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 9 แล้ว แต่ปริศนาดาวเคราะห์เอกซ์ก็ยังไม่คลี่คลาย ก่อนหน้าการพบดาวพลูโต นักดาราศาสตร์คาดว่าดาวเคราะห์ดวงที่ 9 จะมีขนาดใกล้เคียงโลก แต่จากการวัดขนาดเบื้องต้นพบว่าดาวพลูโตเล็กเกินกว่าที่จะรบกวนดาวเคราะห์ยักษ์ทั้งสองดวงได้ ความพยายามค้นหาดาวเคราะห์เอกซ์จึงยังคงดำเนินต่อมาอีกหลายสิบปี

อย่างไรก็ตาม หลังจากการวัดตำแหน่งของดาวยูเรนัสและเนปจูนโดยใช้ข้อมูลใหม่ที่แม่นยำกว่าจากยานวอยเอเจอร์สองลำที่ไปสำรวจระบบสุริยะชั้นนอกในช่วงทศวรรษ 1980 กลับพบว่าไม่พบความผิดปกติแต่อย่างใด เป็นไปได้ว่า ความผิดปกติของตำแหน่งดาวเคราะห์ที่พบในช่วงก่อนนั้นเกิดจากการสังเกตการณ์ที่คลาดเคลื่อนเอง การที่ไคลด์ ทอมบอก์พบดาวพลูโตในขณะที่ดาวพลูโตอยู่ในตำแหน่งใกล้เคียงกับตำแหน่งดาวเคราะห์เอกซ์ที่คำนวณไว้จึงเป็นเรื่องของโชคช่วยทางหนึ่ง

เป็นดาวเคราะห์ได้แค่ 76 ปี

ดาวพลูโตได้ชื่อว่าเป็นดาวเคราะห์ดวงที่ 9 ของระบบสุริยะ แต่ด้วยความที่มีขนาดเล็กมาก มีดวงจันทร์ในระบบสุริยะถึง 7 ดวงที่ใหญ่กว่าดาวพลูโต อีกทั้งยังมีวงโคจรแปลกประหลาด ทำให้ดาวพลูโตมีลักษณะไม่เข้าพวกกับดาวเคราะห์ดวงอื่น จึงมักถูกมองข้ามไปเมื่อมีการจัดกลุ่มของดาวเคราะห์ หรือไม่เช่นนั้นก็ถูกพิจารณาอย่างดูแคลนเสมอมา

เมื่อเทคโนโลยีของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่พัฒนาขึ้น นักดาราศาสตร์เริ่มค้นพบวัตถุโคจรรอบดวงอาทิตย์ที่ระยะใกล้เคียงกับดาวพลูโตมากขึ้น สิ่งนี้มีผลต่อสถานะของดาวพลูโตทั้งสองทาง ทางหนึ่ง อาจมองว่าดาวพลูโตเริ่มมีพวก วัตถุที่พบใหม่นี้บางดวงมีขนาดใหญ่หลายร้อยกิโลเมตร อาจใหญ่พอที่จะยกฐานะมาเป็นดาวเคราะห์ได้เหมือนกัน ดาวพลูโตอาจจะเล็กเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์ 8 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



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



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 5 กันยายน 2522 ถึงวันที่ 11 กุมภาพันธ์ 2542

แม้วงโคจรของดาวพลูโตกับดาวเนปจูนดูเหมือนกับตัดกันจนน่ากลัวว่าจะมาชนกันเข้าสักวันหนึ่ง แต่ในความเป็นจริงวงโคจรของทั้งสองไม่ตัดกัน วงโคจรของดาวพลูโตมีระนาบที่เอียงทำมุมกับระนาบสุริยวิถีมากถึง 17 องศา ณ จุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด ดาวพลูโตอยู่เหนือระนาบสุริยวิถี 8 หน่วยดาราศาสตร์ และที่จุดไกลดวงอาทิตย์ที่สุดอยู่ใต้ระนาบสุริยวิถี 13 หน่วยดาราศาสตร์ นอกจากนี้วัตถุทั้งสองโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยคาบที่เป็นสัดส่วนกัน ทำให้ทั้งสองไม่มีวันเข้าใกล้กันเกินกว่า 17 หน่วยดาราศาสตร์


การหมุนรอบตัวเองของดาวพลูโตก็น่าสนใจเช่นกัน โลกเรามีแกนหมุนเอียง 23.5 องศา แต่ของดาวพลูโตเอียงถึง 120 องศา นั่นหมายถึงดาวพลูโตหมุนสวนทางกับการโคจร ในระบบสุริยะมีเพียงดาวพลูโตและดาวยูเรนัสเท่านั้นที่หมุนแบบเอียงข้างแบบนี้ การที่ดาวพลูโตมีแกนเอียงมากเช่นนี้ เป็นหลักฐานหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีว่าดาวพลูโตเคยถูกพุ่งชนครั้งใหญ่มาก่อน

ญาติสนิทไทรทัน

แม้จะยังไม่เคยมียานลำใดไปสำรวจระบบของดาวพลูโตในระยะใกล้มาก่อน แต่นักดาราศาสตร์พอจะคาดเดาลักษณะของดาวพลูโตได้จากวัตถุดวงหนึ่งที่เคยมีการสำรวจระยะใกล้มาก่อน นั่นคือดวงจันทร์ไทรทัน ไทรทันเป็นบริวารดวงใหญ่ที่สุดของดาวเนปจูน มีวงโคจรถอยหลังเช่นเดียวกับดาวพลูโต นักดาราศาสตร์คาดว่าไทรทันเป็นวัตถุที่มีต้นกำเนิดเช่นเดียวกับดาวพลูโต ต่อมาถูกดาวเนปจูนคว้าจับเอาไว้เป็นบริวารเมื่อนานมาแล้ว ยานวอยเอเจอร์ 2 ซึ่งได้มาเยือนระบบของดาวเนปจูนในปลายปี 2532 พบว่าไทรทันมีบรรยากาศที่ประกอบด้วยไนโตรเจนและสารสลายตัวได้ง่ายอย่างอื่น พื้นผิวประกอบด้วยไนโตรเจนแข็ง น้ำแข็ง น้ำแข็งแห้ง และหิน จากการวิเคราะห์สเปกตรัมของดาวพลูโตก็พบว่ามีองค์ประกอบใกล้เคียงกับไทรทัน เพียงแต่ไม่เคยพบสเปกตรัมของน้ำแข็งแห้งบนดาวพลูโตเท่านั้น

ลำดับเหตุการณ์ของดาวพลูโต

ข้อมูลจำเพาะของดาวพลูโต

เปิดขอบฟ้าใหม่ไปกับนิวเฮอไรซอนส์

ครั้งล่าสุดที่มียานอวกาศไปเยือนดาวเคราะห์ในระบบสุริยะชั้นนอก คือเมื่อปี 2532 เมื่อยานวอยเอเจอร์ 2 ไปสำรวจดาวเนปจูน หลังจากนั้นก็ไม่มียานอวกาศลำใดได้ไปสำรวจดินแดนรอบนอกของเขตดาวเคราะห์อีกเลย

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

การที่ระยะทางสู่ดาวพลูโตกำลังเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ จากวงโคจรที่รีเป็นพิเศษ และโอกาสที่จะได้ใช้ประโยชน์จากแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีกำลังจะหมดไป ภารกิจนิวเฮอไรซอนส์จึงต้องดำเนินขึ้นด้วยความเร่งรีบสุดขีด ยานใช้เวลาสร้างเพียงสี่ปีก็พร้อมออกเดินทาง

ด้วยพลังขับดันของจรวดแอตลาส 5 บวกกับความเบาเป็นพิเศษของยานนิวเฮอไรซอนส์ ทำให้ยานพุ่งทะยานไปได้ด้วยความเร็ว 57,600 กิโลเมตรต่อชั่วโมง นับเป็นยานอวกาศที่เร็วที่สุดเท่าที่เคยมีการสร้างมา ยานไปถึงวงโคจรของดวงจันทร์ภายในเวลาแค่ 9 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



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)

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: A 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