พิภพแห่งวารี

 

ภาพจากศิลปินแสดงพิภพหินวารี ที่มีองค์ประกอบเป็นน้ำ 50% และหิน 50% โดยน้ำอาจจะไม่ได้อยู่ในสภาพมหาสมุทรปกคลุมทั่วดาวเคราะห์ แต่แทรกซึมเกาะอยู่กับแร่ธาตุในหิน 

     น้ำเป็นสิ่งหนึ่งที่สิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกต้องการ และวัฎจักรของฝนลงสู่แม่น้ำจนถึงมหาสมุทรจนกลายเป็นฝนอีกครั้ง ก็มีความสำคัญที่รักษาให้ภูมิอากาศของโลกมีความเสถียรและน่าอยู่อาศัย เมื่อนักวิทยาศาสตร์พูดถึงที่ที่น่าจะหาสัญญาณของชีวิตทั่วกาแลคซี ดาวเคราะห์ที่มีน้ำจึงปรากฏในติดอันดับในรายชื่อเสมอ

     การศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ใน Science ได้บอกว่าอาจจะมีดาวเคราะห์อีกมากมายที่มีน้ำในปริมาณมาก มากกว่าที่เคยคิดไว้โดยมีน้ำครึ่งหินครึ่ง น้ำทั้งหมดอาจจะฝังอยู่ในหิน แทนที่จะไหลออกมาเป็นมหาสมุทรหรือแม่น้ำ บนพื้นผิว เป็นเรื่องที่ประหลาดใจที่ได้เห็นหลักฐานพิภพวารีมากมายที่โคจรรอบดาวฤกษ์ชนิดที่พบได้มากที่สุดในกาแลคซี Rafael Luque ผู้เขียนหลักในรายงานฉบับใหม่ นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยชิคาโก มันส่งผลเป็นทอดๆ ต่อการสำรวจหาดาวเคราะห์ที่เอื้ออาศัยได้

     ต้องขอบคุณอุปกรณ์กล้องโทรทรรศน์ที่ดีขึ้น นักวิทยาศาสตร์กำลังค้นหาสัญญาณของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะที่ห่างไกลได้มากขึ้นเรื่อยๆ กลุ่มตัวอย่างที่มีขนาดใหญ่ขึ้นช่วยนักวิทยาศาสตร์ให้จำแนกรูปแบบประชากร(demographic patterns) คล้ายกับเมื่อพิจารณาประชากรในเมืองทั้งเมือง ก็จะสามารถบอกถึงแนวโน้มที่ยากที่จะเห็นได้ในการเปรียบเทียบระดับดวงต่อดวง

     Luque พร้อมกับผู้เขียนร่วม Enric Palle จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งหมู่เกาะคานารี และมหาวิทยาลัย ลา ลากูนา ตัดสินใจใช้รูปแบบประชากรดาวเคราะห์ที่พบรอบๆ ดาวฤกษ์ชนิดที่เรียกว่า แคระแดง(red dwarf/M-dwarf) ดาวเหล่านี้เป็นดาวชนิดที่พบได้มากที่สุดในกาแลคซีของเรา(ราว 73%) และนักวิทยาศาสตร์ก็ทำบัญชีรายชื่อดาวเคราะห์รอบดาวเหล่านี้ได้แล้วหลายสิบดวง

วิธีการหลักในการค้นหาดาวเคราห์นอกระบบ คือ วิธีการความเร็วแนวสายตา(radial velocity method) ตรวจสอบการส่าย(wobble) ของดาวฤกษ์ อันเกิดจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ในวงโคจร ทำให้ดาวฤกษ์ขยับเข้าหาและถอยห่างออกจากผู้สังเกตการณ์ และวิธีการผ่านหน้า(transit method) ตรวจสอบปริมาณแสงดาวฤกษ์ที่มืดลงเมื่อมีดาวเคราะห์เคลื่อนที่ บังแสงดาวบางส่วนไว้

     แต่เนื่องจากดาวฤกษ์สว่างกว่าดาวเคราะห์ของพวกมันอย่างมาก เราจึงไม่สามารถมองเห็นดาวเคราะห์ได้โดยตรง แต่นักวิทยาศาสตร์ตรวจจับสัญญาณแผ่วๆ จากผลของดาวเคราะห์ที่มีต่อดาวฤกษ์ เป็นเงาที่เกิดขึ้นเมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ของมัน หรือเป็นแรงดึงน้อยนิดที่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์เมื่อดาวเคราะห์โคจรไป นี่หมายความว่า ยังมีคำถามอีกมากมายที่ยังคงอยู่ว่าดาวเคราะห์เหล่านี้แท้จริงแล้วมีสภาพเช่นไรกันแน่

     สองวิธีทางที่ใช้ในการค้นหาดาวเคราะห์ ต่างก็ให้ข้อมูลที่แตกต่างกันอย่างมาก Palle กล่าว จากการจับเงาของดาวเคราะห์ที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์ นักวิทยาศาสตร์สามารถหาค่าเส้นผ่าศูนย์กลางของดาวเคราะห์ได้ จากการตรวจสอบแรงโน้มถ่วงอันน้อยนิดของดาวเคราะห์ที่กระทำต่อดาวฤกษ์ นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถบอกค่ามวลได้ แต่เมื่อรวมการสำรวจทั้งสองวิธี นักวิทยาศาสตร์ก็จะทราบองค์ประกอบคร่าวๆ ของดาวเคราะห์ ว่ามันจะเป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่โตแต่ประกอบด้วยก๊าซเกือบทั้งหมดเหมือนกับดาวพฤหัสฯ หรือเป็นดาวเคราะห์หินหนาแน่นสูงขนาดเล็กที่คล้ายกับโลก

     มีการวิเคราะห์ดาวเคราะห์ทีละดวง แต่กับการวิเคราะห์ประชากรทั้งกลุ่มในทางช้างเผือกกลับพบได้ยากกว่า เมื่อนักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบจำนวนดาวเคราะห์ 43 ดวงโดยรวม พวกเขาก็เห็นภาพใหญ่ที่โผล่ขึ้นมาอย่างน่าประหลาดใจ ความหนาแน่นของดาวเคราะห์กลุ่มใหญ่ ได้บอกว่า จากขนาดของพวกมัน มีความหนาแน่นน้อยเกินกว่าที่จะเป็นหินล้วนๆ แต่ดาวเคราะห์เหล่านี้น่าจะมีองค์ประกอบหินครึ่งหนึ่งและน้ำครึ่งหนึ่ง หรือเป็นโมเลกุลอื่นๆ ที่เบากว่า ลองจินตนาการถึงการอุ้มลูกโบว์ลิง กับลูกบอล แม้ว่าจะมีขนาดทางกายภาพที่ใกล้เคียงกัน แต่อีกชนิดกลับเป็นสสารที่เบากว่าเป็นส่วนใหญ่

ภาพจากศิลปินแสดงทิวทัศน์บนดาวเคราะห์แห่งวารี

     อาจจะเลี่ยงไม่ได้ที่จะจินตนาการว่าดาวเคราะห์เหล่านี้น่าจะเหมือนหลุดออกมาจากในภาพยนตร์ Waterworld คือปกคลุมด้วยมหาสมุทรลึกไปทั่วดาวเคราะห์ อย่างไรก็ตาม ดาวเคราะห์เหล่านี้ก็อยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์ของพวกมันอย่างมากจนน้ำใดๆ ที่มีบนพื้นผิวน่าจะอยู่ในสถานะก๊าซวิกฤติยิ่งยวด(supercritical gaseous phase) ซึ่งน่าจะทำให้ขนาดทางกายภาพใหญ่มาก

     แต่เราไม่เห็นอะไรแบบนั้นในกลุ่มตัวอย่าง Luque อธิบาย นี่บอกว่าน้ำที่มี ไม่ได้อยู่ในรูปของมหาสมุทรบนพื้นผิว แต่น้ำที่มีกลับผสมรวมอยู่กับหินในรูปแร่ธาตุไฮเดรท หรืออยู่เป็นช่องขังอยู่ใต้พื้นผิว สภาวะเหล่านั้นน่าจะคล้ายกับบนดวงจันทร์ยูโรปา(Europa) ของดาวพฤหัสฯ ซึ่งคิดกันว่า มีน้ำของเหลวอยู่ใต้พื้นผิว หรือ กานิมีด(Ganymede) ซึ่งเป็นครึ่งหินครึ่งน้ำ

     โลกเองมีมวลในรูปของน้ำอยู่เพียง 0.02% ซึ่งในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ทำให้มันเป็นพิภพที่แห้งแล้ง แม้ว่าพื้นผิวโลกถึงสามในสี่จะปกคลุมไปด้วยน้ำ Palle กล่าว เมื่อเทียบแล้ว พิภพแห่งวารีที่นักวิจัยได้พบจะมีน้ำถึงครึ่งหนึ่งก็ไม่จำเป็นต้องหมายความว่า พวกมันจะมีมหาสมุทรที่ใหญ่โตบนพื้นผิว น้ำดูจะผสมรวมอยู่กับหิน

     ผมช๊อคไปเลยเมื่อเห็นการวิเคราะห์นี้ ผมกับอีกหลายคนในแขนงวิชานี้เคยสันนิษฐานว่าพวกมันจะเป็นดาวเคราะห์หินที่แห้งแล้งไปหมด Jacob Bean นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบจากมหาวิทยาลัยชิคาโก ซึ่งมาร่วมงานกับกลุ่มของ Luque เพื่อทำการวิเคราะห์ต่อไป

     การค้นพบนี้สอดคล้องกับทฤษฎีการก่อตัวดาวเคราะห์นอกระบบ ซึ่งเสื่อมความนิยมในช่วงไม่กี่ปีหลัง โดยบอกว่าดาวเคราะห์หลายดวงก่อตัวขึ้นไกลออกไปในระบบของพวกมันเลยเส้นหิมะ(ice line) ออกไป และอพยพเข้ามาใกล้เมื่อเวลาผ่านไป ลองจินตนาการถึงกองหินและน้ำแข็งที่เกาะกลุ่มกันในสภาวะที่เย็นเยือกไกลจากดาวฤกษ์ และจากนั้นก็ถูกดึงเข้ามาภายในอย่างช้าๆ โดยแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์

รูปแบบประชากรดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่พบรอบดาวฤกษ์แคระแดง(M dwarf)

     แม้ว่าจะมีหลักฐานที่ชัดเจน แต่ Bean บอกว่าเขาและนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ อยากจะเห็นข้อพิสูจน์ร่องรอยว่าหนึ่งในดาวเคราะห์เหล่านั้นเป็นพิภพแห่งวารี ซึ่งนักวิทยาศาสตร์กำลังหวังว่าจะพิสูจน์ได้ด้วยกล้องเวบบ์ เราจะสามารถวิเคราะห์ชั้นบรรยากาศของพวกมัน(ถ้าพวกมันมี) และดูว่าพวกมันเก็บน้ำได้อย่างไร Luque กล่าว นอกจากนี้งานวิจัยในอนาคตจะตรวจสอบว่าพิภพลักษณะนี้จะยังพบได้รอบๆ ดาวฤกษ์ที่มีมวลสูงกว่าหรือไม่ เครื่องมือรุ่นใหม่ๆ กำลังจะช่วยให้เราได้ทำการตรวจสอบเหล่านี้

แหล่งข่าว sciencedaily.com : surprise finding suggest “water worlds” are more common than we thought
                sciencealert.com : a stray population of mysterious water worlds may have just been revealed
                space.com : new class of exoplanet! Half-rock, half-water worlds could be abodes for life