การค้นพบร่องรอยปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นบนดาวบริวาร Dione จากยานอวกาศ Cassini

Share

เมื่อพิจารณาจากระยะไกลแล้วไดโอนี” (Dione) หนึ่งในดาวบริวารของดาวเสาร์ จะปรากฏคล้ายลูกบิลเลียดอวกาศที่ไม่มีอะไรน่าสนใจ แต่เมื่อยานอวกาศ Cassini ขององค์การ NASA ได้ถ่ายภาพที่เน้นไปยังบริเวณเทือกเขายาวประมาณ 800 กิโลเมตรของดาวบริวารดวงนี้ นักวิทยาศาสตร์ก็ได้เริ่มค้นพบหลักฐานมากขึ้น ที่ยืนยันแนวคิดว่าดาวบริวารดวงนี้เคยมีปรากฏการณ์ต่างๆอย่างมากในอดีต และอาจมีปรากฏการณ์เหล่านี้หลงเหลือมาจนปัจจุบัน

รูปที่ 1 ภาพถ่ายดาวบริวาร Dione จากยานอวกาศ Cassini เมื่อวันที่ 22 มีนาคม ..2008 โดยถ่ายเกือบตรงไปยังบริเวณขั้วเหนือของดาวบริวารดวงนี้ และปรากฏแนวเทือกเขา Janiculum Dorsa อยู่ทางซ้ายของเส้นแบ่งด้านกลางวัน-กลางคืนของดาว (Terminator) บริเวณด้านล่างของรูป

[Credit ภาพ: NASA/JPL/Space Science Institute]

 

        “ภาพถ่ายเหล่านี้แสดงว่า Dione มีปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นแบบเดียวกันกับ พวยของไอน้ำและละอองน้ำแข็งที่พุขึ้น (Geyser) บนดาวบริวารเอนเซลาดัส (Enceladus) ของดาวเสาร์ ซึ่งค้นพบโดยยาน Cassini [1] โดยในภาพถ่าย ได้ปรากฏเป็นร่องรอยพวยพุที่เคยเกิดขึ้นบน Dione ในอดีต หรืออาจจะเป็นพวยพุเหมือนกับของ Enceladus แต่มีความแรงน้อยกว่า” Bonnie Buratti หัวหน้าทีมนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาดาวบริวารน้ำแข็ง ในโครงการอวกาศ Cassini จากห้องปฏิบัติการณ์เครื่องยนต์ขับเคลื่อนไอพ่น (Jet Propulsion Laboratory: JPL) ขององค์การ NASA กล่าวอาจจะมีวัตถุในระบบสุริยะที่ยังคงมีปรากฏการณ์เกี่ยวกับน้ำอยู่ ในจำนวนมากกว่าที่เราเคยคิดกันก็ได้

        มีวัตถุอื่นหลายวัตถุในระบบสุริยะ ที่นักวิทยาศาสตร์คิดว่ามีชั้นมหาสมุทรใต้พื้นผิวดาว (Subsurface ocean) รวมถึงดาวบริวาร Titan และ Enceladus ของดาวเสาร์ กับดาวบริวารยูโรปา (Europa) ของดาวพฤหัสบดี ซึ่งทั้งสามดวงนี้นับเป็นหนึ่งในบรรดาวัตถุที่มีปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยามากที่สุดในระบบสุริยะ นักวิทยาศาสตร์และนักธรณีวิทยาต่างให้ความสนใจวัตถุกลุ่มนี้ ในฐานะเป้าหมายเพื่อค้นหาว่ามีวัตถุอื่นในระบบสุริยะ (นอกจากโลก) ที่มีหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต” (Building blocks of life) [2] อยู่หรือไม่ ซึ่งการค้นพบว่า Dione มีชั้นมหาสมุทรให้พื้นผิวดาว ส่งผลให้นักวิทยาศาสตร์เริ่มสนใจดาวบริวารดวงนี้ในเชิงชีวดาราศาสตร์ (Astrobiology) [3] แทนที่เคยมองว่าเป็นลูกน้ำแข็งอวกาศที่แสนน่าเบื่อ

 

รูปที่ 2 ภาพถ่ายแสดงหลุมอุกกาบาตและรอยแตกที่ปรากฏบนเปลือกชั้นนอกของดาวบริวาร Dione ที่ยาน Cassini ถ่ายมาระหว่างเคลื่อนเข้าใกล้ดาวบริวารดวงนี้เมื่อวันที่ 27 มกราคม ..2010

[Credit ภาพ: NASA/JPL/Space Science Institute]

 

        เมื่อไม่นานมานี้ ยานอวกาศ Cassini ที่เริ่มสำรวจดาวเสาร์ตั้งแต่ปี ..2004 ได้ตรวจพบสัญญาณบ่งชี้ถึงปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นบน Dione โดยอุปกรณ์ตรวจวัดสภาพแม่เหล็ก (Magnetometer) ของยานได้ตรวจพบกระแสอนุภาคจางๆที่ออกมาจากดาวบริวารดวงนี้ และจากข้อมูลภาพของ Dione ที่ยานถ่ายมา แสดงหลักฐานว่าอาจมีชั้นของเหลว หรือชั้นน้ำแข็งที่กำลังละลายวางตัวอยู่ใต้เปลือกน้ำแข็งชั้นนอกของดาวที่มีความแข็งมากกว่า ขณะที่ข้อมูลภาพอื่นๆจากยานยังแสดงให้เห็นว่าแนวรอยแตกอายุมากและสงบตัวลงแล้ว ที่ปรากฏบนพื้นผิวของ Dione มีลักษณะคล้ายกับรอยแตกที่ปรากฏบน Enceladus ที่ยังมีละอองอนุภาคน้ำแข็งและสารอินทรีย์พุออกมาสู่อวกาศในปัจจุบัน

        แนวเทือกเขาบน Dione ที่นักวิทยาศาสตร์ทำการศึกษามานี้ ได้กล่าวถึงในงานวิจัยที่ตีพิมพ์ลงใน Icarus ซึ่งเป็นวารสารการวิจัยด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ เมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมา โดยเทือกเขาดังกล่าวชื่อว่า Janiculum Dorsa ภูเขาในเทือกเขานี้มีระดับความสูงหลายค่า ประมาณ 1-2 กิโลเมตร และเปลือกนอกของดาวบริวารดวงนี้ได้เกิดการพับเป็นรอยย่นลงไปจนมีความลึกถึงระดับประมาณ 500 เมตรขนาบข้างแนวเทือกเขานี้

        “การที่เปลือกนอกของดาวถูกกระทำให้โค้งงอจนเกิดเป็นแนวร่องขนาบด้านข้างของแนวเทือกเขา Janicum Dorsa นี้เป็นตัวบ่งชี้ว่าเปลือกน้ำแข็งดังกล่าวเคยอุ่นกว่านี้มาก่อน ซึ่งคำอธิบายสาเหตุที่เปลือกน้ำแข็งได้รับความร้อนในอดีตที่ดีที่สุด คือ Dione อาจมีชั้นมหาสมุทรใต้พื้นผิวดาว ในขณะที่แนวเทือกเขาก่อตัว” Noah Hammond ผู้วิจัยหลักของงานวิจัยชิ้นนี้จากมหาวิทยาลัยบราวน์ (Brown University) ได้กล่าวไว้ 

 

รูปที่ 3 ข้อมูลภาพปรับสีเพี้ยน จากยานอวกาศ Cassini เพื่อแสดงระดับความสูงต่ำของภูมิประเทศบริเวณเทือกเขา Janiculum Dorsa บนดาวบริวาร Dione โดยที่สีต่างๆบ่งบอกระดับความสูงจากระดับอ้างอิงระดับหนึ่ง (Elevation) ตั้งแต่ 0 กิโลเมตร (สีน้ำเงิน) ไปจนถึง 4 กิโลเมตร (สีแดง)

[Credit ภาพ: NASA/JPL-Caltech/SSI/Brown]

 

        Hammond ยังได้อธิบายเพิ่มเติมด้วยว่า ดาวบริวาร Dione ได้รับความร้อนจากการเปลี่ยนรูปของตัวดาวที่มีการหดตัว (เมื่อดาวบริวารอยู่ห่างจากดาวเสาร์) และยืดตัว (เมื่อดาวบริวารอยู่ใกล้ดาวเสาร์) เนื่องจากแรงไทดัล (Tidal force) [4] ที่เปลี่ยนแปลงไป จากการที่ Dione มีวงโคจรรอบดาวเสาร์เป็นรูปวงรี อีกทั้งมีปัจจัยเสริมจากการที่เปลือกน้ำแข็งสามารถเคลื่อนตัวเลื่อนไถลไปได้อย่างอิสระรอบแก่นกลางของดาว ส่งผลให้ความร้อนที่เกิดขึ้นกับดาวบริวารดวงนี้ เนื่องจากอิทธิพลทางแรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์เพิ่มขึ้นมากกว่าเดิมถึงประมาณ 10 เท่า ขณะที่สมมติฐานอื่นๆ อย่างเช่นจุดร้อนที่ปรากฏบนพื้นที่เฉพาะ (Local hotspot) หรือการที่ดาวบริวารดวงนี้โคจรเข้ามาจากบริเวณที่ห่างจากดาวเสาร์ออกไปมากกว่าวงโคจรปัจจุบัน นักวิทยาศาสตรืต่างคิดว่ายังไม่น่าจะใช้เป็นคำอธิบายได้

        นักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามศึกษาต่อไปว่า เพราะเหตุใด Enceladus ถึงมีปรากฏการณ์ต่างๆชัดเจนเรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน แต่ Dione กลับมีปรากฏการณ์ที่ไม่ชัดเจนหรือต่อเนื่องเท่า อาจเป็นเพราะแรงไทดัลของดาวเสาร์ที่กระทำต่อ Enceladus มากกว่า หรืออาจเป็นเพราะแก่นกลางของ Enceladus มีสัดส่วนของหินมากกว่า ส่งผลให้ Enceladus มีปริมาณธาตุกัมมันตรังสี (Radioactive element) ซึ่งมีมวลอะตอมมากที่เจือปนอยู่ในหินมากกว่า และทำให้ปริมาณความร้อนที่ได้จากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี (Radioactive decay) มากกว่าตามไปด้วย นอกจากนี้แล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่าชั้นมหาสมุทรใต้พื้นผิวดาวนั้น มีอยู่ทั่วไปในดาวบริวารน้ำแข็งหลายดวง ที่ครั้งหนึ่งนักวิทยาศาสตร์เคยคิดว่าเป็นกลุ่มวัตถุที่ดูน่าเบื่อ และจุดประกายความหวังให้มีการสำรวจดาวบริวารน้ำแข็งเหล่านี้เพิ่มเติมในอนาคต แม้กระทั่งกับดาวเคราะห์แคระ (Dwarf planets) อย่างซีเรส (Ceres) หรือพลูโต ที่อาจมีชั้นมหาสมุทรอยู่ใต้เปลือกชั้นนอกของดาวเช่นกัน ซึ่งยานอวกาศ Dawn และยานอวกาศ New Horizons จะไปถึง Ceres และพลูโตตามลำดับในปี ..2015

 

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

แปลและเรียบเรียงโดย

พิสิฏฐ นิธิยานันท์
เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์

แหล่งที่มาของข่าว
http://solarsystem.nasa.gov/news/display.cfm?News_ID=43771

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

 

เพิ่มเติมจากผู้แปลและเรียบเรียง

[1] พวยของไอน้ำและละอองน้ำแข็งที่พุขึ้นมา (Geyser) บนดาวบริวาร Enceladus

        ในปี ..2005 ข้อมูลที่ได้อุปกรณ์หลายตัวของยานอวกาศ Cassini ได้แสดงถึงกระบวนการทางภูเขาไฟน้ำแข็ง” (Cryovolcanism) บนดาวบริวาร Enceladus ซึ่งเป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการประทุของน้ำแข็ง รวมถึงสารประกอบระเหยง่าย (Volatile) ชนิดอื่น แทนที่จะเป็นการประทุของหินหนืดของซิลิเกต แบบที่พบบนดาวเคราะห์หิน (อย่างการระเบิดของภูเขาไฟบนโลก

        อุปกรณ์ ISS (Imaging Science Subsystem – ระบบรองสำหรับถ่ายภาพทางวิทยาศาสตร์) ของยานเป็นอุปกรณ์ตัวแรกที่ตรวจพบพวยของอนุภาคน้ำแข็งที่พุออกมาจากบริเวณขั้วใต้ของ Enceladus จากภาพถ่ายดาวบริวารดวงนี้เมื่อเดือนมกราคมและกุมภาพันธ์ ..2005 ซึ่งในขณะนั้น นักวิทยาศาสตร์คิดว่าพวยพุที่ปรากฏในภาพ อาจเป็นภาพลวงตาที่เกิดจากอุปกรณ์ก็ได้ 

        แต่ข้อมูลจากอุปกรณ์ตรวจวัดสภาพแม่เหล็ก ในเดือนกุมภาพันธ์ ..2005 ได้พบหลักฐานยืนยันว่า Enceladus มีบรรยากาศ โดยอุปกรณ์นี้ได้ตรวจพบอัตราที่เพิ่มขึ้นของคลื่นไอออนแบบไซโคลตรอน” (Electrostatic ion cyclotron wave) ในบริเวณใกล้กับ Enceladus ซึ่งคลื่นดังกล่าวเกิดขึ้น เนื่องจากอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคมีประจุไฟฟ้ากับสนามแม่เหล็ก และความถี่ของคลื่นนี้สามาถบ่งชี้องค์ประกอบทางเคมีของอนุภาคมีประจุไฟฟ้าได้ (ซึ่งในกรณีนี้เป็นไอออนของไอน้ำ

        ในเวลาต่อมา จากข้อมูลของอุปกรณ์ตรวจวัดสภาพแม่เหล็ก ระหว่างที่ยานโคจรเข้าใกล้ Enceladus 2 ครั้ง นักวิทยาศาสตร์ได้พบว่า ความหนาแน่นของบรรยากาศเหนือพื้นผิวบริเวณขั้วใต้ของดาวจะมีค่ามากที่สุด แต่เมื่อพิจารณาห่างจากขั้วใต้ของดาวมากขึ้น ความหนาแน่นของบรรยากาศจะน้อยลง 

        ส่วนข้อมูลจากอุปกรณ์ UVIS (Ultraviolet Imaging Spectrograph – อุปกรณ์สำหรับถ่ายภาพสเปกตรัมในช่วงรังสีอัลตราไวโอเลต) ได้ยืนยันเรื่องความหนาแน่นของบรรยากาศเหนือบริเวณขั้วใต้ของ Enceladus โดยอาศัยการสังเกตการณ์การบังดาวฤกษ์ฉากหลัง (Stellar occultation) ของดาวบริวารดวงนี้ ระหว่างที่ยาน Cassini โคจรเข้าใกล้ Enceladus ในวันที่ 17 กุมภาพันธ์ และ 14กรกฎาคมตามลำดับ ซึ่งอุปกรณ์ UVIS ประสบความล้มเหลวในการตรวจหาหลักฐานถึงบรรยากาศเหนือบริเวณเส้นศูนย์สูตร แต่สามารถตรวจพบไอน้ำเหนือบริเวณขั้วใต้ของดาว

        ซึ่งในระหว่างที่ยาน Cassini โคจรเข้าใกล้ Enceladus เมื่อ 14 กรกฎาคม ..2005 นั้น ยานได้บังเอิญเคลื่อนผ่านเข้าไปในกลุ่มก๊าซ ทำให้อุปกรณ์ INMS (Ion and Neutral Mass Spectrometer –  ซึ่ง Mass Spectrometryเป็นเทคนิคการวิเคราะห์เชิงเคมี โดยแสดงสเปกตรัมของกลุ่มโมเลกุลที่อยู่ในสารตัวอย่าง เพื่อวัดสัดส่วนมวลต่อประจุของอนุภาค วิเคราะห์สัดส่วนของธาตุที่จับพันธะกันเป็นโมเลกุลสารประกอบ หรือโครงสร้างของโมเลกุล สำหรับอุปกรณ์ INMS จะวิเคราะห์ทั้งอนุภาคมีประจุไฟฟ้าและอนุภาคที่เป็นกลางทางไฟฟ้า) และอุปกรณ์ CDA (Cosmic Dust Analyzer – อุปกรณ์วิเคราะห์อนุภาคฝุ่น) ตรวจวัดอนุภาคตัวอย่างในพวยที่พุออกมาจาก Enceladus ได้โดยตรง โดยข้อมูลจาก INMS แสดงว่าองค์ประกอบทางเคมีส่วนใหญ่ ในกลุ่มก๊าซที่ยานเคลื่อนผ่าน เป็นไอน้ำ มีโมเลกุลไนโตรเจน มีเทน และคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นองค์ประกอบส่วนน้อย ส่วนอุปกรณ์ CDA ตรวจพบว่าปริมาณอนุภาคมีจำนวนเพิ่มขึ้นเมื่อยานเข้าใกล้ Enceladus 

        ข้อมูลที่ตรวจพบจากอุปกรณ์ทั้งสามของยานอวกาศ Cassini (UVIS INMS และ CDA) ส่งผลให้นักวิทยาศาสตร์เริ่มคิดว่าพวยของอนุภาคน้ำแข็งและไอน้ำที่พุออกจากปล่องในบริเวณขั้วใต้ของ Enceladus นั้นมีจริง 

ในที่สุดก็มีการยืนยันถึงพวยพุของ Enceladus ด้วยภาพถ่ายในเดือนพฤศจิกายน ..2005 เมื่ออุปกรณ์ ISS ได้ถ่ายภาพดาวบริวารดวงนี้อีกครั้ง และตรวจพบลำพ่นของพวยอนุภาคน้ำแข็งและไอน้ำที่พุออกมาจากบริเวณขั้วใต้ของ Enceladus ปรากฏอยู่ในข้อมูลภาพ (ถึงแม้อุปกรณ์ ISS จะเคยถ่ายภาพพวยพุบนดาวมาก่อนหน้านี้แล้ว แต่ก็ปรากฏไม่ชัดเจนเท่าครั้งนี้ เนื่องจากภาพถ่ายดาวบริวาร Enceladus คราวหลังปรากฏเป็นเสี้ยว และทำการเปรียบเทียบกับภาพถ่ายดาวบริวารดวงอื่นของดาวเสาร์ที่ปรากฏเป็นเสี้ยวในลักษณะเดียวกัน)

 

รูปที่ 4 ภาพถ่ายปรับสีเพี้ยนที่ถ่ายจากยานอวกาศ Cassini โดยผ่านการปรับแก้ข้อมูลภาพ เพื่อแสดงให้เห็นลำพ่นของพวยอนุภาคน้ำแข็งและไอน้ำจำนวนหลายลำ ที่พุออกมาจากบริเวณขั้วใต้ของดาวบริวาร Enceladus ภาพนี้ถ่ายเมื่อเดือนพฤศจิกายน ..2005

[Credit ภาพ: NASA/JPL/Space Science Institute]

 

        การค้นพบและยืนยันว่าพวยของอนุภาคน้ำแข็งและไอน้ำที่พุออกสู่อวกาศจากบริเวณขั้วใต้ของ Enceladus ทำให้ดาวบริวารดวงนี้นับเป็นวัตถุในระบบสุริยะลำดับที่ 4 ที่ตรวจพบว่ามีกระบวนการประทุแบบภูเขาไฟ นอกจากโลก, ดาวบริวารไทรทัน (Triton) ของดาวเนปจูน และดาวบริวารไอโอ (Io) ของดาวพฤหัสบดี

 

[2] หน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต (Building block of life)

        สำหรับหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตที่กล่าวถึงในข่าวนี้ แท้จริงแล้วหมายถึงหน่วยพื้นฐานทางเคมีของสิ่งมีชีวิต” (Chemical building block of life) ซึ่งมีธาตุอยู่ 6 ธาตุหลักๆที่เป็นหน่วยขั้นพื้นฐานที่สุด ได้แก่ กำมะถัน (Sulfer: S), ฟอสฟอรัส (P), ออกซิเจน (O), ไนโตรเจน (N), คาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) ซึ่งสามารถจำตัวย่อง่ายๆว่า SPONCH 

        อะตอมธาตุเหล่านี้สามารถจับพันธะเกิดเป็นโมเลกุลของน้ำหรือสารประกอบอินทรีย์ที่ขนาดโมเลกุลใหญ่และซับซ้อน (Macromolecule) ซึ่งมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิต ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต, โปรตีน, กรดนิวคลีอิก (Nucleic acid) และลิพิด (Lipid)

 

[3] วิชาชีวดาราศาสตร์ (Astrobiology) คือวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับการก่อกำเนิด, วิวัฒนาการ, การกระจายตัว และความน่าจะเป็นในอนาคตของสิ่งมีชีวิตในจักรวาล

 

[4] แรงไทดัล (Tidal force) คือ ผลกระทบทางแรงโน้มถ่วง ที่เกิดเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของวัตถุหนึ่งกระทำต่อแต่ละด้านของอีกวัตถุไม่เท่ากัน เช่น แรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์กระทำต่อพื้นผิวโลกด้านที่ใกล้ดวงจันทร์ มากกว่าพื้นผิวโลกด้านที่อยู่ไกลดวงจันทร์ (แรงไทดัลที่ดวงจันทร์กระทำต่อโลก

        โดยหากวัตถุที่พิจารณาอยู่ใกล้วัตถุที่ออกแรงกระทำมากขึ้น แรงไทดัลที่เกิดกับวัตถุที่พิจารณาก็จะมากขึ้นด้วย อย่างเช่น หากดาวบริวารดวงหนึ่งค่อยๆลดระดับวงโคจรเข้าใกล้ดาวเสาร์เรื่อยๆ แรงไทดัลที่ดาวเสาร์กระทำกับดาวบริวารดวงนี้ก็จะมากขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งแรงไทดัลเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างวัสดุที่ประกอบกันเป็นดาวบริวาร ส่งผลให้ดาวบริวารแตกตัวออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยได้

        และหากแรงไทดัลที่ดาวเคราะห์กระทำต่อดาวบริวารมีความเปลี่ยนแปลง เนื่องจากดาวบริวารโคจรรอบดาวเคราะห์เป็นรูปวงรี โดยเมื่อดาวบริวารอยู่ใกล้ดาวเคราะห์ ดาวบริวารจะเกิดการยืดตัว (แรงไทดัลที่ดาวเคราะห์กระทำต่อดาวบริวารมาก) แต่เมื่อดาวบริวารอยู่ไกลดาวเคราะห์ ดาวบริวารจะหดตัว (แรงไทดัลที่ดาวเคราะห์กระทำต่อดาวบริวารน้อย) การที่ดาวบริวารได้เปลี่ยนรูปโดยยืดตัว-หดตัวไปมาระหว่างที่โคจรไปรอบดาวเคราะห์นี้ ทำให้เกิดความร้อนภายในตัวดาวบริวาร เรียกว่ากระบวนการเกิดความร้อนจากแรงไทดัล” (Tidal heating)