การชนที่สร้าง"หัวใจ"บนพลูโต
สุดท้ายแล้ว ทีมนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์นานาชาติก็ไขปริศนาที่ว่า พลูโตได้รายละเอียดที่มีรูปร่างคล้ายหัวใจดวงโตบนพื้นผิวของมันได้อย่างไร ทีมนี้เป็นทีมแรกที่ประสบความสำเร็จในการสร้างรูปร่างที่ไม่ปกตินี้ขึ้นอีกครั้งด้วยแบบจำลองเสมือนจริง ซึ่งบอกว่าเกิดจากการชนครั้งใหญ่ ที่มีมุมและความเร็วต่ำ
นับตั้งแต่ที่กล้องบนยานนิวฮอไรซันส์ของนาซา ได้พบโครงสร้างรูปหัวใจขนาดใหญ่บนพื้นผิวดาวเคราะห์แคระพลูโตในปี 2015 เป็นต้นมา หัวใจดวงนี้ก็สร้างความสงสัยให้กับนักวิทยาศาสตร์เนื่องจากรูปร่างทีเป็นอัตลักษณ์, องค์ประกอบทางธรณีวิทยา และระดับความสูง นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเบิร์น ในสวิตเซอร์แลนด์ และมหาวิทยาลัยอริโซนา ได้ใช้แบบจำลองเสมือนจริงเพื่อสืบสวนกำเนิดของรายละเอียดซึ่งมีชื่อว่า Sputnik Planitia ซึ่งเป็นส่วนตะวันตกที่มีรูปร่างคล้ายหยดน้ำตาของหัวใจนี้
จากงานวิจัย ความเป็นมาในช่วงต้นของพลูโตที่น่าจดจำเกิดจากการชนครั้งรุนแรงที่สร้างที่ราบสปุตนิคขึ้นมา เป็นการชนกับวัตถุในระบบดาวเคราะห์ที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางราว 700 กิโลเมตร โดยมีแกนกลางเป็นหินห่อหุ้มด้วยชั้นน้ำแข็งหนา การค้นพบของทีมเผยแพร่ใน Nature Astronomy วันที่ 15 เมษายน ยังบอกว่าโครงสร้างภายในของพลูโตนั้นแตกต่างจากที่เคยสันนิษฐานไว้ก่อนหน้านี้ ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่ได้มีมหาสมุทรใต้พื้นผิวน้ำแข็ง
การก่อตัวของสปุตนิคกลายเป็นหน้าต่างบานสำคัญอย่างยิ่งสู่ความเป็นมาในช่วงเริ่มแรกสุดของพลูโต Adeene Denton นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์จากห้องทดลองดวงจันทร์และดาวเคราะห์ มหาวิทยาลัยอริโซนา ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วมในรายงานี้ กล่าว ด้วยการขยายการสืบสวนของเราเพื่อครอบคลุมลำดับเหตุการณ์การก่อตัวที่ไม่ปกติให้มากขึ้น เราได้เรียนรู้ความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในวิวัฒนาการพลูโต ซึ่งอาจปรับใช้กับวัตถุในแถบไคเปอร์(Kuiper Belt Objects) อื่นๆ ได้ด้วยเช่นกัน
ยานนิวฮอไรซันส์ของนาซาถ่ายภาพพลูโตภาพนี้จากระยะห่าง 450,000 กิโลเมตร ภาพแสดงรายละเอียดขนาดใหญ่ที่สว่าง ซึ่งเรียกชื่อเล่นว่า หัวใจ โดยมีความกว้าง 1600 กิโลเมตร “หัวใจห้องล่างซ้าย” มีชื่อว่า Sputnik Planitia เป็นแอ่งที่ราบที่เต็มไปด้วยไนโตรเจนแข็ง ซึ่งเกิดจากการชนก่อนหน้านั้น
“หัวใจ” ดวงนี้หรือที่เรียกอีกชื่อว่า Tombaugh Regio ดึงดูดความสนใจของสาธารณชนทันทีที่พบมัน และยังดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ในทันทีเนื่องจากมันถูกปกคลุมด้วยวัสดุสารที่สะท้อนแสงสูงกว่ารอบๆ ทำให้มันมีสีขาวโพลน อย่างไรก็ตาม หัวใจนี้ไม่ได้เป็นชิ้นเดียว แต่เป็นพื้นที่ 2 ส่วนที่ต่างกัน ทุ่งสปุตนิคด้านตะวันตกครอบคลุมพื้นที่ราบ 1200*2000 กิโลเมตร อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจก็คือพื้นที่นี้มีระดับต่ำกว่า พื้นผิวเกือบทั้งหมดของพลูโตราว 2.5 เท่า
ในขณะที่พื้นผิวส่วนมากของพลูโตนั้นประกอบด้วยมีเธนแข็งและอนุพันธ์ของมัน ปกคลุมบนเปลือกที่เป็นน้ำในสภาพน้ำแข็ง แต่ทุ่งนี้เต็มไปด้วยไนโตรเจนแข็ง ซึ่งน่าจะสะสมอย่างรวดเร็วหลังจากเกิดการชนอันเนื่องจากระดับความสูงที่ต่ำกว่า Harry Ballantyne ผู้เขียนนำ นักวิจัยจากเบิร์น กล่าว ส่วนตะวันออกของหัวใจยังปกคลุมด้วยไนโตรเจนแข็งเช่นกัน แต่เป็นชั้นที่บางกว่าอย่างมาก นักวิทยาศาสตร์ยังคงไม่แน่ใจเกี่ยวกับกำเนิดของมัน แต่ก็น่าจะเกี่ยวข้องกับทุ่งสปุตนิค
รูปร่างเรียวเป็นหยดน้ำตาของทุ่งสปุตนิค กับตำแหน่งของมันที่ศูนย์สูตรพลูโต ยังบ่งชี้อย่างรุนแรงว่าการชนไม่ได้เกิดจากการชนแบบจังๆ แต่เป็นแบบถากๆ Martin Jutzi จากมหาวิทยาลัยแห่งเบิร์น ซึ่งริเริ่มการศึกษานี้ กล่าว
ทีมใช้ซอฟท์แวร์ Smoothed Particle Hydrodynamics simulation เพื่อสร้างการชนลักษณะนี้ขึ้นมาใหม่ โดยปรับเปลี่ยนตัวแปรทั้งองค์ประกอบพลูโตและวัตถุที่พุ่งชน รวมถึงความเร็วและมุมการชนด้วย แบบจำลองเหล่านี้ได้ยืนยันความสงสัยของทีมเกี่ยวกับมุมการชนแบบถากๆ และบอกถึงองค์ประกอบของวัตถุที่พุ่งเข้าชน
Sputnik Planitia อุดมไปด้วยน้ำแข็งของไนโตรเจน, คาร์บอนมอนอกไซด์และมีเธน(สีในภาพใกล้เคียงกับสีธรรมชาติ พื้นที่สีมืดบนพลูโตจริงๆ แล้วมีสีแดงส้มคล้ำ)
แกนกลางของพลูโตนั้นเย็นจัดมากจนหินก็ยังคงแข็งมากๆ และไม่หลอมเหลวแม้จะมีความร้อนจากการชน และต้องขอบคุณมุมการชนและความเร็วที่ต่ำ แกนกลางของวัตถุที่พุ่งเข้าชนจึงไม่ได้จมลงสู่แกนกลางของพลูโต แต่ยังคงสภาพเป็นแผ่นวัสดุสารแผ่ออก(splat) บนแกนกลาง Ballantyne กล่าว ความแข็งของแกนกลางและความเร็วที่ค่อนข้างต่ำเป็นกุญแจสู่ความสำเร็จ ความแข็งที่ต่ำกว่าน่าจะทำให้เกิดรายละเอียดเศษซากบนพื้นผิวที่สมมาตรอย่างมาก ซึ่งไม่ได้มีสภาพคล้ายหยดน้ำตาอย่างที่นิวฮอไรซันส์พบ
เรามักจะคิดว่าการชนเป็นเหตุการณ์ที่รุนแรงจนเราสามารถละเลยรายละเอียดต่างๆ เช่น พลังงาน, โมเมนตัมและความหนาแน่น Erik Asphaug จากห้องทดลองดวงจันทร์และดาวเคราะห์ ที่ร่วมมือกับทีมสวิสตั้งแต่ปี 2011 สำรวจแนวคิด “แผ่นวัสดุสารที่แผ่บาน” เพื่ออธิบายรายละเอียดบนด้านไกลของดวงจันทร์โลก ในระบบสุริยะส่วนที่ห่างไกล จะมีสภาพความเร็วที่ต่ำกว่าในบริเวณใกล้กับดวงอาทิตย์ และน้ำแข็งก็แข็งมาก ดังนั้นคุณจะต้องคำนวณให้แม่นยำมากๆ ขึ้น นี่เป็นส่วนที่จะเริ่มใช้ความคิด
การศึกษาปัจจุบันยังเปิดหน้าต่างสู่โครงสร้างภายในของพลูโตด้วย ในความเป็นจริง การชนครั้งใหญ่อย่างครั้งที่จำลองขึ้นมานี้ น่าจะเกิดขึ้นตั้งแต่ช่วงเริ่มต้นความเป็นมาของพลูโต อย่างไรก็ตาม นี่สร้างปัญหาขึ้นเพราะ สภาพพื้นที่ต่ำขนาดยักษ์อย่างทุ่งสปุตนิค น่าจะค่อยๆ เคลื่อนตัวไปที่ขั้วดาวเคราะห์แคระอย่างช้าๆ เมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากกฎทางฟิสิกส์ เนื่องจากมันมีมวลต่ำกว่าพื้นที่รอบๆ
แต่มันกลับยังอยู่ใกล้ศูนย์สูตร คำอธิบายก่อนหน้านี้เกี่ยวข้องกับมหาสมุทรน้ำของเหลวใต้พื้นผิว คล้ายกับที่พบบนวัตถุอื่นๆ มากมายในระบบสุริยะส่วนนอก จากสมมุติฐานนี้ เปลือกน้ำแข็งของพลูโตในพื้นที่ทุ่งสปุตนิคน่าจะบางกว่าส่วนอื่น เป็นสาเหตุให้มหาสมุทรปูดขึ้นมา และเนื่องจากน้ำของเหลวมีความหนาแน่นสูงกว่าน้ำในสภาพน้ำแข็ง เป็นสาเหตุให้เกิดมวลเพิ่มเติมขึ้นมาซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดการขยับไปทางศูนย์สูตร
ภาพจากศิลปินแสดงการชนครั้งใหญ่ด้วยความเร็วต่ำบนพลูโต ซึ่งนำไปสู่โครงสร้างรูปหัวใจบนพื้นผิวของมัน
การศึกษานี้ให้แง่มุมที่แตกต่างไป โดยระบุจากแบบจำลองเสมือนจริงว่าชั้นเนื้อ(mantle) ดั้งเดิมซึ่งเป็นน้ำแข็งของพลูโตทั้งหมดถูกขุดออกโดยการชน และเมื่อวัสดุสารในแกนกลางวัตถุที่พุ่งชนปะทะกับแกนกลางก็แผ่เป็นแผ่นแปะอยู่บนแกนกลางพลูโตแล้ว
ในเวลาเดียวกัน ชั้นเนื้อที่เป็นน้ำแข็งของวัตถุที่พุ่งชนก็กระจายเติมเต็มช่องว่างจากการชน พื้นที่ทั้งหมดเป็นวัสดุสารจากวัตถุที่พุ่งชนเกือบทั้งหมด ได้สร้างมวลเพิ่มเติมเฉพาะถิ่น ซึ่งสามารถอธิบายการขยับไปสู่ศูนย์สูตรโดยปราศจากมหาสมุทรใต้พื้นผิว หรืออย่างมากที่สุด ก็มีชั้นมหาสมุทรใต้พื้นผิวที่บางมากๆ
Denton ซึ่งมุ่งมั่นกับงานวิจัยเพื่อประเมินความเร็วการขยับพื้นที่ บอกว่าสมมุติฐานกำเนิดรายละเอียดหัวใจพลูโตนี้ อาจจะนำไปสู่ความเข้าใจกำเนิดของดาวเคราะห์แคระที่ดีขึ้น
แหล่งข่าว scitechdaily.com – mystery solved: the cosmic collision that crafted Pluto’s heart
skyandtelescope.com – a cosmic arrow pierced Pluto’s heart – is it still there beneath the surface?
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
