การปะทะของจุดแดงใหญ่กับพายุขนาดเล็กอื่นๆ บนดาวพฤหัสฯ

 

ภาพเร่งสีอินฟราเรดโดย Anthony Wesley แสดงจุดแดงใหญ่(Great Red Spot) ดาวพฤหัสฯ ที่กำลังหมุนเชื่อมกับแถบศูนย์สูตรใต้(South Equatorial Belt) ซึ่งมีวัสดุสารสีแดงที่ดึงออกมาจากพายุ credit: Anthony Wesley 

     จุดแดงใหญ่(Great Red Spot) ของดาวพฤหัสฯ ซึ่งเป็นพายุลูกเขื่องความเร็วสูงเกิดการปะทะแต่ก็ไม่ถูกทำลายโดยพายุแอนตี้ไซโคลนลูกเล็กๆ จำนวนมากที่ชนกับมันในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา พายุขนาดเล็กกว่าเป็นสาเหตุให้ก้อนเมฆสีแดงฉีกออกมาเป็นสะเก็ด ทำให้พายุลูกใหญ่หดตัวลง แต่การศึกษาใหม่ได้พบว่าการรบกวนเหล่านี้เป็นสิ่งที่ต่ออายุ แม้ว่าเราจะมองเห็นผลกระทบที่เกิดขึ้นแต่ก็เกิดเพียงกับผิวของจุดแดงใหญ่เท่านั้น ไม่ได้ส่งผลลึกแต่อย่างใด

     การศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน Journal of Geophysical Research: Planets ซึ่งเป็นวารสารของสหพันธ์ธรณีฟิสิกส์อเมริกัน(AGU) เพื่องานวิจัยการก่อตัวและวิวัฒนาการของดาวเคราะห์, ดวงจันทร์และวัตถุในระบบสุริยะ และเลยออกไป Agustin Sanchez-Lavega ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ประยุกต์ ที่มหาวิทยาลัยประเทศบาส์ก ในบิลเบา สเปน ผู้เขียนนำการศึกษาใหม่ กล่าวว่า สภาพลมวนที่รุนแรง(ของจุดแดงใหญ่) พร้อมกับขนาดและความลึกที่มากกว่าของมัน เทียบกับพายุหมุนที่เข้ามามีปฏิสัมพันธ์ด้วยแล้ว เป็นตัวต่ออายุให้มัน เมื่อพายุขนาดใหญ่กว่าดูดกลืนพายุขนาดเล็กเหล่านี้ มันจะได้พลังงานจากพลังงานการหมุนรอบตัวที่เปลี่ยนมือมาให้

     จุดแดงใหญ่มีขนาดที่หดตัวอย่างน้อยก็ในช่วง 150 ปีหลังนี้ โดยลดขนาดจากความกว้างราว 40000 กิโลเมตรในปี 1879 มาเป็น 15000 กิโลเมตรในทุกวันนี้ และนักวิจัยก็ยังคงไม่แน่ใจถึงสาเหตุที่มันมีขนาดเล็กลง หรือจุดนี้ก่อตัวขึ้นอย่างไรในตอนแรกเริ่มสุด การค้นพบใหม่ได้แสดงว่าพายุแอนตี้ไซโคลนขนาดเล็กอาจจะกำลังช่วยรักษาจุดแดงใหญ่ไว้

ขนาดของจุดแดงใหญ่โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล จะสังเกตเห็นขนาดที่เล็กลงและมีสีเข้มขึ้น credit: science.nasa.gov 

     Timothy Dowling ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยหลุยสวิลล์ ซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ แต่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษาใหม่นี้ กล่าวว่า มันเป็นช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นสำหรับจุดแดงใหญ่

     ก่อนปี 2019 จุดแดงใหญ่ถูกชนโดยแอนตี้ไซโคลนเพียงสองสามลูกในแต่ละปีเท่านั้น ในขณะที่เร็วๆ นี้มันถูกชนโดยพายุจำนวนมากถึงสองโหลต่อปี Sanchez-Lavega และเพื่อนร่วมงานสงสัยว่าพายุขนาดเล็กกว่าเหล่านี้จะรบกวนการหมุนรอบตัวของจุดแดงใหญ่หรือไม่

     รายละเอียดที่เป็นเอกลักษณ์ของดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ดวงนี้อยู่ในพื้นที่ศูนย์สูตร ทำให้พายุบนโลกมีขนาดจิ๋วไปเลยเมื่อเทียบกับพายุเกรี้ยวกราดขนาดหลายเท่าโลกซึ่งยืนยันการค้นพบครั้งแรกอย่างน้อยเมื่อ 150 ปีก่อน แม้ว่าการสำรวจในปี 1665 ก็อาจจะเป็นพายุลูกเดียวกัน จุดแดงใหญ่มีขนาดประมาณสองเท่าเส้นผ่าศูนย์กลางโลก และพัดด้วยความเร็วสูงถึง 540 กิโลเมตรต่อชั่วโมงตามแนวรอบวงพายุ

     จุดแดงใหญ่นั้นเป็นต้นแบบของพายุหมุนในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ทั้งปวง Sanchez-Lavega กล่าวเสริมว่า พายุนี้ยังเป็นหนึ่งในรายละเอียดที่เขาชื่นชอบในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ด้วย

     พายุไซโคลน(cyclone) อย่างเฮอริเคน(hurricane) หรือไต้ฝุ่น(typhoon) โดยปกติจะหมุนไปรอบๆ ตาพายุที่มีความกดอากาศต่ำ โดยหมุนทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือ และตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกใต้ ไม่ว่าบนดาวพฤหัสฯ หรือบนโลก แต่แอนตี้ไซโคลนจะหมุนในทิศทางตรงกันข้ามกับไซโคลน โดยหมุนรอบตาพายุที่มีความกดอากาศสูง จุดแดงใหญ่ตัวมันเองก็เป็นแอนตี้ไซโคลน แม้ว่ามันจะมีขนาดใหญ่กว่าแอนตี้ไซโคลนมาเข้ามาชน 7 ถึง 8 เท่า แต่แม้ว่าแอนตี้ไซโคลนขนาดเล็กบนดาวพฤหัสฯ ก็ยังมีขนาดถึงครึ่งโลก หรือใหญ่เป็นสิบเท่าของพายุเฮอริเคนที่ใหญ่ที่สุดบนโลก จุดแดงใหญ่ดาวพฤหัสฯ อยู่ที่ประมาณ 20 องศาใต้ศูนย์สูตรดาวเคราะห์ ลมของมันจึงหมุนทวนเข็มนาฬิกา

แอนตี้ไซโคลนขนาดเล็กชุดหนึ่งในจำนวนที่มากอยู่ เคลื่อนเข้าประชิดจุดแดงใหญ่ในปี 2019 ภาพบนแสดงแอนตี้ไซโคลนขนาดเล็กหมายเลข 1, 2 และ 3 เคลื่อนที่เข้าหาจุดแดงใหญ่ อีกสามภาพแสดงภาพขยายแอนตี้ไซโคลน

    Sanchez-Lavega และเพื่อนร่วมงานตรวจสอบภาพบริวารของจุดแดงใหญ่ในช่วงสามปีหลัง ที่ถ่ายโดยเครือข่ายนักดาราศาสตร์สมัครเล่นที่มีกล้องดูดาว นักดาราศาสตร์อาชีพยังร่วมมือกับโครงงานสำรวจโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ 2.2 เมตรที่หอสังเกตการณ์ คายาส อัลโต ในสเปน เพื่อบันทึกภาพวัดแสงในช่วงตาเห็นและอินฟราเรดเพื่อเทียบมาตรฐาน(calibrate) เพื่อวิเคราะห์การถ่ายเทความร้อนภายในและรอบๆ พายุ ความร่วมมือที่เกิดขึ้นรวบรวมข้อมูลที่กว้างมาก นักดาราศาสตร์สมัครเล่นที่มีกล้องดูดาวขนาด 8 ถึง 14 นิ้วจะจับตาดูจุดแดงใหญ่ตลอด 24 ชั่วโมง Glenn Orton จากห้องทดลองไอพ่นขับดัน(JPL) นักดาราศาสตร์สมัครเล่นยังทำการสำรวจอินฟราเรดใกล้ เพื่อตรวจสอบที่ 890 นาโนเมตรของก๊าซมีเธน เช่นเดียวกับภาพสีแดง, เขียว, ฟ้า และอุลตราไวโอเลตใกล้บางส่วน  

     กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลยังให้การสำรวจความละเอียดสูงในช่วงยูวีที่ไม่สามารถสำรวจได้จากภาคพื้นดิน ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นในการตรวจสอบความเร็วลมและอัตราการไหล กล้องบนจูโนบันทึกภาพระยะประชิด แต่เนื่องจากยานใช้เวลาเกือบทั้งหมดในวงโคจรของมันอยู่ไกลจากดาวเคราะห์ เวลาการสำรวจของจูโนจึงจำกัด อย่างไรก็ตาม เครื่องวัดรังสีไมโครเวฟบนยานได้ตรวจสอบลึกลงไปในชั้นบรรยากาศดาวพฤหัสฯ ให้ค่าความลึกของจุดแดงใหญ่

     ทีมได้พบว่าแอนตี้ไซโคลนขนาดเล็กวิ่งผ่านทะลุวงแหวนลมความเร็วสูงรอบวงพายุจุดแดงใหญ่ ก่อนที่จะหมุนวนไปรอบๆ จุดรูปไข่สีแดง พายุขนาดเล็กสร้างความปั่นป่วนบางส่วนในความนิ่งด้านพลวัต เป็นเหตุให้เกิดการเปลี่ยนแปลงชั่วคราวในการขยับลองจิจูดของจุดแดงใหญ่ที่กินเวลา 90 วัน และฉีกเมฆสีแดงออกจากจุดรูปไข่หลักและก่อตัวเป็นสะเก็ด(flakes) Sanchez-Lavega กล่าว

สะเก็ดชิ้นส่วนลอกออกจากจุดแดงใหญ่ดาวพฤหัสฯ ในระหว่างที่มีแอนตี้ไซโคลนขนาดเล็กลูกหนึ่งเข้ามาใกล้ ตามที่เห็นในภาพความละเอียดสูงจาก JunoCam บนยานจูโนที่ถ่ายเมื่อวันที่ 12 กุมภาพันธ์ 2019 แม้ว่าดูเหมือนการชนจะรุนแรง แต่นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์เชื่อว่าเกิดขึ้นแค่ผิวๆ เหมือนกับเปลือกของเครมบรูเล่(crème brulee) 

     Dowling บอกว่าทีมงานนี้ทำงานที่หินมากๆ และต้องใช้ความระมัดระวังสุดขั้วมาก โดยบอกว่าวัสดุสารสีแดงที่ฉีกออกมาที่เราเห็นก็คล้ายกับเคลมบรูเล่(crème brulee) ซึ่งมีสะเก็ดที่ดูมีขนาดเพียงไม่กี่กิโลเมตรบนพื้นผิวของพายุซึ่งไม่ได้ส่งผลมากนักกับพายุที่มีความลึก 200 กิโลเมตร

     นักวิจัยยังคงไม่ทราบว่าอะไรเป็นสาเหตุให้จุดแดงใหญ่หดตัวลงในช่วงหลายสิบปีนี้ แต่แอนตี้ไซโคลนเหล่านี้อาจจะกำลังรักษาสภาพพายุยักษ์ไว้ในตอนนี้ ไม่จำเป็นต้องมีการทำลาย(แอนตี้ไซโคลน) มันสามารถเพิ่มความเร็วการหมุนรอบตัวภายในของ GRS ได้ และบางทีในระยะยาว จะรักษาให้มันคงสภาพสถิตไว้ได้ Sanchez-Lavega กล่าว

แหล่งข่าว phys.org : Jupiter’s Great Red Spot feeds on smaller storms
                skyandtelescope.com : Jupiter’s Great Red Spot gets smaller- but stronger