ตรวจสอบชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ในแบบสามมิติได้เป็นครั้งแรก
นักดาราศาสตร์ได้เจาะผ่านชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่อยู่นอกระบบสุริยะของเรา และทำแผนที่โครงสร้างชั้นบรรยากาศในแบบสามมิติได้เป็นครั้งแรก ด้วยการรวมหน่วยกล้องโทรทรรศน์ย่อย 4 ตัวที่กล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก พวกเขาได้พบลมที่รุนแรงซึ่งพัดพาธาตุอย่างเหล็ก และไทเทเนียม สร้างรูปแบบสภาพอากาศที่ละเอียดอ่อนทั่วชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์
การค้นพบนี้ได้เปิดประตูสู่การศึกษาองค์ประกอบเคมีและสภาพอากาศบนพิภพต่างด้าวดวงอื่นๆ ในรายละเอียด ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงนี้มีพฤติกรรมในแบบที่ท้าทายความเข้าใจว่าสภาพอากาศทำงานอย่างไรไม่เพียงแค่ที่โลก แต่ยังรวมถึงดาวเคราะห์ทั้งหมด เหมือนเป็นสิ่งที่ออกมาจากนิยายวิทยาศาสตร์เลย Julia Victoria Seidel นักวิจัยที่ ESO(European Southern Observatory) ในชิลี และผู้เขียนนำการศึกษาซึ่งเผยแพร่ใน Nature
ดาวเคราะห์ WASP-121b หรือที่เรียกอีกชื่อว่า ไทลอส(Tylos) อยู่ห่างออกไปราว 900 ปีแสงในกลุ่มดาวท้ายเรือ(Puppis) มันเป็นดาวเคราะห์ชนิดพฤหัสร้อนจัด(ultra-hot Jupiters) เป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์แม่ ดิลมัน(Dilmun) ของมันในระยะทางที่ใกล้มากๆ ไม่ถึงหนึ่งในสิบของระยะทางดาวพุธรอบดวงอาทิตย์ของเรา จนหนึ่งปีของมันยาวนานเพียง 30 ชั่วโมงโลกเท่านั้น
ภาพจากศิลปินแสดงดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-121b หรือ ไทลอส(Tylos) ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่ร้อนจัดในวงโคจรประชิดรอบดาวฤกษ์แม่ ดิลมัน(Dilmun)
ยิ่งกว่านั้น ด้านหนึ่งของดาวเคราะห์ก็กำลังถูกเผาด้วยอุณหภูมิ 2150 เคลวินเมื่อหันเข้าหาดาวฤกษ์อยู่ตลอดเวลา(tidally lock) ในขณะที่อีกด้านก็เย็นกว่ามาก คาบการโคจรจึงเท่ากับคาบการหมุนรอบตัว
แม้ดาวเคราะห์จะมีมวลสูงกว่าดาวพฤหัสฯ ของเราเล็กน้อย แต่มันก็มีขนาดเกือบเป็นสองเท่าของดาวพฤหัสฯ ในระบบของเราเอง ดาวเสาร์ก็ปุกปุยมากจนมันน่าจะลอยบนน้ำได้ ถ้าเราหาอ่างน้ำที่ใหญ่มากพอ แต่ WASP-121b นั้นกลับมีความปุกปุยมากกว่าดาวเสาร์ 2.5 เท่า
ขณะนี้ ทีมได้ตรวจสอบลึกเข้าไปในชั้นบรรยากาศของไทลอส และเผยให้เห็นลมที่น่าสนใจในชั้นย่อยต่างๆ ทำเป็นแผนที่ชั้นบรรยากาศในโครงสร้างสามมิติ นี่เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์สามารถศึกษาชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะด้วยความลึกและมีรายละเอียดมากอย่างนี้
สิ่งที่เราได้พบนั้นน่าประหลาดใจ เป็นกระแสลมกรด(jet stream) ซึ่งพัดพาวัสดุสารไปรอบศูนย์สูตรดาวเคราะห์ ในขณะที่ก็มีกระแสลมอีกเส้นในระดับที่ต่ำกว่าย้ายก๊าซจากด้านร้อนไปที่ด้านเย็น ซึ่งไม่เคยพบภูมิอากาศลักษณะนี้บนดาวเคราะห์ใดๆ มาก่อน Seidel ซึ่งเป็นนักวิจัยที่ห้องทดลองลากรองจ์ อันเป็นส่วนหนึ่งของหอสังเกตการณ์โค้ต ดาซูร์ ในฝรั่งเศส กล่าว
ผลสรุปที่ได้สร้างความประหลาดใจและยากที่จะอธิบาย อะตอมเหล็กแสดงการไหลตามที่คาดไว้จากด้านที่ร้อนกว่าไปด้านที่เย็นกว่า ลมเหล็กนี้ข้ามจากด้านที่หันเข้าหาดาวฤกษ์สู่ด้านกลางคืนซึ่งเย็นกว่าราว 1000 เคลวิน และมันก็มีความเร็วเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าจากราว 48000 เป็น 96000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ตามที่คาด แต่เหนือจากลมเหล็กขึ้นมา อะตอมโซเดียมและไฮโดรเจนแสดงหลักฐานกระแสลมกรด ซึ่งเคลื่อนที่เร็วกว่าการหมุนรอบตัวของดาวเคราะห์
ไทลอส(หรือ WASP-121b) เป็นดาวเคราะห์นอกระบบก๊าซยักษ์ที่อยู่ห่างออกไปราว 900 ปีแสง เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้ตรวจสอบโครงสร้างชั้นบรรยากาศแบบสามมิติ ซึ่งแบ่งเป็นชั้นย่อยได้ 3 ชั้น โดยมีลมเหล็กอยู่ด้านล่าง, ตามมาด้วยกระแสลมกรด(jet stream) ที่พัดเร็วมากของโซเดียม และลมไฮโดรเจนที่ชั้นบนสุด
ในขณะที่ดาวพฤหัสฯ ของเราเองก็มีลมกรดแบบนี้ แต่มันก็อยู่ในชั้นบรรยากาศส่วนต่ำกว่าอย่างมาก Seidel กล่าวว่า ฉันไม่คิดว่ากระแสลมกรดจะขึ้นมาสูงอย่างนี้จนมันลากไฮโดรเจนไปด้วย นี่หมายความว่า กระแสลมกรดขยายขึ้นมาจนถึงส่วนที่ชั้นบรรยากาศสิ้นสุดและเริ่มเข้าอวกาศ กระแสลมกรดที่สำรวจพบแผ่ถึงครึ่งหนึ่งของดาวเคราะห์ เพิ่มความเร็วและก่อกวนชั้นบรรยากาศเบื้องสูงอย่างรุนแรงเมื่อกระแสลมกรดข้ามไปที่ด้านร้อนบนไทลอส แม้ว่าพายุเฮอร์ริเคนที่รุนแรงที่สุดในระบบสุริยะก็ดูจะไม่รุนแรงเท่า เธอกล่าว
เพื่อเปิดเผยโครงสร้างชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบในแบบสามมิติ ทีมใช้เครื่องมือ ESPRESSO บนกล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก(VLT) เพื่อรวมแสงจากกล้องโทรทรรศน์หน่วยย่อยขนาด 8 เมตรทั้ง 4 ตัวให้กลายเป็นสัญญาณเดียว รูปแบบการรวมแสงสี่เท่าจาก VLT ได้เผยให้เห็นรายละเอียดที่สลัว ด้วยการสำรวจดาวเคราะห์ในหนึ่งรอบการผ่านหน้า(transit) ดาวฤกษ์แม่ ESPRESSO ก็พบสัญญาณธาตุเคมีมากมาย ได้ตรวจสอบชั้นต่างๆ ในชั้นบรรยากาศ
VLT ช่วยให้เราตรวจสอบชั้นทั้งสามที่แตกต่างกันในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ได้ในหนึ่งรอบการผ่านหน้า Leonardo A. dos Santos ผู้เขียนร่วมการศึกษา นักดาราศาสตร์ที่สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ ในบัลติมอร์มารีแลนด์ กล่าว ทีมตามรอยการเคลื่อนที่ของเหล็ก, โซเดียม และไฮโดรเจน ซึ่งช่วยให้ตามรอยลมในชั้นลึก, กลาง และตื้นในชั้นบรรยากาศได้ ตามลำดับ
ไดอะแกรมแสดงโครงสร้างและการเคลื่อนที่ในชั้นบรรยากาศ WASP-121b ไทลอส จากมุมมองด้านบนเหนือขั้ว ดาวเคราะห์หมุนรอบตัวทวนเข็ม นฬก และหันด้านเดียวด้านเดิมเข้าหาดาวฤกษ์แม่ ในชั้นที่ลึกสุด ลมเหล็กพัดออกจากจุดที่ร้อนที่สุดของด้านกลางวัน เหนือลมเหล็กเป็นกระแสลมกรดที่มีโซเดียมพัดเร็วกว่าอัตราการหมุนรอบตัวของดาวเคราะห์จากด้านกลางวันไปกลางคืน ส่วนบนอาจซ้อนทับกับลมไฮโดรเจนที่พัดตามการหมุนรอบตัว และออกสู่อวกาศ
มันเป็นการสำรวจแบบที่ท้าทายอย่างมากที่จะทำด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศ ซึ่งยิ่งเน้นให้เห็นความสำคัญของการสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบจากภาคพื้นดิน เขากล่าว ที่น่าสนใจก็คือ การสำรวจยังเผยให้เห็นการมีไทเทเนียมข้างใต้กระแสลมกรดเล็กน้อย ตามที่แสดงไว้ในการศึกษาคู่เคียงเผยแพร่ใน Astronomy & Astrophysics ก็เป็นเรื่องน่าประหลาดใจอีกประการเนื่องจากการสำรวจดาวเคราะห์ดวงนี้ก่อนหน้านี้ ได้แสดงว่าไม่มีไทเทเนียมอยู่ บางทีอาจจะเพราะมันซ่อนอยู่ลึกในชั้นบรรยากาศ
จึงเป็นเรื่องที่ทำให้ใจฟูเมื่อเราสามารถศึกษารายละเอียดอย่างองค์ประกอบเคมีและรูปแบบสภาพอากาศของดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลอย่างนี้ได้ Bibiana Prinoth นักศึกษาปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยลุนด์ สวีเดน ซึ่งนำการศึกษาคู่เคียง และเป็นผู้เขียนร่วมในรายงานใน Nature
เพื่อจะตรวจสอบชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่ดูคล้ายโลกมากกว่า ก็ต้องการกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่กว่า ซึ่งจะมีกล้องโทรทรรศน์ใหญ่สุดขั้ว(Extremely Large Telescope) ซึ่งกำลังก่อสร้างในทะเลทรายอะตาคามา ในชิลี และเครื่องมือ ANDES ของมัน Prinoth กล่าวว่า ELT จะเป็นตัวเปลี่ยนเกมในการศึกษาชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบ ประสบการณ์ครั้งนี้ทำให้ฉันรู้สึกเหมือนเรากำลังอยู่ในเส้นทางที่จะได้พบสิ่งที่ไม่น่าเชื่อที่เราเคยได้แต่ฝันถึงในตอนนี้
แหล่งข่าว phys.org : first 3D observations of an exoplanet’s atmosphere reveal a unique climate
skyandtelescope.com : window into hot Jupiter reveals multilayered winds
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
