สมาคมดาราศาสตร์ไทย

วงแหวนดาวเสาร์อาจหนักและเก่ากว่าที่คิด

วงแหวนดาวเสาร์อาจหนักและเก่ากว่าที่คิด

31 ต.ค. 2550
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
วงแหวนดาวเสาร์ เป็นสิ่งที่น่าพิศวงหลงใหลที่สุดอย่างหนึ่งในระบบสุริยะ มันทำให้ดาวเสาร์ดูสวยเด่นกว่าดาวเคราะห์ดวงอื่นจนไม่ว่าใครที่เห็นแล้วก็ต้องชื่นชอบ

สำหรับนักดาราศาสตร์ ความงามไม่ใช่เรื่องเดียวที่วงแหวนดาวเสาร์มีให้ วงแหวนนี้ยังสร้างคำถามอีกหลายข้อที่นักดาราศาสตร์ยังค้นหาคำตอบอยู่ 

วงแหวนของดาวเสาร์บางมาก บางถึงขนาดที่เมื่อใดที่ดาวเสาร์หันด้านขอบวงแหวนมายังโลกพอดี วงแหวนดาวเสาร์ก็จะหายไปเลย แม้วงแหวนจะดูบางเบาเหมือนกระดาษ แต่นักดาราศาสตร์เพิ่งพบว่า แท้จริงแล้ววงแหวนดาวเสาร์อาจมีสสารมากกว่าที่มองเห็น

"เราต้องเขียนตำรากันใหม่แล้ว" เกลน สจวร์ต นักดาราศาสตร์ดาวเคราะห์จากมหาวิทยาลัยโคโลราโดกล่าวขณะนำเสนอรายงานงานวิจัยของเขาและคณะในที่ประชุมประจำปีของแผนกวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ สมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน ออร์แลนโด ฟลอริดา

นักดาราศาสตร์ศึกษาวงแหวนดาวเสาร์จากการสังเกตความสว่างของดาวฤกษ์ที่ส่องทะลุวงแหวนมา เมื่อวงแหวนบังแสงจากดาวฤกษ์ แสงดาวจะหรี่ลง ยิ่งช่วงไหนถูกส่วนที่หนาแน่นของวงแหวนบัง แสงดาวก็จะหายไปมากขึ้น 

แต่เมื่อยานแคสซีนีสำรวจการบังแสงดาวแบบเดียวกันจากวงโคจร พบว่าการเปลี่ยนแปลงความสว่างยังขึ้นกับตำแหน่งมุมมองด้วย สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อสสารในวงแหวนมีการจับเป็นกลุ่มก้อน

แบบจำลองที่สร้างด้วยคอมพิวเตอร์ของสจวร์ตแสดงว่าแรงโน้มถ่วงระหว่างอนุภาคในวงแหวนทำให้มีการจับกันเป็นกลุ่มและเรียงกันสายที่ขมวดเกลียวเหมือนใยแมงมุมยักษ์ เมื่ออนุภาคเหล่านั้นโคจรรอบดาวเสาร์ แรงโน้มถ่วงจะฉีกสายใยบางเส้นออกพร้อมกับสร้างสายใยเส้นใหม่ไปพร้อมกัน

เมื่อแคสซีนีสำรวจแสงดาวที่ส่องผ่านวงแหวนที่หนาแน่น มันจึงบันทึกปริมาณสสารระหว่างสายใยอนุภาคแทนที่จะเป็นความหนาแน่นของสายใยอนุภาคเอง สจวร์ตประเมินว่าวงแหวนบีซึ่งเป็นวงที่หนาแน่นที่สุดมีสสารมากกว่าที่นักดาราศาสตร์อื่นเคยประเมินไว้ถึงสามเท่า  นั่นหมายความว่าระบบวงแหวนทั้งระบบมีมวลมากกว่าดวงจันทร์ไมมัสซึ่งเป็นดวงจันทร์ขนาดกลางของดาวเสาร์ไม่น้อยกว่าสามเท่า 

สจวร์ตคิดว่า มวลที่มากมายของวงแหวนดาวเสาร์ยังให้เบาะแสเกี่ยวกับต้นกำเนิดของมันได้ด้วย นักดาราศาสตร์มีทฤษฎีต้นกำเนิดของวงแหวนดาวเสาร์ไว้สามแนวทาง ทฤษฎีแรกบอกว่าวงแหวนดาวเสาร์เป็นสิ่งที่หลงเหลือจากการชนกันที่อยู่ภายในรัศมีของรอช ซึ่งเป็นบริเวณที่ทำให้เศษซากจากการชนถูกถูกแรงน้ำขึ้นลงจากดาวเสาร์รบกวนจนรวมตัวกันใหม่ไม่ได้ ทฤษฎีที่สองกล่าวว่าเป็นเศษจากดาวหางดวงใหญ่ที่แตกออกเมื่อไม่นานมานี้ ทฤษฎีสุดท้ายเชื่อว่าวงแหวนคือเศษเหลือจากจานพอกพูนมวลที่เป็นส่วนสำคัญในการสร้างดวงจันทร์บริวาร  นักดาราศาสตร์ส่วนใหญ่มีความเชื่อโน้มเอียงมาทางทฤษฎีที่สองเพราะพบว่าวงแหวนเอมีลักษณะบางอย่างที่บ่งบอกว่าวงแหวนนี้มีอายุเพียงประมาณ 100 ล้านปีเท่านั้น

แต่การประเมินมวลวงแหวนใหม่ของสจวร์ตทำให้เขาต้องตัดแนวคิดเกี่ยวกับดาวหางไป เนื่องจากไม่มีดาวหางที่ไหนที่มีมวลระดับสามเท่าของดวงจันทร์ไมมัส และก็ยังตัดทฤษฎีจานพอกพูนมวลออกด้วยเพราะเชื่อว่าอนุภาคในจานจะถูกดวงจันทร์รบกวนขณะที่เคลื่อนที่ผ่านเข้ามา

นั่นทำให้เหลือเพียงทฤษฎีเดียวเท่านั้นที่น่าจะเป็นไปได้คือ ทฤษฎีพุ่งชน สจวร์ตเชื่อว่าการพุ่งชนดังกล่าวน่าจะเกิดขึ้นในช่วงแรกของระบบสุริยะ หรือตอนปลายของยุคที่เรียกกันว่า "ยุคชนกระหน่ำ" ซึ่งเป็นช่วงที่การชนขนานใหญ่เกิดขึ้นบ่อย เขาเชื่อว่าวงแหวนบีซึ่งมีมวลราว 95 เปอร์เซ็นต์ของวงแหวนทั้งหมด มีอายุมากและมีวิวัฒนาการมาอย่างเชื่องช้าขณะที่วงแหวนเอและวงแหวนซีมีอายุน้อยกว่า
วัตถุในวงแหวนบี (สีเหลือง) มีการเกาะกันเป็นกลุ่มก้อนอย่างมาก ทำให้การประเมินมวลของวงแหวนด้วยวิธีบังดาวทำได้ยาก การประเมินล่าสุดคาดว่าวงแหวนดาวเสาร์มีมวลรวมมากกว่าดวงจันทร์ไมมัสถึงสามเท่า (ภาพจาก NASA/JPL/University of Colorado)

วัตถุในวงแหวนบี (สีเหลือง) มีการเกาะกันเป็นกลุ่มก้อนอย่างมาก ทำให้การประเมินมวลของวงแหวนด้วยวิธีบังดาวทำได้ยาก การประเมินล่าสุดคาดว่าวงแหวนดาวเสาร์มีมวลรวมมากกว่าดวงจันทร์ไมมัสถึงสามเท่า (ภาพจาก NASA/JPL/University of Colorado)

ดวงจันทร์ไมมัสของดาวเสาร์ เป็นดวงจันทร์ขนาดกลาง เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 400 กิโลเมตร แต่วงแหวนของดาวเสาร์ยังอาจมีมวลมากกว่าดวงจันทร์ดวงนี้ถึงสามเท่า

ดวงจันทร์ไมมัสของดาวเสาร์ เป็นดวงจันทร์ขนาดกลาง เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 400 กิโลเมตร แต่วงแหวนของดาวเสาร์ยังอาจมีมวลมากกว่าดวงจันทร์ดวงนี้ถึงสามเท่า

ที่มา: