นาซ่าเผย ดาวเสาร์กำลังสูญเสีย 'วงแหวน' ตัวเองในอีก 300 ล้านปี
กาแล็กซีทางช้างเผือก มีรูปทรงบิดเบี้ยวที่ริมขอบ
กาแล็กซีทางช้างเผือก มีรูปทรงบิดเบี้ยวที่ริมขอบ
กุมภาพันธ์ 16, 2019
อะไรมาก่อนบิ๊กแบง - วิธีการทำงานของจักรวาล บทที่ 2
อะไรมาก่อนบิ๊กแบง – วิธีการทำงานของจักรวาล บทที่ 2
มีนาคม 5, 2019
นาซ่าเผย ดาวเสาร์กำลังสูญเสีย วงแหวน ภายใน 300 ล้านปี

© imaged by Cassini in 2007

งานวิจัยใหม่ของนาซ่ายืนยันแล้วว่า ดาวเสาร์กำลังจะสูญเสียวงแหวนอันเป็นเอกลักษณ์ความสวยงามของตัวเองไปในไม่ช้า ซึ่งจากรายงานผลข้อมูลที่ได้รับมาจากยานสำรวจอวกาศ วอยเอจเจอร์ 1 และ วอยเอจเจอร์ 2 (Voyager 1 & 2) ในตลอดหลายทศวรรษที่แล้วก็พบว่า อัตราการสูญเสียวงแหวนนั้น อยู่ในขั้นเลวร้ายที่สุดเลยด้วยซ้ำ เมื่อแรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์ค่อยๆดึงมวลสารวงแหวนของตัวเองลงมา ในลักษณะของอนุภาคฝุ่นน้ำแข็งภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก

“เราประมาณค่ามาได้ว่า ‘ฝนวงแหวน’ ที่ไหลร่วงลงมานั่น จะสามารถเติมเต็มให้กับสระว่ายน้ำโอลิมปิกได้ในทุกๆเวลาครึ่งชั่วโมง”

“และต่อจากนี้ ระบบวงแหวนทั้งหมดก็จะหายไปในอีก 300 ล้านปีข้างหน้า ซึ่งเราได้รับข้อมูลยืนยันนี้มาจากผลการตรวจวัดค่า อัตราการไหลลงมาของมวลสารวงแหวน ณ เส้นศูนย์สูตรดาวเสาร์ จากยานสำรวจอวกาศคัสซีนี–ฮอยเกนส์มาแล้ว อีกทั้งยังพบอีกว่า วงแหวนของดาวเสาร์นั้นเพิ่งจะเกิดขึ้นเมื่อราว 100 ล้านปีที่แล้วเอง ซึ่งหากเทียบกับช่วงอายุขัยของดาวในปัจจุบันตลอด 4 พันล้านปี กลับพบว่า วงแหวนดาวเสาร์มีนั้นช่วงอายุเวลาที่สั้นเอามากๆ” เรียบเรียงจากคำอธิบายของ ด็อกเตอร์เจมส์ โอดอนนอกฮิว (james o’donoghue) เจ้าหน้าที่นาซ่า ประจำศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ด ณ กรีนเบลท์ รัฐแมริแลนด์ (NASA’s Goddard Space Flight Center) เมื่อวันที่ 17 ธันวาคม 2018

รูปที่ 1) ภาพนี้ถ่ายไว้โดยยานอวกาศคัสซีนี (Cassini) เมื่อวันที่ 25 เมษายน 2016 ในระยะห่างจากดาวเสาร์ 3 ล้านกิโลเมตร และที่ระดับความสูงประมาณ 30 องศาเหนือระนาบวงแหวน
(© NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

วงแหวน เอกลักษณ์ความสวยงามของดาวเสาร์

นักวิทยาศาสตร์สงสัยกันมานานแล้วว่า วงแหวนของดาวเสาร์นั้นตกลงแล้วมันถือกำเนิดมาพร้อมกับดาวเสาร์เองเลย หรือกำเนิดต่อมาในภายหลังกันแน่ แต่ในที่สุดผลวิจัยก็ออกมาแล้วว่าคืออย่างหลัง นั่นก็คือวงแหวนอันสวยงามดังที่เราประจักษ์กันในปัจจุบันนั้น ได้ถือกำเนิดขึ้นมา ภายหลังการก่อกำเนิดดาวเสาร์มาร่วม 4 พันล้านปี หรือก็คือมันเพิ่งจะถือกำเนิดมาได้เพียง 100 ล้านปีเท่านั้น ซึ่งนี้ถือเป็นเรื่องที่น่าแปลกใจเลยที่เดียว เพราะช่วงอายุกำเนิดของวงแหวน มันดูเหมือนจะมีอายุน้อยกว่าไดโนเสาร์บางตัว ที่เคยอาศัยอยู่บนโลกเลยด้วยซ้ำ

“เราโชคดีเป็นอย่างมาก ที่เราได้เกิดมาทันเห็นระบบวงแหวนดาวเสาร์ ในช่วงกลางตลาดอายุขัยของมัน, อย่างไรก็ตาม ถ้าวงแหวนนี้อยู่ได้เพียงชั่วคราว, บางทีเราอาจได้พลาดเห็นระบบวงแหวนขนาดยักษ์ของดาว พฤหัสบดี, ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูนไปเสียแล้ว ที่ปัจุบันพบว่าวงแหวนของดาวแหล่านี้ หลงเหลือให้เห็นอยู่อย่างเบาบางเหลือเกิน” กล่าวเสริมโดย ด็อกเตอร์เจมส์ โอดอนนอกฮิว (james o’donoghue)

การมีอยู่ของวงแหวน

มีหลายทฤษฎีมากมายได้อธิบายถึงต้นกำเนิดของวงแหวน, ถ้าดาวเคราะห์ได้มันมาในภายหลัง, นั่นก็หมายความว่าวงแหวนเหล่านี้ คงก่อรูปมาจากเศษน้ำแข็งขนาดเล็ก ซึ่งกระจายตัวมาจากการชนกันของดวงจันทร์บริวาร ที่บางครั้งดาวบริวารเหล่านี้อาจถูกรบกวนวิถีวงโคจรได้ ด้วยแรงโน้มถ่วงจากการเคลื่อนผ่านเข้ามาใกล้ของดาวเคราะห์น้อยหรือดาวหางนั่นเอง

inner rings around saturn fading
รูปที่ 2) ภาพจำลองการหายไปของวงแหวนดาวเสาร์ ที่จะเกิดขึ้นจากนี้ในอีกร้อยล้านปีข้างหน้า โดยวงแหวนด้านในสุดจะค่อยๆจางหายไปก่อน ซึ่งจะตกลงมาเป็นสายฝนสู่ดาวเสาร์ ในขณะที่วงแหวนชั้นนอกก็จะค่อยๆจางหายตามไปหลังจากนี้
(© NASA/Cassini/James O’Donoghue)

เบาะแสแรกถึงการมีอยู่ของฝนวงแหวน (ring rain) ได้รับมาจาก ผลสำรวจโดยยานอวกาศวอยเอจเจอร์ (Voyager) ที่พบว่า มีการเปลี่ยนแปลงของประจุไฟฟ้าบนชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ (ionosphere) ซึ่งมีความสัมพันธ์กับค่าความหนาแน่นของวงแหวนที่แปลี่ยนไป อีกทั้งยังพบว่ามีการตีวงของริ้วแถบสีเข้ม (narrow dark bands) ยังละติจูดกลางตอนเหนือของดาวอีกด้วย และจากการสำรวจต่อมาของยานอวกาศวอยเอจเจอร์ 2 (Voyager 2) เมื่อปี 1981 ก็พบว่าริ้วแถบสีเข้มเหล่านี้จะปรากฎให้แบบสลัวๆ บนชั้นบรรยากาศสตราโทสเฟียร์ (stratosphere) จริง

ริ้วแถบสีเข้ม และรูปทรงสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์

ในปี 1986 จอห์น อี.พี. คอนเนอนี่ (John E.P. Connerney) เจ้าหน้าที่นาซ่า ประจำศูนย์การบินอวกาศก็อดเดิร์ด (NASA’s Goddard Space Flight Center) ได้ตีพิมพ์บทความทางธรณีฟิสิกส์ (Geophysical Research Letters) ที่พบว่า มีความเชื่อมโยงเกี่ยวพันกันกับริ้วแถบสีเข้ม และรูปทรงสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์อยู่ คอนเนอนี เสนอว่า สาเหตุที่เป็นเช่นนั้นก็เพราะอนุภาคน้ำแข็งที่มีประจุไฟฟ้าจากวงแหวนของดาวเสาร์ ได้เกิดการไหลลงมาตามแนวเส้นสนามแม่เหล็กที่มองไม่เห็น และกองมารวมกันบนชั้นบรรยากาศจนปรากฎให้เห็นเด่นชัดเป็นเส้นรอบดาว

ผลปรากฎจากการไหลลงมาของวงแหวนนั้น จะเกิดขึ้นแต่ในละติจูดเฉพาะเท่านั้น ซึ่งมันจะชำละล้างชั้นบรรยากาศของเมฆหมอกออกไป และเผยให้เห็นถึงผลแสงสะท้อนในริ้วแถบสีเข้ม ดังภาพที่ได้รับมาจากยานวอยเอจเจอร์ นั่นเอง

โดยวงแหวนของดาวเสาร์ส่วนใหญ่จะประกอบไปด้วยก้อนน้ำแข็ง ที่มีขนาดไล่เรียงเทียบเท่าได้กับเศษฝุ่นขนาดเล็กๆ ตลอดไปจนถึงขนาดในระดับหลายๆเมตรได้ ซึ่งอนุภาควงแหวนเหล่านี้จะจับตัวกันอย่างสมดุลผ่านแรงดึงของแรงโน้มถ่วง ที่พยายามจะดึงมันลงมาสู่ดาวเสาร์ แต่ขณะที่ความเร็วของวงโคจรในวงแหวนนั้น กลับต้องการที่จะหนีห่างออกไปสู่อวกาศ ด้วยแรงดึงและแรงหนีห่างนี้เอง จึงก่อรูปให้เห็นเป็นวงแหวนในแนวระนาบ แต่ขณะเดียวกัน อนุภาคขนาดเล็กเองก็สามารถรับประจุไฟฟ้าจากแสงอัลตร้าไวโอเล็ตของดวงอาทิตย์ได้ รวมไปถึงเมฆพลาสม่าที่กระจายตัวมาจากการพุ่งเข้าใส่ของละอองดาว (micrometeoroid) ดังนั้นเมื่อเหตุการณ์เหล่านี้เกิดขึ้น อนุภาคที่มีประจุของวงแหวน ก็จะสามารถถูกสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์รบกวนได้ และดึงมันลงมาในลักษณะของเส้นโค้งตีกลับสู่ชั้นบรรยากาศ

โดยอนุภาคไอระเหยของวงแหวนน้ำแข็งและน้ำ จะสามารถทำปฏิกิริยาทางเคมีกับชั้นบรรยากาศในระดับไอโอโนสเฟียร์ของดาวเสาร์ได้ ซึ่งผลลัพธ์จากปฏิกิริยาเหล่านี้จะเพิ่มขึ้นในตลอดช่วงอายุของมัน หรือที่เรียกว่าไอออนไฮโดรเจน3 (H3+ ions) ซึ่งจะประกอบด้วยสามโปรตอนและสองอิเล็กตรอน และครั้งเมื่อมันได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ ไอออนไฮโดรเจน3 (H3+ ions) ก็จะเกิดการเรืองแสงภายใต้อินฟราเรด ซึ่งข้อมูลนี้ได้รับมาจากการสังเกตผ่านเครื่องมือพิเศษ ที่ถูกติดตั้งไว้ให้กับกล้องโทรทรรศน์เคก (Keck telescope) ณ ภูเขาไฟเมานาเคอา รัฐฮาวาย

อีกทั้งการสำรวจของพวกเขา ยังได้เผยให้เห็นถึงแถบเรืองแสงได้จากทั้งทางฝั่งซีกโลกเหนือ และซีกโลกใต้ ซึ่งพบว่ามันคือสถานที่ๆ เส้นสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ ได้พุ่งตัดแนวระนาบวงแหวนลงมายังดาวนั่นเอง และเมื่อพวกเขาได้ทำการวิเคราะห์แสงเพื่อประเมินปริมาณฝนจากวงแหวน รวมถึงผลกระทบที่มันก่อบนชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ (ionosphere) ก็พบว่า ปริมาณฝนที่ไหลลงมานั้นมีความสัมพันธ์กันอยู่จริง และให้ค่าที่สูงขึ้นอย่างน่าประหลาดใจในตลอดช่วง 3 ทศวรรษหลัง

อีกทั้งทีมสำรวจยังพบว่า แถบเรืองแสงสว่างส่วนมาก จะพบเห็นได้จากทางฝั่งละติจูดใต้ของดาวอีกด้วย ซึ่งมันคือสถานที่ๆสนามแม่เหล็กดาวเสาร์ ได้ตัดผ่านระนาบวงโคจรของดาวบริวารเอนเซลาดัส (Enceladus)

ดวงจันทร์เอนเซลาดัส

โดยเอนเซลาดัสนั้น เป็นดาวบริวารขนาดใหญ่อันดับที่ 6 ของดาวเสาร์ค้นพบโดยวิลเลียม เฮอร์เชล เมื่อ ค.ศ. 1789 นักดาราศาสตร์คาดว่าดวงจันทร์ดวงนี้อาจมีน้ำในสถานะของเหลวๆ อยู่ใต้แผ่นน้ำแข็งที่ปกคลุมผิวดาว อีกทั้งยังพบอีกว่า บริเวณขั้วใต้ของดาวยังปรากฏให้เห็นถึงภูเขาไฟน้ำแข็ง (cryovolcano) ที่กำลังพวยพุ่งอนุภาคน้ำแข็งขนาดเล็กออกมา ซึ่งอนุภาคบางส่วนพบว่า มันก็จะย้อนกลับและตกลงสู่พื้นผิวของดาวเองในลักษณะของเกล็ดหิมะ ในขณะที่บางส่วนก็จะกระจายออกไปสู่อวกาศ แล้วผนวกรวมเข้ากับวงแหวนดาวเสาร์ อีกทั้งละอองน้ำแข็งบางส่วน ก็ยังสามารถกระจายตัว ตกลงไปกลายเป็นสายฝนสู่ชั้นบรรยากาศดาวเสาร์ได้อีกด้วย เนื่องจากดวงจันทร์เอนเซลาดัสมีหลักฐานการปรากฏอยู่ของน้ำจริง ทำให้ดาวดวงนี้จึงกลายมาเป็นสถานที่น่าสนใจที่สุดแห่งหนึ่ง ในการค้นหารูปแบบสิ่งมีชีวิตนอกโลก เช่นเดียวกับยูโรปา ดาวบริวารของดาวพฤหัสบดี ซึ่งนักดาราศาสตร์คาดว่าน้ำในดาวดวงนี้ ได้ถูกปิดกั้นอยู่ภายใต้ชั้นน้ำแข็งที่หนามาก และเมื่อช่วงเดือนพฤษภาคม ปี ค.ศ. 2011 ทีมนักวิทยาศาสตร์ของนาซาก็ได้ทำการจัดการประชุมในชื่อ Enceladus Focus Group Conference และประกาศว่าดวงจันทร์เอนเซลาดัสนั้นคือ “สถานที่นอกโลก ที่เอื้อต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตมากที่สุดในระบบสุริยะเท่าที่รู้จักมา” นับตั้งแต่นั้น

“นั่นมันไม่น่าประหลาดใจอะไรเลย เพราะเราทราบกันดีอยู่แล้วว่าเอนเซลาดัส และแถบวงแหวน E (E-ring) (ซึ่งอยู่ในวงโคจร ไกลจากศูนย์กลางดาวเสาร์เป็นระยะระหว่าง 180,000 ถึง 480,000 กิโลเมตร) นั้น มันเปรียบได้ดังกับเป็นแหล่งน้ำชั้นเลิศให้กับดาวเลยทีเดียว หากอิงข้อมูลจากริ้วแถบสีเข้มบนดาวเสาร์ของภาพถ่ายเก่าๆ ที่ได้รับมาจากยานอวกาศวอยเอจเจอร์” กล่าวโดย จอห์น อี.พี. คอนเนอนี่ (John E.P. Connerney)

รูปที่ 3) ภาพถ่ายของดวงจันทร์เอนเซลาดัส (© NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

น้ำพุเกล็ดน้ำแข็งบนดวงจันทร์เอนเซลาดัส (The geysers) ถูกสำรวจเป็นครั้งแรกโดยยานอวกาศคัสซีนี (Cassini) เมื่อปี ค.ศ. 2005 ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คาดว่ามันน่าจะพุ่งออกมาจากมหาสมุทรเหลวใต้เปลือกน้ำแข็งของดาว และจากหลักฐานของกิจกรรมทางธรณีวิทยาและมหาสมุทรนี้ๆเอง จึงทำให้เอนเซลาดัส ได้กลายมาหนึ่งในสถานที่ๆ มีความหวังมากที่สุด ในการค้นหารูปแบบสิ่งชีวิตนอกโลก!

จากรูปที่ 3) นี่คือภาพถ่ายของดวงจันทร์เอนเซลาดัส (Enceladus) ขณะเคลื่อนผ่านอยู่หลังวงแหวนดาวเสาร์ และดวงจันทร์แพนดอร่า (Pandora) ที่ปรากฎให้เห็นอยู่ดวงเล็กๆทางกลางขวาล่าง ภาพนี้ถ่ายเอาไว้โดยยานอวกาศคัสซีนี (Cassini) เมื่อวันที่ 1 พฤศจิกายน ปี ค.ศ. 2009 และจะเห็นได้ว่าแสงอาทิตย์ที่ลอดผ่านออกมานั้น ได้เผยให้เห็นถึงรูปแบบการพวยพุ่งออกมา ของเกล็ดน้ำแข็ง ณ บริเวณขั่วใต้ของเอนเซลาดัส (เห็นได้อย่างชัดเจน) รวมไปถึงการเรืองแสงของอนุภาคน้ำแข็งจำนวนมาก ณ บริเวณแถบวงแหวนดาวเสาร์ก็ด้วย, โดยดวงจันทร์เอนเซลาดัสมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 505 กิโลเมตรโดยประมาณ ในขณะที่ดวงจันทร์แพนดอร่านั้น จะมีขนาดเล็กกว่าที่ 84 กิโลเมตร

สรุป

จากการศึกษา รูปแบบการไหลลงมาของอนุภาคน้ำแข็งจากวงแหวนสู่ชั้นบรรยากาศ นอกจากเราจะทราบแล้วว่าวงแหวนดาวเสาร์นั้นไม่ได้ถือกำเนิดมาพร้อมกับดาวแม่ของมัน แต่มันเพิ่งจะมีมาไม่นานเมื่อราว 100 ล้านปีก่อนเท่านั้น เราก็ยังพบว่าจากการไหลลงมาของฝนวงแหวนนี้เอง ในไม่ช้า ดาวเสาร์ มันก็จะสูญเสียความสวยงามอันเป็นเอกลักษณ์ของตัวเองไป

และจากการศึกษาค่าความสัมพันธ์ระหว่าง ภาวะการเรืองแสงภายใต้อินฟาเรดของริ้วแถบสีเข้มบนชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ กับรูปแบบของเส้นสนามแม่เหล็กที่ตัดผ่านระนาบวงแหวนของดาวเสาร์ก็พบว่า มันมีความสัมพันธ์กันอย่างเห็นได้ชัด โดยเฉพาะริ้วแถบเรืองแสงที่เด่นชัดเป็นอย่างมากทางซีกใต้ของดาว นี้ก็แสดงให้เห็นว่าอนุภาคน้ำแข็งของวงแหวนที่ได้รับประจุไฟฟ้ามาจากแสงอัลตร้าไวโอเล็ต หรือการพุ่งเข้าใส่ของละอองดาวนั้น (micrometeoroid) มีส่วนสำคัญเป็นอย่างมาก ที่จะพรากวงแหวนของดาวเสาร์ไป เพราะเมื่ออนุภาคน้ำแข็งได้รับประจุไฟฟ้ามันก็จะสามารถไหลลงมาตามเส้นสนามแม่เหล็กสู่ดาวได้นั่นเอง

และจากข้อมูลเปรียบเทียบของการศึกษาค่าความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็ก, ริ้วแถบเรืองแสง และค่าความหนาแน่นของมวลสารวงแหวนก็พบว่า ในตลอดกว่า 3 ทศวรรษที่ผ่านมา นับตั้งแต่การไปเยือนดาวเสาร์และศึกษาอย่างใกล้ชิดโดยยานอวกาศ วอยเอจเจอร์ 1 และวอยเอจเจอร์ 2 (Voyager 1 & 2) ตลอดไปจนถึงยานอวกาศคัสซีนี (Cassini) ที่เพิ่งจะจบภารกิจตัวเองโดยการพุ่งชนเข้าสู่ดาวเสาร์ เมื่อวันที่ 15 กันยายน ปี ค.ศ. 2017 ก็พบว่า การไหลลงมาของฝนวงแหวนนั้น มีค่าเพิ่มขึ้นในอัตราที่เลวร้ายสูง (Worst-Case-Scenario) โดยปัจจุบันพบว่าทุกๆ 30 นาที ปริมาณการไหลของฝนวงแหวน จะสามารถเทียบเท่าได้กับปริมาตรของสระว่ายน้ำโอลิมปิก หรือคิดเป็นมวลน้ำขนาด 2,500,000 ลิตร ที่กำลังไหลลงมาในทุกๆครึ่งชั่วโมงกันเลยทีเดียว ดังนั้นหากผลดำเนินงานของการไหล ยังคงเป็นเช่นนี้ต่อไปเรื่อยๆ ในอีกเพียง 300 ล้านปีข้างหน้า ดาวเสาร์ก็จะสูญเสียวงแหวนของตัวเองไปในที่สุด ดังนั้นช่วงเวลาการรับรู้ของมนุษย์ ณ ขณะนี้ จึงเป็นเรื่องที่โชคดีเอามากๆ ที่พวกเรายังพอทันมีโอกาสได้เห็นถึงความงดงามของธรรมชาติ ที่จักรวาลแห่งนี้ได้รังสรรค์ขึ้นมา

Sci Ways
Sci Ways
นักเดินทางข้ามกาลเวลา
Facebook
กลับสู่บนสุด