สดร.เผยภาพถ่ายดาวอังคารจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์

เพจสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ โพสต์ระบุว่า เมื่อวันที่ 19 กันยายน 2022 ที่ผ่านมา นาซาเผยแพร่ภาพถ่ายดาวอังคารภาพแรกจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ หรือ JWST พร้อมข้อมูลสเปกตรัมของดาวอังคารโดยภาพถ่ายที่ได้มาจากกล้อง NIRCam ที่ทำงานในย่านรังสีอินฟราเรดใกล้ แสดงให้เห็นอุณหภูมิพื้นผิวและองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร

เนื่องจากดาวอังคารเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้โลกจึงมีความสว่างปรากฏมาก ทำให้ดาวอังคารไม่ใช่วัตถุที่ง่ายต่อการสังเกตการณ์ของกล้อง JWST ที่ถูกออกแบบให้สังเกตการณ์วัตถุทางดาราศาสตร์ที่ริบหรี่และอยู่ห่างไกลออกไป

เพื่อไม่ให้รังสีอินฟราเรดจากดาวอังคารที่มีความเข้มมากจนอาจทำให้อุปกรณ์ของกล้อง JWST ไม่สามารถสังเกตการณ์ได้ นักวิทยาศาสตร์จึงใช้วิธีให้กล้อง JWST เปิดหน้ากล้องถ่ายภาพเป็นระยะเวลาที่สั้นมาก เพื่อลดความเข้มของรังสีอินฟราเรดจากดาวอังคารที่อุปกรณ์ของกล้อง JWST ได้รับก่อนที่จะใช้กระบวนการต่าง ๆ เฉพาะทางมาวิเคราะห์ข้อมูลการสังเกตการณ์ดาวอังคารที่เก็บได้

ภาพถ่ายดาวอังคารในย่านรังสีอินฟราเรด 2 ความยาวคลื่น

กล้อง JWST มีศักยภาพที่สามารถถ่ายภาพและเก็บข้อมูลสเปกตรัมได้มีความละเอียดสูง เพียงพอต่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงในชั้นบรรยากาศดาวอังคารได้ เช่น รูปแบบสภาพอากาศ พายุฝุ่น การเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ตามฤดูกาล ไปจนถึงปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นสั้นมากในรอบวันของดาวอังคาร
ภาพถ่ายดาวอังคารจากกล้อง JWST ที่เผยแพร่นี้ แสดงให้เห็นพื้นผิวทางซีกตะวันออกของดาวอังคารในช่วงความยาวคลื่นรังสีอินฟราเรดที่แตกต่างกัน 2 ค่า ได้แก่ 2.1 ไมครอน และ 4.3 ไมครอน

ที่ช่วงความยาวคลื่น 2.1 ไมครอน เป็นช่วงคลื่นที่ได้รับผลจากแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากพื้นผิวดาวอังคาร ภาพที่ได้แสดงรายละเอียดบนพื้นผิวดาวใกล้เคียงกับภาพดาวอังคารที่ถ่ายในช่วงแสงที่ตามองเห็น ลักษณะภูมิประเทศดังกล่าวประกอบด้วยหลุมอุกกาบาต Huygens Crater ที่มีความกว้างเกือบ 450 กิโลเมตร และบริเวณที่เต็มไปด้วยหินภูเขาไฟสีคล้ำในที่ราบสูง Syrtis Major Planum

สำหรับช่วงความยาวคลื่น 4.3 ไมครอน กล้อง NIRCam ตรวจพบรังสีที่ดาวอังคารเปล่งออกมา ซึ่งตรงกับรังสีอินฟราเรดตั้งแต่ 4.3 ไมครอนขึ้นไป มาจากความร้อนที่ดาวอังคารปล่อยออกมา ความเข้มของรังสีอินฟราเรดที่ความยาวคลื่นนี้จะสัมพันธ์กับอุณหภูมิพื้นผิวดาวอังคาร โดยบริเวณที่มีความเข้มมากที่สุดจะเป็นบริเวณที่ดาวอังคารหันเข้าหาดวงอาทิตย์ จนเป็นฝั่งที่มีอุณหภูมิสูงสุด

นอกจากนี้ ความเข้มของรังสีอินฟราเรดค่อย ๆ ลดลงเมื่อเข้าใกล้ขั้วดาวอังคารมากขึ้น เนื่องจากเป็นบริเวณที่ได้รับแสงอาทิตย์น้อยกว่า รวมถึงในช่วงนี้เป็นช่วงที่ดาวอังคารหันซีกเหนือออกจากดวงอาทิตย์ ทำให้ซีกเหนือเป็นฤดูหนาว และซีกใต้เป็นฤดูร้อน หลักการเดียวกันกับการเกิดฤดูกาลบนโลกนั่นเอง

อย่างไรก็ตาม ปริมาณรังสีอินฟราเรดจากดาวอังคารที่กล้อง JWST ตรวจวัดได้นั้น ไม่ได้ขึ้นกับอุณหภูมิของดาวอังคารเพียงอย่างเดียว ภาพถ่ายดาวอังคารภาพอื่น ๆ จากกล้อง JWST ยังบ่งชี้ว่า รังสีอินฟราเรดดังกล่าวยังขึ้นกับองค์ประกอบทางเคมีในบรรยากาศและพื้นผิวดาวอังคารด้วย

บทบาทของบรรยากาศบริเวณที่ราบต่ำเฮลลัส

การวิเคราะห์สเปกตรัมของดาวอังคารจากกล้อง JWST ช่วยให้นักดาราศาสตร์ศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของบรรยากาศและพื้นผิวดาวอังคารได้ ผลการวิเคราะห์ข้อมูล พบว่าพื้นที่ตรงที่ราบต่ำเฮลลัส (Hellas Planitia) ที่มีความกว้าง 1,930 กิโลเมตร ดูปรากฏเป็นสีคล้ำกว่าพื้นผิวโดยรอบ แม้ว่าจะเป็นช่วงที่อุณหภูมิสูงสุดในรอบวันของบริเวณนี้ เป็นผลจากความดันบรรยากาศที่แตกต่างไปจากบริเวณโดยรอบ ทำให้รังสีอินฟราเรดที่แผ่ออกมาจากพื้นผิวบริเวณนี้ ส่องผ่านชั้นบรรยากาศออกสู่อวกาศได้น้อยลง โดยส่วนหนึ่งถูกแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศดูดกลืนเอาไว้
ที่ราบต่ำเฮลลัสมีลักษณะเป็นแอ่งต่ำกว่าพื้นผิวโดยรอบ สภาพอากาศเหนือบริเวณนี้จึงมีความดันบรรยากาศมากกว่า อนุภาคและโมเลกุลแก๊สในบรรยากาศอยู่กันอย่างหนาแน่นมากกว่า ส่งผลให้รังสีอินฟราเรดบางความยาวคลื่นที่พื้นผิวดาวแผ่ออกมาไปถึงอวกาศได้น้อยลง ปรากฏการณ์เรียกว่า “Pressure broadening”

การถ่ายภาพดาวอังคารครั้งนี้ยังเป็นการทดสอบศักยภาพของกล้อง JWST ในการศึกษาดาวอังคารด้วยเทคนิคการศึกษาสเปกตรัม (เรียกว่า “สเปกโตรสโคปี”) จากอุปกรณ์ NIRSpec ที่ทำหน้าที่ตรวจวัดสเปกตรัมในย่านรังสีอินฟราเรดใกล้ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศรุ่นใหม่ตัวนี้

สารเคมีแต่ละชนิดจะมีคุณสมบัติในการดูดกลืนและการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นเอกลักษณ์ของแต่ละชนิด การศึกษาด้วยดาวอังคารด้วยอุปกรณ์ NIRSpec จะเป็นการแยกสเปกตรัมของวัตถุที่ต้องการศึกษา ข้อมูลสเปกตรัมที่ได้จะซ่อนเอกลักษณ์ของธาตุแต่ละชนิดเอาไว้ ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถระบุองค์ประกอบของวัตถุอวกาศต่าง ๆ ได้ เช่น ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ กาแล็กซี เป็นต้น

ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าสเปกตรัมของดาวอังคารบ่งชี้ถึงข้อมูลเกี่ยวกับฝุ่น เมฆเกล็ดน้ำแข็ง องค์ประกอบทางเคมีในบรรยากาศ รวมถึงประเภทของหินตามพื้นผิวบนดาวอังคาร นอกจากนี้ ผลการสังเกตการณ์จากกล้อง JWST จะช่วยบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของโมเลกุลน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ และสารประกอบอื่น ๆ บนดาวอังคาร รวมถึงประเด็นถกเถียงว่าบรรยากาศของดาวอังคารมีแก๊สมีเทนเจือปนอยู่หรือไม่

แก๊สมีเทนเป็นสารเคมีที่สำคัญและน่าสนใจทางชีวดาราศาสตร์ เนื่องจากแก๊สชนิดนี้สามารถเกิดจากกระบวนการทางธรณีวิทยาต่าง ๆ บนดาวอังคาร หรือเกิดจากสิ่งมีชีวิตได้ ซึ่งจะช่วยบ่งชี้ถึงกระบวนการทางชีววิทยาที่อาจเกิดขึ้นในอดีต