ภาพชุดแรกจากกล้องเวบบ์: สเปคตรัมจากดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-96b
ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์นอกระบบก๊าซยักษ์ในวงโคจรประชิดรอบดาวฤกษ์
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ของนาซาได้จับสัญญาณจากน้ำ พร้อมกับร่องรอยของเมฆและกลุ่มหมอกในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งได้อย่างชัดเจน ดาวเคราะห์นอกระบบดวงนี้เป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ร้อนที่ปุกปุย โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่คล้ายดวงอาทิตย์
การสำรวจได้เผยให้เห็นการมีอยู่ของโมเลกุลก๊าซชนิดจำเพาะ มาจากความสว่างที่ลดลงเล็กน้อยในช่วงสีหนึ่ง เป็นการศึกษาที่มีรายละเอียดมากที่สุดเท่าที่เคยทำมา ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถอันน่าเหลือเชื่อของเวบบ์ในการวิเคราะห์ชั้นบรรยากาศ(ดาวเคราะห์) ที่อยู่ห่างออกไปหลายร้อยปีแสง
ในขณะที่กล้องฮับเบิลได้วิเคราะห์ชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบมากมายตลอดช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา และจับสัญญาณการมีอยู่ของน้ำบนดาวเคราะห์นอกระบบได้เป็ฯครั้งแรกในปี 2013 แต่การสำรวจของกล้องเวบบ์ที่ลงรายละเอียดมากกว่า ได้กลายเป็นก้าวย่างใหญ่คืบหน้าสู่ความพยายามที่จะจำแนกดาวเคราะห์ที่มีศักยภาพเอื้ออาศัยได้นอกเหนือจากโลกของเรา
WASP-96b เป็นหนึ่งในดาวเคราะห์นอกระบบมากกว่า 5000 ดวงในทางช้างเผือกที่ได้รับการยืนยันแล้ว อยู่ห่างออกไปราว 1150 ปีแสงในกลุ่มดาวฟีนิกซ์(Phoenix) ในซีกฟ้าใต้ มันเป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ชนิดที่ไม่เหมือนกับก๊าซยักษ์ในระบบสุริยะของเรา ด้วยมวลไม่ถึงครึ่งของดาวพฤหัสฯ แต่มีเส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่กว่า 1.2 เท่าดาวพฤหัสฯ WASP-96b จึงปุกปุยมากกว่าดาวเคราะห์ใดๆ ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์
และด้วยอุณหภูมิที่สูงกว่า 720 องศาเซลเซียส WASP-96b โคจรในระยะประชิดรอบดาวฤกษ์แม่ที่คล้ายดวงอาทิตย์ ด้วยระยะทางเพียงหนึ่งในเก้าของวงโคจรดาวพุธรอบดวงอาทิตย์เท่านั้น มันจึงโคจรครบรอบในเวลาเพียง 3.5 วันโลก
ดาวเคราะห์ชนิดพฤหัสร้อน(hot Jupiter) มีความเหมือนและต่างจากดาวพฤหัสฯ ในระบบสุริยะของเรา
ขนาดที่ใหญ่, คาบการโคจรที่สั้น, ชั้นบรรยากาศปุกปุย และไม่มีแสงจากวัตถุอื่นบนท้องฟ้าในบริเวณใกล้เคียงมารบกวน ทำให้ WASP-96b เป็นเป้าหมายที่ดีเยี่ยมสำหรับการสำรวจชั้นบรรยากาศ
ในวันที่ 21 มิถุนายน NIRISS ของกล้องเวบบ์ได้ตรวจสอบแสงจากระบบ WASP-96 เป็นเวลา 6.4 ชั่วโมงเมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์แม่ ได้เป็นกราฟแสง(light curve) ที่แสดงแสงดาวฤกษ์ที่มืดลงในระหว่างการผ่านหน้า(transit) และมีสเปคตรัมแบบส่องผ่าน(transmission spectrum) ได้เผยให้เห็นการเปลี่ยนแปลงความสว่างในแต่ละช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดระหว่าง 0.6 ถึง 2.8 ไมครอน
ในขณะที่กราฟแสงยืนยันคุณสมบัติของดาวเคราะห์ตามที่ได้ตรวจสอบจากการสำรวจอื่นๆ แล้ว(ทั้งการยืนยันการมีอยู่, ขนาดและวงโคจรดาวเคราะห์) สเปคตรัมส่องผ่านได้เผยให้เห็นรายละเอียดในชั้นบรรยากาศที่เคยซ่อนไว้ เป็นสัญญาณของน้ำที่ชัดเจน บ่งชี้ถึงชั้นหมอก และเมฆ ซึ่งเคยคิดว่าไม่มีอยู่จากการสำรวจก่อนหน้านี้
กราฟแสงจาก NIRISS ของกล้องเวบบ์แสดงการเปลี่ยนแปลงความสว่างของแสงจากดาวฤกษ์ WASP-96 ตลอดช่วงเวลาที่ดาวเคราะห์ผ่านหน้าดาวฤกษ์แม่ของมัน การผ่านหน้าเกิดขึ้นเมื่อดาวเคราะห์ในวงโคจรเคลื่อนที่ระหว่างดาวฤกษ์กับผู้สำรวจ กันแสงดาวบางส่วนไว้ กล้องเวบบ์จับจ้องระบบ WASP-96 เป็นเวลา 6 ชั่วโมง 23 นาที เริ่มต้นตั้งแต่ 2.5 ชั่วโมงก่อนการผ่านหน้า และจบที่ประมาณ 1.5 ชั่วโมงหลังการผ่านหน้าจบไปแล้ว (ต่อ)
ช่วงการผ่านหน้าเองมีระยะเวลาไม่ถึง 2.5 ชั่วโมง กราฟแสงนี้รวมการตรวจสอบความสว่าง 280 ครั้ง หนึ่งครั้งในทุกๆ 1.4 นาที การสลัวลงที่เกิดจากดาวเคราะห์นั้นจริงๆ แล้วน้อยนิดมากไม่ถึง 1.5% แม้ว่าจะมีการตรวจสอบขนาด, มวลและวงโคจรดาวเคราะห์แล้วแต่กราฟแสงนี้ก็ยังใช้เพื่อยืนยันและปรับปรุงข้อมูลที่มีอยู่ เช่นเส้นผ่าศูนย์กลางของมัน, ระยะเวลาที่ใช้ผ่านหน้า และคุณสมบัติวงโคจรดาวเคราะห์
สเปคตรัมแบบส่องผ่าน เกิดขึ้นจากการเปรียบเทียบแสงดาวที่ถูกกรองไว้ในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ กับแสงของดาวที่ไม่ถูกกรอง นักวิจัยก็สามารถตรวจจับและตรวจสอบปริมาณของก๊าซหลักในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์โดยมีพื้นฐานจากรูปแบบการดูดกลืนคลื่น(absorption) ทั้งตำแหน่งและความสูงบนกราฟ ในแบบเดียวกับที่แต่ละคนจะมีรอยนิ้วมือและลำดับดีเอ็นเอที่แตกต่างกันไป อะตอมและโมเลกุลเองก็มีรูปแบบการดูดกลืนคลื่นที่ความยาวคลื่นจำเพาะเช่นกัน
สเปคตรัมของ WASP-96b ที่ NIRISS ตรวจสอบไว้ไม่เพียงแต่เป็นสเปคตรัมแบบส่องผ่านในช่วงอินฟราเรดที่มีรายละเอียดมากที่สุดเท่าที่เคยสำรวจจากชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบมา แต่ยังครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นที่กว้างมาก ทั้งช่วงสีแดงที่ตาเห็นได้ และสเปคตรัมที่ช่วงความยาวคลื่นมากกว่า 1.6 ไมครอนที่กล้องโทรทรรศน์ต่างๆ ไม่เคยเข้าถึงได้
สเปคตรัมส่วนนี้มีความไวเป็นพิเศษกับน้ำ เช่นเดียวกับโมเลกุลหลักอื่นๆ อย่างออกซิเจน, มีเธน และคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งไม่เคยพบในสเปคตรัมของ WASP-96b ก่อนหน้านี้ แต่คาดว่าเวบบ์น่าจะตรวจจับได้
นักวิจัยยังสามารถใช้สเปคตรัมเพื่อตรวจสอบปริมาณไอน้ำในชั้นบรรยากาศ, ระบุปริมาณของธาตุต่างๆ เช่นคาร์บอนและออกซิเจน และประเมินอุณหภูมิชั้นบรรยากาศตามระดับความลึกได้ จากนั้นพวกเขาก็ใช้ข้อมูลนี้เพื่อบอกถึงองค์ประกอบโดยรวมของดาวเคราะห์เช่นเดียวกับที่บอกว่า ดาวเคราะห์ก่อตัวอย่างไร, เมื่อใด และที่ไหน เส้นสีฟ้าบนกราฟเป็นแบบจำลองที่สอคดล้องกับข้อมูลมากที่สุด
สเปคตรัมแบบส่องผ่าน(transmission spectrum) ทำโดยการสำรวจจาก NIRISS ครั้งเดียวได้เผยให้เห็นคุณลักษณะในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ร้อนนอกระบบ WASP-96b สเปคตรัมแบบนี้ทำโดยการเปรียบเทียบแสงดาวที่ถูกกรองผ่านชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์เมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์ กับแสงดาวฤกษ์ที่ไม่ถูกกรองใดๆ (ต่อ)
จุดข้อมูลทั้ง 141 จุดในกราฟแสดงปริมาณแสงในช่วงความยาวคลื่นที่จำเพาะที่ดาวเคราะห์กันแสงไว้ และชั้นบรรยากาศได้ดูดกลืนไว้ ในการสำรวจช่วงความยาวคลื่นที่ NIRISS ตรวจจับตั้งแต่ 0.6 ไมครอน(แสงสีแดงที่ตาเห็น) จนถึง 2.8 ไมครอน(อินฟราเรดใกล้) ปริมาณแสงที่ถูกกันไว้มีตั้งแต่ 1.36% จนถึง 1.47%
แม้ว่ายังต้องใช้เวลาเพิ่มเติมเพื่อวิเคราะห์สเปคตรัมแบบครบถ้วน แต่ก็พอจะสรุปเบื้องต้นได้ จุดพีคในสเปคตรัมบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของไอน้ำ ความสูงของจุดพีคไอน้ำต่ำกว่าที่คาดไว้จากการสำรวจก่อนหน้านี้ เป็นหลักฐานการมีเมฆที่กดรายละเอียดไอน้ำให้ต่ำลง เส้นกราฟด้านซ้าย(ความยาวคลื่นสั้นกว่า) ที่ลาดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปอาจบ่งชี้ถึงชั้นหมอก ความสูงของจุดพีคพร้อมกับรายละเอียดอื่นๆ ในสเปคตรัมใช้ในการคำนวณอุณหภูมิชั้นบรรยากาศได้ที่ประมาณ 725 องศาเซลเซียส
ภาพที่พื้นหลังแสดง WASP-96b และดาวฤกษ์แม่ของมันตามความเข้าใจจากการสำรวจของ NIRISS และการสำรวจภาคพื้นดินและในอวกาศก่อนหน้านี้
สเปคตรัมรายละเอียดสูงเช่นนี้ เป็นเพียงแค่บทเกริ่นนำสิ่งที่กล้องเวบบ์เก็บงำไว้สำหรับการวิจัยดาวเคราะห์นอกระบบ ในอีกหลายปีข้างหน้า นักวิจัยจะใช้การตรวจสอบสเปคตรัมเพื่อวิเคราะห์พื้นผิวและชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบหลายสิบดวง ตั้งแต่ ดาวเคราะห์หินขนาดเล็ก ไปจนถึงดาวเคราะห์ที่อุดมด้วยก๊าซ และอุดมด้วยน้ำแข็ง ในปีแรกของการสำรวจเวบบ์ เวลาการสำรวจประมาณหนึ่งในสี่ใช้เพื่อศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบและวัสดุสารที่ก่อตัวพวกมัน
แหล่งข่าว webtelescope.org : Webb reveals steamy atmosphere of distant planet in exquisite detail
หมายเหตุเพิ่มเติม
การผ่านหน้า(transit) เป็นวิธีการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่ให้ผลดีวิธีการหนึ่ง(เช่นเดียวกับวิธีการความเร็วแนวสายตา; radial velocity/wobble method) เมื่อมีดาวเคราะห์เคลื่อนที่ระหว่างดาวฤกษ์กับโลก ตามแนวสายตาของกล้องโทรทรรศน์ ดาวเคราะห์จะกันแสงดาวฤกษ์ส่วนเล็กๆ ไว้ทำให้ความสว่างของดาวฤกษ์ลดลง(dimming) วิธีการนี้จะบอกถึงขนาดทางกายภาพของดาวเคราะห์เมื่อเทียบกับดาวฤกษ์แม่ไว้
primary and secondary eclipse
การสำรวจสเปคตรัมแบบส่องผ่าน(transmission spectroscopy) ทำโดยการสำรวจแสงดาวฤกษ์ที่ผ่านทะลุชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ในระหว่างผ่านหน้า(คราสปฐมภูมิ; primary eclipse) แล้วเปรียบเทียบกับการสำรวจแสงดาวฤกษ์เมื่อดาวเคราะห์ซ่อนอยู่หลังดาวฤกษ์แม่(คราสทุติยภูมิ; secondary eclipse) ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์จะดูดกลืนแสงบางส่วนได้ตามแต่ชนิดของโมเลกุลหรือสารประกอบที่มีในชั้นบรรยากาศ การดูดกลืนแสงของสารเคมีแต่ละชนิดจะมีรูปแบบที่จำเพาะสามารถใช้เพื่อจำแนกสารเคมีที่มีอยู่ได้
สเปคตรัมแบบส่องผ่าน ทำโดยสำรวจแสงดาวฤกษ์ที่กรองผ่านชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์(A) เทียบกับแสงของดาวฤกษ์เมื่อไม่ถูกกรองใดๆ ในขณะดาวเคราะห์ผ่านอยู่หลังดาวฤกษ์(B)
- 2
ดูเพิ่มเติมในซีรีส์
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
