กล้องเวบบ์สำรวจดวงจันทร์ไททัน

 

ภาพดาวเสาร์และดวงจันทร์ไททันจากยานคาสสินี

      ภาพดวงจันทร์ขนาดใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์-ไททัน ในระยะประชิดล่าสุดที่ได้ก็มาจากปฏิบัติการคาสสินีย้อนกลับไปในเดือนเมษายน 2017 แต่ก่อนและหลังจากการบินผ่านระยะใกล้ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งแม้จะมีเทคโนโลจีระบบปรับกระจกที่ก้าวหน้า นักดาราศาสตร์ก็ยังคงได้แง่มุมเกี่ยวกับดวงจันทร์ที่ปกคลุมด้วยหมอกหนาทึบดวงนี้เพียงเล็กน้อย ขณะนี้ด้วยความร่วมมือจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์และหอสังเกตการณ์เคกในฮาวาย ได้มองทะลุผ่านชั้นหมอกทึบและตามรอยการเคลื่อนที่ของเมฆบนไททันได้

     เช้าของวันที่ 5 พฤศจิกายน ทีมนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นานาชาติตื่นขึ้นมาด้วยความดีใจสุดขีด เมื่อได้เห็นภาพ
ไททัน(Titan) ภาพแรกจากกล้องเวบบ์ Conor Nixon ผู้นำทีมสำรวจใช้เวบบ์เพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศและภูมิอากาศของไททัน ได้เผยถึงความรู้สึกแรกเมื่อได้เห็นข้อมูล

      ไททันเป็นดวงจันทร์เพียงหนึ่งเดียวในระบบสุริยะที่มีชั้นบรรยากาศหนาทึบ และยังเป็นวัตถุฟากฟ้าอีกเพียงดวงเดียวนอกเหนือจากโลก ที่ยังมีแม่น้ำ, ทะเลสาบ และทะเลอยู่ และด้วยอุณหภูมิเย็นเยือกที่ -179 องศาเซลเซียส น้ำใดๆ ที่มีก็จะเป็นน้ำแข็งที่แข็งเหมือนหิน อย่างไรก็ตาม ไททันไม่เหมือนกับโลกเมื่อของเหลวบนพื้นผิวไททันไม่ใช่น้ำแต่ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนซึ่งรวมถึงมีเธนและอีเธน ชั้นบรรยากาศของมันยังเต็มไปด้วยหมอกหนาที่ปิดบังแสงช่วงตาเห็นที่สะท้อนออกจากพื้นผิว

      เราต้องรอมาหลายปีเพี่อที่จะใช้สายตาในช่วงอินฟราเรดของเวบบ์เพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศไททัน ซึ่งรวมถึงรูปแบบอากาศอันน่าทึ่งและองค์ประกอบก๊าซของมันด้วย และยังได้เห็นผ่านชั้นหมอกเพื่อศึกษารายละเอียดการสะท้อนแสง(albedo จากปื้นที่สว่างและมืด) บนพื้นผิว ชั้นบรรยากาศไททันนั้นน่าสนใจอย่างไม่น่าเชื่อ ไม่เพียงแต่เพราะเมฆและพายุมีเธน แต่ยังเพราะมันสามารถบอกถึงอดีตและอนาคตของไททันได้ รวมทั้งว่ามันมีชั้นบรรยากาศมาตลอดหรือไม่ เราจึงดีใจอย่างยิ่งที่ได้เห็นผลสรุปเบื้องต้นนี้

ภาพดวงจันทร์ไททัน โดยอุปกรณ์ NIRCam ของกล้องเวบบ์เมื่อวันที่ 4 พฤศจิกายน ซ้าย: ภาพจากฟิลเตอร์
 2.12 ไมครอนที่ไวต่อชั้นบรรยากาศส่วนล่างของไททัน จุดสว่างเป็นเมฆในซีกโลกเหนือ ขวา: ภาพรวมประกอบโดยใช้ฟิลเตอร์ NIRCam คือ สีฟ้า-F140M สีเขียว-F150W แดง-F200W ความสว่าง F210M ระบุรายละเอียดโดดเด่นบนพื้นผิวคือ คิดกันว่า Kraken Mare เป็นทะเลสาบมีเธน Belet เป็นสันทรายสีมืด Adiri เป็นพื้นที่ที่สะท้อนแสงมาก(albedo สูง)

     สมาชิกทีม Sebastien Rodriguez จากมหาวิทยาลัยปารีส ซิเต้ เป็นคนแรกที่ได้เห็นภาพใหม่เหล่านี้ และเตือนคนที่เหลือผ่านอิเมล์ สิ่งที่ปลุกขึ้นมาตอนเช้า(ตามเวลาปารีส) ก็คือสัญญาณเตือนมากมายในบอกซ์ข้อความ ผมเลยดิ่งไปที่คอมพิวเตอร์และเริ่มดาวน์โหลดข้อมูล ตอนที่เห็น มันก็วิเศษจนผมคิดว่า เรากำลังได้เห็นเมฆก้อนหนึ่ง

      Heidi Hammel จาก AURA(Association of Universities for Research in Astronomy) ก็มีปฏิกิริยาคล้ายๆ กัน มันน่าทึ่งมาก ที่ได้เห็นเมฆและร่องรอยพื้นที่สว่างและมืดที่ปรากฏบนพื้นผิวไททัน ฉันเฝ้ารอจะเห็นได้สเปคตรัม ดีใจจริงๆ

     หลังจากเริ่มต้นวันด้วยกิจกรรมที่ตาแทบถลนนี้ การเปรียบเทียบภาพต่างๆ ที่ได้จากกล้องอินฟราเรดใกล้(NIRCam) ของเวบบ์ ก็ได้ยืนยันในไม่ช้าว่า จุดสว่างแห่งหนึ่งที่พบบนซีกโลกเหนือของไททัน แท้ที่จริงแล้วเป็นเมฆก้อนใหญ่จริงๆ หลังจากนั้นไม่นาน ก็สังเกตเห็นเมฆก้อนที่สอง การตรวจพบเมฆนั้นน่าตื่นเต้นเพราะมันย้ำถึงการทำนายที่มีมานานก่อนหน้านี้จากแบบจำลองคอมพิวเตอร์เกี่ยวกับภูมิอากาศบนไททันว่า น่าจะมีเมฆก่อตัวขึ้นอย่างสม่ำเสมอในซีกเหนือกลาง ในช่วงปลายฤดูร้อน เมื่อพื้นผิวได้รับความอบอุ่นจากดวงอาทิตย์

     จากนั้น ทีมก็ตระหนักว่าเป็นสิ่งจำเป็นที่ต้องทราบว่าเมฆเหล่านั้นกำลังเคลื่อนที่หรือเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือไม่ ซึ่งอาจเผยให้เห็นข้อมูลเกี่ยวกับการไหลเวียนของอากาศในชั้นบรรยากาศไททัน ทีมจึงขอเวลาการสำรวจติดตามผลโดยใช้หอสังเกตการณ์เคกในฮาวายในคืนนั้นเลย Conor Nixon ผู้นำทีมสำรวจไททันด้วยกล้องเวบบ์ จากศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ด เขียนอิเมล์ถึง Imke de Pater จากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ และ Katherine de Kleer ที่คาลเทค ซึ่งมีประสบการณ์การใช้เคก บอกว่า เราเพิ่งได้ภาพไททันจากเวบบ์ เพิ่งถ่ายเมื่อคืน น่าตื่นเต้นมากๆ ดูเหมือนจะมีเมฆก้อนใหญ่ ซึ่งเชื่อว่าลอยอยู่เหนือพื้นที่ใกล้ขั้วเหนือดวงจันทร์ใกล้กับทะเลสาบคราเคน(Kraken Mare) เราเลยสงสัยว่าจะสำรวจติดตามผลด้วยเคก เผื่อได้เห็นวิวัฒนาการเมฆหรือได้รึเปล่า

ภาพดวงจันทร์ไททันในช่วงอินฟราเรดใกล้ทั้งสามภาพ ซ้ายจากกล้องเวบบ์ถ่ายในวันที่ 4 พฤศจิกายน ตามมาด้วย NIRC2 จับคู่กับระบบปรับกระจกของกล้องเคก วันที่ 6 พฤศจิกายน(กลาง) และ 7 พฤศจิกายน(ขวา)

      หลังจากเจรจากับเจ้าหน้าที่เคกและนักวิทยาศาสตร์ที่เตรียมตัวจะใช้กล้องเพื่อสำรวจตามตารางในคืนดังกล่าว ก็เริ่มการสำรวจ เป้าหมายเพื่อตรวจสอบไททันตั้งแต่ชั้นสตราโตสเฟียร์ลงไปจนถึงพื้นผิว เพื่อพยายามหาเมฆที่เห็นในเวบบ์ การสำรวจก็ประสบความสำเร็จ de Pater ให้ความเห็นว่า เราคิดว่าเมฆน่าจะไปแล้วหลังจากที่เราใช้เคกตรวจสอบไททันในอีกสองวันต่อมา แต่เราก็ต้องดีใจมากที่ได้เห็นเมฆจำนวนมากในตำแหน่งเดิม เหมือนพวกมันแค่เปลี่ยนรูปร่างไปเท่านั้น

     หลังจากทีมได้ข้อมูลจากกล้องเคก ก็หันไปหาผู้เชี่ยวชาญแบบจำลองชั้นบรรยากาศเพื่อช่วยแปรผล หนึ่งในผู้เชี่ยวชาญเหล่านั้น Juan Lora ที่มหาวิทยาลัยเยล บอกว่า ตื่นเต้นจริงๆ ผมดีใจที่เรากำลังได้เห็นสิ่งนี้เพราะเราได้ทำนายว่าจะมีกิจกรรมเมฆมากในฤดูนี้ เรายังไม่แน่ใจว่าเมฆในวันที่ 4 และ วันที่ 6 พฤศจิกายน เป็นเมฆกลุ่มเดียวกัน แต่ก็ยืนยันรูปแบบสภาพอากาศตามฤดูกาลได้แล้ว

     ทีมยังรวบรวมสเปคตรัมจากสเปคโตรกราฟอินฟราเรดใกล้(NIRSpec) ของเวบบ์ ซึ่งช่วยให้เข้าถึงความยาวคลื่นมากมายที่ถูกชั้นบรรยากาศโลกปิดกั้นไว้เมื่อสำรวจจากกล้องภาคพื้นดิน ข้อมูลนี้ซึ่งกำลังวิเคราะห์จะช่วยให้ทีมได้ตรวจสอบองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศส่วนล่างและพื้นผิวไททันในแบบที่แม้แต่ยานคาสสินีก็ทำไม่ได้ และเพื่อเรียนรู้ให้มากขึ้นว่าอะไรเป็นสาเหตุให้เกิดรายละเอียดที่ปรากฏเป็นเวลาสั้นๆ ที่เห็นที่ขั้วใต้

วิวัฒนาการเมฆบนไททันในช่วง 30 ชั่วโมงระหว่างวันที่ 4 และ 6 พฤศจิกายน ตามที่เห็นโดย NIRCam ของเวบบ์(ซ้าย) และ NIRC-2 ของเคก(ขวา) ซีกโลกนำของไททันกำลังหมุนรอบตัวตามซ้าย(อรุณรุ่ง) และขวา(กลางคืน) เมื่อมองจากโลก Cloud A ดูจะหมุนเข้ามาให้เห็นในขณะที่ Cloud B ดูจะกระจายตัวหรือเคลื่อนเลยขอบดวงจันทร์ไป  

      ทีมคาดหวังว่าข้อมูลจากไททันที่จะได้มากขึ้นจาก NIRCam และ NIRSpec เช่นเดียวกับข้อมูลแรกจากเครื่องมืออินฟราเรดกลาง(MIRI) ของเวบบ์ในเดือนพฤษภาคมหรือมิถุนายน 2023 จะเผยให้เห็นรายละเอียดสเปคตรัมของไททันได้มากขึ้น ซึ่งรวมถึงช่วงความยาวคลื่นบางส่วนที่ไม่เคยสำรวจมาก่อน นี่จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับโมเลกุลเชิงซ้อนในชั้นบรรยากาศไททัน เช่นเดียวกับเงื่อนงำสำคัญเพื่อระบุว่าเพราะเหตุใด ไททันจึงเป็นดวงจันทร์เพียงดวงเดียวในระบบสุริยะที่มีชั้นบรรยากาศหนาทึบ

      ในปี 2027 นาซาจะส่งปฏิบัติการใหม่ไปยังไททัน ซึ่งมีชื่อว่า ดรากอนฟายล์ จะเป็นแลนเดอร์หลายใบพัดที่สามารถประเมินว่าดวงจันทร์ที่มีสารเคมีที่พิสดารนี้ จะเอื้ออาศัยต่อชีวิตในบางรูปแบบได้หรือไม่ คาดว่าดรากอนฟายล์จะไปถึงไททันในปี 2032

แหล่งข่าว webbtelescope.org : Webb, Keck telescopes team up to track clouds on Saturn’s moon Titan
                 iflscience.com : JWST spots clouds and even a sea on Saturn’s moon Titan  
                space.com : James Webb Space Telescope view of Saturn’s weidest moon Titan thrills scientists