หลักฐานสนับสนุนทฤษฎีสร้างดวงจันทร์ของโลก

      นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอแนวคิดหลากหลายว่าดวงจันทร์ของโลกก่อตัวขึ้นได้อย่างไร แต่ทฤษฎีนำงานหนึ่งก็คือ ทฤษฎีการชนครั้งใหญ่(Giant Impact theory) สงสัยว่าเมื่อโลกยังเป็นดาวเคราะห์อายุน้อย และเพิ่งจะเริ่มต้นก่อตัวขึ้น มันก็ถูกชนโดยดาวเคราะห์ที่กำลังก่อตัวอีกดวงซึ่งมีขนาดพอๆ กับดาวอังคารที่เรียกว่า ธีอา(Theia) ซึ่งอยู่ไม่ไกล การชนเป็นสาเหตุให้ดาวเคราะห์ทั้งสองถูกเชือนเป็นก้อนก๊าซ, แมกมา และธาตุทางเคมีก่อนที่จะกลับมาก่อตัวใหม่กลายเป็นวัตถุอย่างที่เรารู้จักในทุกวันนี้ว่าเป็นโลกและดวงจันทร์

ภาพจากศิลปินแสดงการชนระหว่างดาวเคราะห์ทารกขนาดพอๆ กับดาวอังคารที่เรียกว่า ธีอา(Theia) กับโลกที่กำลังก่อตัวอยู่ เศษซากการชนสาดออกสู่อวกาศและรวมตัวกลายเป็นดวงจันทร์

      แต่ก็ยังมีความแตกต่างอย่างมากมายในองค์ประกอบธาตุปัจจุบันของโลกและดวงจันทร์โดยไม่ทราบสาเหตุ ซึ่งงานวิจัยใหม่ที่นำทีมโดย Justin Simon นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นาซาและ Tony Gargano นักศึกษา ทั้งคู่มาจากแผนกวิทยาศาสตร์การสำรวจและการวิจัยดาราวัสดุศาสตร์ของนาซา ที่ศูนย์อวกาศจอห์นสัน ในฮุสตัน นำงานวิจัยซึ่งเผยแพร่ผลสรุปในวารสาร Proceedings of the National Academy of Sciences 

      ทีมวิจัยได้พบหลักฐานสำหรับทฤษฎีการชนเมื่อพวกเขาทำการศึกษาเพื่อให้เข้าใจความแตกต่างในองค์ประกอบเคมีระหว่างหินของโลกและดวงจันทร์ ตัวอย่างจากดวงจันทร์มาจากหินที่รวบรวมโดยปฏิบัติการอพอลโลเมื่อ 50 ปีก่อน และเก็บรักษาไว้เพื่องานวิจัยในอนาคต เมื่อมีเทคนิคและเครื่องมือใหม่ๆ นักวิจัยมุ่งเป้าไปที่ปริมาณและชนิดของคลอรีนที่พบในหิน พวกเขาเลือกคลอรีนก็เพราะมันเป็นธาตุที่ระเหยง่าย(volatile element) ซึ่งหมายความว่า มันระเหยที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ และการตามรอยมันก็เป็นเรื่องที่มีประโยชน์ในการเข้าใจการก่อตัวดาวเคราะห์ คลอรีนปรากฏเป็น 2 รูปแบบที่เสถียรคือ เบา และหนัก คำว่าหนักและเบา ใช้เพื่ออธิบายสารเคมีที่มีโครงสร้างอะตอมที่แตกต่างกันซึ่งเรียกว่า ไอโซโทป(isotopes) ซึ่งมีจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างไอโซโทปของคาร์บอน(C) ที่พบในธรรมชาติ แต่ละไอโซโทปที่แตกต่างกันคือ จำนวนของนิวตรอนในนิวเคลียส 

      สิ่งที่พวกเขาพบก็คือหินดวงจันทร์มีคลอรีนหนักในความเข้มข้นที่สูงกว่า ในขณะที่หินบนโลกอุดมด้วยคลอรีนเบามากกว่า คลอรีนหนักนั้นมีความยืดหยุ่นต่อการเปลี่ยนแปลงและเสถียร แต่คลอรีนเบาไวต่อปฏิกิริยามากกว่าและตอบสนองต่อแรงมากกว่า ในแบบจำลองการชนครั้งใหญ่ ทั้งก้อนโลกและดวงจันทร์เริ่มต้นมีส่วนผสมคลอรีนหนักและเบาในระดับหนึ่ง แต่เมื่อทั้งสองชนกัน โลกยังสามารถเกาะเป็นก้อนอยู่ได้ ในขณะที่ชิ้นส่วนที่แตกกระจายออกสู่อวกาศ ไปรวมกลุ่มกันก่อตัวเป็นดวงจันทร์ ชิ้นส่วนเหล่านี้มีไอโซโทปคลอรีนหนักและเบาที่ผสมรวมกัน แต่ก็เริ่มเปลี่ยนแปลงเมื่อโลกซึ่งมีขนาดใหญ่กว่า มีแรงโน้มถ่วงมากกว่า จะเป็นตัวกำกับกระบวนการและดึงคลอรีนเบาซึ่งระเหยได้ง่ายกว่าเข้าหาตัวมันเอง ทิ้งให้ดวงจันทร์ขาดแคลนคลอรีนเบาและธาตุอื่นๆ ที่ระเหยได้ง่ายกว่าด้วย จากการตรวจสอบที่นักวิทยาศาสตร์ได้ทำ นี่เป็นสิ่งที่ดูเหมือนจะเกิดขึ้นจริงๆ เป๊ะ

     และเมื่อทำการตรวจสอบไขว้ Simon และ Gargano ได้วิเคราะห์ตัวอย่างหินเพื่อหาความแตกต่างของธาตุอื่นๆ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของธาตุในตระกูลเดียวกับคลอรีน ที่เรียกว่า ฮาโลเจน(halogens) พวกเขาเห็นว่าธาตุกลุ่มที่ระเหยได้ง่ายนี้สูญหายไปจากดวงจันทร์ อย่างไรก็ตาม พวกเขาไม่เห็นรูปแบบความแตกต่างในธาตุกลุ่มฮาโลเจน ซึ่งน่าจะเกิดขึ้นจากบางสิ่งที่เกิดขึ้นในเวลาต่อมาระหว่างโลกกับดวงจันทร์ นี่หมายความว่า องค์ประกอบคลอรีนเบาของดวงจันทร์ และปริมาณฮาโลเจนเปรียบเทียบจะต้องถูกกำหนดไว้ตั้งแต่ช่วงต้นๆ แล้ว การสูญหายของคลอรีนจากดวงจันทร์น่าจะเกิดขึ้นในระหว่างเหตุการณ์ที่มีพลังงานและความร้อนสูง ซึ่งชี้ไปถึงทฤษฎีการชนครั้งใหญ่ Gargano กล่าว

ธาตุกลุ่มฮาโลเจน(Halogens) เป็นธาตุหมู่ 7 ในตารางธาตุ ประกอบด้วย ฟลูออรีน, คลอรีน, โบรมีน, ไอโอดีน และแอสทาทีน 

      งานวิจัยนี้ได้เพิ่มหลักฐานให้กับกองภูเขาหลักฐานทางเคมีที่สนับสนุนทฤษฎีการชนครั้งใหญ่ที่ถูกเสนอเมื่อหลายทศวรรษก่อน ยกตัวอย่างเช่น การศึกษางานหนึ่งที่เผยแพร่เมื่อเดือนมีนาคมปีนี้ ใช้การตรวจสอบไอโซโทปออกซิเจนด้วยความแม่นยำสูงเพื่อแสดงว่าหินของโลกและดวงจันทร์อาจจะมีความแตกต่างจากกันและกันมากกว่าที่เคยคิดไว้

 

แหล่งข่าว spaceref.com : new evidence that two planets collided to form the Moon    
                space.com : “Giant impact” theory of moon’s formation gets another boost

iOption AZ Mount Pro First Light Review

Target is Mars

เกือบสองทุ่มแล้ววันนี้ฟ้าเปิดเสียทีหลังจากปิดมาเป็นเดือน ได้เวลาทดสอบเม้าท์ตัวใหม่ เม้าท์อัลตาซิมุธตัวเดิมที่ใช้อยู่รับน้ำหนักได้น้อย วางกล้องดูดาวตัวใหญ่ขึ้นไม่ได้ ทำให้ต้องเริ่มขยับมองหาเป้าหมายใหม่

ผมมีเงื่อนไขว่าน้ำหนักของเม้าท์ต้องไม่มากนัก นำไปใช้นอกสถานที่ได้สะดวก ไม่จำเป็นต้องทำ Polar Align สามารถใช้มือโยกได้ รับน้ำหนักกล้องสะท้อนแสง 8” ได้ พบว่าตัวที่ตรงใจคือ AZ mount Pro

ตัวนี้ถึงจะฮอบมือหรือใช้มือโยกเองไม่ได้แต่เมื่อชั่งใจดูแล้ว เป็นตัวที่พอดีกับความต้องการที่สุด

สิ่งที่เด่นที่สุดก็คือการรับน้ำหนักได้ถึง 33 ปอนด์หรือราว 15 กิโลสำหรับกล้องหลัก และ 5 กิโลสำหรับกล้องรอง ทำให้กลายเป็น เม้าท์ Altazimuth Goto ขนาดเล็กที่รับน้ำหนักได้มากที่สุดตอนนี้

Mewlon 210 หนัก 8 kg และ
Borg 101ED หนักเกือบ 4 kgวางคู่กันบน
AZ Mount Pro

การประกอบเม้าท์เข้ากับขาตั้งเป็นเรื่องที่ยุ่งยากสักหน่อย เพราะ iOptron ออกแบบให้วางบนตัวปรับระดับ ในคู่มือก็เน้นเรื่องการตั้งระดับ แปลว่าเป็นเรื่องที่ต้องใส่ใจ ผมเลือกที่จะวางบน Tripod+Half pier เพื่อตัดปัญหาเรื่องกล้องดูดาวยาวติดขาตั้ง

Half Pier ตัวที่ได้มาออกแบบไม่ดี ทำให้การวางเม้าท์ยากนิดหน่อย การนำกล้องดูดาววางบนเม้าท์ก็ไม่ง่าย ถ้าเป็นกล้องดูดาวตัวเล็กก็ไม่เป็นปัญหา แต่หากเป็นกล้องดูดาวตัวใหญ่น้ำหนักมากแนะนำให้ช่วยกันสองคนจะปลอดภัยกว่า

เม้าท์ตัวนี้บาลานซ์แกน Altitude ได้สบายเพราะมีคลัช แต่สำหรับแกน Azimuth นี่ต้องใช้วิธีคำนวณเพราะไม่มีคลัชค่อนข้างยุ่งหน่อย ผมอ่านเจอตรงไหนจำไม่ได้แล้วว่าสามารถรับความแตกต่างได้ราว 3 กิโล

ตัวเม้าท์มี GPS และ WiFi ในตัวทำให้สะดวกในการ setup และสามารถควบคุมเม้าส์ผ่าน Skysafari ได้เลย

เมื่อเปิดสวิทช์ เม้าท์จะทำการหาทิศและจับตำแหน่งพิกัดเอง GPS ทำงานได้ดีมาก สิ่งที่เราต้องป้อนข้อมูลมีเพียง Time Zone และบอกเม้าท์ว่าเราอยู่ซีกโลกเหนือหรือซีกโลกใต้ ปุ่มควบคุมการใช้งานบน Hand Control เข้าใจง่ายใช้ไม่ยาก

Starting process เม้าท์จะหมุนหนึ่งรอบ

แล้วจะไปที่ One Star Alignment

การทำ Star Alignment มีทั้งแบบใช้ดาวดวงเดียว สองดวง หรือสามดวงเพื่อความแม่นยำ เท่าที่ลองถือว่า goto ได้แม่นทีเดียวแม้ว่าจะเป็น One Star Alignment การ Tracking นิ่มนวล ตอนสลูว์เสียงหวานและถือว่าเงียบมาก ยังไงก็ตามคงต้องลองใช้จริงสักพักใหญ่จึงจะตอบได้ชัดเจนกว่านี้

ในส่วนของ WiFi ผมไม่ประทับใจนัก อย่างแรกไม่ได้ตั้งรหัสผ่านมาให้ หากต้องการปรับเปลี่ยน configaraiton ต้องทำผ่าน browser เอาเอง ผมพบปัญหาเรื่อง wifi ไม่ค่อยเสถียร มีตัดหายไปบางจังหวะ ในระหว่างทดสอบตอนกลางคืนผมพบว่าเม้าท์ดับไปเองครั้งหนึ่ง

ปัญหานี้ผมคิดถึง WiFi ก่อนอย่างอื่นเพราะเคยเจอเม้าท์รีบูตเองตอนที่ทดสอบ WiFi ตอนกลางวัน สุดท้ายตัดสินใจปิด WiFi เสียดีกว่า คงต้องรอจนกว่าฟ้าจะเปิดและใช้งานจริงสักพักถึงจะตอบได้ว่าเป็นที่ WiFi หรือไม่

ข้อดี : น้ำหนักเบา รับโหลดได้มาก เสียงเงียบ ใช้งานง่าย  goto แม่น มี GPS และ WiFi ในตัว GPS ใช้ได้ดี แต่ WiFi ยังมีข้อสงสัย

ข้อเสีย : แบตเตอรี่อยู่ในตัวสลับเปลี่ยนไม่ได้ ในคู่มือบอกว่าใช้งานได้ 10 ชั่วโมง แต่หากอยู่หลายคืนในที่ๆไม่มีไฟฟ้า ต้องหาวิธีชาร์ตไฟเพิ่ม และต้องหาสายไฟที่ยาวพอควรเพราะ เม้าท์หมุนรอบตัวเอง สายจะพันขาตั้งได้ง่าย การวางหัวเมาท์บนสามขาไม่ง่ายนักหากวางผ่านตัวปรับระดับ ไม่มีคลัชในแกนอาซิมุธ ทำให้ฮอบมือไม่ได้

แต่โดยสรุป AZ Mount Pro เบื้องต้นเป็นเม้าท์ที่ดีเลย รับน้ำหนักได้เหลือเชื่อ เคลื่อนย้ายง่ายใช้สะดวก ไม่ต้องทำ Polar align เท่าที่ลองก็พอใจครับ เหลือแค่เรื่องเล็กๆน้อยๆที่ต้องค่อยๆหาวิธีปรับตัวเราให้เข้ากับเค้า

พบน้ำบนพื้นผิวดวงจันทร์(อย่างเป็นทางการ)

SOFIA สำรวจสเปคตรัมการสั่นของ H-O-H บนพื้นผิวดวงจันทร์ในหลุมอุกกาบาตคลาเวียส(Clavius Crater) ตามตำแหน่งในภาพ คาดว่าน้ำน่าจะถูกดักไว้ในลูกปัดแก้ว
  

   เป็นทางการแล้วว่ามีน้ำบนดวงจันทร์ เราคิดแบบนี้ก็ตั้งแต่กว่าทศวรรษแล้ว จากการตรวจจับที่ย้อนกลับไปในปี 2009 แต่ก็ยังมีข้อสงสัยจากการแปลผลในย่านความยาวคลื่นที่ใช้ แต่ขณะนี้ ด้วยการใช้ความยาวคลื่นที่แตกต่างออกไปซึ่งเป็นอัตลักษณ์เฉพาะของน้ำ นักวิทยาศาสตร์ได้รายงานการตรวจจับโมเลกุลน้ำบนพื้นผิวดวงจันทร์ส่วนที่อาบแสงอาทิตย์อย่างไร้ข้อสงสัย

ข้อสรุปในปี 2009 นั้นมีช่องโหว่เนื่องจากการตรวจจับทำใช้ช่วงอินฟราเรดที่ 3 ไมโครเมตร ที่ความยาวคลื่นนี้ มีความเป็นไปได้ 2 อย่าง คือ น้ำ(H-O-H) หรือสารประกอบไฮดรอกซิล(hydroxyl compound; OH) ซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนและออกซิเจน ชนิดอื่น

ทีมนักวิทยาศาสตร์ซึ่งนำโดยนักดาราศาสตร์ Casey Honniball จากศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ดของนาซา ได้ตัดสินใจตรวจสอบที่ความยาวคลื่นซึ่งน่าจะยืนยันหรือค้านการค้นพบก่อนหน้า การสำรวจที่ช่วงอินฟราเรด 6 ไมโครเมตรควรจะแสดงเส้นสเปคตรัมเส้นหนึ่งซึ่งจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมี ไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอม ซึ่งเป็นสิ่งที่เรียกว่า การสั่น H-O-H(H-O-H bend vibration)

แสงอาทิตย์อาบที่ขอบของหลุมอุกกาบาตแชคเคิลตันใกล้ขั้วใต้ดวงจันทร์

แต่การตรวจจับในช่วงความยาวคลื่นนี้เป็นเรื่องที่ยุ่งยาก จึงต้องใช้ SOFIA ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์พิเศษเพียงหนึ่งเดียวที่บินไปบนเครื่องบินเหนือชั้นบรรยากาศโลก SOFIA เป็นหอสังเกตการณ์เพียงแห่งเดียวในปัจจุบันและที่วางแผนไว้ที่สามารถทำการสำรวจเหล่านี้ได้ Honniball กล่าว ยานสำรวจดวงจันทร์ในปัจจุบันไม่มีเครื่องมือที่สามารถตรวจสอบที่ 6 ไมครอนได้ และจากภาคพื้นดิน ชั้นบรรยากาศของโลกจะปิดกั้นแสงที่ 6 ไมครอนไว้ ดังนั้นจึงไม่สามารถทำการสำรวจจากหอสังเกตการณ์ภาคพื้นดินได้ แต่ SOFIA ซึ่งบินอยู่เหนือไอน้ำ 99.9% ของโลก ซึ่งให้แสงที่ 6 ไมครอนผ่านเข้ามาและทำการสำรวจได้ และโชคดีที่เครื่องมือ FORCAST ของ SOFIA สามารถตรวจสอบในช่วง 6 ไมครอนและหันไปที่ดวงจันทร์ได้

ด้วยการใช้ FORCAST ทีมได้ศึกษาพื้นที่แห่งหนึ่งที่เคยมีการตรวจสอบในช่วง 3 ไมครอน อย่างระมัดระวัง เป็นพื้นที่ละติจูดใต้สูงรอบๆ ขั้วใต้ของดวงจันทร์ ที่นั้น พวกเขาพบเส้นเปล่งคลื่นที่มองหา เป็นสัญญาณอันเป็นอัตลักษณ์ที่เกิดขึ้นได้เฉพาะจากการสั่น H-O-H

จากการสำรวจ ทีมได้ประเมินปริมาณน้ำอยู่ที่ราว 100 ถึง 400 ส่วนในล้านส่วน(ppm) หรือประมาณน้ำขวด 12 ออนซ์ในดินดวงจันทร์ 1 ลูกบาศก์เมตร ซึ่งสอดคล้องกับการตรวจสอบในช่วง 3 ไมครอน ที่ทำโดย Moon Mineralogy Mapper บนจันทรายาน-1 ของอินเดีย แน่นอนว่า ไม่มีทะเลสาบของเหลวกระเพื่อมอยู่บนพื้นผิวดวงจันทร์อย่างแน่นอน และน้ำเยือกแข็งใดๆ ที่มีก็น่าจะระเหิดในทันทีที่กระทบกับแสงอาทิตย์ แต่ก็มีหนทางมากมายที่ดวงจันทร์จะยังคงมีน้ำบนพื้นผิวได้ เราคิดว่าน้ำอยู่ในลูกปัดแก้วเป็นหลัก Honniball กล่าว

การสำรวจในปี 2009 ได้พบสัญญาณของไฮดรอกซิล(OH) ในก้นหลุมอุกกาบาตในเงามืดถาวรรอบทั้งสองขั้วของดวงจันทร์

เมื่ออุกกาบาตจิ๋วชนกับดวงจันทร์ มันจะหลอมวัสดุสารของดวงจันทร์ไปบางส่วนซึ่งจะเย็นตัวอย่างรวดเร็วและกลายเป็นแก้ว ถ้ามีน้ำอยู่ตรงนั้นพอดี ซึ่งอาจก่อตัวในระหว่างหรือนำส่งมาในช่วงการชน น้ำบางส่วนก็อาจจะถูกจับไว้ในโครงสร้างของลูกปัดแก้วในขณะที่มันเย็นตัวลง

ในรายงานที่เกี่ยวข้องกันซึ่งนำโดย Paul Hayne นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโคโลราโด

โบลเดอร์ นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบความเป็นไปได้ทางอื่น ก็คือ เป็นพื้นที่ในเงาอย่างถาวรในหลุมอุกกาบาตที่ขั้วดวงจันทร์ ที่ละติจูดสูงๆ ขอบหลุมอุกกาบาตที่สูงจะสร้างพื้นที่ที่ไม่เคยสัมผัสแสงอาทิตย์เลย ในจุดเหล่านั้น อุณหภูมิจะไม่สูงไปกว่า -163 องศาเซลเซียส กลายเป็นกับดักความเย็นที่น่าจะเป็นที่อยู่ของปื้นน้ำแข็งได้

ด้วยการใช้ข้อมูลจาก Lunar Reconnaissance Orbiter ของนาซา Hayne และเพื่อนร่วมงานได้คำนวณว่าอาจจะมีพื้นผิวในเงาถาวรมากถึง 4 หมื่นตารางกิโลเมตร และ 60% ในนั้นก็อยู่ที่ขั้วใต้ดวงจันทร์ อุณหภูมิจะต่ำมากในกับดักความเย็นจนน้ำแข็งน่าจะมีสภาพเหมือนกับหิน Hayne กล่าว ถ้าน้ำไปถึงที่นั้นได้ มันก็จะไม่ไปไหนอีกเลยไปอีกหลายพันล้านปี

ภาพจากศิลปินแสดงนักบินอวกาศอาร์ทีมิสบนพื้นผิวดวงจันทร์

รายงานทั้งสองชิ้นมีนัยสำคัญอย่างมากต่อปฏิบัติการดวงจันทร์ในอนาคต นาซากำลังวางแผนที่จะตั้งฐานบนดวงจันทร์ อันเป็นส่วนหนึ่งในปฏิบัติการอาร์ทีมิส ถ้ามีแหล่งน้ำจำนวนพอสมควรอยู่ใกล้ๆ ผู้อาศัยบนดวงจันทร์ก็อาจจะใช้แหล่งดังกล่าวเพื่อดื่มกิน, รดน้ำพืชผล หรือแม้แต่แยกน้ำด้วยไฟฟ้า เพื่อสร้างไฮโดรเจนไว้เป็นเชื้อเพลิงจรวด แต่เราต้องเข้าใจว่าน้ำจะอยู่ที่ไหน และมีมากแค่ไหน ก่อน งานของทีม

Hayne จะช่วยบอกว่าจะมองหาที่ไหน ส่วนงานของ Honniball จะบอกเราว่ามีมากแค่ไหน ตอนนี้ที่เราต้องการก็คือเวลาในการใช้กล้อง SOFIA

เราได้รับอนุญาตให้ใช้ SOFIA อีก 2 ชั่วโมง และกำลังร้องขออีก 72 ชั่วโมงเพิ่มเติม Honniball กล่าว ด้วยการสำรวจที่มากขึ้น เราจะสามารถระบุคุณลักษณะพฤติกรรมของน้ำทั่วพื้นผิวดวงจันทร์ได้ และเข้าใจแหล่งของมัน, ตำแหน่งที่มันอยู่ และมันเคลื่อนย้ายไปทั่วพื้นผิวดวงจันทร์หรือไม่ รายงานทั้งสองฉบับเผยแพร่ใน Nature Astronomy

แหล่งข่าว sciencealert.com : scientists just reported the first unambiguous detection of water on the Moon

ดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ที่เติบโตแบบคลานตามกันมา

  นักดาราศาสตร์ได้พบหลักฐานที่ขัดแย้งว่าดาวเคราะห์เริ่มต้นก่อตัวในขณะที่ดาวฤกษ์ทารกก็ยังคงเจริญเติบโตอยู่ ภาพความละเอียดสูงที่ได้จาก ALMA ได้แสดงดิสก์รอบดาวฤกษ์ทารกอายุน้อยแห่งหนึ่งที่มีช่องว่างและวงแหวนหลายแห่ง ผลสรุปใหม่เพิ่งเผยแพร่ใน Nature ได้แสดงตัวอย่างของวงแหวนฝุ่นที่อายุน้อยที่สุดและมีรายละเอียดสูงที่สุดที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งเพาะฟัก ให้กำเนิดดาวเคราะห์ขึ้นมา

     ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติที่นำโดย Dominique Segura –Cox จากสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อฟิสิกส์นอกโลก ในเจอรมนี เล็งไปที่ดาวฤกษ์ทารก(proto-star) IRS 63 ด้วย ALMA ระบบแห่งนี้อยู่ห่างจากโลกออกไป 470 ปีแสง และอยู่ลึกภายในเมฆ L1709 ที่หนาทึบในกลุ่มดาวคนแบกงู(Ophiuchus) ดาวฤกษ์ทารกที่มีอายุน้อยพอๆ กับ IRS 63 นั้นยังคงถูกโอบอุ้มอยู่ในผ้าห่อตัวที่เป็นก๊าซและฝุ่นขนาดใหญ่ที่เรียกว่า envelope และดาวฤกษ์ทารกและดิสก์ก็ได้รับวัสดุสารป้อนมาจากแหล่งนี้

พื้นที่หนาทึบ L1709 ในเมฆโมเลกุลคนแบกงู(Ophiuchus Molecular Cloud) ซึ่งทำแผนที่โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศเฮอร์เชล ซึ่งล้อมรอบและส่งวัสดุสารให้กับดาวฤกษ์ทารก IRS 63 ที่มีขนาดเล็กกว่ามากและดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์ของมัน(ระบุตำแหน่งโดยกากบาทสีดำ)

     ในระบบที่อายุมากกว่า 1 ล้านปี หลังจากดาวฤกษ์ทารกได้รวบรวมมวลเกือบทั้งหมดไว้เรียบร้อยแล้ว ก็จะพบวงแหวนฝุ่นได้จำนวนมากมาย แต่ IRS 63 นั้นแตกต่างออกไป ด้วยอายุไม่ถึง 5 แสนปี มันมีอายุไม่ถึงครึ่งหนึ่งของดาวฤกษ์อายุน้อยอื่นๆ ที่มีวงแหวนฝุ่น และดาวฤกษ์ทารกก็ยังคงเจริญเติบโตมีมวลเพิ่มขึ้นได้อีก วงแหวนในดิสก์รอบ IRS 63 นั้นมีอายุน้อยมากๆ Segura-Cox กล่าวอย่างพอใจ เรามักจะคิดว่าดาวฤกษ์จะเข้าสู่ช่วงเต็มวัยก่อน และจากนั้นก็กลายเป็นดาวฤกษ์แม่ให้กับดาวเคราะห์ที่เกิดตามมาทีหลัง แต่ขณะนี้ เราได้เห็นดาวฤกษ์ทารกกับดาวเคราะห์เติบโตและพัฒนาไปด้วยกัน ตั้งแต่ช่วงต้น เหมือนกับพี่น้องที่คลานตามกันมา

     ดาวเคราะห์จะต้องเผชิญอุปสรรคสำคัญในช่วงแรกสุดที่มันก่อตัวขึ้นมา พวกมันจะต้องเจริญขึ้นจากอนุภาคฝุ่นขนาดจิ๋วที่มีขนาดเล็กกว่าฝุ่นในบ้านบนโลก วงแหวนในดิสก์ของ IRS 63 นั้นเป็นฝุ่นกองใหญ่มากที่พร้อมที่จะรวมตัวกลายเป็นดาวเคราะห์ Anika Schmiedeke ผู้เขียนร่วมจาก MPE ระบุ อย่างไรก็ตาม แม้ว่าหลังจากฝุ่นจะเกาะตัวกันเพื่อก่อตัวตัวอ่อนดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์ที่ยังคงก่อตัวก็อาจจะสาบสูญไปเมื่อหมุนวนเข้าไปและถูกดาวฤกษ์ทารกในใจกลางดูดกลืน ถ้าดาวเคราะห์เริ่มต้นก่อตัวตั้งแต่ช่วงแรกๆ และอยู่ที่ระยะทางไกลจากดาวฤกษ์ทารก พวกมันก็น่าจะมีโอกาสรอดจากกระบวนการนี้ได้มากกว่า

ภาพจาก ALMA แสดงวงแหวนฝุ่นที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์อายุน้อยที่ล้อมรอบดาวฤกษ์ทารก IRS 63 ซึ่งมีอายุไม่ถึง 5 แสนปี

     ทีมนักวิจัยพบว่ามีฝุ่นประมาณ 0.5 เท่าดาวพฤหัสฯ ในดิสก์อายุน้อยของ IRS 63 ที่อยู่ห่างออกไป 20 AU จากใจกลาง ใกล้เคียงกับระยะวงโคจรของยูเรนัสรอบดวงอาทิตย์ นี่ยังไม่ได้คำนวณรวมปริมาณก๊าซด้วย ซึ่งน่าจะเพิ่มวัสดุสารขึ้นอีกถึงหนึ่งร้อยเท่า จะต้องใช้วัสดุสารของแข็งอย่างน้อย 0.03 เท่ามวลดาวพฤหัสฯ เพื่อสร้างแกนกลางดาวเคราะห์ ซึ่งจะสามารถรวบรวมก๊าซได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเจริญขึ้นเพื่อก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์สักดวง

     เมื่อรวมทั้งวงแหวนและช่องว่างที่มีในดิสก์ นักวิทยาศาสตร์กำลังได้เรียนรู้อย่างมากเกี่ยวกับการก่อตัวในช่วงต้นของดาวเคราะห์ซึ่งรวมถึงที่เกิดในระบบสุริยะของเรา วงแหวนและช่องว่างเหล่านี้บอกว่าเรากำลังได้เห็นหลักฐานช่วงแรกสุดของการก่อตัวดาวเคราะห์ และดาวเคราะห์นั้นก็เริ่มต้นก่อตัวขึ้นภายในช่วงครึ่งล้านปีแรก และอาจจะภายในช่วงหนึ่งแสนห้าหมื่นปีแรกด้วยซ้ำ Stephens กล่าว ดาวเคราะห์โดยเฉพาะดาวเคราะห์อย่างดาวพฤหัสฯ เริ่มต้นการก่อตัวของมันเองในช่วงต้นๆ สุดของกระบวนการก่อตัวดาวฤกษ์

วงแหวนและช่องว่างในดิสก์ฝุ่น IRS 63 เปรียบเทียบกับภาพสเก็ตวงโคจรในระบบสุริยะของเราเองด้วยขนาดเดียวกัน และการเรียงตัวของดิสก์ IRS 63 ตำแหน่งของวงแหวนนั้นใกล้เคียงกับตำแหน่งของวัตถุในระบบของเรา โดยวงแหวนส่วนในมีขนาดประมาณวงโคจรเนปจูน และวงแหวนส่วนนอกมีขนาดใหญ่กว่าวงโคจรพลูโตเล็กน้อย

     Jiame Pineda สมาชิกทีมจาก MPE กล่าวเสริมว่า ผลสรุปเหล่านี้ได้แสดงว่าเราจะต้องมุ่งเป้าไปที่ระบบที่มีอายุน้อยที่สุดเพื่อให้เข้าใจการก่อตัวดาวเคราะห์ได้อย่างแท้จริง ยกตัวอย่างเช่น มีหลักฐานที่เพิ่มมากขึ้นว่าดาวพฤหัสฯ แท้จริงแล้วอาจจะก่อตัวขึ้นไกลออกไปกว่านี้ในระบบสุริยะ เลยจากวงโคจรเนปจูนออกไป และจากนั้นก็อพยพเข้ามาสู่ตำแหน่งปัจจุบัน และคล้ายๆ กัน ฝุ่นที่ล้อมรอบ IRS 63 ก็แสดงว่ามีวัสดุสารที่อยู่ห่างจากดาวฤกษ์ทารกในจำนวนที่มากพอ และอยู่ในขั้นตอนที่มีอายุน้อยพอที่มีโอกาสที่ระบบที่เหมือนกับระบบสุริยะแห่งนี้จะก่อตัวดาวเคราะห์ในแบบที่ต้องสงสัยว่าดาวพฤหัสฯ จะก่อตัวขึ้น

     ขนาดของดิสก์นั้นใกล้เคียงกับระบบสุริยะของเรามาก Segura-Cox อธิบาย แม้แต่มวลของดาวฤกษ์ทารกก็น้อยกว่ามวลดวงอาทิตย์เพียงเล็กน้อย การศึกษาดิสก์อายุน้อยที่กำลังก่อตัวดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์ทารกเช่นนี้ ได้ให้แง่มุมสำคัญสู่กำเนิดของระบบเราเอง

แหล่งข่าว phys.org : astronomers find evidence planets start to form while infant stars are still growing
                spaceref.com : stars and planets may be siblings

ภาพถ่ายดาวเคราะห์นอกระบบ เบตา พิคทอริส ซี

ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์ก๊าซ Beta Pictoris c ดาวฤกษ์แม่ของมันมีอายุน้อยมากจึงยังมีดิสก์เศษซากฝุ่นล้อมรอบ นอกจากนี้ ยังมีดาวเคราะห์อีกดวง ในระบบแห่งนี้

ดาวเคราะห์นอกระบบเกือบทั้งหมดที่เรายืนยันการค้นพบได้จนถึงบัดนี้แทบไม่ได้ถูกพบเห็นโดยตรง เรายืนยันการมีอยู่ของพวกมันได้โดยวิธีทางอ้อม เช่น ผลกระทบที่พวกมันมีต่อดาวฤกษ์แม่ เป็นต้น แต่ขณะนี้ นักดาราศาสตร์ได้เผยภาพดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่งที่ถูกพบโดยวิธีอ้อมมาก่อนหน้าแล้ว

มันก็เป็นแค่เรื่องของความช่ำชองและเทคโนโลจีที่น่าประทับใจ การรวมวิธีการเหล่านี้ช่วยให้เรามีชุดเครื่องมือที่สุดยอดในการตรวจสอบดาวเคราะห์นอกระบบ เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้ตรวจสอบทั้งความสว่างและมวลของดาวเคราะห์นอกระบบ ซึ่งช่วยให้เรามีข้อพิสูจน์ใหม่ๆ ว่าดาวเคราะห์ก่อตัวได้อย่างไร

ดาวเคราะห์นอกระบบ Beta Pictoris c เป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ดวงหนึ่งที่โคจรรอบดาวฤกษ์ Beta Pictoris ซึ่งอยู่ห่างออกไปเพียง 63 ปีแสงเท่านั้น มันเป็นดาวฤกษ์ที่สว่างมากและมีอายุน้อยมากที่ราว 23 ล้านปี ด้วยเหตุนี้ มันจึงยังมีดิสก์เศษซากฝุ่นล้อมรอบ และดาวเคราะห์นอกระบบของมันซึ่งยืนยันแล้วจนถึงบัดนี้ 2 ดวง ก็ยังเป็นเพียงทารก มีอายุเพียง 18.5 ล้านปีเท่านั้น Beta Pic c เป็นดาวเคราะห์ดวงที่สอง และถูกพบโดยวิธีการความเร็วแนวสายตา(radial velocity)

ดิสก์เศษซากฝุ่นรอบดาวฤกษ์ Beta Pictoris credit: rolfolsenastrophotography.com

ดาวฤกษ์ที่คุณเห็นไม่ได้อยู่นิ่งในขณะที่มีดาวเคราะห์โคจรรอบพวกมัน ในความเป็นจริง วัตถุทั้งสองจะโคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วม ดังนั้น ถ้าคุณมองไปที่ดาวฤกษ์ดวงหนึ่งและเห็นว่ามันโคจรส่าย โดยแสงของมันจะยืดไปทางความยาวคลื่นสีแดง(redshifted) เมื่อมันเคลื่อนที่ออกห่าง และหดมาทางความยาวคลื่นสีฟ้า(blueshifted) เมื่อมันขยับเข้าใกล้มากขึ้น ก็มักจะหมายความว่ามันกำลังถูกดึงโดย

ดาวเคราะห์นอกระบบดวงหนึ่ง ยิ่งดาวเคราะห์มีขนาดใหญ่ แรงโน้มถ่วงที่ส่งให้กับดาวฤกษ์แม่ก็ยิ่งรุนแรงมากขึ้น

Beta Pic b เป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่มีขนาดถึง 13 เท่ามวลดาวพฤหัสฯ ถูกพบในปี 2008 ผ่านการถ่ายภาพโดยตรง(direct imaging) ดังนั้น จึงคาดหมายได้ว่า ดาวฤกษ์ก็น่าจะส่าย แต่ในขณะที่ศึกษาข้อมูลการสำรวจที่ได้ตลอด 16 ปีเพิ่มเติม Anne-Marie Lagrange นักดาราศาสตร์จากหอสังเกตการณ์เกรน๊อบ ในฝรั่งเศส และเพื่อนร่วมงาน ก็สังเกตเห็นการส่ายที่ไม่สอดคล้องกับ เบตา พิค บี ดูเหมือนว่าจะเกิดจากดาวเคราะห์นอกระบบดวงที่สองที่ยังไม่ถูกพบ ซึ่งในที่สุดก็ได้พบ Beta Pictoris c เมื่อปีที่แล้ว

ในกลุ่มความร่วมมือ ExoGRAVITY ซึ่งเป็นโครงการที่ใช้เครื่องมือ GRAVITY บนมาตรแทรกสอด(interferometer) ของ VLT เพื่อถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรง เครื่องมือรวมแสงจากกล้อง VLT ทั้งสี่ตัว เครื่องมือซึ่งอยู่ในห้องทดลองใต้กล้องทั้งสี่ เป็นเครื่องมือที่แม่นยำมาก มันสำรวจแสงจากดาวฤกษ์แม่ด้วย VLT ทั้งสี่ในเวลาเดียวกัน และรวมการสำรวจเป็นกล้องโทรทรรศน์ตัวเดี่ยวที่มีรายละเอียดที่ต้องการในการเผยตัวตนของ Beta Pictoris c

ภาพถ่ายเหลื่อมเวลา แสดงดาวเคราะห์ Beta Pictoris b โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ของมัน

ทีม ExoGRAVITY คิดว่า Beta Pictoris c น่าจะเป็นว่าที่ดาวเคราะห์นอกระบบที่เหมาะสมสำหรับการถ่ายภาพโดยตรง พวกเขาได้มองหาดาวเคราะห์นอกระบบที่มีข้อมูลความเร็วแนวสายตาที่ชัดเจน และเนื่องจากพี่น้องของ Beta Pictoris c ก็ถูกถ่ายภาพโดยตรงแล้ว ก็น่าจะถึงคราวมันบ้าง

มีดาวเคราะห์นอกระบบเพียงไม่กี่ดวงเท่านั้นที่ถูกถ่ายภาพโดยตรงด้วยเทคโนโลจีปัจจุบันของเรา พวกมันจะต้องอยู่ห่างไกลจากดาวฤกษ์แม่มากพอควร ไม่เช่นนั้นพวกมันก็จะถูกกลบหายไปในแสงจ้า วิธีการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่พึ่งพาได้มากที่สุดของเราที่มีใช้งานได้ดีที่สุดกับดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้มาก และจะยิ่งมีประโยชน์ถ้าดาวเคราะห์มีอายุน้อย เนื่องจากดาวเคราะห์ลักษณะนี้จะยังคงอุ่นมาก

พอที่จะเปล่งคลื่นความร้อนออกมา

ด้วยเหตุผลดังกล่าวมานี้ Beta Pictoris c จึงเป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบ ข้อมูลการส่ายตลอดหลายปีได้ให้รูปแบบการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ดวงนี้ ทีม ExoGRAVITY ซึ่งนำโดย Mathias Novak นักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร ก็สามารถระบุตำแหน่งและถ่ายภาพของมันได้โดยตรง งานนี้ได้นำไปสู่ชุดข้อมูลของดาวเคราะห์ในแบบที่เราไม่เคยมีมาก่อน

การตรวจจับด้วย GRAVITY ได้โดยตรงก็เป็นไปได้ต่อเมื่อมีข้อมูลความเร็วแนวสายตางานใหม่ที่บอกถึงการเคลื่อนที่โคจรของ Beta Pictoris c ซึ่งนำเสนอในรายงานฉบับที่สอง ซึ่งช่วยให้ทีมได้ระบุและทำนายตำแหน่งที่คาดการณ์ของดาวเคราะห์ไว้ เพื่อที่ GRAVITY จะสามารถค้นหามันได้

ภาพชุดแสดงเรขาคณิตของระบบ Beta Pictoris ภาพซ้ายแสดงทั้งดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ทั้งสองที่ฝังตัวอยู่ในดิสก์ฝุ่นตามลักษณะการเรียงตัวเมื่อมองจากระบบสุริยะ ภาพนี้สร้างโดยใช้ข้อมูลจากการสำรวจจริง ภาพกลางเป็นภาพจากศิลปินแสดงระบบดิสก์/ดาวเคราะห์ ภาพขวาแสดงมิติของระบบเมื่อมองจากด้านบน และการสำรวจ Beta Pictoris b ก่อนหน้านี้(เพชรที่ส้มและวงกลมสีแดง) และการสำรวจ Beta Pictoris c โดยตรงครั้งใหม่(วงกลมสีเขียว) วงโคจรที่แน่นอนของ c ยังคงไม่แน่ชัด(พื้นที่สีขาว)

ข้อมูลจากความเร็วแนวสายตาที่ใช้เพื่อคำนวณมวลและวงโคจรดาวเคราะห์ ให้ค่าที่ราว 8.2 เท่ามวลดาวพฤหัสฯ และโคจรรอบดาวฤกษ์ที่ราว 2.7 เท่าหน่วยดาราศาสตร์(AU) โดยมีคาบการโคจร 3.4 ปี โดยรวมแล้ว ก็ปกติดี แต่ข้อมูลจากการถ่ายภาพโดยตรงได้เผยให้เห็นเรื่องที่น่าประหลาดใจ โดย Beta Pic c สลัวอย่างน่าแปลกใจ โดยสลัวกว่าเพื่อนบ้านของมัน 6 เท่า แม้ว่าดาวเคราะห์ทั้งสองจะมีมวลที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งบอกได้ว่ามันจะต้องมีอุณหภูมิต่ำกว่า ความสว่างของ Beta Pic c บอกว่าอุณหภูมิอยู่ที่ราว 1250 เคลวิน เทียบกับ 1724 เคลวินของ Beta Pic b

นี่อาจจะบอกเงื่อนงำว่าดาวเคราะห์นอกระบบก่อตัวอย่างไร ในแบบจำลอง อุณหภูมิของดาวเคราะห์นอกระบบทารกดวงหนึ่งๆ นั้นขึ้นอยู่กับวิธีการในการก่อตัวของมัน ในแบบจำลองการก่อตัวความไร้เสถียรภาพในดิสก์(disk instability) ส่วนหนึ่งของดิสก์ฝุ่นก๊าซที่ก่อตัวดาวเคราะห์ หมุนวนไปรอบๆ ดาวฤกษ์ที่เพิ่งเกิดใหม่ ได้ยุบตัวลงโดยตรงเป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ ในแบบจำลองนี้ ดาวเคราะห์นอกระบบจะไม่มีแกนกลางของแข็ง และจะก่อตัวได้ร้อนกว่าและสว่างกว่า

ส่วนในแบบจำลองการสะสมแกนกลาง(core accretion) ก้อนหินในดิสก์ก่อตัวดาวเคราะห์ยึดเกาะเข้าด้วยกัน ในตอนแรกก็ผ่านไฟฟ้าสถิต ก่อตัวเป็นกองหินที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จนสร้างดาวเคราะห์จากระดับเล็กไปใหญ่ ดาวเคราะห์นอกระบบที่ได้มีแกนกลางของแข็ง และก่อตัวเย็นตัวและมืดกว่า

เปรียบเทียบ แบบจำลองการก่อตัวดาวเคราะห์ ผ่านกระบวนการสะสมแกนกลาง(core accretion-ซ้าย) และ ความไร้เสถียรภาพแรงโน้มถ่วง(gravitational instability-ขวา)

เนื่องจาก เบตา พิค ซี มีขนาดเล็กกว่าและมืดกว่าที่คาดไว้ และเนื่องจากความไร้เสถียรภาพในดิสก์ต้องการดาวเคราะห์นอกระบบที่ก่อตัวขึ้นไกลจากดาวฤกษ์แม่มากกว่าตำแหน่งของ ซี ในปัจจุบัน ทีมจึงเชื่อว่าดาวเคราะห์นอกระบบดวงนี้ก่อตัวขึ้นผ่านกระบวนการการสะสมแกนกลาง

มันจึงเป็นผลสรุปที่น่ามหัศจรรย์แต่ก็ยังมีอะไรที่ต้องทำอีกมาก เรายังไม่ได้ประเมินมวลที่น่าเชื่อถือได้ของ Beta Pictoris b เลย ซึ่งมันอาจอยู่ระหว่าง 9 ถึง 13 เท่ามวลดาวพฤหัสฯ มันโคจรรอบดาวฤกษ์ที่ระยะทางไกลกว่า ซี(คาบการโคจร 28 ปี) ซึ่งหมายความว่า เรายังไม่มีข้อมูลการส่ายที่มากเพียงพอที่จะระบุมวลของมันได้ ยิ่งการระบุการก่อตัวของมันก็ยากขึ้น นอกจากนี้ สำหรับ ซี ก็ยังมีอะไรที่ต้องทำเพิ่มเติม ก้าวต่อไปจะเป็นการเก็บสเปคตรัมแสงที่เปล่งออกจากดาวเคราะห์ จากจุดนั้น นักวิทยาศาสตร์จะสามารถบอกองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ได้ ซึ่งเป็นเทคนิคหลักที่ใช้มองหาสัญญาณของชีวิตในแห่งหนอื่นในกาแลคซี งานวิจัยเผยแพร่เป็นรายงานสองฉบับใน Astronomy & Astrophysics

แหล่งข่าว sciencealert.com : scientists reveal first direct image of an exoplanet only 63 light-years away

phys.org : astronomers reveal first direct image of Beta Pictoris c using new astronomy instrument