ดาวเคราะห์ร้อนจัดที่ยังคงมีชั้นบรรยากาศหนาทึบ
นักวิจัยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ได้ตรวจจับหลักฐานที่ชัดเจนที่สุดของชั้นบรรยากาศบนดาวเคราะห์หินดวงหนึ่งนอกระบบสุริยะของเรา
การสำรวจดาวเคราะห์ชนิดซุปเปอร์เอิร์ธร้อนจัด(ultra-hot super-Earth) TOI-561b ได้บอกว่าดาวเคราะห์มีชั้นก๊าซหนาทึบปกคลุมมหาสมุทรแมกมา การค้นพบที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal Letters นักวิจัยบอกว่าผลสรุปที่ได้ช่วยอธิบายความหนาแน่นที่ต่ำอย่างไม่ปกติของดาวเคราะห์ และท้าทายความคิดเดิมที่ดาวเคราะห์ขนาดค่อนข้างเล็กที่อยู่ประชิดกับดาวฤกษ์แม่อย่างมา ไม่สามารถรักษาชั้นบรรยากาศของมันไว้ได้
ด้วยรัศมี 1.4 เท่าของโลกและคาบการโคจรไม่ถึง 11 ชั่วโมง TOI-561b จึงจัดอยู่ในวัตถุกลุ่มที่หาได้ยากที่เรียกว่า ดาวเคราะห์นอกระบบคาบสั้นมาก(ultra-short period exoplanets)
แม้ว่าดาวฤกษ์แม่ของมันจะมีขนาดเล็กกว่าและเย็นกว่าดวงอาทิตย์ของเราเล็กน้อย แต่ TOI-561b ซึ่งเป็นดาวเคราะห์วงในสุดในดาวเคราะห์อย่างน้อยสามดวง ก็โคจรใกล้ดาวฤกษ์อย่างมาก ไม่ถึง 1.6 ล้านกิโลเมตร หรือหนึ่งในสี่สิบส่วนวงโคจรดาวพุธรอบดวงอาทิตย์ มันจึงถูกล๊อคไว้(tidal lock) โดยอุณหภูมิในด้านกลางวันชั่วนิรันดร์จะสูงกว่าอุณหภูมิหลอมเหลวของหินปกติ
ตามการตรวจสอบปริมาณการอาบรังสี TOI-561b ไม่ควรจะมีชั้นบรรยากาศ ภาพปก ภาพจากศิลปินแสดงชั้นบรรยากาศหนาทึบเหนือมหาสมุทรแมกมาอันกว้างใหญ่บน TOI-561b การตรวจสอบแสงที่ด้านกลางวันของดาวเคราะห์ดูดกลืนไว้โดยกล้องเวบบ์ บอกว่าแม้จะอาบรังสีที่เข้มข้นจากดาวฤกษ์แม่ TOI-561b ก็ไม่ใช่หินโล้นๆ
แต่การสำรวจจากดาวเทียม TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) ได้แสดงว่า TOI 561b มีความหนาแน่นที่ต่ำมากสำหรับดาวเคราะห์หินล้วนๆ ซึ่งบอกว่าต้องการคำอธิบายอื่นๆ คำอธิบายอย่างหนึ่งที่ทีมให้เกี่ยวกับความหนาแน่นที่ต่ำของดาวเคราะห์ก็คือ มันอาจจะมีแกนกลางเหล็กขนาดค่อนข้างเล็ก และมีชั้นเนื้อ(mantle) ที่ประกอบด้วยหินซึ่งมีความหนาแน่นต่ำกว่าหินที่มีภายในโลก
Johanna Teske ผู้เขียนนำการศึกษาจากห้องทดลองวิทยาศาสตร์โลกและดาวเคราะห์คาร์เนกี้ กล่าวว่า สิ่งที่ทำให้ดาวเคราะห์นี้แปลกแยกก็คือความหนาแน่นที่ต่ำจนผิดปกติของมัน มันไม่ใช่ดาวเคราะห์ชนิดที่พองฟูมาก หรือแบบสายไหม(cotton-candy planet) แต่มันหนาแน่นน้อยกว่าที่คุณคาดไว้ถ้าจะมีองค์ประกอบที่ดูคล้ายโลก
ทีมสงสัยว่า TOI-561b อาจจะมีชั้นบรรยากาศหนาทึบล้อมรอบซึ่งทำให้มันดูใหญ่กว่าที่เป็นจริง แม้ว่าดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่ใช้เวลาหลายพันล้านปีถูกเผาในแสงดาวที่แรงกล้า จนไม่น่าจะมีชั้นบรรยากาศเหลืออยู่ได้ แต่ดาวเคราะห์นอกระบบบางส่วนก็แสดงสัญญาณว่าพวกมันไม่ใช่แค่หินเปลือยโล้นๆ หรือลาวา ด้วยการใช้สเปคโตร
กราฟอินฟราเรดใกล้(NIRSpec) ของเวบบ์เพื่อตรวจสอบอุณหภูมิด้านกลางวันของดาวเคราะห์โดยอ้างอิงจากความสว่างในช่วงอินฟราเรดใกล้ นักวิจัยก็ได้ทดสอบสมมุติฐานว่า TOI-561b มีชั้นบรรยากาศ
สเปคตรัมเปล่งคลื่นที่ NIRSpec จับได้ในพค 2024 แสดงความสว่างในช่วง 3 ถึง 5 ไมครอนจาก TOI-561b เทียบกับแบบจำลองบอกว่าดาวเคราะห์ไม่ใช่หินโล้น ข้อมูล(วงกลมสีขาว) มาจากการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความสว่างของระบบดาว-ดาวเคราะห์ ก่อน, ระหว่างและหลังจากคราสทุติยภูมิ เปรียบเทียบกับสเปคตรัมจำลองทั้ง 3 แบบ ข้อมูลดูสอดคล้องกับชั้นบรรยากาศหนาทึบที่อุดมไปด้วยสารระเหยง่ายอย่างน้ำ, ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่า
เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการตรวจสอบความสว่างที่ลดลงของระบบดาวฤกษ์ดาวเคราะห์ เมื่อดาวเคราะห์ซ่อนอยู่ด้านหลังดาวฤกษ์ซึ่งเรียกว่า คราสทุติยภูมิ(secondary eclipse) มันก็เหมือนกับที่ใช้เพื่อสำรวจหาชั้นบรรยากาศในระบบ TRAPPIST-1 และกับพิภพหินอื่นๆ ถ้า TOI-561b เป็นหินโล้นที่ไม่มีชั้นบรรยากาศที่จะนำความร้อนไปสู่ด้านกลางคืน อุณหภูมิด้านกลางวันก็น่าจะสูงถึง 2700 องศาเซลเซียส แต่การสำรวจพบว่าอุณหภูมิด้านกลางวันอยู่ที่ราว 1800 องศาเซลเซียส แม้จะยังร้อนจัดแต่ก็เย็นกว่าที่คาดไว้อย่างมาก
เพื่ออธิบายผลสรุปนี้ ทีมจึงหาคำอธิบายต่างๆ มหาสมุทรแมกมาก็อาจจะถ่ายเทความร้อนบางส่วนได้ แต่ถ้าไม่มีชั้นบรรยากาศเลย ด้านกลางคืนก็น่าจะเป็นลาวาแข็ง จำกัดการไหลออกจากด้านกลางวัน ยังเป็นไปได้ที่จะชั้นไอหินบางๆ บนพื้นผิวมหาสมุทรแมกมา แต่โดยชั้นนี้น่าจะส่งผลต่อการเย็นตัวได้น้อยกว่าที่สำรวจพบ
ดร Anjali Piette จากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม กล่าวว่า เราต้องมีชั้นบรรยากาศก๊าซระเหยง่ายที่หนาทึบเพื่ออธิบายการสำรวจทั้งหมดนี้ ลมที่รุนแรงก็น่าจะทำให้ด้านกลางวันเย็นลง โดยถ่ายเทความร้อนไปด้านกลางคืน ในขณะที่ก๊าซอย่างไอน้ำน่าจะดูดกลืนแสงอินฟราเรดใกล้ที่พื้นผิวเปล่งออกมา ได้ในบางความยาวคลื่น ก่อนที่แสงจะทะลุขึ้นเลยชั้นบรรยากาศออกมา ดาวเคราะห์ก็น่าจะเย็นลงเนื่องจากกล้องเวบบ์พบแสงน้อยกว่า แต่ก็ยังเป็นได้ที่จะมีเมฆซิลิเกตสว่างที่จะทำให้ชั้นบรรยากาศเย็นลงโดยสะท้อนแสงดาวฤกษ์แม่ออกไป
ภาพจากศิลปินแสดงว่าดาวเคราะห์นอกระบบชนิดซุปเปอร์เอิร์ธร้อนจัด(ultra-hot super-Earth) TOI 561b อาจจะมีสภาพอย่างไร อ้างอิงจากการสำรวจจากกล้องเวบบ์ และหอสังเกตการณ์อื่นๆ ข้อมูลจากเวบบ์บอกว่าดาวเคราะห์นี้มีชั้นบรรยากาศหนาทึบล้อมรอบอยู่เหนือมหาสมุทรแมกมา
TOI-561b นั้นโดดเด่นท่ามกลางดาวเคราะห์คาบสั้นมากก็เพราะ มันโคจรรอบดาวฤกษ์ที่เก่าแก่และขาดแคลนเหล็ก โดยมีอายุมากกว่าดวงอาทิตย์สองเท่า( 1 หมื่นล้านปี) ในพื้นที่ส่วนหนึ่งของทางช้างเผือกที่เรียกกันว่า ดิสก์หนา(thick disk) ที่เปรียบเสมือนหมู่บ้านดาววัยเกษียณ มันจะต้องก่อตัวในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่แตกต่างอย่างมากกับดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเรา องค์ประกอบของดาวเคราะห์นี้น่าจะเป็นหน้าต่างสู่ดาวเคราะห์ที่ก่อตัวขึ้นเมื่อเอกภพยังมีอายุค่อนข้างน้อย
ในขณะที่การสำรวจของเวบบ์ได้ให้หลักฐานร่องรอยการมีอยู่ของชั้นบรรยากาศ แต่ก็ยังคงมีคำถามเหลืออยู่ว่า แล้วดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่อาบรังสีอย่างเข้มข้นจะสามารถรักษาชั้นบรรยากาศใดๆ ไว้ได้อย่างไร
Tim Lichterberg ผู้เขียนร่วมจากมหาวิทยาลัยกรอนิงเงน เนเธอร์แลนด์ส กล่าวว่า เราคิดว่าจะต้องมีดุลยภาพระหว่างมหาสมุทรแมกมากับชั้นบรรยากาศ ในขณะที่ก๊าซหนีออกจากเปลือกดาวเคราะห์เพื่อป้อนสู่ชั้นบรรยากาศ บางส่วนก็อาจหนีออกสู่อวกาศ ในเวลาเดียวกัน มหาสมุทรแมกมาก็กำลังดึงก๊าซกลับลงสู่ภายใน เพื่ออธิบายการสำรวจ ดาวเคราะห์นี้จะต้องมีสารระเหยมากกว่าบนโลก นี่น่าจะเป็นลูกบอลลาวาแฉะ
โครงสร้างทางช้างเผือกแบบคร่าวๆ ดาวสีเหลืองระบุตำแหน่งของดวงอาทิตย์และระบบสุริยะของเรา
องค์ประกอบเหล็กของดาวเคราะห์ดวงนี้อาจจะมีบทบาทตรงนี้ ธาตุเหล็กจะจับออกซิเจนในเซลส์เม็ดเลือดแดงของเรานี้ อาจจะช่วยให้ TOI-561b รักษาชั้นบรรยากาศของมันไว้ได้ โดยดึงสารเคมีระเหยง่ายไว้ในมหาสมุทรแมกมาหรือแกนกลาง จากตัวอย่างของพิภพหินที่ทราบอุณหภูมิจากความสว่างด้านกลางวัน ก็ดูเหมือนดาวเคราะห์ที่อาบรังสีจนมีอุณหภูมิ 2000 เคลวิน(1727 องศาเซลเซียส) จะสามารถเติมสารระเหยให้กับชั้นบรรยากาศได้เร็วกว่าที่พวกมันสูญเสียออกไป นักวิจัยเขียนไว้ในรายงาน
อย่างไรก็ตาม การระบุว่าเพราะเหตุใด TOI-561b จึงมีชั้นบรรยากาศที่หนาทึบ ยังต้องการการสืบสวนทั้งทางทฤษฎีและการสำรวจต่อไป รายงานใหม่นี่เป็นผลสรุปจากจากโครงการนักสำรวจทั่วไป(General Observer Program) 3860 ของเวบบ์ ซึ่งมีการสำรวจระบบนี้อย่างต่อเนื่องมากกว่า 37 ชั่วโมง ซึ่งก็เกือบจะสี่รอบเต็มที่ TOI-561b โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ ทีมกำลังวิเคราะห์ชุดข้อมูลทั้งหมดเพื่อทำแผนที่อุณหภูมิทั่วดาวเคราะห์ และระบุองค์ประกอบชั้นบรรยากาศให้แคบลง
แหล่งข่าว phys.org - ultra-hot super-Earth shows signs of thick atmosphere despite extreme conditions
space.com - JWST finds strongest evidence yet for atmosphere around rocky exoplanet: “it’s really like a wet lava ball”
phys.org – ultra-hot lava world has thick atmosphere, upending expectations
sciencealert.com – ancient “wet lava ball” exoplanet defies expectations
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
