตร์ยังได้พบอีกว่า ผิวดาว Haumea ถูกปกคลุมด้วยน้ำแข็ง และดาวเคราะห์แคระนี้มีดวงจันทร์ขนาดเล็กเป็นบริวาร 2 ดวง คำตอบสำหรับ Haumea จึงน่าจะแตกต่างจากดาวเสาร์ เพราะดาวทั้งสองมีสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกันมาก กระนั้นการค้นพบนี้จึงน่าสนใจมาก เพราะได้แสดงให้เห็นว่า ดาวเคราะห์แคระใดสามารถมีวงแหวนล้อมรอบได้ และนักดาราศาสตร์คงได้เห็นเหตุการณ์เช่นนี้ในกรณีดาวเคราะห์แคระอื่นๆ อีกหลายดวง
สำหรับ Ceres ซึ่งในอดีตเคยเป็นดาวเคราะห์น้อย แต่ตามคำจำกัดความใหม่ Ceres ได้เลื่อนสภาพเป็นดาวเคราะห์แคระแล้ว เพราะมีลักษณะค่อนข้างกลม (เส้นผ่านศูนย์กลางในแนวศูนย์สูตรมีความยาว = 974 กิโลเมตร และแนวขั้วเหนือ-ใต้มีความยาว 910 กิโลเมตร มีมวลประมาณ 0.00015 เท่าของโลก โคจรอยู่ระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัสบดีที่ระยะห่างประมาณ 3 AU ประกอบด้วยน้ำแข็งเป็นส่วนใหญ่ Ceres จึงเป็นดาวเคราะห์แคระที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาดาวเคราะห์น้อยทั้งหลาย คือมีมวลประมาณ 1/3 ของมวลดาวเคราะห์น้อยทั้งหมด การศึกษาในปี 2015 อย่างใกล้ชิดโดยยานอากาศ Dawn ได้พบว่ามวลประมาณ 20-30% ของ Ceres เป็นน้ำแข็ง
ในการทำแผนที่ภูมิศาสตร์ของผิวดาวโดยใช้กล้องถ่ายภาพที่รับเฉพาะรังสีอินฟราเรด กับแสงที่ตาเห็นข้อมูลที่ได้แสดงว่าบนดาวมีสารประกอบเกลือ และน้ำแข็งที่มีแร่ปน อุปกรณ์รับรังสี gamma และ neutron จากผิวดาวยังแสดงอีกว่า ผิวดาวมีน้ำแข็งหนาประมาณหนึ่งเมตร
แม้ Ceres และ Pluto จะเป็นดาวเคราะห์แคระทั้งสองดวง แต่ความแตกต่างที่สำคัญคือ Ceres โคจรใกล้ดวงอาทิตย์ยิ่งกว่า Pluto ดังนั้น น้ำแข็งบน Ceres จะละลายและระเหยจากผิวได้ดีกว่า และผิว Ceres มีหลุมอุกกาบาตจำนวนมากกว่า เพราะในบริเวณใกล้ๆ Ceres มีดาวเคราะห์น้อยมากมายยิ่งกว่าพลูโต การถูกอุกกาบาตพุ่งชนจึงเกิดขึ้นบ่อยกว่า
บน Ceres ยังมีภูเขาที่สูงกว่า 6,400 เมตร เพียงลูกเดียวอย่างโดดเด่นประเด็นที่เป็นคำถาม คือ มันเป็นก้อนอุกกาบาตจากอวกาศที่ตกมาตั้งอยู่บนผิว Ceres หรือไม่ แต่เมื่อพิจารณาหลักฐานที่ปรากฎเป็นรอยกระแทกโดยรอบ ก็ไม่เห็นอะไรที่ผิดสังเกต นอกจากนี้องค์ประกอบของภูเขาก็มีลักษณะเหมือนกับเนื้อดาวรอบๆ ดังนั้นมันจึงมิใช่อุกกาบาต หรือมันเป็นภูเขาไฟก็ได้ คำถามนี้ยังไม่มีคำตอบ
การสำรวจสภาพทางภูมิศาสตร์ของ Ceres โดยยานอวกาศ Dawn ได้พบความแตกต่างระหว่างระยะลึกของหุบเหวกับระยะสูงของภูเขาบน Ceres ว่ามีค่าประมาณ 15 กิโลเมตร และ Ceres มีหลุมอุกกาบาตหลุมหนึ่งชื่อ Kerwan (ตามชื่อของเทพเจ้าแห่งข้าวโพดในตำนานของอินเดียนแดงเผ่า Hopi) ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวประมาณ 280 กิโลเมตร เป็นแอ่งลึกประมาณ 5 กิโลเมตร Kerwan จึงมีขนาดใหญ่พอๆ กับหลุมอุกกาบาตที่พบบนดวงจันทร์ Dione และ Tethys ของดาวเสาร์ นอกจากนี้ผิวของ Ceres มีสภาพเสมือนกับว่า ในอดีตที่นานมากแล้ว ผิวดาวเคยมีน้ำปกคลุม
คำถามต่อไปคือที่ลึกลงไปใต้ผิวของ Ceres มีน้ำหรือไม่ ในการตอบคำถามนี้ นักดาราศาสตร์คิดว่าที่บริเวณขั้วดาวอาจมีน้ำ แต่บริเวณอื่นๆ ไม่น่าจะมี และนั่นหมายความว่า Ceres พร้อมสำหรับการให้กำเนิดสิ่งมีชีวิตเช่นเดียวกับดาวเคราะห์แคระอื่นๆ อีกหลายดวง
อ่านเพิ่มเติมจาก A Field Guide to the Stars and Planets โดย Donald Menzel และคณะ จัดพิมพ์โดย Houghton Mifflen ปี 2003
เกี่ยวกับผู้เขียน สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์
