เดือนมีนาคม 2552

March 2009

ตะกอนแร่ธาตุอาจบ่งบอกสภาพอากาศดาวอังคารในอดีต

March 31^st, 2009

Adapted From  esa.int:Mars Express Zeroes in on Erosion Features

ยานอวกาศ Mars Express เปิดเผยหลักฐานทางธรณีวิทยาที่บ่งชี้ว่า มีกระบวนการแปรรูปของแร่อันเกิดจากการกัดกร่อน  ที่เกิดขึ้นในระดับมหภาคในแถบศูนย์สูตรของดาวอังคาร   หากเป็นเช่นนั้นจริงนี่จะเป็นชิ้นส่วนจิ๊กซอว์อีกชิ้นที่เข้ากันได้พอดีกับสภาพทางอุตุนิยมวิทยาของดาวอังคารในอดีต
หลักฐานมาจากส่วนประกอบเชิงแร่ธาตุของพื้นที่บริเวณ Aram Chaos ซึ่งเป็นหลุมอุกกาบาตขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 280 กิโลเมตร  ซึ่งอยู่บริเวณศูนย์สูตรดาวอังคาร  ข้อมูลจากอุปกรณ์ OMEGA ซึ่งติดตั้งบนยานอวกาศ Mars Express  มีหน้าที่ถ่ายภาพสเปคตรัมเพื่อทำแผนที่แร่ธาตุในย่านอินฟราเรดและแสงที่ตามนุษย์มองเห็น  ได้เปิดเผยพื้นที่ที่เปล่งสัญญาณซัลเฟต(sulphates) และเฟอร์ริค ออกไซด์(ferric oxides)  ของดาวอังคาร  สำหรับบนโลกเฟอร์ริค ออกไซด์ เป็นที่รู้จักกันดีในชื่อสนิมเหล็ก

ภาพถ่ายบริเวณหลุมอุกกาบาต  สีสันแสดงความสูงจากลึกที่สุด(น้ำเงิน) จนถึงสูง(สีขาว) Arm Chaos  credit: ESA

ผลการสังเกตการณ์จาก Mars Express แสดงให้เห็นฝุ่นสีแดงสว่างปกคลุมไปทั่วดาวเคราะห์ซึ่งอุดมไปด้วยเอรร์ริค ออกไซด์  แม้แต่ในตะกอนมืดสนิทภายใน Aram Chaos ก็มีสัญญาณของเฟอร์ริคออกไซด์เข้มข้นกว่าบริเวณรอบๆ ถึงสี่เท่า  แสดงว่ามีกลไกเฉพาะบางอย่างที่ทำให้สนิมเหล็กหนาแน่นขึ้น
เฟอริค ออกไซด์ โดยทั่วไปถูกพบคู่กับซัลเฟต แต่ในกรณีนี้  ซัลเฟตที่เบากว่าจะถูกเป่าหรือพัดพาออกไป ทิ้งเอาไว้แต่เฟอร์ริคออกไซด์
Stéphane Le Mouélic  จากมหาวิทยาลัยแห่งนองทส์(Université de Nantes) หนึ่งในคณะนักวิจัยผู้ศึกษาประเด็นนี้ อธิบายว่า “พวกมันจะสะสมตัวอยู่ในตะกอนมืดดำที่ก้นบ่อซัลเฟต”แสดงว่าเฟอร์ริคออกไซด์ถูกเปิดผิวหน้าด้วยการกัดกร่อนก่อนที่จะตกลงไปในก้นหลุม  เนินทรายบริเวณนี้ก็อุดมไปด้วยเฟอร์ริคออกไซด์เช่นกัน

ภาพจำลองยานอวกาศ Mars Express กำลังโคจรอยู่เหนือดาวอังคาร Credits: ESA - Illustration by Medialab

บางครั้งสัญญาณลักษณะนี้ก็ไม่ได้มีเฉพาะที่ Aram Chaos   แต่รถสำรวจภาคพื้นดินอย่าง Opportunity ของ NASA ก็พบเฟอร์ริคออกไซด์ ภายในที่ราบ Meridiani Planum ซึ่งอยู่ห่างออกไป 100 กิโลเมตร
นักวิทยาศาสตร์เรียกตะกอนเหล่านี้ว่า “บลูเบอร์รี่(blueberries)” เนื่องจากรูปร่างทรงกลมของพวกมัน   ภายใน Valles Marineris ที่อยู่ห่างออกไป 3000 กิโลเมตร  ก็มีตะกอนลักษณะคล้ายๆกัน อยู่ด้วย ดังนั้นการตรวจพบเฟอร์ริคออกไซด์ภายใน Aram Chaos จึงเชื่อมโยงหลายพื้นที่บนดาวอังคารเข้าหากัน

ตะกอน Mars Spherules หรือ Blueberry credit: NASA/JPL/Cornell/USGS

อาจจะมีพื้นที่อื่นๆ ที่มีกระบวนการสะสมแร่ธาตุแบบนี้อยู่อีก แต่ยังคงหลบซ่อนตัวจากสายตาของ  Mars Express    Marion Massé  นักวิจัยและผู้เขียนนำในรายงงานการวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งนองต์ส  อธิบายว่า “OMEGA มีความไวต่อสัญญาณความยาวคลื่น 1 ใน 100 ของไมครอน(1/1,000,000 เมตร) จากผิวดาว ดังนั้นชั้นฝุ่นดาวอังคารที่หนาเพียง 1 มิลลิเมตร จะซ่อนสัญญาณดังกล่าวจากเราได้”  โชคดีที่หลายพื้นที่บนดาวอังคารอย่าง Aram Chaos  มีลมพัดผ่าน ลมจึงเป่าฝุ่นด้านบนออกไปเหลือไว้แต่ตะกอนหินที่ต้องการ
แม้ว่าการประเมินค่าจริงและธรรมชาติของกระบวนการสะสมซัลเฟตกับเฟอร์ริคออกไซด์ จะยังคงเข้าใจยาก  คณะนักวิจัยกำลังสืบหาสมมติฐานที่เป็นไปได้ที่สามารถเป็นสาเหตุของกระบวนการดังกล่าวในขั้นแรก  ในขั้นนี้ พวกเขาไม่พบอะไรเลย  มันอาจจะเป็นเพราะสภาพอากาศเช่น ฝนหรือหิมะ ไปจนถึงเถ้าถ่านภูเขาไฟระเบิดหรือแม้แต่ตะกอนสะสมของธารน้ำแข็ง

สิ่งมีชีวิตรอดหรืออยู่ ถูกกำหนดโดยดาวหาง

March 23^rd, 2009

Adapted From  space.com : Cometary Life Limit

บนดาวฤกษ์บางดวงมีความเคลื่อนไหวของดาวหาง(comet)ที่โคจรรอบตัวมันเป็นปริมาณมาก  และสามารถพิพากษาชีวิตใดๆ ที่พยายามจะหยั่งรกรากบนดาวเคราะห์ดวงใดๆ  งานวิจัยที่กำลังเดินหน้าชิ้นหนึ่ง ทำการศึกษาเพื่อคำนวณอัตราส่วนของระบบดาวฤกษ์ที่อาจไม่เหมาะสำหรับอยู่อาศัยอันเนื่องมาจากความเสี่ยงต่อการถูกชนโดยดาวหาง

แสดงระบบสุริยะ โดยเฉพาะ Kuiper Belt ที่มีดาวพลูโตเป็นสมาชิก
Credit : NASA / JPL-Caltech / R. Hurt

ดาวหางในระบบสุริยะ(solar system) หลายดวงถูกพบในแถบเข็มขัดคุยเปอร์(Kuiper Belt)  อันเป็นกลุ่มวงแหวนที่เต็มไปด้วยเศษวัสดุซึ่งอยู่ถัดออกไปจากวงโคจรของดาวเนปจูน(Neptune)  ในขณะที่ดาวเนปจูนอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 30 หน่วยดาราศาสตร์(Astronomical Unit:ระยะทางเฉลี่ยระหว่างโลกถึงดวงอาทิตย์)  แต่แถบเข็มขัดคุยเปอร์อยู่ห่างออกไปเป็นสองเท่า   ไม่เพียงแต่ระบบสุริยะเท่านั้นที่มีแถบวัสดุเหล่านี้ ดาวฤกษ์อื่นๆต่างก็มีวงแหวนเศษวัสดุรูปแบบนี้เช่นกัน
Jane Greaves แห่งมหาวิทยาลัยแห่งเซนต์แอนดริวส์(University of St. Andrews) ประเทศสกอตแลนด์  กล่าวว่า “เศษวัสดุก็คือฝุ่นและเศษชิ้นส่วนขนาดใหญ่ที่เกิดจากการแตกตัวของดาวหางหรือดาวเคราะห์น้อย(asteroids) ขณะที่พวกมันชนกันเอง”
สืบเนื่องจากการสังเกตการณ์โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์(Spitzer space telescope)  คณะนักวิจัยนำโดย Jane Greaves สามารถประมาณอย่างหยาบๆ ไว้ว่า ร้อยละ  20 ของดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์(sun-like star) มีวงแหวนเศษวัสดุที่มีปริมาณวัสดุมากกว่าแถบเข็มขัดคุยเปอร์   ยิ่งมีเศษวัสดุมาก ก็หมายความว่ามีดาวหางอยู่มาก แต่นี่หมายความว่ามีโอกาสที่จะเกิดการปะทะอย่างรุนแรงที่คร่าชีวิตสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์คล้ายโลกใดๆ ที่กำลังโคจรรอบดาวฤกษ์เหล่านี้หรือไม่?

การจำลองเหตุการณ์ด้วยคอมพิวเตอร์แสดงอัตราการชนกันของเทหวัตถุในระบบสุริยะ(กราฟเส้นสีแดง)ในช่วงอายุต่างๆ ของระบบสุริยะ
Illustration: Mark A. Gerlick / space-art.co.uk; Graph: D. Kring; Simulations: Adapted from Gomes et al./Nature 2005

คำตอบของคำถามนี้ขึ้นอยู่กับว่ามีดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์(gas giant planet)อยู่มากน้อยเพียงใด   สำหรับระบบสุริยะซึ่งมีดาวพฤหัสบดี(Jupiter) เป็นเสมือนโล่กำบังดาวหางให้กับโลก ด้วยการสะท้อนดาวหางบางดวงออกไปจากระบบสุริยะ  อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มสามารถแสดงให้เห็นว่าเมื่อปี 2550 ดาวพฤหัสบดีสามารถเหวี่ยงดาวหางดวงอื่นๆให้โคจรเข้ามาตัดกับเส้นทางโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์   ทว่าโดยข้อเท็จจริงแล้ว หากดาวพฤหัสบดีมีขนาดเท่าดาวเสาร์(Saturn)  จำนวนการชนโลกของดาวหางหรือเทหวัตถุจากแถบเข็มขัดคุยเปอร์จะมากยิ่งขึ้น
Greaves ได้พัฒนาแบบจำลองทางกายฟิสิกส์ที่อธิบายว่า ดาวหางได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ ผลการวิจัยชิ้นก่อนนั้น ก็บ่งบอกว่าดาวหางจะเป็นตัวปัญหาหลักของระบบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์จำนวนไม่มากนัก

ผิวดวงจันทร์เต็มไปด้วยร่องรอยการชนของอุกกาบาต  เนื่องจากไม่มีน้ำ ชั้นบรรยากาศ และกิจกรรมทางธรณีวิทยา ทำให้ร่องรอยเหล่านี้ยังคงหลงเหลืออยู่นานนับบ้านปี
Image Credit: Galileo Project, JPL, NASA

ในยุคแรกๆ ของประวัติศาสตร์ระบบสุริยะ  มีเศษวัสดุที่หลงเหลืออยู่มากมายจากกระบวนการก่อกำเนิดดาวเคราะห์  วัสดุทั้งหมดนี้นำไปสู่การปะทะกันอย่างหนักหน่วงของดาวหางและดาวเคราะห์น้อยในยุคหนึ่งของระบบสุริยะบริเวณเขตดาวเคราะห์วงใน  ซึ่งมีหลักฐานหลงเหลืออยู่บนผิวดวงจันทร์   เนื่องจากดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศ น้ำ และกิจกรรมทางธรณีวิทยาเหมือนกับโลกจึงไม่มีการกัดกร่อนทำลายร่องรอยการชน  ทว่าบนโลกร่องรอยการชนหรือหลุมอุกกาบาตเหล่านั้นจะถูกลบหายหรือกลบฝังไปตามกาลเวลาด้วยการกระทำของกระแสลม กระแสน้ำหรือแม้แต่การเคลื่อนไหวของเปลือกโลก


จำนวนครั้งของการชนลดลงเมื่อประมาณ 3,800 ล้านปีก่อน  หรือ 700 ล้านปีหลังจากระบบสุริยะถือกำเนิด  สาเหตุที่ปริมาณการชนลดลงอาจเกิดจากการถอยห่างออกไปของวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ของดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์  เหตุการณ์ดังกล่าวทำให้ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์กวาดเอาดาวหางจำนวนมากออกไป    ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ดูเหมือนว่าจะโคจรออกห่างจากดวงอาทิตย์ รวมทั้งผลักดันให้วงโคจรของดาวยูเรนัส(Uranus) และดาวเนปจูน(Neptune) ถอยห่างออกจากดวงอาทิตย์เช่นกัน   เหตุการณ์นี้เป็นการก่อกวนเทหวัตถุในแถบเข็มขัดคุยเปอร์(Kuiper Belt Objects)  และดาวหางจำนวนมากก็ถูกผลักออกสู่อวกาศระหว่างดาวฤกษ์ Greaves อธิบาย    “นี่อาจเป็นเหตุการณ์พิเศษเฉพาะในระบบสุริยะของเรา หรือเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในระบบสุริยะอื่นๆ  ประเด็นนี้เรายังไม่ทราบแน่ชัด เนื่องจากเรามีข้อมูลเกี่ยวดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ของระบบดาวฤกษ์ในปริมาณจำกัด”

ภาพจำลองการชนโลกของดาวหางหรืออุกกาบาต Credit: David Hardy

อย่างไรก็ตาม ดาวเคราะห์โลกของเราดูเหมือนจะได้รับข้อยกเว้นจากเหตุการณ์ปะทะทำลายล้าง   นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าไดโนเสาร์ถูกกวาดล้างโดยดาวหางหรือดาวเคราะห์น้อยขนาดกว้างประมาณ 4 ถึง 20 กิโลเมตร  ที่พุ่งชนโลกเมื่อ 65 ล้านปีก่อน ที่บริเวณคาบสมุทรยูคาทัน(Yucatan peninsula) เกิดเป็นหลุมอุกกาบาตชิกซูลับ(Chicxulub crater) ประเทศเมกซิโก ทวีปอเมริกาใต้   การพุ่งชนครั้งนั้นทำให้เกิดทะเลเพลิงกวาดล้างไปทั่วทั้งโลก และท้ายที่สุดรูปแบบสิ่งมีชีวิตเกินกว่าครึ่งก็สูญพันธุ์ไปจากโลก  เรียกการสูญพันธุ์ที่เส้นแบ่งยุค K-T (Cretaceous / Tertiary)

หลุมอุกกาบาตชิกซูลับ คาบสมุทรยูคาทัน ประเทศเม็กซิโก
 source: http://www.physics.uc.edu/~hanson/ASTRO/LECTURENOTES/ET/Earth/ChicxulubCrater.jpg

เทหวัตถุขนาด 100 กิโลเมตรขึ้นไป เมื่อพุ่งชนโลก พลังงานจากการปะทะจะทำลายล้างทุกสิ่ง   ไม่มีสิ่งมีชีวิตใดเหลือรอด  การชนระดับทำลายล้างสิ้นจะกวาดเอาเปลือกโลกและก๊าซที่เป็นชั้นบรรยากาศออกสู่อวกาศจนหมด   โลกดูเหมือนว่าจะเคยพบกับประสบการณ์เช่นนี้มาก่อน ก่อนที่สิ่งมีชีวิตจะอุบัติขึ้นเสียด้วยซ้ำ
Greaves เสริมว่า “ขณะที่เทหวัตถุระดับผู้ประหัตประหารไดโนเสาร์พุ่งชนโลกทุกๆ 100 ล้านปีโดยประมาณ  มนุษย์เราไม่น่าจะพบกับเหตุการณ์ดาวหางขนาด 100 กิโลเมตรพุ่งชนโลกอีก ภายในช่วงชีวิตนี้ของดวงอาทิตย์”
ต่อคำถามที่ว่าอัตราการชนดาวเคราะห์ต้องสูงสักเท่าใดที่จำเป็นต่อการขัดขวางการกำเนิดของสิ่งมีชีวิต  Greaves คิดว่าสิ่งมีชีวิตไม่สามารถวิวัฒนาการบนดาวเคราะห์ที่มีเทหวัตถุขนาดประมาณ 10 ถึง 100 กิโลเมตร พุ่งชนทุกๆ 20 ล้านปี   อัตราการกระหน่ำชนแบบนี้ไม่อนุญาตให้สิ่งมีชีวิตมีเวลาพอสำหรับฟื้นตัวระหว่างการชนแต่ละครั้ง   ระดับความหลากหลายทางชีวภาพยังคงต่ำมาก ดังนั้นมีความเป็นไปได้น้อยมากที่สปีชีส์ของสิ่งมีชีวิตใดๆ จะอยู่รอดในการทำลายล้างครั้งถัดไป

ภาพถ่ายแสดงวงแหวนอนุภาคฝุ่นที่ล้อมรอบดาวฤกษ์ Tau Ceti โดยกล้องความยาวคลื่นต่ำกว่ามิลลิเมตร SCUBA สีในภาพแสดงความสว่างของวงแหวนฝุ่น  ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของมันใหญ่กว่าระบบสุริยะของเราเล็กน้อย Credit: James Clerk Maxwell Telescope.

ในงานวิจัยชิ้นก่อนของ Greaves และคณะ  พวกเขามุ่งศึกษาระบบดาว Tau Ceti  ระบบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์อีกแห่งที่เป็นเป้าหมายโปรดของโครงการเสาะหาสิ่งมีชีวิตทรงภูมิปัญญาต่างดาวอย่างโครงการสำรวจ SETI   Tau Ceti เป็นระบบดาวที่ไม่อาจอยู่อาศัยได้เนื่องจากระบบดาวแห่งนี้มีปริมาณดาวหางจำนวนมากโคจรไปมารอบดาวฤกษ์   การประมาณการนี้จะดูเหมือนมองโลกในแง่ร้ายเกินไปก็ตาม
คณะวิจัยของ Greaves กำลังค้นหาลางบอกเหตุทั่วไปโดยอาศัยปริมาณดาวหาง  พวกเขาสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์เพื่อใช้ตัวแทนของระบบที่มีความหลายหลาย  ทั้งระบบดาวแบบที่มีและไม่มีดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์   จากจุดนี้ คณะทำงานได้ประมาณการไว้ว่าระบบดาวฤกษ์ที่มีดาวหางโคจรเป็นบริวารจำนวนมากและพร้อมพุ่งชนดาวเคราะห์นั้น มีความเป็นไปได้น้อยมากที่จะเป็นสถานที่อาศัยของสิ่งมีชีวิต

มหาพายุจุดแดงใหญ่กำลังหดตัว

March 13^th, 2009

Adapted from www.space.com : Jupiter's Great Red Spot Is Shrinking

บนโลกพายุเฮอริเคนก่อตัวและสลายภายในเวลาไม่กี่วัน  แต่บนดาวพฤหัสบดี(Jupiter) พายุหลายลูกสามารถหมุนวนอยู่เป็นเวลานานหลายปีหรือแม้แต่นับศตวรรษ อย่างเช่น จุดแดงใหญ่(Great Red Spot) มหาพายุที่มีขนาดเป็นสองเท่าของดาวเคราะห์โลก ก็มีชีวิตมาอย่างน้อย 300 ปีแล้ว  แต่ขณะนี้พายุลูกนี้ดูเหมือนว่ากำลังหดเล็กลงในขณะที่กลุ่มพายุลูกอื่นๆ กำลังก่อตัวขึ้นเพื่อท้าทายตำแหน่งเจ้าพายุของจุดแดงใหญ่

ชั้นบรรยากาศที่แปรเปลี่ยนตลอดเวลา  เกิดจุดแดงจุดที่สามเมื่อปี 2551 ข้างๆ จุดแดงใหญ่ และ จุดแดงเล็ก ภายในชั้นบรรยากาศอันปั่นป่วน  จุดแดงจุดที่สามอยู่ทางด้านตะวันตกของจุดแดงใหญ่ ภายในละติจูดเดียวกัน Credit: NASA, ESA, and M. Wong and I. de Pater (University of California, Berkeley)

การเฝ้าสังเกตการณ์เมฆที่ปกคลุมเหนือจุดแดงใหญ่เมื่อทศวรรษก่อน หรือนานกว่านั้นบ่งบอกว่า พายุรูปไข่ขนาดใหญ่กำลังเล็กๆ ขณะที่เกิดการแปรเปลี่ยนของสภาพอากาศดาวพฤหัสบดี   แต่การสังเกตการณ์ลักษณะนี้ต้องใช้เทคนิคเล็กน้อยเนื่องจากมันยากที่จะค้นหาขอบของพายุเมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มเมฆในบริเวณใกล้เคียงที่ผิวดาวเคราะห์ก๊าซ ที่ให้สีสันละลานตาของเมฆ   พายุในบริเวณข้างเคียงคอยตอดเล็มพายุยักษ์และดูเหมือนว่าจุดแดงใหญ่สามารถดูดกลืนเมฆในบริเวณใกล้เคียงด้วย
อย่างไรก็ตาม ข้อมูลความเร็วลมที่เก็บได้ในช่วงปี 2539 ถึง 2549  ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดขนาดพายุได้แม่นยำด้วยการวิเคราะห์อัตราเร็วลมและทิศทาง โดย Xylar Asay-Davis ผู้นำคณะนักวิจัยที่ประกอบด้วย Phil Marcus, Mike Wong และ Imke de Pader  ณ University of California เบิร์กลีย์  สรุปว่า จากข้อมูลดังกล่าวพบว่าเส้นผ่าศูนย์กลางของจุดแดงใหญ่กำลังหดตัวลงจากเดิมประมาณ ร้อยละ 15  ซึ่งสอดคล้องกับการศึกษาเมฆเบื้องบนชิ้นอื่นๆ  ทำให้ข้อสรุปข้างต้นมีน้ำหนักยิ่งขึ้น 

ภาพถ่ายเมฆชั้นบนดาวพฤหัสบดี   สนามความเร็วลมจากตะวันตกไปตะวันออก  สนามความเร็วลมจากเหนือไปใต้ และภาพล่างสุดแสดงทิศทางการหมุนแบบทวนเข็มนาฬิกา(แดง)และตามเข็มนาฬิกา(น้ำเงิน) Credit: Xylar Asay-Davis, University of California at Berkeley

มันยังไม่แน่ชัดว่าทำไมพายุลูกนี้ถึงได้กำลังหดตัวลง หลังจาก 300 ปี ที่ผ่านมามันแทบไม่เปลี่ยนแปลงอะไรเลย  อย่างไรก็ตามพายุจุดแดงใหญ่ก็ยังไม่ถึงกับจะสูญหายไปภายในอนาคตอันใกล้  มันยังคงเร็วขึ้นด้วยอัตราเร็วเกิน 480 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แม้ว่าขนาดจะเล็กลงก็ตาม
Asay-Davis และคณะใช้ภาพถ่ายจากยานอวกาศ Cassini นับจากปี 2543  เพื่อสร้างแผนที่ความเร็วลมความละเอียดสูง ที่ใหม่ที่สุด เพื่อแสดงอัตราเร็วลมเหนือพื้นผิวดาวเคราะห์ในช่วงละติจูด  -70 ถึง 70 องศา  พายุบนดาวพฤหัสบดีโดยทั่วไปมีอัตราเร็วลมประมาณ 400 กิโลเมตรต่อชั่วโมง   ในงานวิจัยขั้นต่อไป คือการศึกษาชั้นบรรยากาศที่แปรเปลี่ยน ซับซ้อน ทั่วทั้งดวงดาว 
ดาวเคราะห์ยักษ์ประสบกับการแปรเปลี่ยนอย่างรุนแรงในช่วงปี 2548 ถึง 2550  เมื่อโครงสร้างอากาศผิดปกติกลุ่มหนึ่งและการเปลี่ยนสีของเมฆตลอดทั้งดวง ทำให้เกิด พายุขนาดเล็กที่ชื่อ “จุดแดงเล็ก(Little Red Spot) ซึ่งก่อตัวขึ้นเมื่อปี 2549  พายุอีกลูกที่หาญกล้าเติบโตขึ้นมาจนมีขนาดพอจะแข่งขันกับพายุจุดแดงใหญ่  แม้จะมีขนาดเล็กกว่าแต่อัตราเร็วลมสูงสุดของพายุจุดแดงเล็กซึ่งวัดได้เมื่อปี 2550 ก็มีความเร็วเท่ากับอัตราเร็วลมสูงสุดของจุดแดงใหญ่เมื่อปี 2543    อย่างไรก็ดีจุดแดงใหญ่จะยังคงอยู่ต่อไป เพียงแต่มันอาจจะไม่ใช่พายุที่ใหญ่และหมุนรุนแรงที่สุดบนดาวพฤหัสบดี

จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล แสดงพายุรูปไข่ทั้งสามลูกที่หลอมรวมกันเป็นลูกเดียวในปี 2543 credit: NASA/JPL

ย้อนกลับไปเมื่อปี 2547  มีการคาดคำนวณว่า ในปี 2549 หรือหลังจากนั้นการแปรเลี่ยนของสภาพอากาศในซีกใต้ของดาวพฤหัสบดีจะทำให้กระแสลมไม่เสถียรและเกิดพายุลูกใหม่ๆ   โดยในปี 2541 ถึง 2543 พายุลูกใหญ่สีขาวจำนวนสามลูกรวมกันเป็นพายุลูกเดียว ก่อให้เกิดผลกระทบอันใหญ่หลวงต่อสภาพอุตุนิยมวิทยาทั้งดาว   โดยบริเวณขั้วใต้เย็นลง ส่วนแถบศูนย์สูตรอุ่นขึ้นเล็กน้อย
ในที่สุดคณะนักวิทยาศาสตร์อาจจะเห็นกระแสลมหมุนใหม่ๆ เกิดขึ้นและถ่ายเทผสมความร้อนอีกครั้ง พวกเขาหวังว่าจะสามารถสร้างแผนที่ความเร็วลมของพาวพฤหัสบดีเพื่อเฝ้าติดตามสภาพอากาศของดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ดวงนี้เป็นเวลาหลายปีหรือหลายทศวรรษ

สู่ดวงตาเนบิวลาดาวเคราะห์

March 5^th, 2009

Adapted from eso.org: Into the Eye of the Helix

นักดาราศาสตร์ใช้อุปกรณ์ Wide Field Imager ณ หอสังเกตการณ์ La Silla ของหอสังเกตการณ์ท้องฟ้าซีกใต้ยุโรป  ถ่ายภาพเนบิวลาดาวเคราะห์(planetary nebula)  Helix  เนบิวลา Helix หรือ NGC 7293 วางตัวอยู่ห่างจากโลกประมาณ 700 ปีแสง(light-year) ภายในกลุ่มดาวราศีกุมภ์(Aquarius) หรือคนแบกหม้อน้ำ  นับเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์อีกแห่งหนึ่งที่น่าตื่นตาตื่นใจและอยู่ใกล้โลกที่สุด  แท้จริงแล้วเทหวัตถุแปลกประหลาดนี้ไม่ข้องเกี่ยวอะไรกับดาวเคราะห์เลย  หากแต่เป็นฉากชีวิตช่วงสุดท้ายของดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์(Sun-like star) ก่อนที่จะกลายเป็นดาวแคระขาว(white dwarf)  เปลือกหุ้มซึ่งเป็นก๊าซในชั้นบรรยากาศของดาวฤกษ์จะถูกเป่าออกจากผิวดาว บ่อยครั้งที่ก๊าซเหล่านี้ก่อให้เกิดลวดลายที่งดงามและยากที่จะเข้าใจ ตลอดจนส่องสว่างภายใต้รังสีอัลตราไวโอเลต(ultraviolet radiation) จากแกนกลางของอดีตดาวฤกษ์ที่ร้อนอย่างยิ่งบริเวณใจกลางกลุ่มก๊าซ

ภาพประกอบของเนบิวลา Helix (NGC 7293)  จากกล้อง Wide Field Imager   กล้องขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.2 เมตร Max-Planck Society/ESO 
ณ หอสังเกตการณ์ La Silla ในประเทศชิลี   แสงเรืองสีน้ำเงิน-เขียว บริเวณใจกลางเนบิวลา มาจากอะตอมออกซิเจน  ที่ได้รับพลังงานจากการแผ่รังสีอัลตราไวโอเลตความเข้มสูงจากดาวฤกษ์ใจกลางและก๊าซร้อนที่อุณหภูมิสูงถึง 120,000 องศาเซลเซียส  ไกลออกมาเป็นวงแหวนที่ประกอบด้วยปมก๊าซ ที่ให้แสงสีแดงจากไฮโดรเจนและไนโตรเจน Credit:ESO

วงแหวนหลักของเนบิวลา Helix มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2 ปีแสง หรือครึ่งหนึ่งจากระยะทางระหว่างดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์เพื่อนบ้านที่ใกล้เคียงที่สุด   ถึงอย่างไรก็ตามการถ่ายภาพเนบิลา Helix ยังคงเป็นเรื่องยากที่จะถ่ายให้เห็นอย่างชัดเจน เมื่อแสงสว่างจากเนบิวลาแห่งนี้จางและแผ่กระจายไปในบริเวณกว้าง นอกจากนี้ประวัติศาสตร์ของการค้นพบมันยังคงไม่ชัดเจนนัก    เนบิวลาแห่งนี้ปรากฏครั้งแรกภายในบัญชีเทหวัตถุใหม่ของ  Karl Ludwig Harding นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันเมื่อปี พ.ศ. 2367  โดยชื่อ Helix ได้มาจากรูปร่างที่เหมือนสว่านเปิดจุกขวดในภาพถ่ายยุคแรกๆ

ภาพเนบิวลา Helix Nebula (NGC 7293)  จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์(Spitzer Space Telescope)
ในย่านรังสีอินฟราเรด(infrared)  จะเห็นว่าบริเวณใจกลางก็มีการแผ่รังสีอินฟราเรด 
Image credit: NASA, JPL-Caltech, Kate Su (Steward Obs, U. Arizona) et al.

แม้ว่า Helix จะดูเหมือนขนมโดนัทมากกว่า  แต่การศึกษาแสดงให้เห็นว่ามันมีความเป็นไปได้ที่ก๊าซจะประกอบด้วยแผ่นจานก๊าซสองแผ่นที่แยกกันรวมทั้งวงแหวนและโครงสร้างคล้ายใยก๊าซ  แผ่นจานวงในที่สว่างกว่าดูเหมือนจะขยายตัวด้วยอัตราเร็วประมาณ 100,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และใช้เวลาประมาณ 12,000 ปีเพื่อก่อตัว
เนื่องจากเนบิวลา Helix อยู่ใกล้โลกมัน มันจึงปรากฏปกคลุมท้องฟ้ากว้างถึงครึ่งหนึ่งของขนาดปรากฏของดวงจันทร์  ทำให้สามารถศึกษารายละเอียดได้ดีกว่าเนบิวลาดาวเคราะห์อื่นๆ  และพบว่ามีโครงสร้างซับซ้อนเกินคาด   ภายในบริเวณวงแหวนคือกลุ่มก้อนขนาดเล็กที่ชื่อ ปมดาวหาง(cometary knot)  ซึ่งมีหางจางๆ ขยายออกมาจากดาวใจกลาง  เหมือนกับหยดของเหลวที่กำลังไหลลงไปในแผ่นแก้ว แม้ว่าแต่ละปมดูเหมือนจะมีขนาดเล็ก ทว่าแต่ละปมกลับมีขนาดเท่ากับระบบสุริยะ(Solar System) เลยทีเดียว 

ตัวอย่างเนบิวลาดาวเคราะห์แบบต่างๆ 
source: http://www.ucl.ac.uk/star/research/stellarenvironment/cieresearch/planetarynebulae/pn

แต่ละปมถูกศึกษาอย่างละเอียดด้วยกล้องโทรทรรศน์ Very Large Telescope ของ ESO และกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ขององค์การ NASA และองค์การอวกาศยุโรป    แต่สิ่งที่นักดาราศาสตร์เข้าใจยังคงเป็นเพียงแค่บางส่วน   การศึกษาอย่างระมัดระวังบริเวณใจกลางของเนบิวลา กลับไม่ได้มีเพียงปมก๊าซ แต่มีกาแลกซีไกลโพ้นที่ส่องแสงสว่างทะลุผ่านก๊าซเรืองแสงเหล่านี้ 

ส่องดาวศุกร์เรืองในที่มืด

March 5^th, 2009

Adapted From  www.esa.int : Watching Venus glow in the dark

ยานอวกาศ Venus Express ขององค์การอวกาศยุโรป(European Space Agency:ESA) ได้ทำการสำรวจแสงเรืองในชั้นบรรยากาศดาวศุกร์(Venus) ฝั่งกลางคืน  พบแสงเรืองอันเกิดจากรังสีอินฟราเรดที่ออกมาจากโมเลกุลไนตริคออกไซด์(nitric oxide) ตลอดจนแสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์เพื่อนบ้านที่ใกล้โลกที่สุดดวงนี้ เป็นสถานที่มีความผันแปรของลมความเร็วสูงตลอดจนความปั่นป่วน
โชคไม่ดีที่แสงเรืองของดาวศุกร์นี้  ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เนื่องจากมันเกิดขึ้นในย่านรังสีอินฟราเรด ซึ่งตามมนุษย์มองไม่เห็น   แต่สำหรับยานอวกาศ Venus Express ของ ESA ซึ่งติดตั้งอุปกรณ์ Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS)  สามารถมองเห็นได้

ภาพถ่ายชั้นบรรยากาศดาวศุกร์จากอุปกรณ์ VIRTIS  ภาพบนแสดงการเรืองแสงของออกซิเจนของดาวศุกร์ที่ระดับความสูง 96 กิโลเมตร เหนือผิวดาวที่ความยาวคลื่น 1.27 ไมโครเมตร  ภาพล่างแสดงชั้นบรรยากาศในบริเวณเดียวกัน แต่ในย่านความยาวคลื่น 1.22 ไมโครเมตร  ซึ่งจะเห็นการเรืองแสงของไนตริคออกไซด์ ซึ่งสว่างน้อยกว่าออกซิเจนและมาจากระดับความสูง 110 กิโลเมตรเหนือพื้นผิว 
Credits: ESA/VIRTIS/INAF-IASF/Obs. de Paris-LESIA

VIRTIS เคยพบแสงเรืองแบบคลุมเครือในฟากกลางคืนจากไนตริคออกไซด์แล้วสองครั้ง แต่นี่เป็นครั้งแรกที่พบการแผ่รังสีอินฟราเรดที่เกิดจากดาวเคราะห์อื่นและเผยมุมมองใหม่ของชั้นบรรยากาศดาวศุกร์
Antonio García Muñoz นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย(the Australian National University) กล่าวว่า “แสงเรืองในด้านกลางคืนสามารถให้ข้อมูลอันมากมายแก่เรา”  “มันสามารถให้รายละเอียดเกี่ยวกับอุณหภูมิ  ทิศทางลม และองค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศ” แสงเรืองดังกล่าวมีสาเหตุมาจากรังสีอัลตราไวโอเลต(ultraviolet) ของดวงอาทิตย์ เดินทางเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์และทำลายโมเลกุลของก๊าซในชั้นบรรยากาศให้แตกเป็นอะตอม รวมทั้งโมเลกุลขนาดเล็กชนิดอื่นๆ   อะตอมที่เป็นอิสระจะรวมตัวสร้างพันธะกันอีกครั้ง  ในกรณีเฉพาะโมเลกุลที่เกิดขึ้นใหม่ก็จะคายพลังงานบางส่วนออกมาในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ภาพจำลองยานอวกาศ Venus Express กำลังโคจรอยู่เหนือหมู่เมฆดาวศุกร์  ในย่านรังสีอินฟราเรด
Credits: ESA - AOES Medialab

ในด้านกลางคืนของดาวศุกร์ อะตอมใดๆ ที่รวมตัวกันใหม่และไม่ถูกทำลายโดยแสงอาทิตย์ก็จะตกกลับเข้ามาในชั้นบรรยากาศ แต่ในด้านกลางคืน ที่ซึ่งอะตอมถูกขนถ่ายโดยกระแสลมที่ได้รับอิทธิพลจากด้านกลางวัน การเรืองแสงของโมเลกุลก็จะเห็นได้ผ่านดวงตาของ VIRTIS
ไนตริคออกไซด์เรืองแสงในย่านรังสีอินฟราเรด ไม่เคยถูกพบมาก่อนในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร(Mars) หรือ โลก(Earth)  แม้ว่าเราจะรู้ว่ามีโมเลกุลไนตริคออกไซด์มากพอเนื่องจากการสังเกตการณ์ในย่านรังสีอัลตราไวโอเลต
แสงเรืองด้านกลางคืนจากดาวศุกร์เคยถูกพบในย่านรังสีอินฟราเรด จากโมเลกุลออกซิเจน(oxygen) และหมู่ไฮดรอกซิล(hydroxyl radical)  แต่นี่เป็นครั้งแรกที่พบอินฟราเรดจากไนตริคออกไซด์      มันให้ข้อมูลเกี่ยวกับ ชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์ที่อยู่เหนือเมฆชั้นบนที่สูงกว่า 70 กิโลเมตร   การแผ่รังสีจากออกซิเจนและไฮดรอกซิลมาจากระดับความสูง 90 ถึง 100 กิโลเมตร  ในขณะที่ไนตริคออกไซด์มาจากระดับความสูง 110 ถึง 120 กิโลเมตร

ไดอะแกรมแสดงกระบวนการเรืองแสงของโมเลกุลออกซิเจนในด้านกลางคืนของดาวศุกร์
หลังจากคาร์บอนไดออกไซด์ถูกทำให้แตกตัวในด้านกลางวัน
อะตอมออกซิเจนที่ถูกพามายังด้านกลางคืนรวมตัวกันใหม่พร้อมทั้งแผ่รังสี
Source: http://www.slackerastronomy.org/wordpress/2007/04/venus-express/

ทว่าแม้แต่ VIRTIS ยังไม่อาจตรวจวัดไนตริค ออกไซด์ได้ตลอดเวลา  เนื่องจากสัญญาณมีความเข้มต่ำมาก “เป็นโชคของเรา ดาวศุกร์มีชั้นบรรยากาศที่แปรปรวน”  García Muñoz กล่าว “กลุ่มอะตอมออกซิเจนและไนโตรเจนถูกเป่าไปรอบๆ” บางเวลาพวกมันจะหนานแน่นพอที่จะก่อให้เกิดแสงสว่างในด้านกลางคืน และถูกตรวจพบโดย VIRTIS
ยานอวกาศ Venus Express  สามารถพบการแผ่รังสีดังกล่าวสามครั้งในเวลาเดียวกับ  และทำให้เกิดปริศนา   แสงเรืองที่ไม่ได้มาจากโมเลกุลที่แตกต่างกัน ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นพร้อมๆ กัน “บางทีเมื่อเราสังเกตการณ์มากขึ้น เราจะเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างพวกมันมากยิ่งขึ้น”  García Muñoz  สรุป

เรียบเรียงโดย : วัชราวุฒิ กฤตินธรรม ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

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