สมาคมดาราศาสตร์ไทย

แคสซีนีพุ่งฝ่าดงพายุไอน้ำเฉียดเอนเซลาดัส

แคสซีนีพุ่งฝ่าดงพายุไอน้ำเฉียดเอนเซลาดัส

Researchers found that the magnitude of the moon's slight wobble, as it orbits Saturn, can only be accounted for if its outer ic

2 พ.ย. 2558
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
เมื่อวันที่ 28 ตุลาคมที่ผ่านมา ยานแคสซีนีของนาซาได้พุ่งเฉียดพื้นผิวเหนือขั้วใต้ของดวงจันทร์เอนเซลาดัสด้วยระยะความสูงเพียง 49 กิโลเมตรเหนือพื้นผิว การเฉียดครั้งนี้ไม่ใช่ครั้งที่ใกล้ที่สุด ยานแคสซีนีเคยเฉียดเอนเซลาดัสที่ระดับความสูงเพียง 24 กิโลเมตรมาก่อน แต่ครั้งนี้เป็นครั้งแรกที่ยานพุ่งฝ่าเข้าไปในดงของพู่แก๊สของดวงจันทร์ดวงนี้โดยตรง ซึ่งเป็นระยะที่ใกล้ที่สุดเท่าที่เคยทำ

ดวงจันทร์เอนเซลาดัสเป็นดวงจันทร์ดวงหนึ่งของดาวเสาร์ นักดาราศาสตร์ให้ความสนใจบริวารดวงนี้เป็นพิเศษ เพราะพบว่าที่บริเวณขั้วใต้มีลำของแก๊สพ่นออกมาเป็นพู่ออกสู่อวกาศหลายลำ แต่ละลำมีความยาวหลายพันกิโลเมตร และที่พื้นผิวบริเวณดังกล่าวก็มีรอยแตกยาวขนานกันหลายเส้น ซึ่งนักดาราศาสตร์ขนานนามว่า "ลายพาดกลอน" 

ยานแคสซีนีได้พุ่งผ่านพู่แก๊สด้วยความเร็ว กิโลเมตรต่อวินาที ในช่วงเวลาดังกล่าวพื้นผิวทางขั้วใต้เป็นเวลากลางคืนเพราะไม่ถูกแสงแดด แสงที่ให้ความสว่างบนพื้นผิวคือแสงสะท้อนจากดาวเสาร์ ซึ่งมีความเข้มแสงเพียงประมาณหนึ่งในร้อยของแสงจันทร์ในคืนเดือนเพ็ญที่สาดส่องพื้นโลกเท่านั้น

ยานแคสซีนีพบว่า แก๊สในพู่ที่พ่นออกมาประกอบด้วยสารอินทรีย์ ซึ่งแสดงว่าต้องมีกระบวนการบางอย่างทำให้น้ำภายในดวงจันทร์ดวงนี้ร้อนขึ้น เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในก้นมหาสมุทรของโลก 

นักวิทยาศาสตร์ของโครงการตั้งเป้าหมายหลักในการเฉียดครั้งนี้สามอย่าง คือ วัดว่าพู่แก๊สนี้มีโมเลกุลไฮโดรเจนอยู่ปริมาณมากน้อยเท่าใด ปริมาณของโมเลกุลไฮโดรเจนยิ่งมาก ก็แสดงว่ากระบวนการที่ทำให้น้ำร้อนยิ่งมีมาก สองคือวัดองค์ประกอบทางเคมีของพู่ และสามคือสำรวจว่าพู่แก๊สที่พ่นออกมามีลักษณะเป็นลำหลายลำแยกจากกันหรือเป็นแผ่นพ่นออกมาตลอดตามแนวเส้นของลายพาดกลอน สิ่งนี้จะบอกได้ว่ามหาสมุทรใต้ดินกับผืนแผ่นดินเชื่อมต่อกันอย่างไร อาจมีลักษณะเป็นสายแก๊สหลายสายทะลวงผ่านเปลือกดาวขึ้นมาถึงพื้นผิว หรือรอยแยกนี้เป็นรอยต่อเนื่องจากพื้นผิวลงไปถึงชั้นมหาสมุทรเบื้องล่าง ซึ่งอาจยังบอกได้อีกว่ามีพลังงานความร้อนแผ่ออกมาจากรอยแยกนี้มากน้อยเท่าใดอีกด้วย

ก่อนหน้านี้เพียงไม่กี่สัปดาห์ ยานแคสซีนีพบว่าแหล่งน้ำใต้ดินของดวงจันทร์เอนเซลาดัสของดาวเสาร์อาจไม่ได้แค่เป็นบ่อขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ยังแผ่กว้างทั่วทั้งดวงเป็นชั้นโครงสร้างหนึ่งของดวงจันทร์เลยทีเดียว

ข้อมูลของเอนเซลาดัสที่ได้จากยานแคสซีนีก่อนหน้านี้บ่งชี้ว่า ที่ใต้พื้นผิวบริเวณขั้วใต้น่าจะมีแหล่งน้ำทรงสะบ้าอยู่ แต่ข้อมูลด้านสนามความโน้มถ่วงที่แคสซีนีอ่านได้ในระหว่างการโคจรเฉียดขั้วใต้อีกหลายครั้งในช่วงต่อมาบวกกับหลักฐานอื่นเริ่มสนับสนุนว่าแหล่งน้ำใต้ดินของดวงจันทร์ดวงนี้น่าจะใหญ่จนคลุมทั้งดวงมากกว่า 

ยานแคสซีนีได้สำรวจดาวเสาร์มาตั้งแต่กลางปี 2547 และมีข้อมูลของดวงจันทร์เอนเซลาดัสมากถึงเจ็ดปี นักวิทยาศาสตร์ของโครงการจึงสร้างแผนที่พื้นผิวที่มีความเที่ยงตรงสูงเพื่อวัดอัตราการหมุนรอบตัวเองอย่างละอียด

จากการวัดการเปลี่ยนตำแหน่งของจุดสังเกตบนพื้นผิว พบว่าดวงจันทร์เอนเซลาดัสมีการแกว่งไปมาในขณะที่โคจรรอบดาวเสาร์ สาเหตุเนื่องจากดวงจันทร์ดวงนี้ไม่เป็นทรงกลมสมบูรณ์ และจากการที่โคจรรอบดาวเสาร์ด้วยอัตราเร็วไม่คงที่ เมื่อเอนเซลาดัสโคจรรอบดาวเสาร์ จึงดูเหมือนกับส่ายหน้าไปมา การส่ายในลักษณะนี้เรียกว่า การแกว่ง (libration) 

นักวิทยาศาสตร์ได้วัดปริมาณการแกว่งเพื่อสร้างแบบจำลองโครงสร้างภายในของดวงจันทร์ดวงนี้ พบว่าเอนเซลาดัสแกว่งมากกว่าที่ควรจะเป็น

"หากดวงจันทร์นี้เป็นของแข็งทั้งดวง การแกว่งจะน้อยกว่าที่วัดได้นี้มาก" มัททิว ทิสคาเรโน จากสถาบันเซตีในเมาเทนวิว แคลิฟอร์เนียกล่าว "นี่แสดงว่าจะต้องมีชั้นของของเหลวอยู่ภายในดวงจันทร์นี้คั่นระหว่างแก่นกับเปลือก"

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า มหาสมุทรใต้พิภพของเอนเซลาดัสอาจอยู่ลึกลงไป 16-24 กิโลเมตรใต้เปลือก และอาจลึกถึง 45 กิโลเมตร

อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ยังไม่เข้าใจนักว่า เหตุใดมหาสมุทรใต้พิภพของเอนเซลาดัสจึงเป็นของเหลวอยู่ได้โดยไม่เยือกแข็ง ปีเตอร์ ทอมัส จากมหาวิทยาลัยคอร์เนล ในอิทากา นิวยอร์ก และคณะคิดว่าบางทีแรงน้ำขึ้นลงที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์เป็นตัวทำให้เกิดความร้อนภายในเอนเซลาดัสอาจมีผลมากกว่าที่เคยคิดไว้ก็เป็นได้

การได้เผยความเร้นลับของเอนเซลาดัสเป็นหนึ่งในผลงานชิ้นโบว์แดงของภารกิจแคสซีนี เริ่มตั้งแต่ต้นปี 2547 นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจพบพู่น้ำแข็งพ่นออกมาจากเอนเซลาดัส หลังจากนั้นก็พบว่ามีวัสดุทะลักออกมาตามรอยแตกใกล้ขั้วใต้อีกหลายครั้ง ในปีที่แล้วได้มีการประกาศว่ามีหลักฐานแน่ชัดถึงแหล่งน้ำขนาดใหญ่ใต้ผิวดิน และในปีนี้ก็พบว่ามีกระบวนการที่ทำให้น้ำร้อนขึ้นเกิดที่ก้นมหาสมุทร

ตลอดภารกิจที่ยาวนานถึงหนึ่งทศวรรษของยานแคสซีนี ยานได้เฉียดดวงจันทร์เอนเซลาดัสมาแล้ว 21 ครั้งรวมครั้งที่เพิ่งผ่านมานี้ด้วย ยานจะเฉียดดวงจันทร์ดวงนี้อีกครั้งในเดือนธันวาคมปีนี้ ซึ่งจะเป็นครั้งสุดท้ายของภารกิจ ก่อนจะเปลี่ยนทิศทางไปเน้นการสำรวจวงแหวนและดวงจันทร์ในเขตวงแหวนแทน

ในปี 2560 ยานแคสซีนีจะย้ายเข้าไปโคจรอยู่ในช่องว่างระหว่างวงแหวนชั้นในสุดกับบรรยากาศชั้นบนสุดของดาวเสาร์ที่มีระยะ 1,900 กิโลเมตร ยานจะใช้เวลาอยู่ในบริเวณนี้อีก 22 รอบการโคจรเพื่อสำรวจสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ วัดหามวลของวงแหวน หาองค์ประกอบของอนุภาคในวงแหวน และบรรยากาศชั้นบนของดาวเสาร์ ซึ่งเป็นภารกิจช่วงสุดท้ายก่อนที่จะหันเหพุ่งสู่ดาวเสาร์ เป็นการปิดฉากภารกิจอันยาวนานของยานลำนี้
ภาพแสดงโครงสร้างภายในดวงจันทร์เอนเซลาดัส <wbr>ใต้พื้นผิวของดวงจันทร์มหาสมุทรใต้พื้นผิวที่เป็นของเหลวอยู่ระหว่างแกนชั้นในที่เป็นหินแข็งกับเปลือกนอกที่เป็นน้ำแข็ง <wbr>ความหนาของชั้นมหาสมุทรไม่ได้แสดงสัดส่วนจริง<br />

ภาพแสดงโครงสร้างภายในดวงจันทร์เอนเซลาดัส ใต้พื้นผิวของดวงจันทร์มหาสมุทรใต้พื้นผิวที่เป็นของเหลวอยู่ระหว่างแกนชั้นในที่เป็นหินแข็งกับเปลือกนอกที่เป็นน้ำแข็ง ความหนาของชั้นมหาสมุทรไม่ได้แสดงสัดส่วนจริง
(จาก NASA/JPL-Caltech)

ดวงจันทร์เอนเซลาดัส ถ่ายโดยยานแคสซีนีเมื่อวันที่ 28 ตุลาคม 2558

ดวงจันทร์เอนเซลาดัส ถ่ายโดยยานแคสซีนีเมื่อวันที่ 28 ตุลาคม 2558 (จาก NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

พู่ไอน้ำที่พ่นออกมาจากขั้วใต้ของเอนเซลาดัส <wbr>ถ่ายโดยยานแคสซีนีเมื่อวันที่ <wbr>28 <wbr>ตุลาคม <wbr>พู่ประกอบด้วยน้ำและสารอินทรีย์บางชนิดจากมหาสมุทรใต้ดินเล็ดลอดออกมาทางรอยแตกที่เรียกกันว่า <wbr>"ลายพาดกลอน" <wbr>ทางขั้วใต้ของดวงจันทร์ดวงนี้ <wbr>แถบราง <wbr>ๆ <wbr>แนวนอนทางส่วนบนของภาพคือวงแหวนของดาวเสาร์<br />

พู่ไอน้ำที่พ่นออกมาจากขั้วใต้ของเอนเซลาดัส ถ่ายโดยยานแคสซีนีเมื่อวันที่ 28 ตุลาคม พู่ประกอบด้วยน้ำและสารอินทรีย์บางชนิดจากมหาสมุทรใต้ดินเล็ดลอดออกมาทางรอยแตกที่เรียกกันว่า "ลายพาดกลอน" ทางขั้วใต้ของดวงจันทร์ดวงนี้ แถบราง ๆ แนวนอนทางส่วนบนของภาพคือวงแหวนของดาวเสาร์
(จาก NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

แผนที่แสดงบริเวณกัมมันต์ใกล้ขั้วใต้ของดวงจันทร์เอนเซลาดัส <wbr>แนวเส้นสีน้ำงินอมเขียวที่พาดขนานกันคือรอยแตกของพื้นผิวที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า <wbr>"ลายพาดกลอน" <wbr>ซึ่งเป็นบริเวณที่พบพู่ของไอน้ำและโมเลกุลของสสารชนิดอื่นพ่นออกมาจากพื้นผิว <wbr>วงกลมเล็กสีขาวและกากบาทแสดงตำแหน่งที่พบลำของสสารพ่นออกมา <wbr>เส้นโค้งสีแดงแสดงเส้นทางที่ยานแคสซีนีเฉียดผ่านเมื่อวันที่ <wbr>28 <wbr>ตุลาคมที่ผ่านมา <wbr><br />

แผนที่แสดงบริเวณกัมมันต์ใกล้ขั้วใต้ของดวงจันทร์เอนเซลาดัส แนวเส้นสีน้ำงินอมเขียวที่พาดขนานกันคือรอยแตกของพื้นผิวที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า "ลายพาดกลอน" ซึ่งเป็นบริเวณที่พบพู่ของไอน้ำและโมเลกุลของสสารชนิดอื่นพ่นออกมาจากพื้นผิว วงกลมเล็กสีขาวและกากบาทแสดงตำแหน่งที่พบลำของสสารพ่นออกมา เส้นโค้งสีแดงแสดงเส้นทางที่ยานแคสซีนีเฉียดผ่านเมื่อวันที่ 28 ตุลาคมที่ผ่านมา 
(จาก NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)

ภาพพื้นผิวของดวงจันทร์เอนเซลาดัส ถ่ายจากยานแคสซีนีที่ระดับความสูง 124 กิโลเมตร

ภาพพื้นผิวของดวงจันทร์เอนเซลาดัส ถ่ายจากยานแคสซีนีที่ระดับความสูง 124 กิโลเมตร (จาก NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

ที่มา: