สมาคมดาราศาสตร์ไทย

รู้จักพลูโต ก่อนจะไปถึงขอบฟ้าใหม่

11 มิถุนายน 2558
ปรับปรุงครั้งล่าสุด 11 สิงหาคม 2560
โดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
เป็นเวลากว่า 70 ปีมาแล้ว ที่เราได้รู้จักชื่อพลูโตว่าเป็นสมาชิกดวงหนึ่งของระบบสุริยะ เป็นดาวเคราะห์ดวงกระจ้อยที่อยู่ไกลสุดกู่ในดินแดนอันหนาวเหน็บ เป็นดาวเคราะห์นอกคอกที่ไม่เข้าพวกกับดาวเคราะห์ดวงอื่น จนถึงเป็นดาวเคราะห์ตกชั้น สิ่งหนึ่งที่เรารู้ดีเกี่ยวกับดาวพลูโตก็คือ เราแทบไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับดาวเคราะห์แคระดวงนี้ นั่นเพราะขนาดที่เล็กและระยะทางที่ห่างไกล ประกอบกับการที่ไม่เคยมียานอวกาศลำใดไปสำรวจในระยะใกล้มาก่อน ดาวพลูโตในภาพถ่ายจากกล้องบนโลกเป็นเพียงจุดสว่างที่กินพื้นที่เพียงไม่กี่พิกเซลเท่านั้น

ข้อจำกัดดังกล่าวกำลังจะหมดไป ยานนิวเฮอไรซอนส์ ซึ่งเป็นยานสำรวจดาวพลูโตโดยเฉพาะมีกำหนดที่จะเฉียดผ่านดาวพลูโตพร้อมกับถ่ายภาพและวัดสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ในแบบที่ไม่เคยมีมาก่อน ความเร้นลับของดาวเคราะห์แคระดวงนี้กำลังจะถูกเปิดเผย ข้อมูลจากยานลำนี้จะขยายขอบเขตความรู้เกี่ยวกับดินแดนนอกเขตดาวเคราะห์ของเราให้กว้างไกลขึ้นมาก ก่อนที่ความรู้ใหม่จะไหลทะลักเข้ามาในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า เรามาทำความรู้จักดาวพลูโตให้ถ่องแท้ขึ้นเสียหน่อยเป็นไร

การค้นพบดาวพลูโต

ในช่วงทศวรรษ 1900 หลังจากที่มีการค้นพบดาวเนปจูนไม่นาน เพอร์ซีวาล โลเวลล์ นักดาราศาสตร์อเมริกันได้ตั้งข้อสังเกตว่า ดาวเนปจูนและดาวยูเรนัสมีการเคลื่อนที่ที่เหมือนกับถูกรบกวนโดยดาวเคราะห์ดวงอื่นที่ยังไม่รู้จักอยู่ไม่ไกลจากดาวเคราะห์ทั้งสองนั้น เขาสันนิษฐานว่า อาจมีดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่ยังไม่พบส่งแรงดึงดูดรบกวนอยู่ จึงได้พยายามค้นหาดาวเคราะห์ลึกลับดวงนั้น โดยตั้งชื่อดาวเคราะห์นั้นไว้ล่วงหน้าว่า ดาวเคราะห์เอกซ์ โลเวลล์ค้นหาดาวเคราะห์เอกซ์อยู่นาน 11 ปี โดยไม่พบอะไรจนกระทั่งเขาเสียชีวิตไปในปี 2459

ถัดมาอีก 13 ปี หอดูดาวโลเวลล์ ซึ่งเพอร์ซีวาล โลเวลล์เองเป็นผู้ก่อตั้งขึ้น ได้ริเริ่มโครงการค้นหาดาวเคราะห์ลึกลับอีกครั้ง มีการจ้างเจ้าหน้าที่คนหนึ่งมาทำหน้าที่ค้นหาโดยเฉพาะ เป็นหนุ่มวัย 23 ชื่อ ไคลด์ ทอมบอก์ ทอมบอก์ใช้เวลาราวปีกว่ากับกล้องขนาด 33 เซนติเมตรและเครื่องวัดเทียบกะพริบ จนกระทั่งวันที่ 18 กุมภาพันธ์ พ.ศ.2472 เขาก็ค้นพบสิ่งที่ต้องการ จุดดาวจุดหนึ่งที่จางถึงอันดับ 15 ท่ามกลางดาวนับแสนดวงมีตำแหน่งเปลี่ยนไประหว่างภาพดาวสองภาพ เขาพบดาวเคราะห์ดวงใหม่แล้ว หอดูดาวได้ประกาศการค้นพบดาวเคราะห์ดวงที่เก้าของระบบสุริยะในวันที่ 13 มีนาคม ซึ่งเป็นวันเกิดครบรอบปีที่ 75 ของโลเวลล์พอดี

ชื่อ "พลูโต" มาจากการเสนอของเด็กสาวชาวออกฟอร์ดคนหนึ่งชื่อ เวเนเทีย เบอร์เนย์ พลูโตเป็นชื่อเทพแห่งใต้พิภพของโรมันผู้ล่องหนได้ เหตุผลดีอีกข้อหนึ่งที่ชื่อนี้ได้รับเลือกก็คือ อักษรสองตัวแรกของชื่อพลูโตคือ พี-แอล ตรงกับอักษรนำของชื่อและสกุลของโลเวลล์ จึงเป็นการให้เกียรตินักดาราศาสตร์คนสำคัญคนนี้ด้วย

แม้จะมีการค้นพบดาวเคราะห์ดวงที่ แล้ว แต่ปริศนาดาวเคราะห์เอกซ์ก็ยังไม่คลี่คลาย ก่อนหน้าการพบดาวพลูโต นักดาราศาสตร์คาดว่าดาวเคราะห์ดวงที่ จะมีขนาดใกล้เคียงโลก แต่จากการวัดขนาดเบื้องต้นพบว่าดาวพลูโตเล็กเกินกว่าที่จะรบกวนดาวเคราะห์ยักษ์ทั้งสองดวงได้ ความพยายามค้นหาดาวเคราะห์เอกซ์จึงยังคงดำเนินต่อมาอีกหลายสิบปี

อย่างไรก็ตาม หลังจากการวัดตำแหน่งของดาวยูเรนัสและเนปจูนโดยใช้ข้อมูลใหม่ที่แม่นยำกว่าจากยานวอยเอเจอร์สองลำที่ไปสำรวจระบบสุริยะชั้นนอกในช่วงทศวรรษ 1980 กลับพบว่าไม่พบความผิดปกติแต่อย่างใด เป็นไปได้ว่า ความผิดปกติของตำแหน่งดาวเคราะห์ที่พบในช่วงก่อนนั้นเกิดจากการสังเกตการณ์ที่คลาดเคลื่อนเอง การที่ไคลด์ ทอมบอก์พบดาวพลูโตในขณะที่ดาวพลูโตอยู่ในตำแหน่งใกล้เคียงกับตำแหน่งดาวเคราะห์เอกซ์ที่คำนวณไว้จึงเป็นเรื่องของโชคช่วยทางหนึ่ง

เพอร์ซีวาล โลเวลล์ (ซ้าย) ไคลด์ ทอมบอก์ (ขวา) 

ภาพที่ค้นพบดาวพลูโต ภาพบนถ่ายเมื่อวันที่ 23 มกราคม 2472 ภาพล่างถ่ายเมื่อวันที่ 29 มกราคม 2472 


เป็นดาวเคราะห์ได้แค่ 76 ปี

ดาวพลูโตได้ชื่อว่าเป็นดาวเคราะห์ดวงที่ ของระบบสุริยะ แต่ด้วยความที่มีขนาดเล็กมาก มีดวงจันทร์ในระบบสุริยะถึง ดวงที่ใหญ่กว่าดาวพลูโต อีกทั้งยังมีวงโคจรแปลกประหลาด ทำให้ดาวพลูโตมีลักษณะไม่เข้าพวกกับดาวเคราะห์ดวงอื่น จึงมักถูกมองข้ามไปเมื่อมีการจัดกลุ่มของดาวเคราะห์ หรือไม่เช่นนั้นก็ถูกพิจารณาอย่างดูแคลนเสมอมา

เมื่อเทคโนโลยีของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่พัฒนาขึ้น นักดาราศาสตร์เริ่มค้นพบวัตถุโคจรรอบดวงอาทิตย์ที่ระยะใกล้เคียงกับดาวพลูโตมากขึ้น สิ่งนี้มีผลต่อสถานะของดาวพลูโตทั้งสองทาง ทางหนึ่ง อาจมองว่าดาวพลูโตเริ่มมีพวก วัตถุที่พบใหม่นี้บางดวงมีขนาดใหญ่หลายร้อยกิโลเมตร อาจใหญ่พอที่จะยกฐานะมาเป็นดาวเคราะห์ได้เหมือนกัน ดาวพลูโตอาจจะเล็กเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์ ดวงชั้นใน แต่ก็อาจรับตำแหน่งเป็นพี่ใหญ่ของดาวเคราะห์กลุ่มใหม่ที่อยู่รอบนอกของระบบดาวเคราะห์ได้ แต่ในอีกทางหนึ่ง วัตถุกลุ่มใหม่นี้มีขนาดกระจายไล่เรียงกันมาตั้งแต่เล็กในระดับดาวเคราะห์น้อยจนถึงเกือบเท่าดาวพลูโต จนทำให้หลายคนเริ่มอยากจะย้ายเส้นแบ่งความเป็นดาวเคราะห์กับวัตถุที่เล็กกว่ามาอยู่เหนือดาวพลูโต นั่นหมายความว่า ดาวพลูโตอาจถูกลดระดับจากการเป็นดาวเคราะห์ไปเป็นวัตถุประเภทใหม่เช่นเดียวกับอีกหลายดวงที่มีสมบัติใกล้เคียง เริ่มมีการตั้งคำถามว่า วัตถุต้องมีขนาดเท่าไหร่กันจึงจะถือว่าเป็นดาวเคราะห์ ไม่เคยมีใครกำหนดขีดจำกัดเรื่องขนาดของดาวเคราะห์มาก่อน และตราบใดที่ยังไม่มีการกำหนดนิยามของดาวเคราะห์อย่างจริงจัง สถานะของดาวพลูโตก็ยังต้องคงอยู่ท่ามกลางความไม่แน่นอนต่อไป

จุดเปลี่ยนสำคัญเกิดขึ้นในปี 2548 เมื่อมีการประกาศการค้นพบวัตถุชื่อ 2003 ยูบี 313 วัตถุดวงนี้อยู่ไกลกว่าดาวพลูโตถึงสองเท่า การประเมินขนาดเบื้องต้นคาดว่ามีขนาดเป็นเท่าครึ่งของดาวพลูโตเลยทีเดียว แน่นอนว่านี่เป็นเรื่องใหญ่ 2003 ยูบี 313 น่าจะได้ขึ้นทำเนียบดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่ง เป็นดาวเคราะห์ดวงที่ 10 ของระบบสุริยะ และก็น่าจะได้ถึงเวลากำหนดนิยามของดาวเคราะห์ให้แน่นอนเสียที เพื่อให้เกิดความชัดเจน สามารถนำไปใช้เป็นเกณฑ์ในการตัดสินวัตถุดวงอื่นที่มีขนาดใกล้เคียงกันซึ่งคาดว่าจะพบเพิ่มอีกไม่น้อย

ต่อมาในวันที่ 24 สิงหาคม 2549 สหพันธ์ดาราศาสตร์สากล ได้กำหนดนิยามของดาวเคราะห์ไว้ว่า ดาวเคราะห์คือ วัตถุที่ 1. โคจรรอบดวงอาทิตย์ 2. มีมวลมากพอที่จะทำให้มีสัญฐานกลมหรือเกือบกลม 3. ไม่มีวัตถุอื่นที่มีขนาดใกล้เคียงกันและลักษณะทางกายภาพคล้ายคลึงกันอยู่ใกล้วงโคจร และ 4. ไม่ใช่ดวงจันทร์บริวารของดาวเคราะห์ และกำหนดประเภทวัตถุชนิดใหม่ เรียกว่า ดาวเคราะห์แคระ ซึ่งมีนิยามคล้ายกับดาวเคราะห์ ขาดเพียงข้อ 3

การที่ดาวพลูโตมีวัตถุคล้ายกันหรือขนาดไล่เลี่ยกันอยู่ร่วมวงโคจรอยู่เป็นจำนวนมาก หรือเรียกง่าย ๆ ว่า วงโคจรไม่ปลอดโปร่ง จึงไม่ผ่านเกณฑ์การเป็นดาวเคราะห์ ทำให้สถานะของดาวพลูโตเปลี่ยนจากดาวเคราะห์มาเป็นดาวเคราะห์แคระ นอกจากดาวพลูโตแล้ว 2003 ยูบี 313 ซึ่งต่อมาได้ชื่อสามัญว่า อีริส ก็ได้สถานะเดียวกัน วัตถุอีกดวงหนึ่งก็คือ ซีรีส ซึ่งเดิมเป็นเคราะห์น้อยก็ได้เป็นดาวเคราะห์แคระด้วย

นิยามดาวเคราะห์ใหม่นี้ไม่ถูกใจทุกคน จึงไม่แปลกที่หลังจากการประกาศแล้ว มีนักดาราศาสตร์ดาวเคราะห์หลายคนแสดงความไม่เห็นด้วยกับมติที่ประชุมนี้ จนถึงกับเป็นประเด็นถกเถียงกันมาอีกเป็นเวลานาน ซึ่งเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนักในชุมชนนักดาราศาสตร์สากล ไม่เพียงแต่นักดาราศาสตร์เท่านั้นที่ไม่เห็นด้วย แบบสำรวจประชามติถึงสถานะของดาวพลูโตหลายรุ่นหลายคราวจากนานาสำนักล้วนให้ผลออกมาชัดเจนว่า ผู้ออกเสียงส่วนใหญ่ยังคงอยากให้จัดดาวพลูโตเป็นดาวเคราะห์อยู่

ตัวเล็กแต่ลูกดก

แม้จะมีขนาดเพียงเล็กกระจ้อย แต่ดาวพลูโตกลับมีดวงจันทร์บริวารที่พบแล้วถึงห้าดวง มากกว่าจำนวนดวงจันทร์บริวารของดาวเคราะห์ชั้นในทั้งหมดรวมกันเสียอีก

บริวารดวงแรกของดาวพลูโตที่ค้นพบคือ คารอน ค้นพบในปี 2521 โดย เจมส์ คริสตี นักดาราศาสตร์จากหอดูดาวนาวีสหรัฐฯ คารอนมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับดาวพลูโต เมื่อครั้งที่ยังถือว่าดาวพลูโตเป็นดาวเคราะห์ นักดาราศาสตร์บางคนมองว่าคู่พลูโต-คารอน คือตัวอย่างของดาวเคราะห์คู่ ถึงกับมีการเสนอให้ยกระดับคารอนเป็นดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่งเสียด้วยซ้ำ คารอนมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ถึงครึ่งหนึ่งของดาวพลูโต มีมวล 12 เปอร์เซ็นต์ของดาวพลูโต เทียบกับระบบดวงจันทร์บริวารที่มีขนาดระหว่างดาวเคราะห์กับดวงจันทร์ใกล้เคียงกันมากที่สุดลำดับรองลงมา ก็คือระบบโลก-ดวงจันทร์ ดวงจันทร์มีขนาดหนึ่งในสี่ของโลก และมีมวล 1.2 เปอร์เซ็นต์ของโลก


ภาพที่ค้นพบดวงจันทร์คารอน 

นอกจากนี้คารอนยังโคจรอยู่ใกล้กับดาวพลูโตมาก ระยะทางเฉลี่ยระหว่างดาวพลูโตกับคารอนยาวเป็น 16 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวพลูโต ในขณะที่ระยะทางเฉลี่ยระหว่างโลกกับดวงจันทร์ยาวเป็น 60 เท่าของขนาดโลก ระบบพลูโต-คารอนเป็นระบบดวงจันทร์เพียงระบบเดียวในระบบสุริยะที่ศูนย์ระบบมวลอยู่นอกตัวดาวแม่ โดยอยู่ห่างจากผิวดาวพลูโต 18,387 กิโลเมตร เปรียบเทียบกับของโลก-ดวงจันทร์ ศูนย์ระบบมวลอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางโลก 4,660 กิโลเมตร ลึกจากพื้นผิวโลกลงไปถึง 1,700 กิโลเมตร

การที่ดวงจันทร์ของโลกมีขนาดใหญ่ ประกอบกับอยู่ห่างจากโลกไปไม่มาก ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการตรึงโดยแรงน้ำขึ้นลง ผลก็คือ อัตราการหมุนรอบตัวเองของดวงจันทร์เท่ากับอัตราการโคจรรอบโลก ซึ่งเป็นสาเหตุที่ดวงจันทร์หันด้านเดียวเข้าหาโลกตลอดเวลา ระบบดาวพลูโต-คารอนก็เช่นเดียวกันแต่พิเศษกว่าระบบของโลก ไม่เพียงแต่คารอนหันด้านเดียวเข้าหาดาวพลูโตเท่านั้น แต่ตัวดาวพลูโตเองก็ถูกแรงน้ำขึ้นลงของคารอนตรึงไว้เช่นเดียวกัน วัตถุแม่ลูกคู่นี้จึงหันหน้าเข้าหากันตลอดเวลา หากบนดาวพลูโตมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ทั่วทั้งดวง จะมีเพียงครึ่งเดียวที่มองเห็นดวงจันทร์คารอน และดวงจันทร์ก็จะปรากฏอยู่ที่ตำแหน่งเดิมบนท้องฟ้าตลอดเวลาทั้งวันทั้งคืน ส่วนอีกซีกหนึ่งก็จะไม่มีวันเห็นดวงจันทร์คารอนเลย

ดาวพลูโตและบริวารทั้งห้า ถ่ายโดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลเมื่อปี 2555  

บริวารดวงอื่นของดาวพลูโตล้วนมีขนาดเล็กมาก ดวงจันทร์ลำดับถัดมาที่ค้นพบคือ นิกซ์ ไฮดรา เคอร์เบรอส และ สติกซ์ ค้นพบในปี 2548, 2548, 2554 และ 2555 ตามลำดับ

การที่ดวงจันทร์มีคารอนอยู่ด้วย มีประโยชน์มากต่อนักดาราศาสตร์ จากการศึกษาการโคจรรอบดาวพลูโตของดวงจันทร์ ทำให้นักดาราศาสตร์วัดหามวลและขนาดของดาวพลูโตได้อย่างแม่นยำกว่าการสังเกตดาวพลูโตเพียงอย่างเดียว และเป็นโชคดีอีกอย่างหนึ่งที่หลังจากการค้นพบคารอนเพียงไม่กี่ปี ก็เกิดปรากฏการณ์บังกันระหว่างดาวพลูโตและคารอน นักดาราศาสตร์ได้สังเกตดาวพลูโตและคารอนผลัดกันบังซึ่งกันและกันหลายครั้ง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเพียงสองครั้งในหนึ่งปีดาวพลูโตเท่านั้น การสังเกตความสว่างที่เปลี่ยนไปในระหว่างที่มีการบังกันทำให้นักวิทยาศาสตร์สร้างแผนที่ความสว่างของพื้นผิวของดาวพลูโตได้ละเอียดอย่างเหลือเชื่อ หากดาวพลูโตไม่มีคารอนแล้ว เราอาจรู้เรื่องดาวพลูโตน้อยกว่าที่มีอยู่ในขณะนี้มาก ในเบื้องต้น นักดาราศาสตร์ทราบว่าพื้นผิวดาวพลูโตมีความสว่างผันแปรมากในแต่ละถิ่น มีอัตราสะท้อนต่างกันตั้งแต่ 0.5 0.7 จากการศึกษาสเปกตรัมพบว่าพื้นผิวของดาวพลูโตมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นไนโตรเจนที่อยู่ในรูปของละอองแข็งปกคลุมบนพื้นซึ่งมองเห็นเป็นส่วนสว่าง นอกนั้นก็มีละอองแข็งของมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ และอาจมีอีเทนปะปนอยู่ในไนโตรเจนแข็งด้วย

บรรยากาศ

ในปี 2528 นักดาราศาสตร์สังเกตว่า ขณะที่ดาวพลูโตเคลื่อนที่บังดาวฤกษ์ที่อยู่ฉากหลัง ช่วงที่ใกล้จะถูกบังแสงจากดาวฤกษ์ดวงนั้นจะค่อย ๆ หรี่ลง แทนที่จะหายวับไปในทันที และในขณะที่ดาวฤกษ์ออกจากหลังดาวพลูโต แสงดาวก็ค่อย ๆ สว่างขึ้น นี่เป็นปรากฏการณ์ที่เป็นหลักฐานว่าดาวพลูโตมีบรรยากาศอยู่ องค์ประกอบของบรรยากาศของดาวพลูโตประกอบด้วยไนโตรเจนและมีเทนเป็นส่วนใหญ่ นอกจากนั้นก็เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ อีเทน เป็นต้น สิ่งที่น่าสนใจอย่างหนึ่งสำหรับบรรยากาศของดาวพลูโตก็คือ เป็นบรรยากาศที่ไม่คงอยู่ตลอดปี การที่ดาวพลูโตมีวงโคจรรีมาก ช่วงอุณหภูมิพื้นผิวในรอบปี(พลูโต) จึงแตกต่างกันมาก ช่วงใดที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์ อุณหภูมิพื้นผิวจะสูงพอให้สสารบนพื้นผิวระเหยขึ้นเป็นแก๊สห่อหุ้มเป็นชั้นบรรยากาศห่อหุ้มดาวทั้งดวง เมื่อถึงช่วงถอยห่างจากดวงอาทิตย์ อุณหภูมิพื้นผิวจะเย็นมากจนแม้แต่ไนโตรเจนและมีเทนก็ยังจับตัวเยือกแข็งเป็นเกล็ดและตกลงสู่พื้นผิว ช่วงเวลาที่ดาวพลูโตมีบรรยากาศในการโคจรแต่ละรอบกินระยะยาวนานเพียงไม่กี่สิบปีโลกเท่านั้น เป็นความโชคดีอีกประการหนึ่งที่เราได้ค้นพบดาวพลูโตในช่วงเวลาที่ยังมีบรรยากาศให้สำรวจ

ด้วยความที่ดาวพลูโตมีมวลน้อย ความโน้มถ่วงพื้นผิวต่ำ บรรยากาศของดาวพลูโตจึงแพร่กระจายปกคลุมดาวอย่างบางเบาและแพร่ออกห่างจากพื้นผิวไปได้ไกล ดาวพลูโตจึงมีบรรยากาศหนามากถึงกว่า 300 กิโลเมตร เทียบกับโลกแล้ว บรรยากาศของโลกหนาเพียง 40 กิโลเมตรเท่านั้น

เป็นปกติที่พื้นที่สีคล้ำจะดูดซับพลังงานแสงได้มากกว่าพื้นที่สีอ่อน ความแตกต่างของอัตราสะท้อนแสงในแต่ละพื้นที่ที่สูงมากของดาวพลูโตทำให้อุณหภูมิของส่วนคล้ำและส่วนสว่างแตกต่างกันได้ถึง 20 เคลวิน ด้วยเหตุนี้จึงเชื่อว่าที่บรรยากาศชั้นล่างของดาวพลูโตน่าจะมีลมพายุรุนแรงอยู่ด้วย ซึ่งอาจทำให้เกิดม่านฝุ่นที่ทำให้ภาพถ่ายผิวดาวออกมาไม่คมชัด

วงโคจรทั้งรีทั้งกระดก

ดาวพลูโตมีรัศมีวงโคจรเฉลี่ย 39 หน่วยดาราศาสตร์ เคยเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลที่สุดในระบบสุริยะ แต่บางครั้งดาวพลูโตอาจเข้ามาอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าดาวเนปจูนเสียอีก ทั้งนี้เนื่องจากวงโคจรที่รีมาก ในขณะที่วงโคจรของดาวเนปจูนมีความรี 0.01 ซึ่งถือว่าเกือบจะกลมสมบูรณ์ วงโคจรของดาวพลูโตมีความรีมากถึง 0.25 ทำให้ระยะห่างระหว่างดาวพลูโตกับดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงมากตั้งแต่ 29.7 ถึง 49.7 หน่วยดาราศาสตร์ จุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดของดาวพลูโตจึงอยู่ใกล้กว่าของดาวเนปจูน ในระยะเวลาหนึ่งปีของดาวพลูโต (248 ปีโลก) ดาวพลูโตจะเข้ามาอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าเนปจูนนานประมาณ 20 ปี ครั้งล่าสุดเพิ่งเกิดขึ้นไปไม่นานมานี้เอง นั่นคือระหว่างวันที่ กันยายน 2522 ถึงวันที่ 11 กุมภาพันธ์ 2542

แม้วงโคจรของดาวพลูโตกับดาวเนปจูนดูเหมือนกับตัดกันจนน่ากลัวว่าจะมาชนกันเข้าสักวันหนึ่ง แต่ในความเป็นจริงวงโคจรของทั้งสองไม่ตัดกัน วงโคจรของดาวพลูโตมีระนาบที่เอียงทำมุมกับระนาบสุริยวิถีมากถึง 17 องศา ณ จุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด ดาวพลูโตอยู่เหนือระนาบสุริยวิถี หน่วยดาราศาสตร์ และที่จุดไกลดวงอาทิตย์ที่สุดอยู่ใต้ระนาบสุริยวิถี 13 หน่วยดาราศาสตร์ นอกจากนี้วัตถุทั้งสองโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยคาบที่เป็นสัดส่วนกัน ทำให้ทั้งสองไม่มีวันเข้าใกล้กันเกินกว่า 17 หน่วยดาราศาสตร์

แผนภูมิวงโคจรของดาวพลูโตเปรียบเทียบกับดาวเคราะห์วงนอก ตำแหน่งของดาวพลูโตและดาวเคราะห์แสดงตำแหน่งจริงของเดือนมิถุนายน 2558 

การหมุนรอบตัวเองของดาวพลูโตก็น่าสนใจเช่นกัน โลกเรามีแกนหมุนเอียง 23.5 องศา แต่ของดาวพลูโตเอียงถึง 120 องศา นั่นหมายถึงดาวพลูโตหมุนสวนทางกับการโคจร ในระบบสุริยะมีเพียงดาวพลูโตและดาวยูเรนัสเท่านั้นที่หมุนแบบเอียงข้างแบบนี้ การที่ดาวพลูโตมีแกนเอียงมากเช่นนี้ เป็นหลักฐานหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีว่าดาวพลูโตเคยถูกพุ่งชนครั้งใหญ่มาก่อน

ญาติสนิทไทรทัน

แม้จะยังไม่เคยมียานลำใดไปสำรวจระบบของดาวพลูโตในระยะใกล้มาก่อน แต่นักดาราศาสตร์พอจะคาดเดาลักษณะของดาวพลูโตได้จากวัตถุดวงหนึ่งที่เคยมีการสำรวจระยะใกล้มาก่อน นั่นคือดวงจันทร์ไทรทัน ไทรทันเป็นบริวารดวงใหญ่ที่สุดของดาวเนปจูน มีวงโคจรถอยหลังเช่นเดียวกับดาวพลูโต นักดาราศาสตร์คาดว่าไทรทันเป็นวัตถุที่มีต้นกำเนิดเช่นเดียวกับดาวพลูโต ต่อมาถูกดาวเนปจูนคว้าจับเอาไว้เป็นบริวารเมื่อนานมาแล้ว ยานวอยเอเจอร์ ซึ่งได้มาเยือนระบบของดาวเนปจูนในปลายปี 2532 พบว่าไทรทันมีบรรยากาศที่ประกอบด้วยไนโตรเจนและสารสลายตัวได้ง่ายอย่างอื่น พื้นผิวประกอบด้วยไนโตรเจนแข็ง น้ำแข็ง น้ำแข็งแห้ง และหิน จากการวิเคราะห์สเปกตรัมของดาวพลูโตก็พบว่ามีองค์ประกอบใกล้เคียงกับไทรทัน เพียงแต่ไม่เคยพบสเปกตรัมของน้ำแข็งแห้งบนดาวพลูโตเท่านั้น


พื้นผิวดวงจันทร์ไทรทัน บริวารดวงใหญ่ที่สุดของดาวเนปจูน ซึ่งเป็นที่เชื่อว่ามีลักษณะคล้ายกับดาวพลูโตในหลายด้าน ภาพนี้ถ่ายโดยยานวอยเอเจอร์ ในปี 2532 

ลำดับเหตุการณ์ของดาวพลูโต

วัน เดือน ปีเหตุการณ์
2448เพอร์ซีวาล โลเวลล์ เริ่มต้นหาดาวเคราะห์เอกซ์
30 ก.พ. 2472ไคลด์ ทอมบอก์ ค้นพบดาวพลูโต
13 มี.ค. 2472หอดูดาวโลเวลล์ประกาศการค้นพบ
พ.ค. 2473ประกาศใช้ชื่อ "พลูโต" เป็นชื่ออย่างเป็นทางการ
22 มิ.ย. 2521เจมส์ คริสตี ค้นพบว่าดาวพลูโตมีบริวารหนึ่งดวง
21 ม.ค. 2522ดาวพลูโตได้เข้ามาอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าดาวเนปจูน
25 ส.ค. 2526ยานไพโอเนียร์ 10 ข้ามพ้นวงโคจรของดาวพลูโต
2531ระนาบการโคจรของคารอนตัดผ่านโลก
ค้นพบบรรยากาศของดาวพลูโต
17 ม.ค. 2540ไคลด์ ทอมบอก์ เสียชีวิต
11 ก.พ. 2542ดาวพลูโตกลับไปอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากกว่าดาวเนปจูนอีกครั้ง
31 ต.ค. 2548ค้นพบบริวารดวงที่ และ ของดาวพลูโต
19 ม.ค. 2549ยานนิวเฮอไรซอนส์ออกเดินทางจากโลก
24 ส.ค. 2549สหพันธ์ดาราศาสตร์สากลประกาศเปลี่ยนประเภทของดาวพลูโตจากดาวเคราะห์เป็นดาวเคราะห์แคระ
20 ก.ค. 2554ค้นพบบริวารดวงที่ ของดาวพลูโต
11 ก.ค. 2555ค้นพบบริวารดวงที่ ของดาวพลูโต
14 ก.ค. 2558ยานนิวเฮอไรซอนส์เดินทางไปถึงดาวพลูโต


ข้อมูลจำเพาะของดาวพลูโต

สมบัติทางกายภาพ
รัศมีเฉลี่ย1,184±10 กิโลเมตร (0.18 รัศมีโลก)
มวล0.00218 มวลโลก
ความหนาแน่นเฉลี่ย2.03±0.06 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร
ความโน้มถ่วงพื้นผิว0.067 จี
วันดาราคติ-6.387230 วันโลก
มุมเอียงของแกนหมุน119.591°±0.014°
อัตราส่วนสะท้อน0.49-0.66
อุณหภูมิพื้นผิว33-55 เคลวิน
อันดับความสว่างปรากฏ13.65 16.3
อันดับความสว่างสัมบูรณ์-0.7
รัศมีเชิงมุม0.065 0.115 พิลิปดา
ความดันบรรยากาศสูงสุด0.30 ปาสคาล
วงโคจร
จุดไกลดวงอาทิตย์ที่สุด48.871 หน่วยดาราศาสตร์ (7,311,000,000 กิโลเมตร)
จุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด29.657 หน่วยดาราศาสตร์ (4,437,000,000 กิโลเมตร)
ระยะกึ่งแกนเอก39.264 หน่วยดาราศาสตร์ (5,874,000,000 กิโลเมตร)
ความรีวงโคจรเฉลี่ย0.248 807 66
คาบการโคจร247.68 ปี (90,465 วัน)
คาบดิถี366.73 วัน
ความเร็วเชิงเส้นในวงโคจร4.7 กิโลเมตรต่อวินาที
มุมกวาดเฉลี่ย14.86012204°
มุมเอียงของระนาบวงโคจร17.151394°
ลองจิจูดของโหนดขึ้น110.28683°
ระยะมุมจุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด113.76349°
ดวงจันทร์บริวาร
จำนวนบริวาร5


เปิดขอบฟ้าใหม่ไปกับนิวเฮอไรซอนส์

ครั้งล่าสุดที่มียานอวกาศไปเยือนดาวเคราะห์ในระบบสุริยะชั้นนอก คือเมื่อปี 2532 เมื่อยานวอยเอเจอร์ ไปสำรวจดาวเนปจูน หลังจากนั้นก็ไม่มียานอวกาศลำใดได้ไปสำรวจดินแดนรอบนอกของเขตดาวเคราะห์อีกเลย

ด้วยระยะทางที่ไกลถึงกว่า 30 หน่วยดาราศาสตร์ การส่งยานอวกาศไปสำรวจดาวพลูโตในยุคนี้จึงไม่ใช่โครงการที่จะดำเนินการได้อย่างราบรื่น ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1990 องค์การนาซาได้ริเริ่มโครงการส่งยานอวกาศไปสำรวจดาวพลูโต แต่โครงการก็ล้มแล้วล้มอีก ตั้งแต่ที่เป็นโครงการชื่อ พลูโตฟาสต์ฟลายบาย พลูโตเอกซ์เพรส พลูโตไคเปอร์เอกซ์เพรส จนสุดท้ายมาลงตัวที่ นิวเฮอไรซอนส์

การที่ระยะทางสู่ดาวพลูโตกำลังเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ จากวงโคจรที่รีเป็นพิเศษ และโอกาสที่จะได้ใช้ประโยชน์จากแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีกำลังจะหมดไป ภารกิจนิวเฮอไรซอนส์จึงต้องดำเนินขึ้นด้วยความเร่งรีบสุดขีด ยานใช้เวลาสร้างเพียงสี่ปีก็พร้อมออกเดินทาง

ด้วยพลังขับดันของจรวดแอตลาส บวกกับความเบาเป็นพิเศษของยานนิวเฮอไรซอนส์ ทำให้ยานพุ่งทะยานไปได้ด้วยความเร็ว 57,600 กิโลเมตรต่อชั่วโมง นับเป็นยานอวกาศที่เร็วที่สุดเท่าที่เคยมีการสร้างมา ยานไปถึงวงโคจรของดวงจันทร์ภายในเวลาแค่ ชั่วโมง เร็วกว่าอะพอลโลถึง 10 เท่า และไปถึงดาวพฤหัสบดีภายใน 13 เดือน ภารกิจนี้ยานได้ใช้เทคนิคอาศัยความโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์เพียงดวงเดียว นั่นคือดาวพฤหัสบดี ซึ่งช่วยให้ยานเพิ่มความเร็วขึ้นอีกจนร่นระยะเวลาเดินทางไปถึงดาวพลูโตได้ถึงสามปี แม้กระนั้นก็ยังต้องใช้เวลาเดินทางถึงเกือบเก้าปีจึงไปถึงดาวพลูโต

นิวเฮอไรซอนส์เป็นยานสำรวจดาวพลูโตลำแรก และอาจเป็นเพียงลำเดียวไปอีกหลายสิบปีหรืออาจเป็นร้อยปี ยานที่ปฏิบัติภารกิจสำคัญเช่นนี้จึงต้องสำรวจแทบทุกอย่างเท่าที่จะทำได้ ไม่ว่าจะเป็นการสร้างแผนที่ภูมิประเทศของดาวพลูโตและคารอน สร้างแผนที่องค์ประกอบทางเคมี แผนที่โครงสร้างความดัน-อุณหภูมิ ตรวจวัดไอโอโนสเฟียร์ของดาวพลูโต วัดอัตราการสูญเสียแก๊สในบรรยากาศของดาวพลูโต ค้นหาบรรยากาศของคารอน ศึกษาดวงจันทร์บริวารดวงเล็กที่เหลือ รวมถึงค้นหาบริวารดวงอื่นและวงแหวนอีกด้วย

ยานนิวเฮอไรซอนส์มีน้ำหนักรวมเชื้อเพลิง 428 กิโลกรัม ยานได้รับการออกแบบให้มีความสามารถสูงสำหรับภารกิจพิเศษ ไม่ว่าจะเป็นความเร็วบัสข้อมูลที่เร็วมากเพื่อรองรับการทำงานของอุปกรณ์หลายชิ้นในเวลาเดียวกัน หน่วยความจำโซลิดสเตตขนาดใหญ่พิเศษเพื่อเก็บข้อมูล ความสามารถในการหันเหกล้องอย่างรวดเร็วซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นอย่างมากในภารกิจประเภทพุ่งเฉียด ที่น่าสนใจก็คือ ชุดอุปกรณ์ทั้งหมดนี้กินกำลังไฟเพียง 28 วัตต์

ภารกิจของยานนิวเฮอไรซอนส์เป็นภารกิจแบบพุ่งเฉียด ไม่มีการโคจร ไม่มีการชะลอความเร็ว ยานจะพุ่งเฉียดดาวพลูโตด้วยระยะเพียงหมื่นกว่ากิโลเมตรด้วยความเร็วถึงเกือบ 50,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ยานจึงมีช่วงเวลาทองในการสำรวจเพียงไม่กี่นาทีเท่านั้น การออกแบบภารกิจเป็นแบบนี้มีเหตุผลสำคัญ เนื่องจากความเร็วของยานเร็วเกินกว่าจะเข้าสู่วงโคจรมาก หากยานจะโคจรรอบดาวพลูโต จะต้องมีการจุดจรวดชะลอที่ต้องใช้เชื้อเพลิงปริมาณมหาศาล การขนเชื้อเพลิงไปเพื่อการนี้จะทำให้ยานมีน้ำหนักมากเกินไปจนยานทำความเร็วไม่ได้อย่างที่ต้องการ การที่ความเร็วในการเดินทางคือหัวใจสำคัญของภารกิจนี้ การสำรวจจากวงโคจรจึงไม่ใช่ทางเลือก

ยานนิวเฮอไรซอนส์และอุปกรณ์หลัก 


หลังจากการหลับไหลอย่างยาวนาน เมื่อถึงปลายปี 2557 นิวเฮอไรซอนส์ก็ได้เวลาตื่นนอนเพื่อเตรียมพร้อมปฏิบัติหน้าที่ ภารกิจการสำรวจจะเริ่มต้นตั้งแต่เดือนมกราคม 2558 ระหว่างเดือนมกราคมถึงต้นเดือนเมษายน ยานจะคอยถ่ายภาพดาวพลูโตและบริวารเปรียบเทียบกับดาวฉากหลัง ภาพดาวพลูโตที่ได้ในระหว่างนี้อาจยังเทียบไม่ได้กับภาพที่ได้จากกล้องฮับเบิล แต่รายละเอียดของภาพดาวพลูโตยังไม่ใช่สิ่งที่ต้องการในตอนนี้ ภาพถ่ายในช่วงนี้จะใช้ในการเปรียบเทียบเพื่อปรับแต่งทิศทางให้ถูกต้องตามที่ต้องการ นอกจากนี้ก็จะตรวจวัดฝุ่นและอนุภาคประจุไฟฟ้ารอบตัวยานไปพร้อม ๆ กัน

ช่วงต่อมา ระหว่างเดือนเมษายนจนถึงย่างเข้าปลายเดือนมิถุนายน ภารกิจส่วนใหญ่จะยังคงคล้ายช่วงก่อนหน้า แต่ยานจะได้ข้อมูลเกี่ยวกับสีบนพื้นผิวของดาวพลูโตและบริวารด้วย อาจมีการค้นพบบริวารดวงใหม่ หรืออาจรวมถึงวงแหวน เมื่อถึงช่วงเดือนมิถุนายน ภาพถ่ายดาวพลูโตจะมีความละเอียดสูงกว่าภาพที่ได้จากฮับเบิลถึง 10 เท่าแล้ว ในระหว่างนี้ยานจะคงส่งข้อมูลกลับมายังโลกอย่างสม่ำเสมอ

ตั้งแต่สัปดาห์ที่สี่ของเดือนมิถุนายน ยานจะเพิ่มการสำรวจค้นหาเมฆและหมอกในบรรยากาศของดาวพลูโต ค้นหาไอออนและโมเลกุลที่รั่วไหลออกจากบรรยากาศ ค้นหาบาวช็อก ซึ่งเป็นคลื่นกระแทกระหว่างลมสุริยะกับบรรยากาศของดาวพลูโต สร้างแผนที่พื้นผิวฉบับละเอียดยิ่งขึ้น นอกจากนี้ยังค้นหาการแผ่รังสีอัลตราไวโอเลตจากไนโตรเจน ออกซิเจน ไฮโดรเจน และแก๊สอื่นในบรรยากาศ

การส่งข้อมูลจากยานกลับมาสู่โลกจะหยุดลงเมื่อก่อนถึงวันเข้าใกล้ที่สุด 10 วัน ช่วงสองวันก่อนและหลังการพุ่งเฉียดเป็นช่วงวิกฤตภารกิจของยานจะแน่นมากจนต้องละการส่งข้อมูลกลับโลกเอาไว้ก่อน สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คาดหวังจะได้จากการสำรวจในช่วงของการเข้าเฉียดดาวพลูโตคือแผนที่พื้นผิวที่มีความละเอียดสูงถึง 70 เมตรต่อพิกเซล นอกจากนี้ยังจะได้ทราบองค์ประกอบของบรรยากาศ อุณหภูมิ และความดันที่ระดับความสูงต่าง ๆ ได้ทราบมวลที่แน่นอนของทั้งดาวพลูโตและคารอน ทันที่เมื่อพ้นดาวพลูโตไปแล้ว ยานจะหันกลับมาถ่ายภาพดาวพลูโตในแบบย้อนแสง ซึ่งภาพในลักษณะนี้จะยิ่งไวต่อการสังเกตรายละเอียดที่เบาบางมาก เช่นสายหมอกในบรรยากาศและวงแหวน ในช่วงที่ยานเข้าไปอยู่หลังดาวพลูโตยังเป็นช่วงเวลาที่สามารถวัดหางแม่เหล็กของดาวพลูโตได้อีกด้วย

หลังจากที่ช่วงเวลาวิกฤตผ่านพ้นไปแล้ว การส่งข้อมูลกลับมายังโลกก็จะเริ่มขึ้นอีกครั้ง ข้อมูลมหาศาลที่เก็บไว้ในหน่วยความจำของยานจะค่อย ๆ ทยอยส่งมายังโลก ด้วยระยะทางที่ห่างไกลมากถึงห้าพันล้านกิโลเมตรจากโลก บวกกับกำลังส่งสัญญาณของยานที่อ่อนเพียง 12 วัตต์ อัตราการส่งข้อมูลจะไม่มากไปกว่า 2,000 บิตต่อวินาที ช้ากว่าความเร็วของอินเทอร์เน็ตบ้านที่จ่ายค่าบริการเดือนละ 599 บาทประมาณ 5,000 เท่า ด้วยเหตุนี้ยานจึงต้องใช้เวลาในการส่งข้อมูลนานนับปี คาดว่ายานจะส่งข้อมูลกลับมาหมดเอาราวปลายปี 2559

ลำดับเหตุการณ์ของภารกิจนิวเฮอไรซอนส์ (เวลาประเทศไทย)

วัน เดือน ปีเหตุการณ์
19 มกราคม 2549ออกเดินทางจากโลก
28 กุมภาพันธ์ 2550เฉียดดาวพฤหัสบดี
ธันวาคม 2557ตื่นจากช่วงจำศีล
14 กรกฎาคม 2558
18:47:00 น.เข้าเฉียดดาวพลูโตด้วยระยะใกล้สุด 13,695 กิโลเมตร
19:00:56 น.เข้าเฉียดคารอนด้วยระยะใกล้สุด 29,473 กิโลเมตร
19:48:28 น.ดาวพลูโตบังดวงอาทิตย์
19:49:30 น.ดาวพลูโตบังโลก
19:14:53 น.คารอนบังดวงอาทิตย์
21:16:03 น.คารอนบังโลก
2560-2563สำรวจวัตถุไคเปอร์


เส้นทางการเดินทางของยานนิวเฮอไรซอนส์ ตำแหน่งดาวเคราะห์แสดงขณะที่ยานผ่านวงโคจรของดวงนั้น ๆ 


ภาพล่าสุดของพลูโตที่ถ่ายจากยานนิวเฮอไรซอนส์ ถ่ายเมื่อวันที่ 12 พฤษภาคม 2558 ที่ระยะทาง 75,000,000 กิโลเมตร 

ภารกิจของนิวเฮอไรซอนส์ยังไม่จบเพียงเท่านี้ หลังจากการสำรวจดาวพลูโตผ่านพ้นไปแล้ว ยานจะมุ่งหน้าต่อไปยังอีกเขตแดนหนึ่งของระบบสุริยะ นั่นคือแถบไคเปอร์ เพื่อศึกษาวัตถุไคเปอร์ ปัจจุบันยังไม่มีการเลือกวัตถุเป้าหมายที่แน่นอน

นักวิทยาศาสตร์คาดหวังอะไรจากการเยือนดาวพลูโตครั้งแรกนี้ เราจะค้นพบสิ่งใหม่ ๆ ที่ดาวพลูโตหรือไม่? ย้อนกลับไปมองประวัติศาสตร์การสำรวจระบบสุริยะ ในการไปเยือนดาวอังคารครั้งแรกเราพบว่าดาวอังคารมีหุบผาชันและธารน้ำดึกดำบรรพ์ การไปเยือนดาวพุธครั้งแรกเราพบว่าดาวพุธมีบรรยากาศเบาบางและมีสนามแม่เหล็กห่อหุ้มทั้งดวง และยังพบร่องรอยการถูกชนครั้งใหญ่ในอดีต ในการไปสำรวจดาวพฤหัสบดีครั้งแรกเราพบวงแหวนวงใหม่ ๆ พบภูเขาไฟกำลังปะทุอยู่บนดวงจันทร์ไอโอ และพบว่าพื้นผิวของดวงจันทร์ยูโรปามีอายุน้อยอย่างน่าเหลือเชื่อ ต่อมาเมื่อมีการไปสำรวจดาวเนปจูนครั้งแรก เราพบจุดดำใหญ่บนเนปจูน พบกีย์เซอร์บนดวงจันทร์ไทรทัน ประสบการณ์อันยาวนานนี้สอนให้นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า การคาดหวังที่ดีที่สุดน่าจะเป็นการ “คาดหวังในสิ่งที่คาดไม่ถึง” ขอบฟ้าใหม่ของระบบสุริยะกำลังจะเปิดออกในอีกไม่กี่อึดใจข้างหน้านี้

อ่านเพิ่มเติม

Patrick Moore, “Pluto.” Philip's Astronomy Encyclopedia, 2002 ed.
“NASA Sets Its Sights on Pluto.” Astronomy Feb. 2015 22-27
“Pluto: Visual Timeline,” http://mysteriousuniverse.org/2015/01/pluto-a-visual-timeline/
“Interesting Facts About Pluto.” http://www.universetoday.com/13872/interesting-facts-about-pluto/
“Small Solar System body.” http://en.wikipedia.org/wiki/Small_Solar_System_body

บทความนี้ตัดตอนมาจากบทความเรื่อง "รู้จักพลูโต ก่อนจะไปถึงขอบฟ้าใหม่" ที่เผยแพร่ครั้งแรกในวารสารทางช้างเผือก ฉบับมกราคม-มีนาคม พ.ศ. 2558