สร้างอุกกาบาตดาวอังคารง่ายกว่าที่คาดไว้

อุกกาบาตดาวอังคาร Elephant Moraine(EETA) 79001 ซึ่งพบที่ทวีปแอนตาร์กติกา

      ในเดือนสิงหาคม 1865 มีหินขนาดย่อมๆ ตกจากฟ้ามาที่โลก โดยชนเข้าที่หมู่บ้านชนบทในอินเดีย หลังจากที่ผู้เห็นเหตุการณ์ได้เก็บชิ้นส่วนมา ก้อนหินก็ถูกจำแนกที่มา หลังจากมากกว่าหนึ่งศตวรรษที่ศึกษาชิ้นส่วนอุกกาบาตเหล่านี้ที่เรียกว่า shergottites สุดท้าย นักวิจัยในทศวรรษ 1980 ก็ตรวจสอบพบกำเนิดของมันว่ามาจากดาวอังคารเพื่อนบ้านของเรา

     จนกว่ามนุษยชาติจะนำตัวอย่างจากดาวอังคารกลับมาที่โลกได้ ชิ้นส่วนจากดาวเคราะห์แดงเพียงชิ้นเดียวที่พบบนโลกก็คืออุกกาบาตอย่างเชอร์กอตไทต์ การเดินทางของนักเดินทางดาวอังคารเหล่านี้มาจากความรุนแรง จากดาวอังคารถูกยิงมาที่โลก พวกมันจะต้องถูกดีดออกจากพื้นผิวดาวเคราะห์แดงได้เมื่อมีแรงมากพอที่จะหนีแรงโน้มถ่วงของดาวอังคาร การผลักนี้น่าจะเกิดขึ้นจากการชนครั้งใหญ่บนดาวอังคาร หินที่ทนทานอุณหภูมิและความดันรุนแรงจากการชนนี้ได้ และบินผ่านสูญญากาศของอวกาศ จนสุดท้ายก็กระแทกลงบนโลก

      เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่นักวิทยาศาสตร์ได้ทำงานเพื่อทำแบบจำลองการชนบนดาวอังคารที่ส่งชิ้นส่วนดาวเคราะห์แดงมาที่โลก ขณะนี้ นักวิจัยที่คาลเทคและห้องทดลองไอพ่นขับดัน(JPL) ได้ทำการทดลองจำลองสิ่งที่เรียกว่า แรงดันการกระแทก(shock pressure) ที่หินดาวอังคารต้องเจอ พวกเขาได้พบว่าแรงดันที่ต้องใช้ในการยิงก้อนหินจากดาวอังคารออกสู่อวกาศนั้นต่ำกว่าที่เคยคิดไว้อย่างมาก

     งานวิจัยนี้ทำที่ห้องทดลองของ Paul Asimow ศาสตราจารย์ด้านธรณีวิทยาและธรณีเคมี การศึกษาอธิบายในรายงานที่เผยแพร่ในวารสาร Science Advances วันที่ 3 พฤษภาคม

อุกกาบาตดาวอังคารซึ่งมีชื่อทางการว่า Northwest Africa(NWA) 7034 หรือชื่อเล่น Black Beauty ซึ่งมีมวลราว 300 กรัม ขณะนี้นักวิจัยคาลเทคได้พบว่าใช้แรงดันจากการกระแทกที่จะส่งหินออกจากพื้นผิวดาวอังคารต่ำกว่าที่เคยเชื่อ

    อุกกาบาตจากแหล่งต่างๆ ที่พบบนโลกมาหลายพันปี แต่ก็ไม่ทราบกำเนิดของพวกมันจนเมื่อเร็วๆ นี้ เมื่อยานโคจรไวกิ้ง(Viking Orbiter) ของนาซาทำการตรวจสอบองค์ประกอบชั้นบรรยากาศดาวอังคารในช่วงปลายทศวรรษ 1970 Ed Stolper จากคาลเทค เป็นคนแรกที่บอกว่าเชอร์กอตไทต์นั้นมาจากดาวอังคาร ซึ่งได้รับยืนยันในเวลาต่อมาเมื่อก๊าซในชั้นบรรยากาศอันเบาบางของดาวอังคารสอดคล้องกับก๊าซที่ถูกเก็บกักไว้ในอุกกาบาต

     แต่ก็ไม่ใช่ว่าองค์ประกอบของอุกกาบาตที่บอกเราเกี่ยวกับการเดินทางของมัน องค์ประกอบหลักอย่างหนึ่งในหินดาวอังคารก็คือ ผลึกแร่พลาจิโอคลาส(plagioclase) ภายใต้แรงดันสูงเช่น จากการชนที่รุนแรง พลาจิโอคลาสจะแปรสภาพเป็นวัสดุสารเนื้อแก้วที่เรียกว่า มัสเคลไลไนต์(maskelynite) การพบมัสเคลไลไนต์ในหินจึงบ่งชี้ถึงชนิดความดันที่ตัวอย่างต้องพบเจอมา ในช่วงห้าปีหลังนี้ พบว่าอุกกาบาตดาวอังคารมีส่วนผสมของพลาจิโอคลาส และมัสเคลไลไนต์ ซึ่งบ่งชี้ถึงขีดจำกัดแรงดันขั้นสูงที่ตัวอย่างได้เจอ

     ในการศึกษาใหม่ซึ่งนำโดย Jinping Hu นักวิทยาศาสตร์คาลเทค ทีมได้ทำการทดลองโดยใช้หินบนโลกที่มีพลาจิโอคลาสและชน และสำรวจหาแร่ธาตุแปรสภาพภายใต้แรงดันอย่างไร ทีมได้พัฒนาวิธีการเที่ยงตรงมากขึ้นในการจำลองการชนดาวอังคารในการทดลองการกระแทก โดยใช้ “ปืน” ที่ยิงหินเดินทางด้วยความเร็วมากกว่า 5 เท่าความเร็วเสียง การทดลองแรงดันการกระแทกก่อนหน้านี้ใช้คลื่นกระแทกที่เคลื่อนผ่านถังเหล็ก ซึ่งให้ภาพสิ่งที่เกิดขึ้นในระหว่างการชนที่ไม่ตรงความเป็นจริง

      เราไม่ได้อยู่บนดาวอังคาร เราจึงไม่ได้เห็นอุกกาบาตชนกับตา Yang Liu นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ JPL และผู้เขียนร่วมการศึกษา กล่าวว่า แต่เราก็สามารถสร้างการชนคล้ายๆ กันในห้องทดลองได้ เมื่อทำแบบนั้น ก็พบว่าใช้แรงดันเพื่อส่งอุกกาบาตดาวอังคารน้อยกว่าที่เคยคิดไว้ การทดลองก่อนหน้านี้ได้แสดงว่าพลาจิโอคลาสเปลี่ยนเป็นมัสเคลไลไนต์ ที่แรงดันกระแทก 30 กิกะพาสกาล ซึ่งสูงกว่าความดันบรรยากาศโลกที่ระดับน้ำทะเล 3 แสนเท่า

     การศึกษาใหม่ได้แสดงว่าการแปรสภาพแท้จริงแล้วเกิดที่ราว 20 กิกะพาสกาล ซึ่งแตกต่างจากการทดลองก่อนหน้านี้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ค่าแรงดันใหม่ที่ได้สอดคล้องกับหลักฐานจากแร่ความดันสูงอื่นๆ ในอุกกาบาตเหล่านี้ ซึ่งบอกว่าแรงดันการกระแทกจะต้องไม่ถึง 30 กิกะพาสกาล ในบรรดาแร่ธาตุจากความดันสูง 10 ชนิดที่พบในอุกกาบาตดาวอังคาร มี 9 ชนิดถูกพบที่คาลเทคในการศึกษาที่นำโดย Chi Ma นักแร่ธาตุวิทยา ผู้อำนวยการแผนกวิเคราะห์ของคาลเทค และผู้เขียนร่วมการศึกษานี้ กล่าว

     เป็นการท้าทายพอสมควรที่จะจำลองการชนที่สามารถส่งหินออกจากดาวอังคารในขณะที่กระแทกพวกมันด้วยความดัน 30 กิกะพาสกาล Asimow กล่าว ในบริบทนี้ ความแตกต่างระหว่าง 30 GPa กับ 20 Gpa จึงสำคัญ ยิ่งเราจำแนกแรงดันการกระแทกที่อุกกาบาตต้องเจอได้อย่างเที่ยงตรงมากขึ้น ก็เป็นไปได้มากขึ้นที่เราจะสามารถจำแนกหลุมอุกกาบาตบนดาวอังคารที่อุกกาบาตหลุดออกมา อย่างที่ทำกับอุกกาบาต “Black Beauty” จากดาวอังคาร ซึ่งตามรอยย้อนกลับไปได้ถึงหลุมอุกกาบาตแห่งหนึ่งที่ Terra Cimmeria  

การเตรียมปืน 20 มม ในห้องทดลองคลื่นกระแทกที่การทดลอง ความยาวลำกล้องอยู่ที่ 2 เมตร ใช้เลเซอร์เพื่อตรวจสอบความเร็ว

     เมื่อใช้แรงดันการกระแทกน้อยกว่าที่เคยเชื่อไว้ก็หมายความว่า อาจจะมีชิ้นส่วนดาวอังคารล่องลอยในอวกาศมากขึ้น และกำลังเดินทางมาที่โลก 

แหล่งข่าว phys.org : pressure required to launch a rock from Mars into space much lower than thought, discovers study
                sciencealert.com : almost 200 fragments of Mars, made it all the way to Earth. But how?  

วงแหวนดาวเสาร์อาจมีอายุเพียงไม่กี่ร้อยล้านปี

วงแหวนดาวเสาร์ดูจะสะอาดสดใสเกินกว่าจะมีอายุมาก

      การศึกษาใหม่โดยนักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ ได้ให้หลักฐานที่หนักแน่นที่สุดเท่าที่เคยมีว่า วงแหวนของดาวเสาร์นั้นมีอายุน้อยมากๆ ซึ่งอาจจะตอบคำถามที่คาใจนักวิทยาศาสตร์มาเป็นร้อยปี

     งานวิจัยที่เผยแพร่ในวารสาร Science Advances วันที่ 12 พฤษภาคม ระบุอายุของวงแหวนดาวเสาร์ไว้ที่ไม่เกิน 4 ร้อยล้านปี ซึ่งทำให้วงแหวนมีอายุน้อยกว่าดาวเสาร์ที่ 4.5 พันล้านปีอย่างมาก Sascha Kempf นักฟิสิกส์ รองศาสตราจารย์ที่ห้องทดลองเพื่อฟิสิกส์ชั้นบรรยากาศและอวกาศ(LASP) ซียูโบลเดอร์ กล่าวว่า เมื่อมีคำตอบแบบนี้ เราก็ใกล้จะปิดคำตอบที่เริ่มต้นโดย James Clerk Maxwell

      นักวิจัยมาถึงข้อสรุปดังกล่าวได้โดยการศึกษาสิ่งที่อาจจะดูเหมือนไม่ใช่หัวข้อปกติ โดยการศึกษาการสะสมฝุ่น Kempf อธิบายว่า เม็ดวัสดุสารหินขนาดจิ๋วที่พัดพาไปทั่วระบบสุริยะด้วยความคงที่ ในบางกรณี กระแสนี้ก็อาจทิ้งชั้นฝุ่นบางๆ ไว้บนวัตถุในระบบสุริยะ ซึ่งรวมถึงบนก้อนน้ำแข็งที่เป็นองค์ประกอบในวงแหวนดาวเสาร์ด้วย

     ในการศึกษาใหม่นี้ Kempf และเพื่อนร่วมงานได้เริ่มตรวจสอบอายุวงแหวนดาวเสาร์ โดยการศึกษาว่าชั้นฝุ่นนี้สะสมเร็วแค่ไหน ก็เหมือนกับการพยายามบอกว่าบ้านหลังหนึ่งมีอายุเก่าแก่แค่ไหน จากแค่การไล้นิ้วไปตามกำแพง ลองนึกว่าวงแหวนดาวเสาร์ก็เหมือนพรมที่บ้านคุณ Kempf กล่าว ถ้าคุณมีพรมที่สะอาดวางอยู่ ก็แค่รอเวลา ฝุ่นก็จะไปสะสมบนพรม วงแหวนก็เป็นแบบเดียวกันนี้

     นี่เป็นกระบวนการที่กินเวลา ตั้งแต่ปี 2004 ถึง 2017 ทีมใช้เครื่องมือที่เรียกว่า เครื่องวิเคราะห์ฝุ่นอวกาศ(Cosmic Dust Analyzer) ที่ติดตั้งบนยานคาสสินีของนาซา เพื่อวิเคราะห์ชิ้นฝุ่นที่บินอยู่รอบๆ ดาวเสาร์ จากช่วง 13 ปีนั้นเอง นักวิจัยได้รวบรวมฝุ่นได้เพียง 163 เม็ดที่มีกำเนิดจากนอกละแวกใกล้เคียงดาวเคราะห์ แต่ก็เพียงพอแล้ว

อินโฟกราฟฟิคอธิบายระบบวงแหวนหลักของดาวเสาร์ และตำแหน่งดวงจันทร์

     ทีมประเมินว่าฝุ่นระหว่างดาวเคราะห์ที่ไปถึงวงแหวนดาวเสาร์น่าจะไม่ถึง 1 กรัมฝุ่นต่อทุกตารางฟุตในแต่ละปี ซึ่งดูเล็กน้อยแต่ก็พอจะสะสมได้ เพียงแค่มุ่งเป้าไปที่วงแหวนที่สว่างที่สุดบนดาวเสาร์ มันแผ่จากระยะทาง 70,000 จนถึง 140,000 กิโลเมตรเทียบเท่ากับพื้นที่ 30 เท่าโลก นี่หมายความว่าจะมีฝุ่นราว 166 พันล้านตันตกบนวงแหวนในแต่ละปี  จากการคำนวณ วงแหวนดาวเสาร์เองก็น่าจะรวบรวมฝุ่นขึ้นมาเมื่อเพียงไม่กี่ร้อยล้านปีเท่านั้น

     หรือพูดอีกอย่างก็คือ วงแหวนของดาวเสาร์นั้นเป็นปรากฏการณ์ประหลาดที่เพิ่งเกิดใหม่ อาจจะเพียงพริบตาในทางดาราศาสตร์ และอาจจะหายไปได้ในที่สุด เราทราบว่าวงแหวนมีอายุคร่าวๆ เท่าใด แต่มันก็ไม่ได้ไขปัญหาอื่นๆ Kempf กล่าว เรายังคงไม่ทราบว่าวงแหวนเหล่านี้ก่อตัวขึ้นได้อย่างไร

     นักวิจัยประทับใจกับวงแหวนตระการตาเหล่านี้มานานกว่า 400 ปีแล้ว ในปี 1610 นักดาราศาสตร์ชาวอิตาลี Galileo Galilei เป็นคนแรกที่สำรวจรายละเอียดนี้ผ่านกล้องโทรทรรศน์ แม้ว่าเขาจะยังไม่รู้ว่ามันคืออะไร ภาพวาดของกาลิเลโอเขียนให้วงแหวนดูคล้ายกับหูจับของเหยือกน้ำ ในศตวรรษ 18 Maxwell นักวิทยาศาสตร์ชาวสก๊อต สรุปว่าวงแหวนดาวเสาร์ไม่ได้เป็นของแข็ง แต่ประกอบขึ้นจากชิ้นส่วนมากมาย

     ทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์ทราบว่าดาวเสาร์มีวงแหวน 7 วงที่ประกอบด้วยก้อนน้ำแข็งจำนวนนับไม่ถ้วน ซึ่งเกือบทั้งหมดไม่ใหญ่ไปกว่ากองหินบนโลก แต่เมื่อรวมเข้าด้วยกันแล้ว น้ำแข็งนี้มีมวลราวครึ่งหนึ่งของดวงจันทร์ไมมาส(Mimas) ของดาวเสาร์ และแผ่ออกไปเกือบ 280 ล้านกิโลเมตรจากพื้นผิวดาวเคราะห์ Kempf กล่าวเสริมว่า เกือบตลอดศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าวงแหวนน่าจะก่อตัวขึ้นในเวลาเดียวกับดาวเสาร์

การสำรวจดาวเสาร์ของ Christiaan Huygens ระบุว่า สิ่งที่กาลิเลโออธิบายว่าคล้ายแขนหรือหูถ้วย แท้จริงแล้วเป็นวงแหวน image credit: wikipedia.org 

      แต่แนวคิดนี้ก็สร้างปัญหาขึ้นมา เมื่อวงแหวนดาวเสาร์ดูสะอาดสดใส การสำรวจได้บอกว่ารายละเอียดเหล่านี้ประกอบด้วยน้ำแข็งบริสุทธิ์ราว 98% โดยปริมาตร โดยมีวัสดุสารหินเพียงเล็กน้อยเท่านั้น เป็นไปไม่ได้เลยที่จะมีวงแหวนที่เป็นน้ำแข็งเกือบทั้งหมดอย่างนี้ Kempf กล่าว

     คาสสินีได้ให้โอกาสในการระบุอายุของวงแหวนดาวเสาร์ เมื่อยานไปถึงดาวเสาร์ในปี 2004 และรวบรวมข้อมูลจนกระทั่ง ยานจบชีวิตด้วยการพุ่งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ในปี 2017 เครื่องวิเคราะห์ฝุ่นอวกาศซึ่งมีรูปร่างคล้ายตะกร้า ก็เก็บอนุภาคขนาดเล็กเมื่อยานพุ่งเข้าไปได้

     วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ที่ LASP ออกแบบและสร้างเครื่องวิเคราะห์ฝุ่นที่ดีขึ้นไปอีก ให้กับปฏิบัติการ ยูโรปา คลิปเปอร์(Europa Clipper) ของนาซา ซึ่งมีกำหนดบินออกสู่อวกาศในปี 2024 ทีมประเมินว่าฝุ่นระหว่างดาวเคราะห์ที่ไปถึงวงแหวนดาวเสาร์น่าจะไม่ถึง 1 กรัมฝุ่นต่อทุกตารางฟุตในแต่ละปี ซึ่งดูเล็กน้อยแต่ก็พอจะสะสมได้ การศึกษาก่อนหน้านี้ยังบอกว่าวงแหวนน่าจะมีอายุน้อย แต่ก็ไม่ได้รวมการตรวจสอบการสะสมฝุ่นไว้

      วงแหวนน่าจะค่อยๆ หายไป ในการศึกษาก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์นาซาได้รายงานว่าน้ำแข็งค่อยๆ ตกลงสู่ดาวเคราะห์ และอาจจะหายไปโดยสิ้นเชิงในอีก 1 ร้อยล้านปีข้างหน้า รายละเอียดที่ปรากฏเพียงไม่นานเหล่านี้เมื่อยานกาลิเลโอและคาสสินีได้สำรวจ ก็แทบจะเกินฝันไป Kempf กล่าว และมันก็ให้คำอธิบายว่าวงแหวนก่อตัวขึ้นได้อย่างไร

     นักวิทยาศาสตร์บางคนเคยสงสัยว่าวงแหวนดาวเสาร์อาจจะก่อตัวขึ้นเมื่อแรงโน้มถ่วงดาวเคราะห์ได้ฉีกทำลายหนึ่งในดวงจันทร์ของมันไป ถ้าวงแหวนมีอายุสั้นและมีพลวัต เพราะเหตุใดเราจึงยังเห็นมันในตอนนี้ นี่ต้องเรียกว่าโชคดีอย่างมาก

     ผู้เขียนร่วมการศึกษาใหม่ได้แก่ Nicolas Altobell จากองค์กรอวกาศยุโรป, Jürgen Schmidt จากมหาวิทยาลัยอิสระแห่งแบร์ลิน, Jeffrey Cuzzi และ Paul Estrada จากศูนย์วิจัยเอมส์นาซา และ Ralf Srama จากมหาวิทยาลัยชตุดการ์ด

แหล่งข่าว phys.org - new study puts a definitive age on Saturn’s rings: they’re really young
                iflscience.com – Saturn’s rings are much, much younger than their planet  

มีอะไรอยู่ภายในดวงจันทร์ของโลก

 

     ทีมนักดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยโค้ต ดาซูร์, หอสังเกตการณ์แห่งโค้ต ดาซูร์และเพื่อนร่วมงาน ได้พบหลักฐานเพิ่มเติมว่าดวงจันทร์ของโลกมีแกนกลางส่วนในที่คล้ายกับที่แกนกลางของโลก ในการศึกษาซึ่งรายงานในวารสาร Nature ทีมได้วิเคราะห์ข้อมูลจากหลากหลายแหล่ง และใช้เพื่อทำแบบจำลองที่ถอดภาพภายในของดวงจันทร์

      ในปี 2011 นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่นาซา ใช้ข้อมูลคลื่นไหวสะเทือนที่นักบินอวกาศอพอลโลได้บันทึกไว้ เพื่อทำนายสิ่งที่อาจจะซ่อนอยู่ในใจกลางดวงจันทร์ เนื่องจากความละเอียดข้อมูลนั้นต่ำเกินกว่าจะระบุสถานะแกนกลางส่วนในได้อย่างเที่ยงตรง แต่พวกเขาบอกว่ามันน่าจะมีแกนกลางส่วนในที่เป็นของแข็ง โดยมีรัศมีราว 240 กิโลเมตร ในความพยายามครั้งใหม่นี้ นักวิจัยใช้ข้อมูลจากหลายแหล่งเพื่อทำการประเมินคล้ายๆ กันและพบหลักฐานที่สอดคล้องด้วยดีกับผลจากนาซา

      เพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับแกนกลางดวงจันทร์ให้มากขึ้น ทีมวิจัยรวบรวมข้อมูลจากปฏิบัติการอวกาศมากมาย และจากการทดลองที่ทำบนดวงจันทร์จำนวนมาก พวกเขาใช้ข้อมูลดังกล่าวเพื่อสร้างคุณลักษณะของภายในดวงจันทร์ ซึ่งรวมถึงการแจกแจงลักษณะเช่น ความรุนแรงของการแปรสภาพที่เกิดเนื่องจากปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงกับโลก, ระยะทางจากดวงจันทร์ถึงโลก และยังรวมถึงความหนาแน่นของดวงจันทร์ด้วย จากนั้นก็ใส่ข้อมูลทั้งหมดในแบบจำลอง ต่อมาก็เดินเครื่องแบบจำลองแกนกลางหลายๆ แบบเพื่อดูผลที่จะสอดคล้องกับข้อมูลจริงมากที่สุด

     แบบจำลองที่สอดคล้องอย่างดีที่สุดกับการสำรวจ เผยให้เห็นหลักฐาน active overturn เมื่อวัสดุสารที่หนาแน่นกว่ากำลังถูกดึงเข้าใกล้แกนกลางมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป บังคับให้วัสดุสารที่เบากว่าลอยขึ้น การค้นพบนี้ช่วยอธิบายว่าจะมีธาตุบางชนิดซึ่งรวมถึงแร่ธาตุที่อุดมด้วยเหล็กจึงลอยขึ้นแล้วโผล่ในพื้นที่ภูเขาไฟบนดวงจันทร์ซึ่งกลายเป็นเปลือกดวงจันทร์ในปัจจุบัน แต่การค้นพบหลักอีกข้อก็คือ ความหนาแน่นของแกนกลางส่วนในดวงจันทร์ซึ่งสอดคล้องกับแกนกลางส่วนในของโลก

      แบบจำลองยังแสดงว่าแกนกลางส่วนในมีรัศมีราว 258 กิโลเมตร และความหนาแน่นราว 7822 กิโลเมตรต่อลูกบาศก์เมตรซึ่งเป็นค่าหนาแน่นของเหล็ก และยังแสดงว่าแกนกลางส่วนนอกอาจจะเป็นชั้นของไหลที่ปกคลุมแกนกลางส่วนใน โดยมีรัศมี 362 กิโลเมตร

      ผลสรุปของทีมที่นำโดย Arthur Briaud นักดาราศาสตร์จากศูนย์เพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์แห่งชาติ ฝรั่งเศส ได้ยืนยันการค้นพบก่อนหน้านั้น และยังตอกย้ำถึงแกนกลางดวงจันทร์ที่คล้ายกับแกนกลางของโลก และยังมีนัยยะที่สำคัญต่อวิวัฒนาการดวงจันทร์ด้วย เราทราบว่าไม่นานหลังจากที่มันก่อตัวขึ้น ดวงจันทร์เคยมีสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังกว่าโลก 100 เท่าซึ่งเริ่มต้นถดถอยเมื่อราว 3.2 พันล้านปีก่อน สนามแม่เหล็กลักษณะนี้น่าจะถูกสร้างโดยการเคลื่อนที่และการพาความร้อน(convection) ในแกนกลาง ดังนั้น องค์ประกอบของแกนกลางจึงมีความสัมพันธ์อย่างลึกซึ้งกับรูปแบบที่สนามแม่เหล็กหายไปอย่างไร และเพราะเหตุใด

     ผลสรุปของเราตั้งคำถามวิวัฒนาการสนามแม่เหล็กดวงจันทร์ที่เกิดจากการมีอยู่ของแกนกลางส่วนใน และสนับสนุนลำดับเหตุการณ์การกลับชั้นแมนเทิล ซึ่งเผยแง่มุมสู่ไทม์ไลน์ที่เกิดการระดมชนบนดวงจันทร์ในช่วงพันล้านปีแรกของระบบสุริยะ ทีมเขียนไว้ในรายงาน

 

แหล่งข่าว phys.org : more evidence found showing the moon’s inner core is solid, like Earth’s
               sciencealert.com : scientists finally confirm what’s inside the Moon
               iflscience.com : the mysterious interior of the Moon has been revealed at last    

ละครเงารอบๆ TW Hydrae

 

ภาพจากศิลปินแสดงวงแหวนและดิสก์ฝุ่นรอบๆ TW Hydrae 

     ในปี 2017 นักดาราศาสตร์ได้รายงานการค้นพบเงาสายหนึ่งที่กวาดไปทั่วผิวหน้าของดิสก์ก๊าซและฝุ่นแบนที่ล้อมรอบดาวฤกษ์แคระแดง TW Hydrae เงานี้ไม่ได้มาจากดาวเคราะห์แต่มาจากดิสก์วงในที่เอียงที่เทียบกับดิสก์วงนอกที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก เป็นสาเหตุให้ทิ้งเงาบนดิสก์วงใหญ่

       คำอธิบายหนึ่งก็คือ แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ที่มองไม่เห็นดวงหนึ่งกำลังดึงฝุ่นและก๊าซเข้าสู่วงโคจรที่เอียงของมัน ขณะนี้ เกิดเงาสายที่สองแบบผลุบๆ โผล่ๆ ในเวลาเพียงไม่กี่ปีระหว่างการสำรวจของกล้องฮับเบิลที่เก็บไว้ที่คลังมิคัลสกี้ นี่อาจจะมาจากดิสก์อีกวงที่ฝังตัวอยู่ในระบบ ดิสก์ทั้งสองน่าจะเป็นหลักฐานว่ามีดาวเคราะห์คู่หนึ่งกำลังก่อร่างสร้างตัว

     TW Hydrae มีอายุไม่ถึง 10 ล้านปี และอยู่ไกลออกไป 200 ปีแสง มันยังถือเป็นทารกอายุน้อยซึ่งยังไม่ได้เริ่มหลอมไฮโดรเจนในแกนกลางด้วยซ้ำ แต่เมื่อ 4.6 พันล้านปีก่อน ระบบสุริยะของเราอาจจะคล้ายกับระบบ TW Hydrae นี้ เนื่องจากระบบแห่งนี้กำลังเอียงเกือบหันหน้า(face-on) พอดีเมื่อมองจากโลก มันเป็นเป้าหมายที่เหมาะสมในการมองภาพพื้นที่ก่อสร้างระบบดาวเคราะห์จากมุมสูง

      เงาที่สองถูกพบในการสำรวจที่ทำเมื่อวันที่ 6 มิถุนายน 2021 อันเป็นส่วนหนึ่งของโครงการต่อเนื่องหลายปีซึ่งออกแบบมาให้ตามรอยเงาในดิสก์สสารรอบดาวฤกษ์ John Debes จากสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ(STScI) ได้เปรียบเทียบการสำรวจ TW Hydrae หลังสุดเหล่านี้กับการสำรวจที่ทำเมื่อหลายปีก่อนหน้า เราได้พบว่าเงานั้นได้สร้างสิ่งที่แตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง Debes ผู้นำโครงการและผู้เขียนหลักการศึกษาที่เผยแพร่ใน Astrophysical Journal กล่าว

ภาพจากกล้องฮับเบิลแสดงวงแหวนก๊าซฝุ่นรอบ TW Hydrae ที่ถูกถ่ายภาพในปี 2016 และ 2021 ภาพเป็นมุมมองดิสก์จากด้านบน ภาพซ้าย จะมีเงาสายหนึ่งอยู่ที่ตำแหน่ง 11 นฬก(A) ส่วนภาพขวา แสดงเงาสองสายที่ 11 นฬก(B) และ 7 นฬก(C) เป็นหลักฐานว่ามีวงแหวนสองวงฝังตัวเอียงด้วยมุมที่แตกต่างกัน

     เมื่อผมเริ่มพิจารณาข้อมูล เราคิดว่ามีบางสิ่งที่ผิดพลาดจากการสำรวจเนื่องจากมันไม่ใช่สิ่งที่ผมคิดไว้เลย ตอนแรกผมก็ฉงนแล้วเพื่อนร่วมงานของผมก็ถาม เกิดอะไรขึ้น เราทั้งหมดต้องเกาศีรษะและใช้เวลาสักพักเพื่อหาคำอธิบาย Rebecca Nealon สมาชิกทีมจากมหาวิทยาลัยวอร์วิค สหราชอาณาจักร กล่าวเสริมว่า เราต้องสร้างทฤษฎีอธิบายสิ่งที่อาจจะเป็นสาเหตุให้เงาเปลี่ยนไป แต่เพื่อทดสอบเราก็ต้องทำแบบจำลองเมื่อเราปรับจำนวนและความเอียงของดิสก์ เพื่อพยายามสร้างผลที่ได้จากฮับเบิลขึ้นมาอีกครั้ง

      คำตอบที่ดีที่สุดที่ทีมได้ก็คือ มีดิสก์สองวงที่เอียงกันและกันกำลังทิ้งเงา พวกมันอยู่ใกล้กันมากในการสำรวจช่วงต้นจนมองไม่เห็น เมื่อเวลาผ่านไป ก็เริ่มแยกตัวออกและแยกเป็น 2 เงา เราไม่เคยได้เห็นอะไรแบบนี้กับดิสก์กำเนิดดาวเคราะห์มาก่อน มันทำให้ระบบนี้มีความซับซ้อนมากกว่าที่เราคิดไว้อย่างมาก Debes กล่าว

     คำอธิบายที่ง่ายๆ ที่สุดก็คือ ดิสก์ที่เอียงทั้งสองน่าจะเกิดจากแรงดึงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ 2 ดวงที่อยู่ในระนาบโคจรที่แตกต่างกันไป ฮับเบิลจึงปะติดปะต่อโครงสร้างสถาปัตยกรรมของระบบแห่งนี้ ดิสก์อาจจะเป็นตัวระบุว่าดาวเคราะห์กำลังวิ่งไล่กวดกันไปรอบๆ ดาวฤกษ์ ก็คล้ายๆ กับแผ่นเสียงไวนิล 2 แผ่นที่กำลังหมุนด้วยความเร็วที่ต่างกันเล็กน้อย บางครั้งปกแผ่นก็ไปเรียงตัวกัน แต่บางครั้งอันหนึ่งจะล้ำหน้าอีกอันได้

     มันได้บอกว่าดาวเคราะห์ทั้งสองจะต้องอยู่ค่อนข้างใกล้กันและกัน ถ้าดวงหนึ่งกำลังเคลื่อนที่เร็วกว่าอีกดวงอย่างมาก ก็น่าจะสังเกตเห็นได้ในการสำรวจก่อนหน้านี้ มันก็เหมือนกับรถแข่งสองคันที่อยู่ใกล้กัน แต่อีกคันจะค่อยๆ แซงอีกคันไป Debes กล่าว ดาวเคราะห์ที่ต้องสงสัยอยู่ในพื้นที่พอๆ กับระยะทางจากดาวพฤหัสฯ ถึงดวงอาทิตย์ และเงาก็หมุนไปรอบดาวฤกษ์ครบรอบทุกๆ 15 ปีในทิศตามเข็มนาฬิกา ซึ่งเป็นคาบการโคจรที่น่าจะเป็นของดาวเคราะห์จากระยะทางดังกล่าว

ไดอะแกรมอธิบายโครงสร้างของระบบ TW Hydrae รวมถึงระยะทางและความเอียงของดิสก์ด้วย

     ข้อมูลบอกว่า วงแหวนส่วนในอยู่ที่ระยะทางระหว่าง 5 ถึง 6 AU(Astronomical units; ระยะทางเฉลี่ยจากโลกถึงดวงอาทิตย์) จาก TW Hydrae และวงแหวนที่สองอยู่ที่ระหว่าง 6 ถึง 7 AU เมื่อพวกมันโคจร แรงโน้มถ่วงจะเป็นสาเหตุให้ดิสก์หมุนเอียงเล็กน้อยเมื่อเทียบต่อกันและกัน สร้างเงาที่ทำให้ส่วนไกลของดิสก์วงใหญ่มืดลง ความลึกของเงาบอกว่าดิสก์วงใน 2 วงเอียงราว 5 ถึง 7 องศาเมื่อเทียบกับระนาบของดิสก์วงนอก

     นี่เทียบได้กับช่วงความเอียงของวงโคจรภายในระบบสุริยะ นี่เป็นเรื่องปกติในโครงสร้างสถาปัตยกรรมระบบสุริยะทั่วไป Debes กล่าว แม้ว่าดาวเคราะห์ทั้งหมดในระบบของเราอาจจะดูกระจุกในระนาบที่แบนๆ แต่ความเอียงก็สูงได้ถึง 7 องศาในกรณีของดาวพุธ และถ้านับพลูโตด้วย ก็ที่ 17 องศา  

     ดิสก์วงนอกที่เงาทอดลงมา ก็อาจจะแผ่ไปได้ไกลหลายเท่ารัศมีของแถบไคเปอร์(Kuiper Belt) รอบระบบของเรา ดิสก์วงใหญ่นี้มีช่องว่างแห่งหนึ่งที่ราว 2 เท่าระยะทางเฉลี่ยของพลูโตรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งอาจเป็นหลักฐานของดาวเคราะห์ดวงที่สามในระบบแห่งนี้

      ดาวเคราะห์วงในใดๆ ในระบบนี้น่าจะตรวจจับได้ยากเนื่องจากแสงของพวกมันน่าจะหายไปในแสงจ้าของดาวฤกษ์ นอกจากนี้ ฝุ่นในระบบเองก็น่าจะทำให้แสงสะท้อนจากดาวเคราะห์มืดลงด้วย ดาวเทียมไกอาอาจจะสามารถตรวจสอบการส่าย(wobble) ของดาวฤกษ์ถ้ามีดาวเคราะห์มวลพอๆ กับดาวพฤหัสฯ กำลังดึงดาวฤกษ์อยู่ แต่นั้นก็ต้องใช้เวลาหลายปีจากคาบการโคจรที่ยาวนาน กล้องเวบบ์เองก็อาจจะแสดงเงาในรายละเอียดที่มากขึ้นได้

แหล่งข่าว esahubble.org : Hubble follows shadow play around planet-forming disc
                sciencealert.com : mysterious shadow pattern in space reveals an off-kilter surprise  

หางโซเดียมของดาวเคราะห์น้อยฟีธอน

 

ภาพจากศิลปินแสดงฟีธอน(3200 Phaethon) ร้อนขึ้นและปล่อยวัสดุสารออกมาเมื่อมันเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น

     ดาวเคราะห์น้อยแปลกประหลาดดวงหนึ่ง ดูจะยิ่งแปลกขึ้นไปอีกเล็กน้อย เราทราบมาสักระยะหนึ่งแล้วว่า ดาวเคราะห์น้อยฟีธอน(3200 Phaethon) ทำตัวเหมือนกับดาวหาง มันสว่างขึ้นและสร้างหางเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ และมันเป็นแหล่งของฝนดาวตกเจมินิดส์(Geminid meteor shower) ที่มาทุกปี แม้ว่าฝนดาวตกเกือบทุกเหตุการณ์จะเกิดจากดาวหางทั้งนั้น

      นักวิทยาศาสตร์บอกว่าพฤติกรรมที่คล้ายดาวหางของฟีธอน เกิดจากฝุ่นที่หนีออกจากดาวเคราะห์น้อยเมื่อดวงอาทิตย์ทำให้มันร้อนขึ้น อย่างไรก็ตาม การศึกษาใหม่โดยใช้หอสังเกตการณ์สุริยะสองแห่งของนาซาได้เผยให้เห็นว่า หางของฟีธอนไม่ได้เป็นฝุ่นทั้งหมดแต่อย่างใด แต่แท้ที่จริงแล้ว มันประกอบด้วยก๊าซโซเดียม Qicheng Zhang นักศึกษาปริญญาเอกที่คัลเทค(Caltech) ซึ่งเป็นผู้เขียนนำรายงานใน Planetary Science Journal กล่าวว่า การวิเคราะห์ของเราได้แสดงว่ากิจกรรมที่คล้ายดาวหางของฟีธอนไม่สามารถอธิบายได้โดยฝุ่นชนิดใดๆ เลย

     ดาวเคราะห์น้อยซึ่งมีองค์ประกอบเป็นหินเกือบทั้งหมด โดยปกติจะไม่สร้างหางเมื่อพวกมันเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม ดาวหางซึ่งเป็นส่วนผสมของน้ำแข็งกับหิน และปกติแล้วจะสร้างหางเมื่อดวงอาทิตย์ทำให้น้ำแข็งระเหิดออกมา ระเบิดวัสดุสารออกจากพื้นผิวและทิ้งรอยทางไว้ตามวงโคจร เมื่อโลกเคลื่อนผ่านรอยเศษซาก ชิ้นส่วนจากดาวหางเหล่านั้นก็จะร้อนขึ้นในชั้นบรรยากาศและสร้างกลุ่มของดาวตก ซึ่งกลายเป็นฝนดาวตก นั้นเอง

      หลังจากที่นักดาราศาสตร์ได้พบฟีธอนในปี 1983 พวกเขาก็ตระหนักว่าวงโคจรของดาวเคราะห์น้อยดวงนี้สอดคล้องกับฝนดาวตกเจมินิดส์ นี่ชี้ว่าฟีธอนเป็นแหล่งที่มาของฝนดาวตกประจำปี แม้ว่าฟีธอนจะเป็นดาวเคราะห์น้อยไม่ใช่ดาวหางก็ตาม ในปี 2009 ดาวเทียม STEREO(Solar Terrestrial Relation Observatory) ของนาซาได้พบหางสั้นๆ จากฟีธอน เมื่อมันเคลื่อนเข้าใกล้จุดที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด(perihelion) ตามวงโคจร 524 วันของมัน กล้องโทรทรรศน์ปกติมองหางนี้ไม่เห็นเนื่องจากมันจะก่อตัวขึ้นเฉพาะเมื่อฟีธอนอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์เกินกว่าจะสำรวจได้ ยกเว้นด้วยหอสังเกตการณ์สุริยะเท่านั้น

     STEREO ยังมองเห็นการพัฒนาของหางฟีธอนในช่วงที่มันเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ครั้งหลังๆ ในปี 2012 และ 2016 ลักษณะปรากฏของหางยืนยันแนวคิดที่ว่ามีฝุ่นที่กำลังหนีออกจากพื้นผิวดาวเคราะห์น้อยเมื่อดวงอาทิตย์ทำให้ดาวเคราะห์น้อยร้อนขึ้น อย่างไรก็ตาม ในปี 2018 ปฏิบัติการสุริยะอีกงานได้ถ่ายภาพร่องรอยซากที่สร้างฝนดาวตกเจมินิดส์และพบเรื่องที่สร้างความประหลาดใจ การสำรวจจาก Parker Solar Probe ได้แสดงว่ารอยเศษซากมีวัสดุสารมากเกินกว่าที่ฟีธอนจะสามารถทิ้งออกมาได้ในระหว่างเข้าใกล้ดวงอาทิตย์

ภาพฟีธอนจากช่วงความยาวคลื่นที่ไวต่อโซเดียมของ SOHO(ซ้าย) และช่วงที่ไวต่อฝุ่น(ขวา)

      ทีมของ Zhang สงสัยว่าน่าจะเป็นสิ่งอื่นที่ไม่ใช่ฝุ่น เบื้องหลังพฤติกรรมมีหางของฟีธอนนี้ ดาวหางมักจะเรืองสว่างไสวจากการเปล่งคลื่นของโซเดียม เมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากๆ ดังนั้น เราจึงสงสัยว่าโซเดียมก็น่าจะมีบทบาทหลักที่ทำให้ฟีธอนสว่างขึ้นเช่นกัน Zhang กล่าว การศึกษาก่อนหน้านี้ซึ่งมีพื้นฐานจากแบบจำลองและการทดสอบในห้องทดลอง ได้บอกว่าความร้อนรุนแรงจากดวงอาทิตย์ในระหว่างที่ฟีธอนผ่านเข้าใกล้ น่าจะระเหิดโซเดียมภายในดาวเคราะห์น้อยออกมาและผลักดันกิจกรรมการสร้างหางขึ้นมา

      ด้วยความหวังที่จะค้นหาว่าหางฟีธอนนั้นจริงๆ แล้วมีองค์ประกอบเช่นไร Zhang จึงตรวจสอบมันอีกครั้งในระหว่างที่ฟีธอนเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดครั้งล่าสุดในปี 2022 เขาใช้ยาน SOHO(Solar and Heliosphere Observatory) ซึ่งเป็นปฏิบัติการร่วมระหว่างนาซาและอีซา(European Space Agency) ซึ่งมีฟิลเตอร์สีที่สามารถตรวจจับโซเดียมและฝุ่นได้ ทีมยังสำรวจภาพในคลังจาก STEREO และ SOHO ได้พบหางในระหว่างฟีธอนผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ 18 ครั้งระหว่างปี 1997 จนถึง 2022 ด้วย

     ในตอนแรก STEREO ไม่สามารถตรวจจับช่วงความยาวคลื่นที่โซเดียมเรืองสว่างได้ แต่เมื่อยานมีอายุมากขึ้น ฟิลเตอร์ Heliospheric Imager 1 ได้เสื่อมสภาพลงจนมีความไวต่อโซเดียม และในการสำรวจของ SOHO หางของฟีธอนปรากฏสว่างในฟิลเตอร์ที่ตรวจจับโซเดียม แต่ไม่ปรากฏในฟิลเตอร์ที่ตรวจจับฝุ่น

     นอกจากนี้ รูปร่างของหางและรูปแบบที่หางสว่างขึ้นเมื่อฟีธอนวาดตัวผ่านดวงอาทิตย์ก็สอดคล้องพอดีกับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คาดไว้ถ้ามันมีองค์ประกอบเป็นโซเดียม แต่ไม่สอดคล้องถ้ามันเป็นฝุ่น หลักฐานนี้จึงบ่งชี้ว่าหางของฟีธอนประกอบด้วยโซเดียม ไม่ใช่ฝุ่น

     Karl Battams สมาชิกทีมจากห้องทดลองวิจัยกองทัพเรือ กล่าวว่า ไม่เพียงแต่เรามีข้อสรุปแบบสวยๆ ที่จะจบการคิดที่ยาวนาน 14 ปีว่าเรารู้ทุกอย่างเกี่ยวกับฟีธอน แต่เรายังใช้ข้อมูลจากยานฟิสิกส์สุริยะ 2 ลำคือ STEREO และ SOHO ซึ่งก็ไม่ได้ตั้งเป้ามาเพื่อศึกษาปรากฏการณ์ประหลาดอย่างนี้เลย

     Zhang และเพื่อนร่วมงานสงสัยว่าดาวหางบางดวงที่ SOHO ได้พบ หรือโดยนักวิทยาศาสตร์ภาคประชาชนที่ศึกษาภาพจาก SOHO ในฐานะส่วนหนึ่งของ sungrazer project ก็น่าจะไม่ใช่ดาวหางเลย มี “ดาวหางที่เฉียดดวงอาทิตย์” อีกมากมายหลายดวงที่อาจจะไม่ใช่ดาวหางในแบบที่เป็นวัตถุน้ำแข็งทั่วไป แต่อาจจะเป็นดาวเคราะห์หินอย่างฟีธอนที่ดวงอาทิตย์ทำให้มันร้อนขึ้นแทน Zhang อธิบาย

ภาพเรดาร์ที่ได้จากหอสังเกตการณ์อาเรซิโบ แสดงรูปร่างและการหมุนรอบตัวของฟีธอน

      แต่กระนั้น ก็ยังมีคำถามสำคัญอีกข้อเหลืออยู่ ถ้าฟีธอนไม่ได้ทิ้งฝุ่นออกมาแต่เป็นก๊าซ แล้วดาวเคราะห์น้อยดวงนี้ป้อนวัสดุสารให้กับฝนดาวตกเจมินิดส์ที่เรามองเห็นทุกๆ เดือนธันวาคม ได้อย่างไร ทีมของ Zhang สงสัยว่าน่าจะมีการรบกวนบางอย่างเกิดขึ้นเมื่อไม่กี่พันปีก่อน บางทีอาจมีชิ้นส่วนของดาวเคราะห์น้อยที่แตกออกภายใต้ความเครียดจากการหมุนรอบตัวของฟีธอน เป็นสาเหตุให้ฟีธอนผลักวัสดุสารหลายพันล้านตันออกมาสร้างเป็นกระแสธารเศษซากป้อนให้กับฝนดาวตกเจมินิดส์ แต่เหตุการณ์นั้นจะเป็นอะไรก็ยังเป็นปริศนา

     อาจจะมีคำตอบเพิ่มขึ้นจากปฏิบัติการขององค์กรสำรวจอวกาศญี่ปุ่น(JAXA) ที่เรียกว่า DESTINY+(Demonstration and Experiment of Space Technology for Interplanetary voyage Phaethon flyby and dust science) ซึ่งในทศวรรษนี้ คาดว่า DESTINY+ จะบินผ่านฟีธอน ถ่ายภาพพื้นผิวหินของมันและศึกษาฝุ่นใดๆ ที่อาจจะมีอยู่รอบดาวเคราะห์น้อยพิสดารดวงนี้

     การค้นพบดาวเคราะห์น้อยที่มีคุณลักษณะคล้ายดาวหางซึ่งรวมถึง มีหางด้วย ซึ่งเรียกดาวเคราะห์น้อยกลุ่มนี้ว่า ดาวเคราะห์น้อยมีกิจกรรม(active asteroids) ทำให้เส้นแบ่งพฤติกรรมระหว่างดาวหางและดาวเคราะห์น้อยพร่าเลือน

แหล่งข่าว phys.org : asteroid’s comet-like tail is not made of dust, solar observatories reveal
                sciencealert.com : the tail on this bizarre, comet-like asteroid isn’t quite what anybody expected