SunflowerCosmos.org > Cosmology > Astronomy

Kuiper betl ขอบชายแดนด้านในระบบสุริยะ

เมื่อผ่านเข้าสู่บริเวณเขต Kuiper betl จะเริ่มเห็น Ice dwarfs หนาตาขึ้น
การเดินทางที่ยิ่งลึกเข้าไป เรายิ่งเห็นแสงในอวกาศน้อยลง นานๆครั้งเมื่อ
เข้าใกล้กับดาวเคราะห์น้อยบางดวง หรือดวงจันทร์ในแถบนั้น ก็จะเห็นเพียง
แสงสะท้อนจากวัตถุนั้นๆ และจะเห็นดวงอาทิตย์เล็กลงไปตามลำดับ

หากคิดระยะทางของ Kuiper betl มีขนาดกว้างเพียง 30 A.U.
แล้วสมมุติว่าเราเดินทางด้วยยานสำรวจที่มีความเร็ว 30,000 กิโลเมตร/ชั่วโมง
เราต้องใช้เวลาเดินทางทั้งสิ้น 150,000 ชั่วโมง หรือ 6,000 ปี จากขอบ
ด้านหนึ่งไปสู่ขอบอีกด้านหนึ่ง

บริเวณนี้เปรียบเสมือนชายแดน ของระบบสุริยะ (Final frontier) รูปทรงของ
Kuiper betl ทั้งหมดคล้ายเป็นแผ่นแบนโดยรอบกลม แน่นนอนว่ามากมาย
ไปด้วยของเศษซากน้ำแข็ง ตลอดความกว้าง 4.5 - 7.5 พันล้านกิโลเมตร

ลักษณะที่เป็นแผ่นจาน ของ Kuiper betl เรียกว่า Broadly planer zone

Ice dwarfs ถือว่าเป็นสมาชิกส่วนหนึ่งในกลไกของระบบสุริยะ เสมือนตัวอ่อนแคระ
(Planetary embryos) ขนาดระหว่าง 200-2,000 กิโลเมตร มีรูปร่างเล็กกว่า ดาวเคราะห์ชั้นใน
และดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ อายุของ Ice dwarfs โบราณดึกดำบรรพ์ มีอายุกว่า 4 พันล้านปี

เราจะมาทำความรู้จักกับ วัตถุ Kuiper betl เสียก่อนว่ามีรายละเอียดเป็นเช่นไร
(Kuiper Belt อ่านว่า Ki-Per ส่วน KBOs คืิอคำย่อของ Kuiper Belt Objects)

Classifying Kuiper Belt Objects

ด้วยบริเวณ Kuiper Belt มีความหลากลายของประเภทวัตถุ ไม่ใช่เพียงแต่
จะพิจารณา ด้วยวงโคจร หรือด้วยตำแหน่งเท่านั้น ทางวิทยาศาสตร์
มีข้อกำหนด วัตถุขนาดเล็กเป็นหลักไว้ดังนี้

1. Cold Classical KBOs
คือประเภทวัตถุ Kuiper Belt ที่มีตำแหน่ง ภายในขอบเขตความกว้าง 6 A.U.
โดยมีระยะห่างจาก ดวงอาทิตย์ 42 - 48 A.U. มีขนาดเล็ก สีน้ำตาลคล้ำ
มากกว่า วัตถุ Kuiper Belt ในประเภทอื่น และมีวงโคจรที่ไม่เสถียร
ไม่แน่นอนตลอดเวลา
(คำว่า Cold ในที่นี้ไม่ได้หมายความ ถึงอุณหภูมิ แต่หมายถึงความไม่เสถียร
ของวงโคจรของวัตถุนั้นๆ)

2. Hot Classical KBOs
คือประเภทวัตถุ Kuiper Belt ที่มีวงโคจรแบบยุ่งเหยิง เกะกะ วุ่นวาย มักจะมี
ตำแหน่งที่อยู่ระยะห่างจาก ดวงอาทิตย์ใกล้เคียง กลุ่ม Cold Classical KBOs
แต่จะมีขนาดที่ใหญ่ มีสีสันดูอมเทากว่า กลุ่ม Cold Classical KBOs
(คำว่า Hot ในที่นี้ไม่ได้หมายความ ถึงอุณหภูมิ แต่หมายถึงมีวงโคจรแบบ
ยุ่งเหยิง เกะกะวุ่นวาย ของวัตถุนั้นๆ)

3. Resonant KBOs
คือประเภทวัตถุ Kuiper Belt ที่อยู่ภายใต้อิทธิพลของและโคจรอยู่ใกล้
ดาว Neptune หรือ โคจรรอบดาวเคราะห์อื่นๆ ในจำนวนทั้งหมด
ของวัตถุประเภทนี้

สัดส่วนทุกๆ 3 วัตถุ ที่โคจรรอบดาว Neptune มีจำนวน 2 วัตถุโคจรรอบ
ดาว Pluto ด้วย กลุ่มนี้จึงเรียกว่า Plutinos หรือ Little Plutos
และทุกๆ 2 วัตถุ ที่โคจรรอบ ดาว Neptune จะมี 1 วัตถุที่มีวงโคจร
รอบดวงอาทิตย์ด้วย

4. Scattered KBOs
คือประเภทวัตถุ Kuiper Belt ที่อยู่อย่างกระจัดกระจาย ใกล้วงโคจร
ดาว Neptune มาก โดยรูปแบบการโคจรมีลักษณะน่าเวียนหัว บ้าคลั่ง
ด้วยอิทธิพลแรงดึงดูดเป็นจังหวะประหลาดจาก ดาว Neptune

เช่น บางครั้งห่างจากดวงอาทิตย์นับ 1,000 A.U.บางครั้งก็โคจรเข้าใกล้
ดวงอาทิตย์มากกว่า ดาว Neptune บางครั้งโคจรใกล้กับ ดาว Neptune
มากกว่าดวงอาทิตย์

5. Sedna
วัตถุ Kuiper Belt เป็นกลุ่มใหม่ยังไม่มี ข้อสรุปอย่างเป็นทางการในขณะนี้
แต่มีเงื่อนไขเป็นวัตถุมาจาก Kuiper Belt ทั้งหมด และมีตำแหน่งวงโคจรห่าง
จากดวงอาทิตย์มากกว่า 1,000 A.U. เข้ามาโคจรใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด
76 A.U. ระยะเวลาโคจร รอบดวงอาทิตย์ถึง 12,000 ปี มีขนาดเล็กครึ่งหนึ่ง
ของดาว Pluto ถือว่าเป็นประเภทที่มีขนาดใหญ่ และหาพบยากมาก

คราวนี้เราจะสำรวจ วัตถุในกลุ่ม Kuiper Belt เชื่อว่ามีจำนวนรวมมากกว่า
70,000 ดวง (ที่มีขนาดใหญ่กว่า 100 กิโลเมตร) ส่วนประกอบหลักเป็นน้ำแข็ง
แบบ Volatiles (ระเหยเป็นไอ) และก๊าซ Methane ก๊าซ Ammonia
มีวงโคจรที่ยาวไกลมาก นับร้อยปี

ดาว Pluto และดวงจันทร์ Charon

ดาวเคราะห์น้ำแข็ง Pluto อาจมีต้นกำเนิดมาจาก Kuiper betl ที่มีขนาด
ใหญ่ที่สุด องค์ประกอบหลักส่วนใหญ่ เป็นหินและน้ำแข็ง มีระยะห่างจาก
ดวงอาทิตย์ 39.5 A.U. มีอุณหภูมิ -382 องศา C มีความหนาวเย็นจัดจนแข็ง

สมมุติว่าถ้าเราลาพักหนาวบน ดาว Pluto เพียง 2 วัน จะเท่ากับโลก 13 วัน
เลยที่เดียว เพราะ 6.39 วันของดาว Pluto เท่ากับโลก 1 วัน และ 1 ปีจะเท่ากับ
โลกเรา 248 ปี แม้แต่ในเวลากลางวันบนดาว Pluto เหมือนเวลาพลบค่ำบน
โลกทั้งนี้เนื่องอยู่ไกล จากดวงอาทิตย์มาก

ดาว Pluto เป็นดาวเคราะห์น้ำแข็ง ถูกจัดอยู่ในประเภท ดาวเคราะห์แคระ (Dwarf planet)

เส้นทางวงโคจร ของดาว Pluto มีลักษณะมีวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ แบบ ลูกเบี้ยว (Eccentric)
ซึ่งไม่กลม และเอียงเทลาด (Inclined) 17 องศา

ดวงจันทร์ Charon มีลักษณะพิเศษของจังหวะการโคจรเกาะกัน (Locked) ด้วยจุดแรงดึงดูด
สมมาตร กับดาว Plutoไปด้วยกันแบบพร้อมเพรียง เราสงสัยว่าเป็นลักษณะ Binary Planet
(ดาวเคราะห์คู่) คล้ายกับ Binary stars (ดาวคู่) ซึ่งมีอยู่มากในจักรวาล ขณะนี้ยังไม่มีคำตอบ

ดาว Pluto และดวงจันทร์ Charon

การสำรวจพบดวงจันทร์ ของดาว Pluto อีก 2 ดวง

ตลอดเวลาเรามีข้อสงสัยเรื่อง จำนวนดวงจันทร์ของ ดาว Pluto นอกเหนือจาก
ดวงจันทร์ Charon นั้นน่าจะมีอีก 2-3 ดวง หากว่า ดาว Pluto นั้นมีแหล่งกำเนิด
มาจาก กลุ่ม Kuiper betl

จนกระทั่ง การสำรวจครั้งใหม่ ค.ศ.2005 พบดวงจันทร์ S/2005 P1 และ
S/2005 P2 ทั้งสองดวง มีระยะห่าง จากดาว Pluto ประมาณ 44,000 กิโลเมตร
(2-3 เท่าของดวงจันทร์ Charon) มีขนาดเล็กราว 64-200 กิโลเมตร

เราอาจจะต้องแปลกใจว่า บนดาว Pluto แทบจะมองไม่เห็นร่องรอยชนปะทะ
ของดาวหาง ทั้งๆที่เป็นย่าน ทางผ่านดาวหางเป็นจำนวนมาก ขณะนี้คงพอ
สันนิษฐานว่า ด้วยขนาดของ ดาว Pluto เล็กมาก จึงรอดพ้นการพุ่งชนไปได้

หรืออาจมีเหตุผลอื่นๆที่เรายังไม่เข้าใจก็ได้ เช่น ดาวหางมีองค์ประกอบที่เป็น
น้ำแข็ง ทำให้สามารถรักษาตำแหน่งวงโคจรในระยะห่างได้ ด้วยความ
สัมพันธ์แรงดึงดูดที่น้อยกว่า ดาวเคราะห์น้อยที่เป็นหิน

เป็นภาพแรกที่ถ่ายระยะใกล้ที่สุดของดาว Pluto แสดงว่ามีพื้นผิวเป็นดาวเคราะห์ 85%
ภูมิประเทศแสดงถึงที่ราบลุ่มใหญ่ ลักษณะมีการปกคลุมด้วยน้ำแข็งขนาดใหญ่ และมีวงจรฤดูกาล

พื้นผิวดาว Pluto มองเห็นดวงจันทร์ Charon

สภาพพื้นของ ดาว Pluto สามารถที่จะเหยียบเดินได้แต่เต็มไปด้วยหินแข็ง
เย็นเฉียบ ปกคลุมด้วยน้ำแข็ง บางแห่งแสดงถึง การเกาะตัวของ
อนุภาคฝุ่นอวกาศที่สกปรกนานนับล้านปี พื้นผิวของดาวทั้งดวง
มีเพียง 16,650,000 ตารางกิโลเมตรเทียบได้เท่ากับ 40% ของทวีปเอเชีย

ส่วนอากาศบนพื้นผิวของดาว Pluto มีก๊าซ Nitrogen และก๊าซ Oxygen
ด้วยองค์ประกอบจำนวนมากของ Organic โมเลกุล (Carbon-bearing) ซึ่งมี
ส่วนสนับสนุนให้เกิดน้ำและน้ำแข็ง อันเป็นวัตถุดิบสำคัญในการพัฒนาการชีวิต

และหากไม่พบก๊าซ Hydrogen และ Helium เป็นจำนวนมาก ก็จะมีหนทาง
ของสภาพอากาศคล้ายโลกได้ โดยมีลักษณะสภาพอากาศ ที่อาจสามารถ
ต่อต้าน ปฏิกิริยาเรือนกระจก (Anti-greenhouse effect) จากระบบ
การเคลื่อนตัวโคจรที่ยังไม่สามารถอธิบายได้ การตรวจสอบระยะไกลพบว่า
ดาว Pluto มีสภาพที่เย็นจัดมากกว่าดวงจันทร์ Charon

เหตุผลสำคัญที่มีความเย็นจัดถาวร เพราะพื้นผิวปกคลุมด้วยบรรยากาศ
ที่หนาของก๊าซ Nitrogen และปราศจากรังสี จากดวงอาทิตย์ (Solar radiation)
คงรับเพียงแต่แสงจากดวงอาทิตย์ (Sunlight) เป็นพลังงานใช้เปลี่ยนแปลง
สถานะ Nitrogen ice เป็นก๊าซความร้อนจึงมีเฉพาะพื้นผิวบ้าง ทำให้เกิดของ
เหลวด้วยการละลาย

เรารู้ว่าระบบของ ดาว Pluto มีข้อแตกต่างกับดาวเคราะห์อื่นทั้ง 8 ดวง เช่น
มีขนาดที่เล็กมาก (เล็กกว่าโลก) มีวงโคจรรอบดวงอาทิตย์แบบลูกเบี้ยว
(Eccentric) ซึ่งไม่กลม ระยะใกล้ 30 A.U. และระยะห่างออกไป 50 A.U.
เอียงเทลาด (Inclined) 17 องศา นอกจากนั้น ยังมีองค์ประกอบของหิน
และน้ำแข็ง ที่ต่างจากดาวเคราะห์อื่นทั้งสิ้น

พื้นผิวดวงจันทร์ Charon ข้างหน้าคือ ดาว Pluto

มองจากภาพจริง ของดาว Pluto เมื่อเข้าใกล้จะเห็นด้านขั้วเหนือและขั้วใต้สีน้ำตาลอ่อน
คือน้ำแข็งที่ส่วนประกอบของก๊าซ Methane ทำให้น้ำแข็งเปลี่ยนสีส่วนสีน้ำตาลเข้มดำ
บริเวณเส้นศูนย์สูตร เข้าใจว่ามีผลกระทบจากปฏิกิริยาเคมีบางอย่าง ที่เกิดขึ้น

แผนการสำรวจ ดาว Pluto และวัตถุของ Kuiper Belt ของ NASA

ต้องยอมรับว่า หลายประเด็นเกี่ยวกับดาว Pluto และกลุ่มวัตถุที่ใกล้ออกไป
นักวิทยาศาสตร์ยังไม่เคยเห็นของจริง หรือภาพถ่ายที่ชัดเจน นอกจากการ
สำรวจระยะไกลเท่านั้น จึงพบกับความเห็นที่โต้แย้งกันในหลายประเด็น

เรารู้ว่าดาว Pluto ควรจะจัดอยู่ในประเภทใด แต่อย่างไรก็ตามคงไม่เป็น
สาระอะไรที่สำคัญนัก จะอยู่กลุ่มใดแบบใดก็เปลี่ยนแปลงได้อีกเช่นกันหาก
พบกับข้อมูลใหม่อีกครั้ง

การสำรวจ ดาว Pluto ไม่ใช่เป็นเรื่องง่าย ด้วยระยะที่ไกลมากและด้วยต้อง
เฝ้าคอยติดตามวงโคจร อีกนับร้อยปี จึงจะเป็นข้อมูลการสำรวจจะครบถ้วนได้
ไม่ใช่แต่ภาพถ่ายอย่างเดียว อย่างน้อยในขณะนี้ ยานสำรวจ New Horizons
ได้ออกเดินทางเพื่อสืบข้อเท็จจริงแล้ว

เป้าหมายสำรวจ ในปี ค.ศ.2015

ยานสำรวจ New Horizons ใช้ความเร็วในอวกาศมากกว่า 10,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
เพื่อสู่ดาว ดาว Pluto ในเวลา 10 ปี

ยานสำรวจ New Horizons มีขนาด 2.1 เมตร น้ำหนัก 500 กิโลกรัม
ราคา 650 ล้านเหรียญ จะเดินทางไกล 7.5 พันล้านกิโลเมตรเพื่อสำรวจ
ดาว Pluto โดย Southwest Research Institute (SwRI) และ Johns Hopkins
Applied Physics Laboratory (APL)