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