วิวัฒนาการพายุหมุนสีมืดของเนปจูน

 

เนปจูนตามที่วอยยาจเจอร์ 2 ถ่ายภาพไว้ได้ในปี 1989

     เมื่อยานวอยยาจเจอร์ 2 ของนาซาได้บินผ่านเนปจูนในปี 1989 หลังจากการเดินทางเกือบ 4.8 พันล้านกิโลเมตร นักดาราศาสตร์คาดว่าเมื่อมองดาวเคราะห์สีฟ้าเขียวในระยะใกล้แล้วก็น่าจะดูคล้ายเป็นลูกบอลไร้ริ้วรอยใด แต่พวกเขาก็ต้องประหลาดใจและแปลกใจที่ได้เห็นพิภพพายุหมุนที่มีพลวัตและปั่นป่วน ซึ่งรวมถึงรายละเอียดขนาดยักษ์แห่งหนึ่งซึ่งเรียกว่า จุดมืดใหญ่(Great Dark Spot) พัดวนในซีกโลกใต้ของเนปจูน

     พายุหมุนลูกนี้เป็นแบบย่อส่วนของจุดแดงใหญ่(Great Red Spot) อันเป็นตำนานบนดาวพฤหัสฯ ซึ่งเป็นพายุขนาดมโหฬารที่โบกพริ้วมาหลายร้อยปี แต่จุดมืดใหญ่เองจะโบกพัดมาเป็นเวลานานใกล้เคียงกันหรือไม่ หรือ มันจะเป็นพายุเกรี้ยวกราดที่มีอายุสั้นกว่า

     นักวิทยาศาสตร์ต้องรอจนกระทั่งปี 1994 เมื่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลและสายตาที่คมกริบเล็งไปที่เนปจูน จุดปริศนานี้ก็หายไป เกมซ่อนแอบบนดาวเคราะห์ดำเนินต่อไปจนกระทั่งฮับเบิลได้เห็นพายุสีมืดอีกลูกปรากฏขึ้นมาบนซีกโลกเหนือเนปจูนในปี 1995 และตลอดสามทศวรรษที่ผ่านมา ฮับเบิลก็ยังคงสำรวจดาวเคราะห์นี้ เฝ้าดูจุดมืดอีกหลายๆ จุดปรากฏขึ้นแล้วก็หายไป

     สำหรับพายุลูกปัจจุบันซึ่งมีความกว้างมากกว่ามหาสมุทรแอตแลนติกนี้ ก่อตัวบนซีกโลกเหนือเนปจูนและถูกพบโดยฮับเบิลในปี 2018 การสำรวจที่ทำในอีกหนึ่งปีต่อมาได้แสดงว่ามันเริ่มขยับลงใต้เข้าใกล้ศูนย์สูตรซึ่งเป็นส่วนที่คาดไว้ว่าพายุลักษณะนี้จะหายไปจากสายตา แต่นักสังเกตการณ์ก็ต้องประหลาดใจเมื่อฮับเบิลได้พบพายุหมุนเปลี่ยนแปลงทิศทางในเดือนสิงหาคม 2020 โดยวกกลับขึ้นเหนือ แม้ว่าฮับเบิลจะเคยตามรอยจุดมืดลักษณะคล้ายๆ กันมาตลอดช่วง 30 ปีที่ผ่านมา แต่พฤติกรรมในชั้นบรรยากาศที่ทำนายไม่ได้เช่นนี้เป็นสิ่งที่ไม่เคยพบมาก่อน

      พอๆ กับที่น่าทึ่งแล้ว พายุนี้ยังไม่ได้มาเพียงลำพัง ฮับเบิลยังได้พบจุดมืดขนาดเล็กอีกแห่งในเดือนมกราคมปีนี้ ซึ่งปรากฏขึ้นชั่วคราวใกล้กับญาติตัวโตกว่า มันอาจจะเป็นส่วนหนึ่งของพายุหมุนลูกยักษ์ที่แตกตัวออกมา, วิ่งหนี แล้วก็หายไปในการสำรวจในเวลาต่อๆ มา Michael H. Wong จากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย ที่เบิร์กลีย์ กล่าวว่า เราต้องตื่นเต้นเกี่ยวกับการสำรวจเหล่านี้เนื่องจากชิ้นส่วนสีมืดขนาดเล็กนี้อาจจะเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการรบกวนจุดมืด นี่เป็นกระบวนการที่ไม่เคยสำรวจพบมาก่อน เราได้เห็นจุดมืดอื่นๆ ที่จางและสุดท้ายก็หายไป แต่เราไม่เคยเห็นการรบกวนแบบนี้ แม้ว่าจะมีการทำนายไว้ในแบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์ก็ตาม

     พายุใหญ่ซึ่งมีความกว้าง 7400 กิโลเมตร เป็นจุดมืดจุดที่สี่ที่ฮับเบิลได้สำรวจพบบนเนปจูนตั้งแต่ปี 1993 เป็นต้นมา พายุสีมืดอีกสองลูกถูกพบโดยวอยยาจเจอร์ 2 ในปี 1989 เมื่อมันบินผ่านดาวเคราะห์นี้ แต่ก็หายไปก่อนที่ฮับเบิลจะได้สำรวจพวกมัน

พายุสีมืดที่ฮับเบิลได้พบในปี 2018 และการสำรวจของฮับเบิลเมื่อเดือนมกราคมนี้ ยังเผยให้เห็นพายุขนาดเล็กกว่า 

     พายุหมุนสีมืดของเนปจูนเป็นระบบความดันสูงที่สามารถก่อตัวที่ละติจูดกลาง และจากนั้นก็อาจจะอพยพเข้าหาศูนย์สูตร พวกมันเริ่มก่อตัวขึ้นอย่างเสถียรอันเนื่องจากแรงโคริโอลิส(Coriolis force) ซึ่งเป็นสาเหตุให้พายุบนซีกโลกเหนือหมุนตามเข็มนาฬิกาอันเนื่องจากการหมุนรอบตัวของดาวเคราะห์(พายุเหล่านี้ไม่เหมือนกับพายุเฮอริเคนบนโลกซึ่งหมุนทวนเข็มนาฬิกา เนื่องจากพวกมันเป็นระบบที่มีความดันต่ำ) อย่างไรก็ตาม เมื่อพายุเคลื่อนเข้าหาศูนย์สูตร ผลจากโคริโอลิสจะอ่อนลงและพายุก็แตกสลาย ในแบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์โดยหลากหลายทีม พายุเหล่านี้เดินตามเส้นทางที่เกือบตรงเข้าสู่ศูนย์สูตร จนกระทั่งไม่มีผลจากโคริโอลิสที่สามารถยึดเหนี่ยวระบบนี้ไว้ได้อีกต่อไป แต่ก็ไม่เหมือนกับในแบบจำลอง พายุหมุนลูกล่าสุดไม่ได้หมุนเข้าสู่ “พื้นที่แห่งความตาย” ที่ศูนย์สูตร นี่จึงเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมากๆ ที่ได้เห็นสักลูกที่ทำตัวตามที่มันควรจะเป็นและจากนั้นในทันทีก็หยุดและหมุนตัวกลับ Wong กล่าว นี่เป็นเรื่องที่สร้างความประหลาดใจ

      การสำรวจของฮับเบิลยังเผยให้เห็นว่าการเดินทางที่ไม่ปกติของพายุหมุนสีมืดนี้เกิดขึ้นในเวลาเดียวกับที่มีจุดมืดแห่งใหม่ ซึ่งเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า จุดมืดน้อย(dark spot jr.) ปรากฏขึ้น จุดใหม่ล่าสุดนี้มีขนาดเล็กกว่าญาติของมันเล็กน้อย ด้วยความกว้างราว 6300 กิโลเมตร มันอยู่ใกล้จุดมืดหลักในด้านที่หันเข้าหาศูนย์สูตร ตำแหน่งเดียวกับที่แบบจำลองเสมือนจริงบางงานบอกว่าเป็นถ้ามีการรบกวนเกิดขึ้นก็น่าจะปรากฏผลตรงนั้น

      อย่างไรก็ตาม ช่วงเวลาการปรากฏของจุดเล็กนั้นไม่ปกติ เมื่อผมได้เห็นจุดเล็กเป็นครั้งแรก ผมก็คิดว่าจุดใหญ่จะต้องถูกรบกวน Wong กล่าว ผมไม่คิดว่าจะมีพายุหมุนอีกลูกกำลังก่อตัวขึ้นเนื่องจากลูกเล็กอยู่ใกล้ศูนย์สูตรเข้าไปอีก ดังนั้น มันก็คืออยู่ในพื้นที่ที่ไม่เสถียร แต่เราก็ยังพิสูจน์ไม่ได้ว่าทั้งสองมีความเกี่ยวข้องกัน มันจึงเป็นปริศนาอย่างสิ้นเชิง และก็ในเดือนมกราคมเช่นกันที่พายุหมุนสีมืดหยุดการเคลื่อนที่และเริ่มขยับขึ้นเหนืออีกครั้ง Wong กล่าวเสริม บางทีอาจจะเพราะการทิ้งชิ้นส่วนนั้นซึ่งเพียงพอที่จะหยุดมันจากการเคลื่อนเข้าหาศูนย์สูตร นักวิจัยกำลังวิเคราะห์ให้มากขึ้นเพื่อตรวจสอบว่าซากของจุดมืดน้อยจะอยู่รอดผ่านปี 2020 ไปได้หรือไม่

     ยังคงเป็นปริศนาว่าระบบพายุเหล่านี้ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร แต่พายุหมุนยักษ์สีมืดลูกล่าสุดก็เป็นลูกที่ถูกศึกษาอย่างถี่ถ้วนที่สุดด้วย ลักษณะมืดของพายุนั้นอาจจะเกิดเนื่องจากชั้นเมฆมืดลอยขึ้นมา และมันอาจจะกำลังบอกนักดาราศาสตร์เกี่ยวกับโครงสร้างในแนวตั้งของพายุ

     รายละเอียดที่ไม่ปกติอื่นๆ ของจุดมืดนี้ก็คือ การขาดหายไปของเมฆสว่างข้างเคียงรอบๆ มันด้วย ซึ่งเคยปรากฏในภาพฮับเบิลที่ถ่ายเมื่อพายุหมุนนี้ถูกพบในปี 2018 ดูเหมือนว่าเมฆจะหายไปเมื่อพายุหมุนหยุดเดินทางลงใต้ เมฆสว่างก่อตัวขึ้นเมื่อการไหลของอากาศถูกรบกวนและถูกผลักขึ้นลอยเหนือพายุหมุน เป็นสาเหตุให้ก๊าซน่าจะเยือกแข็งกลายเป็นผลึกมีเธนแข็ง นักวิจัยบอกว่าการขาดแคลนเมฆอาจจะเผยให้เห็นข้อมูลว่าจุดมืดพัฒนาอย่างไร   

กลุ่มเมฆสว่างซึ่งพบในภาพจากการสำรวจเนปจูนของกล้องฮับเบิลในปี 2016

     ฮับเบิลถ่ายภาพจุดมืดมากมายอันเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Outer Planet Atmosphere Legacy(OPAL) ซึ่งเป็นโครงการสำรวจในระยะยาวของฮับเบิล นำทีมโดย Amy Simon จากศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ดของนาซา ซึ่งทำแผนที่ดาวเคราะห์วงนอกในระบบสุริยะของเราเป็นประจำทุกครั้งที่พวกมันเข้าใกล้โลกมากที่สุดในวงโคจร เป้าหมายหลักของ OPAL ก็คือเพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงฤดูกาลในระยะยาว เช่นเดียวกับการจับภาพเหตุการณ์ชั่วคราว เช่น การปรากฏของจุดมืดบนเนปจูน หรือบางทีอาจจะรวมถึงที่ยูเรนัสด้วย พายุมืดเหล่านี้อาจจะมีอายุสั้นมากๆ ในอดีตจนพวกมันบางส่วนปรากฏขึ้นแล้วก็หายไปในช่วงว่างหลายปีของการสำรวจเนปจูนของฮับเบิล โครงการ OPAL จึงมีขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่านักดาราศาสตร์จะไม่พลาดอีก

     เราคงไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับจุดมืดล่าสุดเหล่านี้ถ้าไม่มีฮับเบิลอยู่ Simon กล่าว ขณะนี้เราสามารถตามพายุใหญ่ได้หลายปีและเฝ้าดูตลอดทั้งวัฏจักรชีวิตของมัน ถ้าเราไม่มีฮับเบิลก็คงคิดว่าจุดมืดใหญ่ที่วอยยาจเจอร์ได้เห็นในปี 1989 ยังคงอยู่ที่นั้นบนเนปจูน เหมือนกับจุดแดงใหญ่ของดาวพฤหัสฯ และเราคงไม่ทราบอะไรเกี่ยวกับจุดมืดอีกสี่แห่งที่ฮับเบิลได้พบ Wong นำเสนอการค้นพบของทีมในการประชุมฤดูใบไม้ร่วงของสหพันธ์ธรณีฟิสิกส์อเมริกัน วันที่ 15 ธันวาคม

 

แหล่งข่าว hubblesite.org : dark storm on Neptune reverses direction, possibly shedding a fragment