ดาวเคราะห์น้อยทรอยดวงที่สองของโลก

 

     ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยอลิคันเต้ และสถาบันวิทยาศาสตร์จักรวาลแห่งมหาวิทยาลัย
บาร์เซโลนา(ICCUB) ได้ยืนยันการมีอยู่ของดาวเคราะห์น้อยทรอย(Trojan asteroid) ของโลกดวงที่สอง 2020 XL₅ หลังจากสำรวจหามาหนึ่งทศวรรษ ผลสรุปจากการศึกษานี้เผยแพร่ในวารสาร Nature Communications

     วัตถุฟากฟ้าทั้งหมดที่วิ่งวนไปรอบๆ ระบบสุริยะของเราจะรับรู้อิทธิพลแรงโน้มถ่วงของวัตถุขนาดใหญ่อื่นๆ ทั้งหมดที่เป็นองค์ประกอบอยู่ รวมทั้งดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ทั้งหลายด้วย ถ้าเราพิจารณาเฉพาะระบบโลก-ดวงอาทิตย์ กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน บอกได้ว่า จะมี 5 ตำแหน่งที่แรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่ในตำแหน่งดังกล่าว จะอยู่ในสภาพสมดุลซึ่งกันและกัน พื้นที่เหล่านี้ถูกเรียกว่า จุดลากรองจ์(Lagrange points) และเป็นพื้นที่ที่มีเสถียรภาพสูงสุด ดาวเคราะห์น้อยทรอยของโลกเป็นวัตถุขนาดเล็กที่โคจรรอบ L4 หรือ L5 ในระบบดวงอาทิตย์-โลก

จุดลากรองจ์(Lagrange point) ของโลก-ดวงอาทิตย์

     ผลสรุปเหล่านี้ยืนยันว่า 2020 XL₅ เป็นดาวเคราะห์น้อยทรอยของโลกชั่วคราวดวงที่สองที่เคยพบมา และทุกสิ่งก็บ่งชี้ว่ามันจะยังเป็นทรอยที่ L4 นำหน้าโลกในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ 60 องศา ไปอีก 4 พันปี นี่เองจึงจัดเป็นชั่วคราว(transient) นักวิจัยได้ประเมินขนาดโดยรวมของวัตถุ ว่ามีเส้นผ่าศุนย์กลางราว 1 กิโลเมตร ใหญ่กว่าทรอยดวงแรกของโลกที่พบ 2010 TK₇ ที่ L4 เช่นกัน และมีงานศึกษาที่จะส่งจรวดจากโลกไปยังดาวเคราะห์น้อยนี้

     สำหรับ 2010 TK₇ มีเส้นผ่าศูนย์กลางราว 300 เมตร โคจรรอบ L4 ในวงโคจรรูปร่างคล้ายลูกอ๊อดที่ส่ายไป ซึ่งเรียกว่า การควงส่าย(libration) มันไม่ได้เป็นวงโคจรที่ตายตัว เมื่อมองจากโลกแล้ว มันจะวิ่งไประหว่างจุดที่เข้าใกล้โลกที่ L3 ที่อีกด้านของดวงอาทิตย์เมื่อมองจากโลก แต่ไม่ได้ผ่าน L4 เลย ซึ่งสุดท้ายในอีกราว 15000 ปี ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงจะผลักมันออกจากวงโคจรปัจจุบันไป ส่วนทรอยใหม่ 2020 XL₅ ก็เช่นกัน มันเองก็ส่ายไปรอบๆ L4 โดยวงโคจรนำมันออกไปไกลเกือบถึงดาวอังคาร และตัดเส้นทางโคจรของดาวศุกร์   

พื้นที่ในระบบสุริยะที่พบดาวเคราะห์น้อย ซึ่งส่วนใหญ่จะอยู่ในแถบดาวเคราะห์หลัก(main asteroid belt) ที่อยู่ระหว่างดาวอังคารและดาวพฤหัสฯ นอกจากนี้ ยังมีดาวเคราะห์น้อยใกล้โลก(Near-Earth asteroid) ซึ่งมีวงโคจรเข้ามาใกล้โลก และดาวเคราะห์น้อยทรอย(Trojan asteroid) ของดาวเคราะห์อื่นๆ อีก

     ในทางทฤษฎีแล้ว น่าจะพบทรอยรอบๆ ดาวเคราะห์ทุกดวงยกเว้นดาวเสาร์ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสฯ จะดึงพวกมันออกไป โดยรวมแล้ว ยักษ์ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะอย่างดาวพฤหัสฯ ก็จะมีทรอยมากที่สุดที่ราวหนึ่งหมื่นดวง นอกจากนี้ ยังพบทรอยรอบอังคาร 9 ดวง, ยูเรนัส 1 ดวง และเนปจูน 32 ดวง แต่ก็ต้องกระทั่งปี 2011 ที่ได้พบดาวเคราะห์น้อยทรอยดวงแรกของโลก นักดาราศาสตร์ได้อธิบายว่าต้องใช้กลยุทธในการสำรวจมากมายเพื่อตรวจจับทรอยใหม่ๆ ของโลก เคยมีความพยายามก่อนหน้านี้มากมายเพื่อค้นหาทรอยของโลก ซึ่งรวมถึงการสำรวจในพื้นที่ เช่น การสำรวจภายในพื้นที่ L4 โดยยาน OSIRIS-Rex ของนาซา หรือการสำรวจในพื้นที่ L5 โดยปฏิบัติการฮายาบูสะ 2(Hayabusa 2) ขององค์กรการสำรวจอวกาศญี่ปุ่น(JAXA) Toni Santana-Ros ผู้เขียนการศึกษานี้ ผู้นำทีมวิจัยนานาชาติ ระบุ เขากล่าวเพิ่มว่า ความพยายามทั้งหมดที่อุทิศให้กับการหาประชากร(ทรอยของโลก) ใหม่ๆ นี้ต้องล้มเหลว

     การประสบความสำเร็จในการสำรวจลักษณะนี้ที่ต่ำ อธิบายได้จากเรขาคณิตของวัตถุที่โคจรในตำแหน่ง L4 หรือ L5 เมื่อมองจากโลก วัตถุเหล่านี้มักจะพบอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ แต่ไม่ได้อยู่ในตำแหน่งพอดี แต่วัตถุจะโคจรไปรอบๆ ลากรองจ์ดังกล่าว ช่วงเวลาที่ยอมให้สำรวจได้มีแค่ระหว่างดาวเคราะห์น้อยขึ้นเหนือขอบฟ้าและดวงอาทิตย์ตกไป จึงมีโอกาสน้อยมากๆ นอกจากนี้ นักดาราศาสตร์เมื่อหันกล้องโทรทรรศน์ไปใกล้ขอบฟ้า ซึ่งสภาวะความสามารถในการมองเห็นจะเลวร้ายที่สุด และต้องรับมือกับแสงอาทิตย์รุนแรงปรากฏในภาพในเวลาเพียงไม่กี่นาทีที่สำรวจ

วงโคจรของดาวเคราะห์น้อยทรอยของโลกดวงที่สอง ที่เพิ่งยืนยัน 2020 XL₅

     เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ ทีมทำการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาด 4 เมตรซึ่งน่าจะสามารถสำรวจภายใต้สภาวะเหล่านี้ และสุดท้ายก็ได้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ดิสคัฟเวอรี่โลเวลล์ ขนาด 4.3 เมตรในอริโซนา สหรัฐฯ และกล้องโทรทรรศน์ SOAR ขนาด 4.1 เมตรใน เซร์โร ปาโชน ชิลี ซึ่งดำเนินงานโดย NOIRLab มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ

     การค้นพบดาวเคราะห์น้อยทรอยของโลก เป็นเรื่องที่สำคัญอย่างมากเนื่องจากพวกมันอาจเก็บงำบันทึกโบราณเกี่ยวกับสภาวะช่วงต้นในการก่อตัวระบบสุริยะ เนื่องจากทรอยดั่งเดิมจะโคจรร่วมกับดาวเคราะห์มาตั้งแต่ที่มันก่อตัวขึ้น และจึงช่วยตีวงข้อจำกัดวิวัฒนาการพลวัตระบบสุริยะได้

     ข้อมูลจาก SOAR ได้ช่วยให้นักวิจัยได้ทำการวิเคราะห์ตรวจสอบปริมาณแสงของวัตถุ ซึ่งเผยให้เห็นว่า 2020 XL₅ น่าจะเป็นดาวเคราะห์น้อยชนิดซี(C-type asteroid) หรือดาวเคราะห์น้อยชนิดคาร์บอนนาเชียส(carbonaceous) มีสีที่ดำมืดเนื่องจากอุดมไปด้วยคาร์บอน และยังพบได้มากที่สุดในระบบสุริยะ คือมากกว่า 75% ของดาวเคราะห์น้อยทั้งหมดในระบบสุริยะน่าจะเป็นคาร์บอนนาเชียส และยังเป็นวัตถุกลุ่มที่เก่าแก่ที่สุดในระบบสุริยะ โดยมีองค์ประกอบคล้ายกับดวงอาทิตย์ด้วย

วงโคจรของดาวเคราะห์น้อยทรอยของโลกดวงแรก 2010 TK₇

     นอกจากนี้ ทรอยของโลกยังเป็นเป้าหมายที่ดีเยี่ยมสำหรับปฏิบัติการอวกาศในอนาคตด้วย เนื่องจาก L4 นั้นอยู่ในวงโคจรร่วมกับโลก จึงใช้ความเร็วเข้าหาที่ต่ำ นี่บอกว่ายานก็จะใช้เชื้อเพลิงไม่มากเพื่อที่จะรักษาวงโคจรร่วม เพื่อรักษาระยะทางให้คงที่ อาจจะมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าไปดวงจันทร์ด้วยซ้ำ ทรอยของโลกจึงน่าจะเป็นฐานที่ดีเยี่ยมในการสำรวจระบบสุริยะที่สูงขึ้นไป พวกมันอาจจะเป็นกระทั่งแหล่งทรัพยากรด้วย Santana-Ros กล่าวสรุป การค้นพบทรอยของโลกให้มากขึ้นจะช่วยขยายความรู้เกี่ยวกับพลวัตวัตถุที่ยังไม่พบเหล่านี้ และจะให้ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกลไกที่ทำให้พวกมันเป็นทรอยชั่วคราว

     ไม่ว่าเราจะได้ไปสำรวจทรอยของโลกหรือไม่ แต่นาซาก็เพิ่งส่งปฏิบัติการดาวเคราะห์น้อย Lucy ในปี 2021 เพื่อไปศึกษาทรอยของดาวพฤหัสฯ และการศึกษาพวกมันก็ช่วยเราให้เข้าใจในแบบกว้างๆ ได้

แหล่งข่าว phys.org : team confirms existence of new Earth Trojan asteroid
                sciencealert.com : it’s official! A new Trojan asteroid has been discovered sharing Earth’s orbit  
                space.com : Earth has an extra companion, a Trojan asteroid that will hang around for 4000 years