ชั้นบรรยากาศที่ไม่ควรมีในระบบสุริยะส่วนนอก
ทีมนักดาราศาสตร์สมัครเล่นและอาชีพชาวญี่ปุ่นได้พบหลักฐานการมีชั้นบรรยากาศบางๆ รอบวัตถุขนาดเล็กดวงหนึ่งในระบบสุริยะส่วนนอก วัตถุดวงนี้มีขนาดเล็กมากจนมันไม่ควรจะดึงชั้นบรรยากาศไว้ได้ ได้สร้างคำถามว่าชั้นบรรยากาศนี้ก่อตัวขึ้นเมื่อใดและอย่างไร การสำรวจในอนาคตเพื่อแจกแจงคุณลักษณะชั้นบรรยากาศแห่งนี้จะช่วยไขปริศนาเหล่านี้ได้
ในส่วนที่เย็นเยือกของระบบสุริยะส่วนนอกมีวัตถุขนาดเล็กที่เรียกกันว่า วัตถุทรานส์เนปจูน(Trans-Neptunian Objects; TNOs) หลายพันดวง เนื่องจากพวกมันอยู่เลยวงโคจรเนปจูนออกไป TNOs เกือบทั้งหมดเย็นจัดและแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวของพวกมันก็อ่อนแรงอย่างมาก จนคาดว่าไม่น่าจะรักษาชั้นบรรยากาศไว้ได้ แต่เมื่อปี 1988 นี่เองที่มีการสำรวจพบชั้นบรรยากาศบางๆ รอบพลูโตซึ่งเป็น TNO ที่เป็นที่รู้จักมากที่สุด แต่การศึกษา TNOs อื่นๆ ให้ผลที่เป็นลบออกมา
ไดอะแกรมแสดงวงโคจรของวัตถุทรานส์เนปจูน 2002 XV93 เป็นสีขาว ซึ่งมีวงโคจรหลุดจากระนาบของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะได้เล็กน้อย ระยะทางการโคจรแปรเปลี่ยนตั้งแต่จุดที่สั้นที่สุดที่ 34.4 AU จนถึงจุดที่ไกลที่สุดที่ 44.12 AU ในขณะที่พบวัตถุนี้ในปี 2002 แต่จากข้อมูลที่มีก่อนการค้นพบย้อนกลับไปได้ถึงปี 1990 ได้ให้รากฐานข้อมูล 36 ปีซึ่งสามารถใช้เพื่อคำนวณวงโคจรของมันได้
แต่นักดาราศาสตร์ก็แอบคาดหวังในสิ่งที่ไม่คาดหวัง ดังนั้นจึงใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ในธรรมชาติที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญเพื่อมองหาชั้นบรรยากาศรอบ TNO ดวงหนึ่งที่มีชื่อว่า (612533) 2002 XV93 เรียกสั้นๆ 2002 XV93 มีเส้นผ่าศูนย์กลางราว 500 กิโลเมตร(เพื่อเปรียบเทียบ พลูโตมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 2377 กิโลเมตร) และยังเป็นวัตถุที่เรียกว่า พลูติโน(plutino) ด้วย ซึ่งเป็นวัตถุที่มีวงโคจรคล้ายคลึงกับวงโคจรพลูโต ที่ระยะทางราว 40 AU ในกำทอนการโคจร(orbital resonance) แบบ 2:3 กับเนปจูน
คิดกันว่าพิภพขนาดเล็กที่ส่วนเย็นเยือกของระบบสุริยะเป็นบันทึกฟอสซิลจากระบบสุริยะยุคต้น บันทึกเรื่องราวองค์ประกอบและบอกเล่าว่าสรรพสิ่งเคลื่อนย้ายอย่างไร ยกตัวอย่างเช่น กำทอนของมันกับเนปจูนได้แสดงว่าเนปจูนเคลื่อนออกมา กวาดวัตถุตามทางออกมาด้วย
วงโคจรของ 2002 XV93 นั้นเมื่อมองจากญี่ปุ่นแล้ว ดาวเทียมไกอา(Gaia) พบว่ามันจะผ่านหน้าดาวฤกษ์ดวงหนึ่งในวันที่ 10 มกราคม 2024 พอดี เมื่อดาวหายไปหลัง 2002 XV93 มันอาจจะค่อยๆ สลัวลงซึ่งบ่งชี้ว่าแสงถูกอำพรางเมื่อผ่านชั้นบรรยากาศเบาบาง หรือ มันจะกระพริบหายไปทันทีเมื่อมันเลื่อนเข้าไปอยู่หลังพื้นผิวแข็งของ TNO นี้ เป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า การบังดาว(stellar occultation)
การทำนายเส้นทางการบังดาวของ 2002 XV93 ในญี่ปุ่น
ทีมนักดาราศาสตร์ซึ่งนำโดย Ko Arimatsu จากหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์อิชิงากิจิม่า สำรวจดาวฤกษ์นี้เมื่อ 2002 XV93 ผ่านหน้ามันจากสามพื้นที่ในญี่ปุ่น ด้วยหอสังเกตการณ์ในจังหวัดเกียวโตและคิโซ และนักดาราศาสตร์สมัครเล่นอีก 1 คนที่ฟุกุชิม่า
เหตุการณ์ทั้งหมดเกิดขึ้นนานเพียง 15 ถึง 20 วินาทีเท่านั้น ขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่สังเกตการณ์ และเป็นเวลาประมาณ 1.5 วินาทีก่อนและหลังบังมิด กราฟแสงที่ได้แสดงความสว่างที่ค่อยๆ มืดลงและค่อยๆ สว่างขึ้น ตามลำดับ ข้อมูลที่ได้สอดคล้องกับการอำพรางจากชั้นบรรยากาศ การค้นพบนี้เผยแพร่ใน Nature Astronomy
จากรูปแบบการมืดลงและสว่างขึ้น นักวิจัยสร้างแบบจำลองโดยใช้ชั้นบรรยากาศพลูโตเป็นบรรทัดฐาน สมมุติให้มีโครงสร้างอุณหภูมิที่จำเพาะและมีชั้นบรรยากาศของมีเธน, ไนโตรเจนหรือคาร์บอนมอนอกไซด์ จากนั้นก็จำลองว่าชั้นบรรยากาศนี้น่าจะหนาแน่นแค่ไหนที่ระดับความสูงที่แตกต่างกัน และมีผลต่อแสงเมื่อผ่านอย่างไร ผลที่ได้สอดคล้องที่สุดกับชั้นบรรยากาศที่มีความหนาแน่นเพียง 100 ถึง 200 นาโนบาร์ หรือเบาบางกว่าชั้นบรรยากาศโลกที่ระดับน้ำทะเล 5 ถึง 10 ล้านเท่า
ภาพแสดงกราฟการบังดาวของ 2002 XV93 จากฟุกุชิมา(สีบานเย็น) และคิโซ(สีเขียว) เทียบกับแบบจำลองถ้าวัตถุไร้ชั้นบรรยากาศ(เส้นประสีขาว)
การคำนวณแสดงว่าชั้นบรรยากาศที่พบรอบ 2002 XV93 คาดว่าจะคงอยู่ไม่เกิน 1000 ปีถ้าไม่มีการเติม(replenished) ดังนั้นมันจะต้องถูกสร้างหรือเพิ่งเติมเมื่อเร็วๆ นี้เอง แล้วจะมีกลไกเดียวกันที่พบบนพลูโตเมื่อมันขยับเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น ที่ทำให้น้ำแข็งบนพื้นผิวระเหิด สร้างชั้นบรรยากาศชั่วคราว และหลังจากนั้น วัสดุสารเหล่านี้ก็จะควบแน่นตกกลับสู่พื้นผิวเมื่อวัตถุขยับไกลจากดวงอาทิตย์มากขึ้น ลดขนาดชั้นบรรยากาศลงหรือไม่
ก็ไม่น่าเป็นไปได้เมื่อการสำรวจโดยกล้องเวบบ์ก็ไม่ได้แสดงสัญญาณของก๊าซเยือกแข็งใดๆ บนพื้นผิวของ 2002 XV93 เลยซึ่งอาจจะระเหิดเพื่อสร้างชั้นบรรยากาศได้
ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งก็คือมีเหตุการณ์บางอย่างที่นำก๊าซแข็งหรือเหลวจากข้างใต้ภายใน TNO นึ้ขึ้นสู่พื้นผิวเหมือนอย่างที่พลูโตมีกิจกรรมภูเขาไฟน้ำแข็ง(cryovolcanoes) ซึ่งปล่อยน้ำแข็งเหลว(sludge/slurry ice) และสารระเหยง่ายออกมา ความเป็นไปได้อีกทางก็คือ มีดาวหางดวงหนึ่งมาชนกับ 2002 XV93 ปลดปล่อยก๊าซออกมาก่อตัวเป็นชั้นบรรยากาศชั่วคราว ซึ่งยังคงต้องมีการสำรวจเพิ่มเติมเพื่อแยกแยะลำดับเหตุการณ์การสร้างชั้นบรรยากาศทั้งสองแบบ
เมื่อปฏิบัติการนิวฮอไรซันส์(New Horizons) บินผ่านพลูโต มันได้ถ่ายภาพพิภพห่างไกลนี้จากหลายมุม ภาพนี้เป็นช่วง 15 นาทีหลังจากเข้าใกล้มากที่สุด ยานได้มองย้อนกลับไปและจับภาพ เผยให้เห็นชั้นหมอกย่อยในชั้นบรรยากาศ พร้อมทั้งเงาที่ทอดไปตามพื้นผิวจากเทือกเขาน้ำแข็งที่ตั้งตะหง่านสูงราว 3500 เมตร
แต่ไม่ว่าจะเป็นแบบใด วัตถุนี้ก็เป็นการตรวจจับชั้นบรรยากาศได้เป็นครั้งแรกบน TNO ขนาดเล็กนอกเหนือจากพลูโต ผลสรุปที่ได้บอกว่าแม้แต่วัตถุขนาดเล็กก็มีชั้นบรรยากาศได้ แม้ที่น่าตื่นเต้นมากกว่าก็คือ ถ้ามีโชคดีบ้าง เราก็จะตรวจจับมันได้แม้ว่ามันใกล้จะหายไปแล้ว
ชั้นบรรยากาศแบบนี้ก็ไม่ใช่คุณสมบัติทั่วไปในบรรดาวัตถุในเขตเยือกแข็งขนาดใกล้เคียงกันด้วย ยกตัวอย่างเช่น มาเคะมาเคะ(Makemake) ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 710 กิโลเมตร ก็ถูกสำรวจในระหว่างบังดาว และไม่พบชั้นบรรยากาศใดๆ เลยในระดับที่จะสามารถตรวจพบได้ เรื่องราวคล้ายๆ กันเกิดกับ ควาโออาร์(Quaoar) ซึ่งระบุว่าถ้ามีชั้นบรรยากาศก็ไม่เกิน 6 นาโนบาร์
ทีมวิจัยเขียนไว้ในรายงานว่า การค้นพบนี้บอกว่าความคิดเดิมที่ว่าชั้นบรรยากาศที่หนาทึบจะก่อตัวขึ้นได้เฉพาะรอบๆ ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่กว่านี้ จะต้องมีการปรับปรุง เมื่อแม้ว่า TNO ขนาดเพียงไม่กี่ร้อยกิโลเมตรก็ยังมีชั้นบรรยากาศได้ แม้จะมาแบบชั่วคราว ซึ่งท้าทายทฤษฎีการรักษาสารระเหยง่ายมาตรฐาน(standard volatile-retention) การค้นพบบอกว่าจะมีวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กที่อยู่ห่างไกลส่วนน้อยๆ ที่มีชั้นบรรยากาศซึ่งอาจมาจากกิจกรรมภูเขาไฟน้ำแข็ง หริอมาจากการชนของวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็ก เมื่อเร็วๆ นี้
กราฟแสดงสเปคตรัมที่เวบบ์เก็บได้จากวัตถุในแถบไคเปอร์หลายดวงซึ่งรวมถึง 2002 XV93 ซึ่งมีสัณฐานของน้ำในรูปน้ำแข็งอสัณฐาน(amorphous water ice), น้ำแข็งในรูปผลึก และคาร์บอนไดออกไซด์แข็ง Credit: A.C. Souza-Feliciano et al., Astronomy & Astrophysics, Letter to the Editor, 2024
แหล่งข่าว phys.org : a tiny world beyond Neptune has an atmosphere that shouldn’t exist
sciencealert.com : scientists found an “impossible” atmosphere on a tiny world beyond Neptune
iflscience.com : small Trans-Neptunian world has an atmosphere, laughing in the face of astronomers and expected physics
bigthink.com : the discovery of an atmosphere on a tiny Kuiper belt world
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
