การทดลองใหม่งานหนึ่งจากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย
ริเวอร์ไซด์ บอกว่าดาวเคราะห์หินที่อยู่ระหว่างดาวอังคารกับดาวพฤหัสฯ
น่าจะสามารถผลักโลกหลุดออกจากระบบสุริยะไป และกวาดล้างชีวิตทั้งหมดบนโลกได้
Stephen Kane นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ ยูซีอาร์
ได้อธิบายว่าการทดลองของเขาตั้งเป้าเพื่อเติมช่องว่าง 2 แห่งในวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ ช่องว่างแรกก็คือ
ขนาดที่แตกต่างกันระหว่างดาวเคราะห์หินกับดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์
แน่นอนว่าดาวเคราะห์หินที่มีขนาดใหญ่ที่สุดก็คือโลก และดาวเคราะห์ยักษ์ที่มีขนาดเล็กที่สุดคือ
เนปจูน ซึ่งมีรัศมี 4 เท่า และมวล 17
เท่าโลก โดยไม่มีอะไรอยู่ระหว่างนี้
แต่ในระบบสุริยะแห่งอื่น
มีดาวเคราะห์มากมายที่มีมวลในช่องว่างนี้ ซึ่งเราเรียกพวกมันว่า ซุปเปอร์เอิร์ธ(super-Earths)
Kane กล่าว
แม้ว่านักล่าดาวเคราะห์จะได้พบซุปเปอร์เอิร์ธมากกว่า 1500 ดวงแล้ว แต่กลับไม่พบในระบบของเรา
เมื่อระบบของเราขาดแคลนดาวเคราะห์ชนิดนี้
จึงยากที่นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์จะเข้าใจถึงซุปเปอร์เอิร์ธในระบบแห่งอื่น
ช่องว่างอีกแห่ง ก็คือ ตำแหน่งทางกายภาพซึ่งอยู่ระหว่างวงโคจรดาวอังคารและดาวพฤหัสฯ
ซึ่งเป็นตำแหน่งของแถบดาวเคราะห์น้อยหลัก(main asteroid belt) นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์มักจะหวังว่าจะมีอะไรบางอย่างอยู่ระหว่างดาวเคราะห์ทั้งสองนี้
ซึ่งมันดูเหมือนเป็นพื้นที่อสังหาริมทรัพย์ที่ถูกทิ้ง เขาอธิบาย
ช่องว่างทั้งสองอาจจะให้แง่มุมที่สำคัญสู่สถาปัตยกรรมโครงสร้างระบบสุริยะของเรา
และสู่วิวัฒนาการโลกได้
เมื่อไม่มีซุปเปอร์เอิร์ธในระบบของเราให้ศึกษา นักวิจัยจึงมีคำถามจำนวนมาก
ด้วยเหตุนี้การศึกษาผลกระทบทางพลวัตของมวลดาวเคราะห์ที่เพิ่มเข้ามาในระบบสุริยะจึงมีประโยชน์
เพื่อที่จะระบุทฤษฎีการก่อตัวและศึกษานัยยะที่มีต่อสถาปัตยกรรมโครงสร้างระบบดาวเคราะห์โดยรวมด้วย
Kane เขียนไว้ในรายงานว่า
ในรายงาน เราได้ให้ผลสรุปการศึกษาพลวัตเมื่อใส่ดาวเคราะห์หินดวงหนึ่งเพิ่มเข้าไป
โดยมีมวลตั้งแต่ 1-10 เท่าโลก
และมีระยะกึ่งแกนหลัก(semi-major axis)
ที่ระหว่าง 2-4 หน่วยดาราศาสตร์(astronomical
units; AU) หรือละแวกแถบดาวเคราะห์น้อยหลักในระบบสุริยะปัจจุบัน
เพื่อเติมช่องว่างนี้ Kane จึงใช้แบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์พลวัตของดาวเคราะห์ซุปเปอร์เอิร์ธดวงหนึ่งที่อยู่ระหว่างดาวอังคารและดาวพฤหัสฯ
โดยมีมวลที่แตกต่างกันไประหว่าง 1 ถึง 10
มวลโลกโดยเพิ่มมวลทีละ 1 เท่าโลก
เขาวางดาวเคราะห์จำลองไว้ในตำแหน่งเริ่มต้นที่แตกต่างกันในวงโคจรที่กลม
วงโคจรยังอยู่ในระนาบร่วมกับระนาบของโลก และระยะกึ่งแกนหลักก็อยู่ระหว่าง 2
ถึง 4 AU โดยเพิ่มระยะทีละ 0.01 AU
ผลที่ได้เป็นแบบจำลองเสมือนจริงหลายพันอัน
โดยแต่ละอันจะปล่อยให้เดินเครื่องไป 107 ปี เริ่มต้นจากช่วงเวลาปัจจุบัน
และให้ผลการเรียงตัววงโคจรทุกๆ 100 ปีแบบจำลอง
จากนั้นก็สำรวจความอลหม่านที่มีต่อวงโคจรของดาวเคราะห์อื่นๆ ทั้งหมดในระบบ
แบบจำลองเสมือนจริงแสดงว่าดาวเคราะห์วงในจะอ่อนไหวต่อความไม่เสถียรจากการเพิ่มซุปเปอร์เอิร์ธเข้ามา
ได้มากกว่าดาวเคราะห์วงนอก พื้นที่ที่กว้างระหว่าง 2-4 AU ยังมี MMR(mean motion resonance) ได้หลายตำแหน่งกับดาวเคราะห์วงใน ซึ่งจะยิ่งขยายวิวัฒนาการระบบสุริยะส่วนในที่วุ่นวายให้เพิ่มขึ้น
ผลสรุปที่ได้รายงานใน Planetary
Science Journal บอกถึงหายนะต่อระบบสุริยะของเรา
ดาวเคราะห์จำลองดวงนี้ส่งแรงกระตุกต่อดาวพฤหัสฯ เพียงพอที่จะทำให้ทุกๆ
สิ่งเสียสมดุลไป Kane กล่าว
แม้ว่านักดาราศาสตร์หลายคนเคยหวังว่าจะมีดาวเคราะห์พิเศษนี้ แต่เป็นเรื่องดีที่เราไม่มีมันจริงๆ
ดาวพฤหัสฯ
นั้นมีขนาดใหญ่กว่าดาวเคราะห์อื่นทั้งหมดรวมกัน มวลของมันที่ 318 เท่าโลก
ดังนั้นอิทธิพลแรงโน้มถ่วงของมันจึงรุนแรงด้วย
ถ้ามีซุปเปอร์เอิร์ธสักดวงในระบบของเรา, มีดาวฤกษ์ผ่านเข้ามาใกล้ หรือวัตถุอื่นๆ
ที่รบกวนดาวพฤหัสฯ แม้แต่น้อยนิด
ดาวเคราะห์ที่เหลือทั้งหมดก็น่าจะได้รับผลอย่างรุนแรง
ซุปเปอร์เอิร์ธจำลองนี้
ขึ้นอยู่กับมวลและตำแหน่งที่แน่นอนระหว่างวงโคจรดาวอังคารและดาวพฤหัสฯ การมีอยู่ของมันน่าจะผลักดาวพุธและดาวศุกร์
รวมทั้งโลกออกจากระบบสุริยะ วงโคจรเฉลี่ยของดาวอังคารอยุ่ที่ 1.5 เท่าระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์(astronomical
unit; AU) ส่วนวงโคจรดาวพฤหัสฯ
อยู่ที่ 5.2 AU
ถ้า Kane ใส่ดาวเคราะห์ให้มีมวลน้อยลงและวางมันที่ 3
AU เป็นไปได้ที่ดาวเคราะห์จะยังคงเสถียรไปได้เป็นเวลานาน
แต่การเคลื่อนที่ขยับเพียงเล็กน้อยในทิศทางใดก็แล้วแต่ จะทำให้ทุกอย่างเลวร้ายลง
เขากล่าว ซุปเปอร์เอิร์ธนี้ยังเปลี่ยนรูปร่างวงโคจรของโลก
ทำให้ฤดูกาลแปรผันอย่างรุนแรง
ทำให้โลกมีความสามารถในการเอื้ออาศัยได้น้อยกว่าที่เป็นในทุกวันนี้
แต่ก็ยังไม่ได้ลบชีวิตทั้งหมดทิ้งไป
ดาวเคราะห์ที่ 3.1 ถึง 4 AU จะทำให้วงโคจรดาวพุธถูกรบกวน ที่ 2.0 ถึง 2.7 AU ดาวอังคารก็จะส่าย แต่ดาวพฤหัสฯ
และดาวเสาร์ได้รับผลเพียงเล็กน้อย
แต่โมเมนตัมเชิงมุมที่ส่งต่อไปที่ระบบสุริยะส่วนนอกออกไปอีก
ทำให้วงโคจรยูเรนัสและเนปจูน ไร้เสถียรภาพด้วย
ซึ่งจะเหวี่ยงพวกมันออกสู่ห้วงอวกาศเช่นกัน ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด ดาวศุกร์,
ดาวพุธ, โลก, ดาวอังคาร, ยูเรนัส และเนปจูน ทั้งหมดถูกผลักออกจากระบบสุริยะ
หลักฐานต่างๆ ยังได้บอกว่าดาวพฤหัสฯ
แสดงบทบาทต่อความสามารถในการเอื้ออาศัยได้ของโลก โดยปกป้องเราจากการระดมชนของดาวเคราะห์น้อย(asteroid
bombardment) งานของ Kane
ได้บอกว่า
มันยังแสดงอีกบทบาทในการทำให้ระบบสุริยะอยู่ในสมดุล
นักดาราศาสตร์เชื่อว่าอิทธิพลแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสฯ
ป้องกันไม่ได้ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นในห้วงอวกาศอันเป็นแหล่งที่อยู่ของแถบดาวเคราะห์น้อยหลัก
โดยทำให้แถบหลักมีวัสดุสารไม่เพียงพอที่จะก่อตัวดาวเคราะห์ขึ้นมา
โดยปัจจุบันมีมวลรวมของแถบเพียง 0.04 เท่ามวลโลกเท่านั้น
แต่ก่อนหน้านี้ในอดีต คิดกันว่าแถบหลักน่าจะมีมวลสูงกว่านี้มาก
นักดาราศาสตร์เคยคิดว่าระบบดาวเคราะห์ที่มีดาวเคราะห์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ ทุกประการ
น่าจะเป็นระบบที่มีเสถียรภาพสำหรับชีวิตมากที่สุด ซึ่งงานของ Kane ก็เพิ่มน้ำหนักให้กับประเด็นนี้
ในหลายทศวรรษก่อนหน้านี้
นักดาราศาสตร์ใช้โครงสร้างสถาปัตยกรรมระบบสุริยะของเราเพื่อพัฒนาแบบจำลองการก่อตัวและสถาปัตยกรรมระบบสุริยะ
แต่ขณะนี้เราทราบว่าระบบของเราไม่ได้เป็นตัวแทนของระบบทั้งปวง
โดยเฉพาะเมื่อมันไม่มีซุปเปอร์เอิร์ธ
ความแตกต่างนี้อาจจะงอกเงยมาจากที่ดาวเคราะห์ยักษ์อพยพ(migrated) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง
การอพยพของดาวเคราะห์ยักษ์อาจจะส่งผลต่อกระบวนการการก่อตัวดาวเคราะห์หินในระบบสุริยะส่วนใน
และยับยั้งการก่อตัวดาวเคราะห์ชนิดที่พบได้ทั่วไปที่สุด-ซุปเปอร์เอิร์ธ รายงานระบุ
สมมุติฐาน grand tack ได้แสดงว่าดาวพฤหัสฯ ก่อตัวที่ 3.5 AU แล้วอพยพเข้ามาจนถึง 1.5 AU จากนั้นก็ถอยออกไปที่ 5.2 AU ราชาแห่งดาวเคราะห์เคลื่อนที่ผ่านระบบสุริยะเช่นนี้น่าจะส่งผลต่อทุกๆ
สิ่งที่อยู่รอบมัน มันอาจจะทำให้เกิดการชนที่วุ่นวายของวัตถุในระบบส่วนใน,
ผลักวัสดุสารเข้าหาดวงอาทิตย์ซึ่งน่าจะก่อตัวซุปเปอร์เอิร์ธ
นักวิจัยบางส่วนคิดว่าระบบของเราเคยมีซุปเปอร์เอิร์ธอยู่ในอดีตเมื่อนานมาแล้ว
ซึ่งจากลาดวงอาทิตย์ไป
Kane จึงเรียกการขาดแคลนซุปเปอร์เอิร์ธในระบบของเราว่าเป็นดาบสองคม
ในทางหนึ่ง
เราไม่มีโอกาสที่จะได้ศึกษาซุปเปอร์เอิร์ธอย่างใกล้ชิดอย่างที่เราศึกษาดาวเคราะห์หิน,
ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์หรือน้ำแข็งยักษ์
แต่การมีอยู่ของซุปเปอร์เอิร์ธก็น่าจะเปลี่ยนโฉมหน้าระบบสุริยะไปโดยสิ้นเชิง
และอาจจะทำลายสิ่งมีชีวิตได้
ผลสรุปเผยให้เห็นความบอบบางทางพลวัตในการเรียงตัวดาวเคราะห์ที่ปรากฏอยู่
ช่วยให้มีการตรวจสอบการเรียงตัวนี้ในรายละเอียดมากขึ้นภายในบริบทสถาปัตยกรรมระบบดาวเคราะห์ที่กว้างขึ้น
Kane บอกว่าจุดประสงค์หลักของงานนี้ก็เพื่อช่วยให้เกิดการเปรียบเทียบระหว่างระบบ
“ประหลาด” ของเราเอง กับระบบที่มีซุปเปอร์เอิร์ธซึ่งพบได้กลาดเกลื่อน
การศึกษามีนัยยะต่อความสามารถของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะแห่งอื่นที่จะมีสิ่งมีชีวิตอยู่
แม้ว่าจะพบดาวเคราะห์ที่คล้ายดาวพฤหัสฯ ไกลจากดาวฤกษ์แม่เพียง 10% เท่านั้น
แต่การมีอยู่ของพวกมันก็ตัดสินว่าโลกหรือซุปเปอร์เอิร์ธที่อยู่ใกล้เคียงจะมีวงโคจรที่เสถียรได้หรือไม่
ผลสรุปเหล่านี้ทำให้ Kane รู้สึกเลื่อมใสความเป็นระเบียบที่ละเอียดอ่อนซึ่งยึดเกาะดาวเคราะห์ไว้ด้วยกันรอบดวงอาทิตย์
ระบบสุริยะของเรานั้นถูกปรับแต่งอย่างดีกว่าที่ผมเคยคิดถึงมาก่อน ทุกๆ
สิ่งทำงานประสานแม่นยำเหมือนกับเฟืองนาฬิกา การโยนเฟืองเข้าไปอีกอัน
ทั้งหมดก็จะพัง Kane กล่าว
แหล่งข่าว phys.org - the planet that could end life on Earth: experiment demonstrates solar system’s fragility
sciencealert.com – astrophysicist shows how
one small change to our solar system could unravel it
phys.org - what would
happen if the solar system gained a super-Earth?
No comments:
Post a Comment