การสังเกตการณ์ดาวพฤหัสบดีเบื้องต้น (ตอนที่ 1)

Share

การสังเกตการณ์ดาวพฤหัสบดีเบื้องต้น (ตอนที่ 1)

บทความชุดนี้เรียบเรียงเพื่อใช้เป็นความรู้เบื้องต้น สำหรับการสังเกตการณ์ดาวพฤหัสบดีผ่านกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน ในช่วงดาวพฤหัสบดีใกล้โลก (Jupiter Opposition)

ภาพรวมเกี่ยวกับดาวพฤหัสบดี

        ดาวพฤหัสบดีเป็นดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ ดาวเคราะห์แก๊สยักษ์ดวงนี้มีมวลประมาณ 1 ใน 1,000 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ หรือหากเทียบกับมวลรวมของดาวเคราะห์ที่เหลือแล้ว จะมีมวลมากถึง 2.5 เท่าของมวลรวมดังกล่าว ขณะที่ตัวดาวพฤหัสบดีมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าดวงอาทิตย์ราว 10 เท่า และใหญ่กว่าโลกราว 11 เท่า

 

รูปที่ 1 แผนภาพเปรียบเทียบขนาดของโลก ดาวพฤหัสบดี และดวงอาทิตย์ [Credit ภาพ: MPIA/C. Thalmann]

 

        นักดาราศาสตร์รู้จักดาวพฤหัสบดีมาตั้งแต่สมัยโบราณ โดยชื่อในภาษาอังกฤษของดาวพฤหัสบดี “Jupiter” มาจากชื่อเทพของชาวโรมันโบราณ ขณะที่ชื่อ “พฤหัสบดี” ของดาวดวงนี้ในภาษาไทยมาจากหนึ่งในเทพนพเคราะห์ในทางศาสนาฮินดูจากอินเดีย 

 

 

รูปที่ 2 เทพจูปิเตอร์ในความเชื่อของชาวโรมันโบราณ (หรือเทพซุสของกรีกโบราณ - ภาพซ้าย) และเทพพฤหัสบดีในศาสนาฮินดู (ภาพขวา)

 

        เมื่อสังเกตจากโลก ดาวพฤหัสบดีมีความสว่างมากที่สุดถึงอันดับความสว่างปรากฏ (แมกนิจูดปรากฏ) ประมาณ -2.7 ซึ่งสว่างมากพอที่จะทำให้เกิดเงาในสถานที่ที่มืดสนิทได้ ดาวพฤหัสบดียังเป็นวัตถุท้องฟ้าที่สว่างเป็นอันดับ 3 บนท้องฟ้ายามค่ำคืน รองจากดวงจันทร์และดาวศุกร์

 

        ดาวพฤหัสบดีมีองค์ประกอบหลักเป็นไฮโดรเจนประมาณ 3/4 ส่วนอีกประมาณ 1/4 ที่เหลือเป็นฮีเลียม ซึ่งสัดส่วนองค์ประกอบทั้งสองธาตุของดาวพฤหัสบดีจะคล้ายกับของดวงอาทิตย์ นักดาราศาสตร์คิดว่าตรงแก่นดาวพฤหัสบดีเป็นของแข็งที่ประกอบด้วยธาตุที่หนักกว่าไฮโดรเจนและฮีเลียม แต่เนื่องจากมวลของดาวพฤหัสบดีส่วนใหญ่มีลักษณะเป็นของไหล (แก๊สและของเหลว) และการที่ดาวพฤหัสบดีใช้เวลาหมุนรอบตัวเองเร็วมาก (ราว 10 ชั่วโมง) ทำให้มวลของดาวถูกเหวี่ยงจนพองออกไปตามแนวเส้นศูนย์สูตร และรูปร่างของดาวเป็นรูปทรงรี (Ellipsoid) 

 

รูปที่ 3 แผนภาพแสดงโครงสร้างภายในดาวพฤหัสบดีตามทฤษฎีของนักดาราศาสตร์ แสดงค่าความดัน (Pressure ในหน่วย bar โดยความดันเนื่องจากบรรยากาศโลกบริเวณระดับน้ำทะเลปานกลางอยู่ที่ราว 1 บาร์), อุณหภูมิ (Temperature ในหน่วยเคลวิน) ความหนาแน่น (Density ในหน่วยกรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร โดยความหนาแน่นของน้ำอยู่ที่ราว 1 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร) ซึ่งโครงสร้างชั้นต่างๆ ได้แก่

- ชั้นยอดเมฆ (Cloud tops)

- ชั้นไฮโดรเจนในสถานะแก๊ส (Gaseous hydrogen)

- ชั้นไฮโดรเจนในสถานะของเหลว (Liquid hydrogen) ซึ่งความดันจากแรงโน้มถ่วงจะมีค่าสูงมาก โมเลกุลไฮโดรเจนจะแยกออกเป็นอะตอมไฮโดรเจน และอะตอมไฮโดรเจนถูกกดอัดให้มาอยู่ใกล้กันมากจนอิเล็กตรอนของอะตอม ไฮโดรเจนตัวหนึ่งสามารถเคลื่อนที่ไปยังอะตอมไฮโดรเจนตัวอื่นที่อยู่ข้างเคียงได้ ทำให้ไฮโดรเจนนี้สามารถนำไฟฟ้าได้และมีสภาพเป็นโลหะ

- แก่นดาว (Core) ที่ประกอบด้วยหิน โลหะ และสารประกอบไฮโดรเจน

ส่วนรูปโครงสร้างข้างๆแสดงโครงสร้างภายในของโลก ในมาตราส่วนเดียวกัน [Credit ภาพ: Pearson Education, Inc.]

 

รูปที่ 4 แผนภาพแสดงรูปร่างของดาวเคราะห์ หากไม่มีการหมุนรอบตัวเอง จะมีรูปร่างเป็นทรงกลมสมบูรณ์แบบ แต่เมื่อดาวเคราะห์มีการหมุนรอบตัวเอง จะมีรูปร่างป่องออกบริเวณเส้นศุนย์สูตรเป็นทรงรี ซึ่งรูปร่างทรงรีของดาวเคราะห์จะแบนมากหรือน้อย ขึ้นกับปัจจัยต่างๆ เช่น ความหนาแน่นและอัตราการหมุนรอบตัวเองของดาวเคราะห์ [Credit ภาพ: Pearson Education, Inc.]

 

        เราจะพบว่ามีแถบเมฆของดาวพฤหัส ณ บรรยากาศชั้นบนของดาวที่ละติจูดต่างๆ เมื่อสังเกตการณ์ผ่านกล้องโทรทรรศน์ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ “แถบเข็มขัด” (Belts: แถบเมฆสีเข้ม) และ “แถบโซน” (Zones: แถบเมฆสีอ่อน) ซึ่งแต่ละแถบเข็มขัดและแถบโซนจะมีอัตราเร็วและทิศทางของกระแสลมที่ต่างกัน ส่งผลให้เกิดความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศ (Turbulence) และพายุหมุนตามแนวรอยต่อระหว่างแถบเข็มขัด-แถบโซน โดยพายุหมุนที่ปรากฏชัดเจนที่สุดบนดาวพฤหัสบดี คือ “จุดแดงใหญ่” (Great Red Spot) เป็นพายุหมุนที่ถูกค้นพบด้วยกล้องโทรทรรศน์ในช่วงคริสตศตวรรษที่ 17 

 

รูปที่ 5 ภาพดาวพฤหัสบดีที่ถ่ายจากยานวอยเอเจอร์ 1 ในเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ.1979 แสดงแถบเมฆต่างๆ ทั้ง “แถบเข็มขัด” (แถบเมฆสีเข้ม) “แถบโซน” (แถบเมฆสีอ่อน) และจุดแดงใหญ่ [Credit ภาพ: NASA/JPL/Björn Jónsson]

 

รูปที่ 6 แผนภาพแสดงภาคตัดขวางของแถบเมฆบนดาวพฤหัสบดี ทั้งแถบเข็มขัด (Belt) และแถบโซน (Zone) ซึ่งมีสี ระดับความสูง การหมุนวนของแก๊สในแนวดิ่ง อัตราเร็วและทิศทางกระแสลมที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์คาดว่าองค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ได้แก่ ซัลเฟอร์ (กำมะถัน), ฟอสฟอรัส และคาร์บอน มีผลต่อความแตกต่างกันระหว่างสีของแถบเมฆ (แถบเข็มขัดสีเข้มกับแถบโซนสีอ่อน)

 

        รอบตัวดาวพฤหัสบดียังมีวงแหวนจางๆ (ไม่สามารถสังเกตเห็นผ่านกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กบนโลกได้) สนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูง และดวงจันทร์เท่าที่ค้นพบแล้ว 67 ดวง รวมถึงกลุ่มของดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีที่มีขนาดใหญ่ที่สุด เรียกว่า “ดวงจันทร์กาลิเลียน” (Galilean Moons) ประกอบด้วยไอโอ, ยูโรปา, แกนีมีด และคัลลิสโต กาลิเลโอ กาลิเลอิ (Galileo Galilei) นักดาราศาสตร์ชาวอิตาเลียนค้นพบดวงจันทร์กาลิเลียนทั้ง 4 ดวงนี้ในปี ค.ศ.1610 และดวงจันทร์แกนีมีดเป็นดาวบริวารที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ โดยมีขนาดใหญ่กว่าดาวพุธด้วย

 

รูปที่ 7 ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์สึบารุของญี่ปุ่น บนหมู่เกาะฮาวาย ซึ่งถ่ายภาพดาวพฤหัสบดีในช่วงรังสีอินฟราเรด แสดงให้เห็นวงแหวนของดาวพฤหัสบดีและดวงจันทร์อมัลเธีย [Credit ภาพ: NAOJ]

 

มนุษย์ส่งยานหุ่นยนต์ไปสำรวจดาวพฤหัสบดีหลายลำ ได้แก่ 

        - ยานฝาแฝดไพโอเนียร์ 10-11 (เคลื่อนเฉียดผ่านในปี ค.ศ.1973-1974) 

        - ยานฝาแฝดวอยเจอร์ 1-2 (เคลื่อนเฉียดผ่านในปี ค.ศ.1979) 

        - ยานยูลิสซิส (เคลื่อนเฉียดผ่านในปี ค.ศ.1992) 

        - ยานกาลิเลโอ (โคจรรอบดาวเพื่อสำรวจ ในปี ค.ศ.1995-2003)

        - ยานกัสซีนี (เคลื่อนเฉียดผ่านในปี ค.ศ.2000)

        - ยานนิว ฮอไรซอนส์ (เคลื่อนเฉียดผ่านในปี ค.ศ.2007)

        - ยานจูโน (โคจรรอบดาวเพื่อสำรวจ ตั้งแต่ปี ค.ศ.2016)

 

รูปที่ 8 ภาพวาดแสดงยานไพโอเนียร์ 10 ขณะกำลังเฉียดใกล้ดาวพฤหัสบดี ในปี ค.ศ.1973 [Credit ภาพ: Rick Guidice]

 

รูปที่ 9 ภาพวาดแสดงหนึ่งในยานวอยเอเจอร์ฝาแฝด ที่มุ่งหน้าไปยังดาวเสาร์หลังเฉียดใกล้ดาวพฤหัสบดี

 

รูปที่ 10 ภาพวาดแสดงยานยูลิสซิส ขณะเฉียดใกล้ดาวพฤหัสบดี ในปี ค.ศ.1992 [Credit ภาพ: David Hardy/ESA/NASA]

 

รูปที่ 11 ภาพวาดแสดงยานกาลิเลโอ ขณะสำรวจดาวพฤหัสบดี

 

รูปที่ 12 ภาพแสดงยานกัสซีนี ขณะเฉียดเข้าใกล้ดาวพฤหัสบดี ในปี ค.ศ.2000 ก่อนมุ่งหน้าไปยังดาวเสาร์

 

รูปที่ 13 ภาพแสดงยานนิว ฮอไรซอนส์ ขณะเฉียดเข้าใกล้ดาวพฤหัสบดี ในปี ค.ศ.2007 ก่อนมุ่งหน้าไปยังดาวพลูโต [Credit ภาพ: JHUAPL/SwRI]

 

รูปที่ 14 ภาพแสดงยานจูโน ขณะกำลังโคจรรอบดาวพฤหัสบดี [Credit ภาพ: NASA/JPL-Caltech]

 

        ส่วนโครงการยานสำรวจระบบของดาวพฤหัสบดีในอนาคต ก็เริ่มมุ่งเป้าไปสำรวจดวงจันทร์ยูโรปา ในฐานะสถานที่ที่อาจมีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต

 

VDO แนะนำยาน JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) ขององค์การอวกาศยุโรป ESA ซึ่งผลิตโดยบริษัท Airbus Defense and Space มีกำหนดการส่งขึ้นสู่อวกาศใน ค.ศ.2022 และถึงดาวพฤหัสบดีใน ค.ศ.2030 [Credit คลิป: Airbus Defense and Space]

 

 

-----------------------------------------------

 

เรียบเรียงโดย

 

พิสิฏฐ นิธิยานันท์

เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์

ศูนย์บริการวิชาการและสื่อสารทางดาราศาสตร์

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)