xs
xsm
sm
md
lg

ความสำคัญของดาว Ultima Thule ที่ยาน New Horizons เห็นอยู่ในแถบไคเพอร์

เผยแพร่:   ปรับปรุง:   โดย: สุทัศน์ ยกส้าน

ภาพสีภาพแรกของอัลติมาธูลีที่นาซาบันทึกที่ระยะห่าง 137,000 กิโลเมตร เมื่อเวลา 11.08 น.ของวันที่ 1 ม.ค.2019 ด้วยกล้องนทึกภาพสีเอ็มวิค (Multispectral Visible Imaging Camera: MVIC) ที่ติดตั้งบนยานนิวฮอไรซันส์ (HO / NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute / AFP)
เมื่อยานอวกาศ New Horizons ประสบความสำเร็จในการถ่ายภาพดาวเคราะห์แคระ Pluto ที่ระยะใกล้ในปี 2015 แล้ว ภาพที่ได้แสดงให้เห็นว่า พลูโตเป็น “โลก” ที่มีสีสัน เช่น มีภูเขาที่ปกคลุมด้วย methane แข็ง และมีที่ราบสูงรูปหัวใจ ซึ่งมีเกล็ดไนโตรเจนแข็งปกคลุมเต็ม

ต่อจากนั้น ยาน New Horizons ก็ได้เหิรฟ้าเดินทางต่อสู่บริเวณที่อยู่นอกวงโคจรของดาวเคราะห์ Neptune อันเป็นที่อยู่ของก้อนน้ำแข็งใหญ่น้อยหลายร้อยล้านก้อน ซึ่งเป็นต้นกำเนิดของดาวหางที่มีคาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์ค่อนข้างสั้นคือเป็นเวลาน้อยกว่า 200 ปี

ทุกวันนี้ บริเวณที่ยาน New Horizons กำลังสำรวจได้รับการตั้งชื่ออย่างเป็นทางการว่า แถบไคเพอร์ (Kuiper belt) และเมื่อเวลาหลังเที่ยงคืนของวันขึ้นปีใหม่ 2019 ที่เพิ่งผ่านมานี้ องค์การ NASA ของสหรัฐฯ ก็ได้รับรายงานว่ายาน New Horizons ได้โคจรเข้า “ใกล้” และถ่ายภาพดาวดวงแรกที่อยู่ในแถบ Kuiper แล้ว ซึ่งดาวดวงนี้อยู่ห่าง 6,400 ล้านกิโลเมตรจากดวงอาทิตย์ และมีชื่อเป็นทางการว่า 2014 MU69 เพราะถูกนักดาราศาสตร์เห็นเป็นครั้งแรกด้วยกล้องโทรทรรศน์บนโลกเมื่อปี 2014 ว่าผิวประกอบด้วยน้ำแข็งและหิน มีขนาดประมาณ 1/100 ของ Pluto และขณะเข้าใกล้เพื่อถ่ายภาพดาวดวงนี้นั้น ยานมีความเร็วประมาณ 50,000 กิโลเมตร/ชั่วโมง

Ultima Thule จึงได้ครองสถิติ การเป็นดาวในแถบ Kuiper ที่ได้รับการถ่ายภาพที่ระยะใกล้ ในขณะที่อยู่ไกลจากโลกมากที่สุดด้วย

ความจริงความสนใจเกี่ยวกับเทห์วัตถุที่อยู่ในแถบไคเพอร์นี้เกิดขึ้นจากความเชื่อที่ว่า ถ้านักดาราศาสตร์มีความรู้เกี่ยวกับวัตถุต่างๆ ที่โคจรอยู่ในแถบไคเพอร์หมด ข้อมูลที่ได้จะสามารถบอกประวัติความเป็นมาของดาวเคราะห์ต่างๆ ในระบบสุริยะได้ นั่นคือ จะรู้ว่าสุริยจักรวาลมีขั้นตอนของการถือกำเนิดได้อย่างไร

สำหรับประวัติความเป็นมาของแถบไคเพอร์นั้น ประวัติดาราศาสตร์ได้มีบันทึกว่า ปี 1950 เป็นปีสำคัญ เพราะในปีนี้ได้มีนักดาราศาสตร์สามท่าน คือ Fred L. Whipple แห่ง Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ซึ่งได้เสนอความเห็นว่า นิวเคลียส (หัว) ของดาวหางมีองค์ประกอบหลักเป็นก้อนน้ำแข็งสกปรก และคนที่สองคือ Jan H. Oort ซึ่งได้เสนอความคิดว่าที่ระยะทางตั้งแต่ 10,000 a.u จากดวงอาทิตย์ออกไป (1 a.u ย่อมาจาก Astronomical Unit เป็นระยะทางโดยเฉลี่ยที่โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์) เป็นบริเวณที่อยู่ของก้อนน้ำแข็งจำนวนมากมาย และเป็นแหล่งที่อยู่ของดาวหางที่มีคาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์ค่อนข้างนาน (200 ปีขึ้นไป) ปัจจุบันบริเวณดังกล่าวเป็นที่รู้จักในนาม เมฆ Oort (Oort cloud) และคนที่ 3 ชื่อ Gerard P. Kuiper ซึ่งได้ทำให้วงการดาราศาสตร์ตื่นเต้น ด้วยการระบุว่า Pluto เป็นเพียงดาวดวงหนึ่งในบรรดาดาวที่โคจรอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์เป็นระยะทาง 30-50 a.u คือไกลยิ่งกว่าดาว Neptune และบริเวณนี้เป็นแหล่งที่อยู่ของดาวหางที่มีคาบการโคจรสั้น (น้อยกว่า 200 ปี)
ภาพ อัลติมาธูลี วัตถุอวกาศที่อยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ 4.8 พันล้านกิโลเมตร รูปร่างเหมือนรูปปั้นมนุษย์หิมะ (HO / NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute / AFP )
ถึงวันนี้ บริเวณที่ Kuiper เสนอ ได้รับการตั้งชื่ออย่างเป็นทางการว่า แถบ Kuiper (Kuiper belt)

เมื่อ Kuiper เสียชีวิตในปี 1973 ยังไม่มีนักดาราศาสตร์คนใดได้เห็นดาวที่โคจรอยู่ในแถบ Kuiper เลย แต่แล้วโลกก็เริ่มมีหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่าความคิดของ Kuiper ถูก เพราะในปี 1977 Charles Kowal ได้เห็นดาว Chiron ซึ่งเป็นดาวที่มีขนาดเล็ก (คือมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 200-300 กิโลเมตร) หลังจากที่เวลาผ่านไป 2 ปี นักดาราศาสตร์ที่ติดตามดู Chiron อย่างใกล้ชิดก็ประจักษ์ว่า Chiron มีวิถีโคจรเป็นวงรีอยู่ระหว่างดาวเสาร์กับดาว Uranus และมีต้นกำเนิดจากที่ๆ อยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ยิ่งกว่าดาว Uranus

และตลอดเวลา 40 ปีที่ผ่านมานี้ นักดาราศาสตร์ได้เห็นดาวหางจำนวนมากออกมาปรากฎตัวและหายตัวไปในท้องฟ้า เมื่อใช้คอมพิวเตอร์คำนวณวิถีโคจรของดาวหางเหล่านี้ย้อนหลังไปประมาณล้านปี นักดาราศาสตร์ก็รู้ว่า ดาวหางที่มีคาบโคจรสั้น มิได้มาจากดาวที่อยู่ในเมฆ Oort

เพราะถ้าอยู่จริง ระนาบการโคจรของดาวหางจะเบนและเอียงในทิศทางต่างๆ กัน แต่ปรากฏว่าวงโคจรของดาวหางที่เห็นส่วนใหญ่ อยู่ในระนาบเดียวกับระนาบวงโคจรของดาวเคราะห์ทั้งหลายในระบบสุริยะ

เมื่อมีทฤษฎีของ Kuiper มีหลักฐานสนับสนุน การค้นหาวัตถุท้องฟ้าที่อยู่นอกวงโคจรของ Neptune จึงเกิดขึ้น

ในปี 1992 David C. Jewitt แห่งมหาวิทยาลัย Hawaii และ Jane Luu แห่ง Massachusetts Institute of Technology Lincoln Laboratory ได้พบดาวดวงแรกที่มีวงโคจรรอบดวงอาทิตย์เกือบเป็นวงกลม อีกทั้งอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ยิ่งกว่า Neptune

ในปี 1993 ได้มีการพบวัตถุในแถบ Kuiper (KBO จาก Kuiper belt object) 4 ดวง ในปีต่อมา จำนวน KBO ได้เพิ่มมากถึง 15 ดวง ถึงปี 2002 จำนวน KBO ที่พบก็มีเกือบ 1,000 ดวง โดยมีชื่อต่างๆ กัน Ixion, Sedna, Orcus, Haumea และ Quaoar ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวถึง 1,300 กิโลเมตร โดยทั่วไป ดาวที่มีขนาดยิ่งเล็กจำนวนจะยิ่งมาก เช่น ดาวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวกว่า 100 กิโลเมตร มีจำนวนกว่า 100,000 ดวง

นักดาราศาสตร์จึงได้จัดแบ่ง KBO ออกเป็นสามกลุ่มใหญ่ คือ Plutino เป็นดาวที่โคจรอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ที่ระยะทางตั้งแต่ 30-50 a.u และมีคาบการโคจรที่สอดคล้องกับดาว Neptune คือ เป็น resonance กัน เช่น ถ้า Neptune ใช้เวลา m ปี ในการโคจรรอบดวงอาทิตย์ Plutino ก็จะมีคาบการโคจรเป็น n ปี โดยที่ m และ n เป็นเลขจำนวนเต็ม เช่น Pluto เป็น KBO แบบ Plutino เพราะโคจรรอบดวงอาทิตย์ 3 รอบ ในขณะที่ Neptune โคจรไปได้ 2 รอบ กลุ่มที่สอง คือ Classical KBO ซึ่งเป็นดาวที่โคจรในแถบไคเพอร์เหมือนกัน แต่มีคาบการโคจรที่ไม่เป็น resonance กับดาว Neptune และกลุ่มที่สามคือ scattered disk object (SDO) คือ วัตถุที่ถูกวัตถุอื่นพุ่งชนจนกระเด็นแยกออกจากแถบไคเพอร์ จึงมีวงโคจรที่รีมาก และอาจอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ถึงระยะทาง 1,000 a.u

การศึกษาธรรมชาติของ KBO จึงเป็นความพยายามของนักดาราศาสตร์ในขั้นต่อไป และได้พบว่า สีผิวของดาวเหล่านี้ที่เห็นโดยใช้กล้องโทรทรรศน์สังเกตปรากฎว่าค่อนข้างทึบและสะท้อนแสงอาทิตย์ได้ตั้งแต่ 3-15% ของปริมาณแสงที่ตกกระทบ จึงแตกต่างจากผิวของดาว Pluto ที่สามารถสะท้อนแสงได้มากถึง 55% เพราะผิวของ Pluto มีหิมะที่สามารถสะท้อนแสงได้ดี นอกจากนี้ผิวของ KBO ก็มีสีต่างๆ กันตั้งแต่สีฟ้าจนถึงสีแดง
ภาพจำลองเมื่อครั้งยานนิวฮอไรซันส์บินผ่านพลูโต (NASA/JHU APL/SwRI/Steve Gribben)
สำหรับส่วนที่เป็นเนื้อของดาว KBO นั้น นักดาราศาสตร์ได้พบว่า มีน้ำแข็ง หิน และสารอินทรีย์ต่างๆ เป็นส่วนใหญ่ โดย KBO อาจมิใช่ดาวดวงเดียวโดดๆ แต่อาจมีดาวบริวารด้วย โดยที่ดาวบริวารที่ว่านี้เกิดจากการชนกันระหว่างวัตถุ KBO ซึ่งอาจทำให้รูปทรงของดาวเปลี่ยนแปลง และอาจมีหลุมอุกกาบาตใหญ่น้อยที่ผิวก็ได้ การชนกันบ่อยทำให้เหล่า KBO ที่มีขนาดเล็กกว่า 50 กิโลเมตร และอาจแตกสลายได้ภายในเวลา 4,000 ล้านปี ด้วยเหตุนี้ นักดาราศาสตร์จึงเชื่อว่า เหล่าดาวหางที่ถือกำเนิดใน Kuiper belt เป็นดาวหางที่มีอายุไม่มาก (คือน้อยกว่า 100 ล้านปี)

ด้านนักดาราศาสตร์ทฤษฎีก็ได้ใช้คอมพิวเตอร์สร้างแบบจำลองที่แสดงให้เห็นว่า วัตถุ KBO ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 100 – 1,000 กิโลเมตร จะไม่สามารถถือกำเนิดใน Kuiper belt ได้เพราะดาวเคราะห์ Neptune จะพยายามดึงดูดวัตถุ KBO ขนาดเล็กที่อยู่ใกล้เข้าหามัน ในทำนองเดียวกันกับที่ดาวพฤหัสบดีดึงดูดดาวเคราะห์น้อยที่โคจรระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัสบดีเข้าหาตัวมัน และการดึงดูดด้วยแรงโน้มถ่วงของ Neptune จะทำให้วัตถุ KBO มีการชนกันบ่อย วัตถุ KBO จึงแตกกระจายเป็นวัตถุก้อนเล็กๆ และฝุ่นจนไม่สามารถจับกลุ่มกันเป็นดาวเคราะห์ได้

ในปี 2002 ที่ NASA ได้วางแผนส่ง New Horizons ไปเยือน Pluto และ Charon (ซึ่งเป็นดวงจันทร์บริวารของ Pluto) นั้น ยานได้ออกเดินทางเมื่อวันที่ 19 มกราคม 2006 และเดินทางถึง Pluto กับ Charon ในปี 2015 หลังจากที่ได้สำรวจพลูโตแล้ว NASA ก็ได้เตรียมหาเป้าการสำรวจต่อไป

ครั้นเมื่อรู้ว่าสุริยะระบบมีวัตถุ KBO กว่า 400,000 ชิ้นที่มีขนาดใหญ่กว่า 50 กิโลเมตร และอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ไม่เกิน 7,000 ล้านกิโลเมตร ความรู้นี้ได้ชักนำให้ NASA ส่งสัญญาณบังคับยาน New Horizons ให้เดินทางไปสำรวจวัตถุ KBO จำนวน 1-2 ดวงในอีก 5 ปี (คือภายในปี 2020) โดยให้ยาน New Horizons ที่หนัก 465 กิโลกรัม และมีอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ 6 ชิ้น ทำหน้าที่ศึกษาสภาพทางธรณีวิทยาและค้นหาองค์ประกอบของผิวดาว วัดอุณหภูมิและสำรวจสภาพบรรยากาศเหนือ KBO รวมถึงมีอุปกรณ์สำหรับวัดความหนาแน่นของฝุ่นละอองในแถบ Kuiper ด้วย

ครั้นถึงเวลาเที่ยงคืนของวันที่ 1 มกราคมของปีนี้ ยาน New Horizons ก็ได้เดินทางถึงดาว Ultima Thule โดยได้โคจรผ่านที่ระยะห่าง 28,000 กิโลเมตร และได้พบว่าวัตถุ KBO นี้มีอุณหภูมิ 35 เคลวิน (-238 องศาเซลเซียส) การมีอุณหภูมิที่ต่ำมากนี้ทำให้ Ultima Thule คงสภาพความเป็นอยู่ของมันอย่างแทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ตั้งแต่มันถือกำเนิด อีกทั้งมีวงโคจรที่ไม่ถูกดาวใดรบกวนด้วย การพุ่งชนระหว่างวัตถุ KBO Ultima Thule จึงมีสภาพเป็นวัตถุ classical Kuiper Belt ที่มีคาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์ไม่ขึ้นกับคาบการโคจรของ Neptune

ภาพถ่ายยังแสดงให้เห็นว่า Ultima Thule มีลักษณะคล้ายตุ๊กตาหิมะที่มีสองส่วน คือ ส่วนหัวกับส่วนลำตัวที่กลม มันจึงเป็น “ดาวคู่” (binary system) ที่อยู่ใกล้กันโดยมีแรงโน้มถ่วงกระทำต่อกัน โดยส่วนลำตัวมีขนาดใหญ่กว่าส่วนหัวในอัตราส่วน 3:1 และดาวทั้งคู่มีความยาวรวม 34 กิโลเมตร

นักดาราศาสตร์ยังมีความเห็นว่าภาพของ Ultima Thule ที่ถ่ายได้ในลักษณะนี้เป็นเรื่องที่ดีและวิเศษมาก เพราะภาพได้แสดงขั้นตอนการจับกลุ่มของดาวที่มีขนาดเล็กมาเป็นดาวที่มีขนาดใหญ่ นับตั้งแต่วินาทีแรกที่สุริยจักรวาลถือกำเนิด การแตะสัมผัสระหว่างส่วนหัวกับส่วนลำตัวของ Ultima Thule ยังแสดงให้เห็นอีกว่าส่วนทั้งสองโคจรอยู่ใน Kuiper belt เดียวกันด้วยความเร็วค่อนข้างน้อยคือประมาณ 1,000 กิโลเมตร/ชั่วโมง ซึ่งนับว่าน้อยจนการ “ชน” กันไม่ได้ทำลายรูปทรงของส่วนทั้งสองเลย แต่ในเบื้องต้นมันอาจจะถือกำเนิดโดยอยู่แยกจากกัน แล้วได้โคจรเข้ามาใกล้กัน เมื่อผิวของดาวทั้งสองมีสภาพพรุน การชนกันจึงไม่ได้ทำให้ดาวแตกกระจาย นี่เป็นการยืนยันว่า ดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ในระบบสุริยะก็คงถือกำเนิดในลักษณะเดียวกัน คือ มีผงฝุ่นมาจับตัวกันก่อน จนกลายเป็นก้อนหิน จากนั้นก้อนหินได้มารวมตัวกันกลายเป็นดาวเคราะห์ขนาดเล็ก จากนั้นการรวบรวมมวลโดยแรงโน้มถ่วงก็มากขึ้นๆ จนกลายเป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ เช่น โลกและดาวพฤหัสบดีในเวลาต่อมา

ข้อสังเกตอีกประการหนึ่งที่ได้จากภาพ คือ แม้ส่วนทั้งสองของ Ultima Thule จะมีขนาดแตกต่างกัน แต่ก็มีรูปทรงและสีที่คล้ายกันมาก คงเป็นเพราะส่วนทั้งสองถือกำเนิดในบริเวณใกล้ๆ กันของแถบไคเพอร์ มันจึงมีองค์ประกอบที่เหมือนกัน และสีไม่แตกต่างกัน สีแดงเรื่อๆ ของ Ultima ยังแสดงให้เห็นอีกว่า ผิวของมันมีสาร tholin ซึ่งมีพบบนดาว Pluto และ Charon

การถอดรหัสของข้อมูลที่ได้จาก New Horizons ถึงวันนี้ก็ยังไม่หมด แม้สัญญาณที่เดินทางด้วยความเร็วแสงต้องใช้เวลานาน 6 ชั่วโมงจึงถึงโลก นักดาราศาสตร์จึงคาดหวังว่า ณ เวลานั้นอีก 18 เดือน Ultima Thule จะเปิดเผยความลับทางดาราศาสตร์ที่เรายังไม่รู้อีกมาก ส่วนงานขั้นต่อไปของ New Horizons คือ หาดาวเคราะห์ X

อ่านเพิ่มเติมจาก NASA: http://bit.ly/4nT5XY

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


กำลังโหลดความคิดเห็น...