สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ เผยข้อมูลสำคัญ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ ส่องพบแร่ควอตซ์บนชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์เป็นครั้งแรก
วันที่ 24 พฤศจิกายน 2566 สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ ได้โพสต์ผ่านเฟซบุ๊ก NARIT สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบผลึกแร่ควอตซ์ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ WASP-17b ที่อยู่ห่างจากโลกออกไป 1,300 ปีแสง จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ (JWST) ซึ่งเป็นครั้งแรกที่มีการตรวจพบผลึกแร่ควอตซ์ (SiO2) ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ
เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ WASP-17b ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล และพบว่า ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์น่าจะมีอนุภาคละอองลอยขนาดเล็ก ปะปนอยู่ในเมฆหรือหมอกควัน แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้คาดหวังว่าอนุภาคนี้จะเป็นแร่ควอตซ์ และแร่ซิลิเกต (Silicate : แร่ที่อุดมไปด้วยธาตุซิลิกอนและออกซิเจน) ชนิดหนึ่ง
แร่ควอตซ์จัดเป็นแร่จำพวก “ซิลิเกต (Silicate)” ที่มีองค์ประกอบหลักเป็นซิลิคอน และออกซิเจน โดยทั่วไปแล้ว มักพบแร่ซิลิเกตในวัตถุที่มีองค์ประกอบเป็นหิน เช่น โลก และดวงจันทร์ ซึ่งที่ผ่านมาเคยมีการค้นพบแร่ซิลิเกตในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ และดาวแคระน้ำตาลมาแล้ว แต่เป็นแร่ซิลิเกตที่มีแมกนีเซียมเป็นองค์ประกอบหลัก เช่น โอลิวีนและไพรอกซีน ซึ่งไม่เคยพบซิลิเกตที่มีความบริสุทธิ์อย่างควอตซ์มาก่อน
ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ WASP-17b มีขนาดใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดีถึง 7 เท่า แต่มีมวลเพียงแค่ครึ่งหนึ่งเท่านั้น ถือว่าเป็นดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่มีขนาดใหญ่และมีความหนาแน่นน้อยที่สุดดวงหนึ่ง มีคาบการโคจรรอบดาวฤกษ์แม่เพียง 3.7 วัน และระยะห่างจากดาวฤกษ์แม่เพียง 7.8 ล้านกิโลเมตร ซึ่งสามารถสังเกตการณ์ด้วยเทคนิค Transmission spectroscopy
“Transmission spectroscopy” เป็นเทคนิคการวิเคราะห์ข้อมูลที่นักดาราศาสตร์ใช้ศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ กล่าวคือ เมื่อดาวเคราะห์เคลื่อนที่เข้ามาโคจรบังหน้าดาวฤกษ์ ชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์จะเป็นส่วนแรกที่เคลื่อนเข้ามาก่อน ในจังหวะนี้เองที่แสงจากดาวฤกษ์ส่งผ่านชั้นแก๊สของดาวเคราะห์ออกมา เมื่อนำมาวิเคราะห์สเปกตรัม จะสามารถบ่งบอกองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ได้ ซึ่ง WASP-17b เป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่มีความหนาแน่นต่ำมาก จึงเป็นวัตถุที่สามารถใช้เทคนิค Transmission spectroscopy ศึกษาได้ง่าย
กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ (JWST) ศึกษาระบบดาวฤกษ์ WASP-17 เป็นเวลาเกือบ 10 ชั่วโมง โดยวัดสเปกตรัมของรังสีอินฟราเรดช่วงกลาง (ความยาวคลื่น 5 ถึง 12 ไมครอน) มากกว่า 1,275 ครั้ง แล้วเปรียบเทียบข้อมูลสเปกตรัมแสงของดาวฤกษ์ช่วงที่ดาวเคราะห์บดบัง กับช่วงที่ไม่มีดาวเคราะห์บดบัง ทำให้สามารถบ่งบอกองค์ประกอบชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ได้ ซึ่งพบแทบดูดกลืนที่ช่วงความยาวคลื่น 8.6 ไมครอน ที่เป็นเอกลักษณ์ของผลึกแร่ควอตซ์บริสุทธิ์นั่นเอง
เมื่อพูดถึงผลึกควอตซ์ หลายคนอาจจะนึกภาพถึงคริสตัลรูปทรงหกเหลี่ยมที่พบได้ตามร้านขายอัญมณีทั่วไป แต่ตัวผลึกที่พบในชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ WASP-17b มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงประมาณ 10 นาโนเมตรเท่านั้น ซึ่งทีมนักวิจัย จำเป็นต้องสังเกตการณ์ในช่วงคลื่นอินฟราเรดย่านใกล้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล เพื่อที่จะสามารถระบุโครงสร้างของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น
ชั้นบรรยากาศของโลกเราก็พบอนุภาคควอตซ์ด้วยเช่นกัน ซึ่งเกิดจากลมที่พัดพาอนุภาคขนาดเล็กจากพื้นขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ ขณะที่ควอตซ์ที่พบในชั้นบรรยากาศของ WASP-17b แตกต่างออกไป เนื่องจากชั้นบรรยากาศของ WASP-17b มีอุณหภูมิสูงถึง 1,500 องศาเซลเซียส และมีความดันบรรยากาศในน้อยกว่าโลกกว่าพันเท่า แร่ควอตซ์จึงสามารถก่อตัวขึ้นได้เองในชั้นบรรยากาศ
ดาวเคราะห์ WASP-17b ประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นหลัก โดยมีไอน้ำ (H2O) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เพียงเล็กน้อย แต่ยังไม่สามารถบอกปริมาณควอตซ์ที่พบได้ เนื่องจากดาวเคราะห์ดวงนี้ถูกแรงโน้มถ่วงของดาวดวงแม่ตรึงให้หันด้านหนึ่งหาดาวดวงแม่ตลอดเวลา (เรียกว่า tidal locking) โดยมีด้านกลางวันที่ร้อนจัดและด้านกลางคืนที่เย็นมาก
ดังนั้นเมฆที่ก่อตัวอยู่รอบดาวเคราะห์อาจระเหยสลายตัวไปจนหมดเมื่อเคลื่อนเข้าสู่ด้านกลางวัน ซึ่งหากสามารถระบุปริมาณแร่ควอตซ์ที่พบในชั้นบรรยากาศได้ นั่นก็หมายความว่าสามารถระบุปริมาณธาตุออกซิเจนที่ซ่อนอยู่ในรูปของแร่ซิลิเกตได้ จะมีส่วนช่วยเติมเต็มการวิเคราะห์หาสัดส่วนแร่ธาตุองค์ประกอบของดาวเคราะห์ได้แม่นยำขึ้น
อย่างไรก็ตาม ดาวเคราะห์ WASP-17b เป็นเพียงหนึ่งในดาวเคราะห์เป้าหมายสำหรับการสำรวจบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเชิงลึกของกล้องโทรทรรศน์ JWST เท่านั้น ซึ่งเป้าหมายของการสำรวจของ JWST จะครอบคลุมดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะหลายประเภท ได้แก่ ดาวเคราะห์แก๊สที่โคจรใกล้ดาวดวงแม่ (hot Jupiter, warm Neptune) และดาวเคราะห์หินที่มีอุณหภูมิปานกลาง โดยเครื่องศึกษาสเปกตรัมแบบหลายอุปกรณ์ (DREAMS) ที่ติดตั้งบน JWST ต่อไป
อ่านข่าวที่เกี่ยวข้อง
