ตรวจจับชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์หินนอกระบบในเขตเอื้ออาศัยได้
นักดาราศาสตร์ได้พบฮีเลียมที่หลุดรั่วจากดาวเคราะห์หินนอกระบบดวงหนึ่ง ซึ่งเป็นสัญญาณว่าดาวเคราะห์นี้อาจจะมีชั้นบรรยากาศล้อมรอบ ถ้ายืนยันได้ การค้นพบนี้จะเป็นการตรวจจับชั้นบรรยากาศรอบพิภพที่คล้ายโลกในเขตเอื้ออาศัยได้ของดาวฤกษ์อื่นนอกเหนือจากดวงอาทิตย์ได้เป็นครั้งแรก เป็นการค้นพบที่สำคัญอย่างมากในการสำรวจหาสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์อื่น
ดาวเคราะห์หินนอกระบบชนิดซุปเปอร์เอิร์ธ(super-Earth) LHS 1140b เป็นดาวเคราะห์หนึ่งในสองดวงที่โคจรรอบ LHS 1140 ซึ่งอยู่ห่างออกไปราว 50 ปีแสงในกลุ่มดาววาฬ(Cetus) LHS 1140 เป็นดาวฤกษ์ชนิดแคระแดง(M dwarf) ซึ่งมีขนาด 1/5 ของดวงอาทิตย์และสว่างไม่ถึง 1% ของดวงอาทิตย์
ด้วยการใช้สเปคโตรกราฟความไวสูงบนกล้องโทรทรรศน์มาเจลลันเคลย์ ในทะเลทรายอะตาคามา ชิลี ว่าที่ดอกเตอร์ Collin Cherubim และทีมได้พบหลักฐานชั้นบรรยากาศของ LHS 1140b ในปี 2024 เมื่อดาวเคราะห์ผ่านหน้าดาวฤกษ์แม่จากมุมมองของเรา
การตรวจจับนี้ยืนยันการทำนายโดยแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของ Cherubim เองซึ่งพัฒนาขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของงานวิจัยปริญญาเอกของเรา การศึกษาเผยแพร่ใน Science วันที่ 16 กรกฎาคม ทำให้ LHS 1140b เป็นว่าที่ดาวเคราะห์สำหรับงานวิจัยความสามารถในการเอื้ออาศัยได้(habitability) ของดาวเคราะห์นอกระบบต่อไป
ภาพโลก กับดาวเคราะห์หินดวงใหญ่หรือซุปเปอร์เอิร์ธอย่าง LHS 1140b นักวิจัยได้พบชั้นบรรยากาศจากซุปเปอร์เอิร์ธในเขตเอื้ออาศัยได้เป็นครั้งแรก ภาพปก ภาพจากศิลปิน LHS 1140b ที่พื้นหน้า ซึ่งล้อมรอบด้วยชั้นบรรยากาศที่อุดมไปด้วยฮีเลียม ยังมีดาวเคราะห์หินเพื่อนบ้านอีกดวงที่โคจรรอบดาวฤกษ์แคระแดงดวงเดียวกัน มองเห็นอยู่ไกลๆ การศึกษาใหม่ให้หลักฐานที่ชัดเจนที่สุดว่า LHS 1140b ยังรักษาชั้นบรรยากาศของมันได้
เรามักจะคิดว่าดาวเคราะห์ถ้าจะเอื้ออาศัยได้ มันจะต้องเป็นหินเกือบทั้งหมด ซึ่งจะต้องมีชั้นบรรยากาศเพื่อปกป้องพื้นผิวจากการแผ่รังสีที่เป็นอันตราย แต่ก็ยังคงรักษาในน้ำยังอยู่ได้ Cherubim กล่าวในการสัมภาษณ์พอดแคสท์ และตอนนี้เราก็ทราบว่า LHS 1140b ผ่านเงื่อนไขเหล่านั้น
นับตั้งแต่มีการยืนยันดาวเคราะห์นอกระบบดวงแรกได้ในปี 1992 นักวิทยาศาสตร์ได้พบดาวเคราะห์นอกระบบมากกว่า 6300 ดวง แต่การสำรวจหาสิ่งมีชีวิต พวกเขาจะพิจารณาดวงที่อาจจะเอื้ออาศัยได้ ดาวเคราะห์เกือบทั้งหมดรวมทั้ง LHS 1140b ถูกพบผ่านการผ่านหน้า(transit) ซึ่งเฝ้าดูดาวฤกษ์สลัวลงเล็กน้อยเมื่อมีดาวเคราะห์ผ่านหน้ามัน ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์มีขนาดใหญ่ ดังนั้นจึงพบพวกมันได้ง่ายกว่าเมื่อทำให้ความสว่างแปรผันอย่างมากแม้แต่เมื่อผ่านหน้าดาวฤกษ์สว่างที่คล้ายดวงอาทิตย์
แต่พวกก๊าซยักษ์ก็ไม่ใช่ว่าที่ดาวเคราะห์ที่มีความสามารถในการเอื้ออาศัยได้ ดาวเคราะห์หินมีขนาดเล็กจึงตรวจจับพวกมันได้ยากกว่า ยกเว้นแต่พวกมันโคจรรอบดาวฤกษ์ขนาดเล็กที่มืด นี่เองก็ทำให้ดาวฤกษ์แคระแดงซึ่งเป็นดาวฤกษ์ชนิดที่พบได้มากที่สุดในทางช้างเผือกกลายเป็นเป้าหมาย ดาวเคราะห์หินจะกันแสงสลัวจากแคระแดงได้มากกว่ากับดาวฤกษ์อย่างดวงอาทิตย์ ทำให้การผ่านหน้าตรวจสอบได้ง่ายกว่า
แต่ที่แถมมากับแคระแดงก็คือ พวกมันมีการลุกจ้า(flare) บ่อยครั้งและแผ่รังสี
เอกซ์และอุลตราไวโอเลตออกมามาก ซึ่งอาจเผาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ใดๆ ที่อยู่ใกล้เคียงจนกระทั่งชั้นบรรยากาศขยายตัวและหนีออกสู่อวกาศ(เป็นกระบวนการที่เรียกว่า irradiation)
ด้วยเหตุนี้ นักดาราศาสตร์จึงได้พบดาวเคราะห์หินจำนวนมากรอบแคระแดงในเขตเอื้ออาศัยได้(habitable zone) ซึ่งเป็นพื้นที่รอบดาวที่อุณหภูมิพื้นผิวดาวเคราะห์น่าจะค้ำจุนน้ำในสถานะของเหลวได้ แต่จนกระทั่งบัดนี้ ก็ยังไม่เคยมีการยืนยันชั้นบรรยากาศใดๆ ของดาวเคราะห์ในเขตดังกล่าวได้
transmission spectroscopy
Cherubim พบชั้นบรรยากาศ LHS 1140b เมื่อสำรวจดาวฤกษ์ในช่วงที่ดาวเคราะห์ผ่านหน้า ในระหว่างการผ่านหน้า มีแสงดาวฤกษ์ส่วนน้อยๆ ที่ถูกกรองผ่านชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ ด้วยการแยกแสงออกเป็นสเปคตรัม ก็ตรวจสอบได้ว่าชั้นบรรยากาศดูดกลืนช่วงความยาวคลื่นใดไว้ และน่าจะมีธาตุใดเป็นตัวการ เทคนิคดังกล่าวเรียกว่า การตรวจสอบสเปคตรัมแบบส่องผ่าน(transmission spectroscopy) เผยและจำแนกชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ได้ หรืออาจจะไม่มีเลย
ในกรณีของ LHS 1140b พวกเขาพบฮีเลียมรั่วออกจากชั้นบรรยากาศส่วนบนของดาวเคราะห์ในระหว่างการสำรวจการผ่านหน้าเดือนกันยายน 2024 ทีมยังสำรวจ LHS 1140c ซึ่งเป็นดาวเคราะห์หินดวงที่สองในระบบนี้ในวงโคจรที่แคบกว่า ซึ่งทำให้มันอาบรังสีราว 5 เท่าของที่ LHS 1140b ได้รับ แต่ไม่พบฮีเลียมแต่อย่างใด
นี่ไม่ใช่เรื่องที่ประหลาดใจเลยที่ดาวเคราะห์วงในจะไม่มีชั้นบรรยากาศอยู่ ก็เพราะมันอาบด้วยรังสีจากดาวฤกษ์แม่มากกว่า Cherubim กล่าว ในขณะที่ดาวเคราะห์ดวงนอกนั้นก็เป็นไปตามที่ทำนายไว้ว่าน่าจะรักษาชั้นบรรยากาศดั้งเดิมบางส่วนไว้ได้
การทำนายมาจากแบบจำลองที่เขาทำขึ้นในงานวิจัยปริญญาเอก ซึ่งพบว่าก๊าซเบาอย่างไฮโดรเจนควรจะหนีออกจากชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่ได้รับรังสีได้เร็วกว่าฮีเลียมซึ่งหนักกว่า ทิ้งให้ชั้นบรรยากาศอุดมไปด้วยฮีเลียมไว้เป็นสถานะตามธรรมชาติขั้นสุดท้ายของดาวเคราะห์อย่าง LHS 1140b
การค้นพบนี้ไม่ได้ทำโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศอย่างเวบบ์ แต่มาจากกล้องภาคพื้นดินจาก กล้องโทรทรรศน์มาเจลลันเคลย์(MCT) ที่หอสังเกตการณ์ ลาสกัมปานาส กระจกปฐมภูมิขนาด 6.5 เมตรของกล้องเคลย์ ซึ่งก็เหมือนกับกระจกหลักเวบบ์ที่เป็นชิ้นส่วนประกอบรวม 6.5 เมตร แต่มีข้อได้เปรียบเหนือเวบบ์ที่มีอุปกรณ์ติดตั้ง เป็นสเปคโตรกราฟ WINERED(Warm Infrared Echellle) ซึ่งถูกออกแบบมาให้มีความสามารถในการแยกแสง-resolving power ได้ละเอียดมากๆ
เมื่อเทียบกับสเปคโตรกราฟอินฟราเรดใกล้(NIRSpec) ของเวบบ์ซึ่งมีพลังการแยกแสงสูงสุด 2700 ช่วง แต่ WINERED ให้พลังระหว่าง 28000 ถึง 70000 ขึ้นอยู่กับรูปแบบการทำงาน กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์มีพลังการแยกแสงเพียงหนึ่งในสิบของกล้องภาคพื้นดินดวงนี้ Cherubim อธิบาย
David Charbonneau อาจารย์ที่ปรึกษาร่วมของ Cherubim หัวหน้าแผนกดาราศาสตร์ที่ฮาร์วาร์ด และนักดาราศาสตร์ CfA สงสัยแผนการนี้ในตอนแรก เมื่อสัญญาณมาจากการทำนายทางคณิตศาสตร์และไม่เคยสำรวจพบรอบดาวเคราะห์หินมาก่อน แต่เมื่อได้ข้อมูลก็เปลี่ยนใจ คอลลินวิเคราะห์ดาวเคราะห์ที่เรารู้จักและทำนายว่าดวงนี้น่าจะมีชั้นบรรยากาศฮีเลียม Charbonneau กล่าว จากนั้นเขาก็หาเวลาใช้กล้อง, ได้ข้อมูลมา และการตรวจจับก็บอกว่าเป็นหินแข็งในเชิงสถิติ
ในขณะที่การตรวจสอบสเปคตรัมบอกนักวิทยาศาสตร์ได้มากเกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบ แต่มันก็ไม่ได้ให้ภาพที่ชัดเจนว่าเมื่อยืนอยู่บนพื้นผิวดาวเคราะห์ดวงนี้จะมีสภาพอย่างไร สมมุติว่ามันมีพื้นผิวอยู่ ก็เลยต้องใช้จินตนาการอยู่บ้าง Cherubim กล่าวว่า ผมคิดว่ามันเป็นเรื่องสนุกในแขนงวิชานี้ที่ต้องพยายามมีจินตนาการและนึกว่าอยู่ในสถานที่เหล่านั้น
Magellan Clay Telescope
ถ้าคุณยืนอยู่บนพื้นผิวดาวเคราะห์นี้ ดาวฤกษ์แม่ก็น่าจะมีขนาดบนท้องฟ้าประมาณ 2 เท่าของดวงอาทิตย์ อาจมีสีแดงกว่ามากก็เพราะมันเป็นดาวแคระแดง และเนื่องจาก LHS 1140b อยู่ในไทดัลล๊อค ก็น่าจะมีด้านกลางวันตลอด, ด้านกลางคืนตลอด และมีแถบช่วงโพล้เพล้ที่อยู่ระหว่างสองด้านนี้
มวลและรัศมีของ LHS 1140b ที่สำรวจได้บอกว่ามันเป็นพิภพหินที่ไม่ได้หนาแน่นเท่ากับโลก นี่หมายความว่าพิภพแห่งนี้น่าจะประกอบด้วยองค์ประกอบความหนาแน่นต่ำอย่างชั้นบรรยากาศขนาดใหญ่หรือน้ำจำนวนมาก หรือทั้งคู่
ขณะนี้เมื่อยืนยันชั้นบรรยากาศได้ Cherubim คิดว่าก็น่าจะมีน้ำอยู่ด้วย แต่เพื่อให้มีมหาสมุทรได้ LHS 1140b ก็น่าจะต้องการกับดักความเย็น(cold trap) ซึ่งเป็นชั้นอากาศเย็นคล้ายกับที่คั่นระหว่างโทรโปสเฟียร์(troposphere) กับ สตราโตสเฟียร์
(stratosphere) ของโลก ซึ่งหยุดยั้งไม่ให้มหาสมุทรของเราระเหยเดือดไป ไอน้ำที่ลอยขึ้นจากพื้นผิวดาวเคราะห์จะชนกับชั้นที่เย็นและแข็งตัว ก่อนที่มันจะสามารถลอยได้สูงพอที่จะหนีออกไปได้
โครงสร้างชั้นบรรยากาศโลก image credit: nasa
แบบจำลองของเราบอกว่ามีกับดักความเย็นที่รุนแรงมากบนดาวเคราะห์นี้ ซึ่งเย็นกว่ากับดักความเย็นบนโลกด้วยซ้ำ เขากล่าว LHS 1140b เคยมีน้ำ แบบจำลองบอกว่ามันก็น่าจะยังอยู่ ก็เป็นเหตุเป็นผลที่จะเป็นพิภพมหาสมุทร
ผลสรุปที่ได้บ่งชี้ว่าการสำรวจหาก๊าซที่กำลังหนีออกสู่อวกาศ น่าจะช่วยให้หอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินมีหนทางในการสำรวจชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์หินนอกระบบได้ นักดาราศาสตร์ประเมินว่าชั้นบรรยากาศรอบ LHS 1140b น่าจะคงเหลือได้นานกว่า 3 พันล้านปี ทำให้ดาวเคราะห์ดวงนี้เป็นสถานที่ที่สำคัญในการศึกษาต่อๆ ไป
Cherubim เองก็หวังว่าจะได้ตรวจสอบองค์ประกอบเคมีทั้งหมดของชั้นบรรยากาศและสุดท้ายก็ตอบได้ว่า LHS 1140b มีมหาสมุทรบนพื้นผิวหรือรายละเอียดอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับความสามารถในการเอื้ออาศัยได้หรือไม่ เขาและทีมยังวางแผนที่จะปรับใช้แบบจำลองในการสำรวจหาดาวเคราะห์ที่ใกล้เคียงกัน นี่เป็นการยืนยันตามแบบจำลอง และหวังว่าจะเป็นเพียงงานแรกในอีกหลายๆ การสำรวจต่อๆ มา เขากล่าว
การสำรวจที่วางแผนไว้ในอนาคตโดยใช้กล้องเวบบ์จะสำรวจหาโมเลกุลอย่างคาร์บอนไดออกไซด์ และยังน่าจะสำรวจหาความไม่สมดุลในปริมาณสารเคมีต่างๆ ที่อาจบอกว่ามีกระบวนการบางอย่าง อย่างเช่น สิ่งมีชีวิต ที่กำลังผลิตก๊าซได้เร็วกว่าที่ก๊าซเหล่านั้นแตกสลาย แต่ไม่มีก๊าซชนิดใดเลยที่จะสามารถยืนยันกิจกรรมทางชีววิทยาได้ด้วยตัวมันเอง แต่ด้วยดาวเคราะห์หินอบอุ่นที่มีชั้นบรรยากาศซึ่งอยูห่างออกไปเพียง 50 ปีแสง LHS 1140b ก็ได้กลายเป็นเป้าหมายที่น่าสนใจที่สุดดวงหนึ่งในการสำรวจหาชีวิตแล้ว
แหล่งข่าว astronomy.com : astronomers just found the first atmosphere on a rocky exoplanet in the habitable zone
scitechdaily.com : astronomers detect an atmosphere on a potentially Earth-like world
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
