ดาวพฤหัส ดาวเคราะห์ลำดับที่ 5 แห่งระบบสุริยะจักรวาล ดาวเคราะห์ดวงนี้เป็นที่รู้จักกับมนุษย์มาตั้งแต่มีการจดบันทึกทางดาราศาสตร์ มันเป็นหนึ่งในดาวที่ปรากฏในหน้าประวัติศาสตร์มากที่สุด ตั้งแต่สมัยสุเมเรียน ( Sumerians ) และ บาบิโลเนียน ( Babylonians ) พวกเขาเฝ้ามองท้องฟ้าด้วยความสงสัยในทุกค่ำคืน และได้ขอพรกับดาวที่สว่างสุกใสดวงนี้ให้เป็นเทพเจ้าคุ้มครองผู้ปกปักษ์คุ้มครองเมืองแห่งนครบาบิโลน พวกเขาถึงขั้นทำนายตำแหน่งปรากฏของดาวพฤหัสบดีได้อย่างแม่นยำ และสังเกตต่อเนื่องมาเป็นเวลานาน
แต่ความรู้และความเข้าใจในดาวพฤหัสก็เพิ่มพูนขึ้นอย่างมากนับตั้งแต่ กาลิเลโอ กาลิเลอิ นักดาราศาสตร์ผู้โด่งดังได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องดูดาวพฤหัสในปี 1610 กาลิเลโอ เขาได้ค้นพบดวงจันทร์ของดาวพฤหัสทั้งหมด 4 ดวง ได้แก่ ไอโอ, ยูโรปา, แกนิมีด และ คาลิสโต
การสำรวจดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี
แกนิมีต เป็นดวงจันทร์ดวงใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ ในขณะที่ยูโรปาเป็นดวงจันทร์ที่มีขนาดเล็กมากที่สุดใน 4 ดวง แน่นอนว่าการสำรวจดวงจันทร์ของดาวพฤหัสเป็นเรื่องยาก แม้จะใช้กล้องโทรทรรศน์ที่มีกำลังขยายมากที่สุดบนโลกก็ไม่สามารถเห็นรายละเอียดของมันได้เลย การสำรวจดวงจันทร์ของดาวพฤหัสนั้นจึงต้องพึ่งพายานอวกาศเดินทางไปสำรวจเพียงเท่านั้น
ภาพถ่ายดาวพฤหัสโดยยาน Pioneer 11 ที่มา – NASA/JPL
ยาน Pioneer 10 และ 11 เป็นยานอวกาศชุดแรกที่เดินทางไปสำรวจดาวพฤหัสในปี 1973 และ 1974 แต่มันไม่ได้มีโอกาสสำรวจดวงจันทร์ของดาวพฤหัส เนื่องจากเป็นการบินผ่าน (Flyby) เท่านั้น หลังจากนั้นในปี 1979 ยาน Voyager 1 และ 2 ได้ทำการบินผ่านดาวพฤหัสอีกครั้ง แต่ในครั้งนี้มันมีโอกาสได้ทำการหันอุปกรณ์ไปทำการสำรวจดวงจันทร์ของดาวพฤหัส ข้อมูลจาก Voyager 1 และ 2 ทำให้เกิดการค้นพบที่สำคัญ 2 การค้นพบ มันทำให้เรารู้ว่าบนดวงจันทร์ไอโอนั้นเป็นโลกแห่งภูเขาไฟ ส่วนดวงจันทร์ยูโรปานั้น ก็ปกคลุมไปด้วยน้ำแข็ง
ยานกาลิเลโอ ยานลำแรกที่ได้โคจรรอบดาวพฤหัส
ในปี 1989 NASA ได้ทำการส่งยาน กาลิเลโอ (Galileo) เดินทางไปยังดาวพฤหัส มันได้ถูกปล่อยขึ้นจากกระสวยอวกาศแอตแลนติส ยานลำนี้ใช้เวลาเดินทางนานถึง 6 ปี ก่อนที่จะถึงดาวพฤหัสในปี 1995 ก่อนที่มันจะเดินทางถึงดาว มันยังได้ถ่ายภาพการพุ่งชนดาวพฤหัสของดาวหาง Shoemaker–Levy 9 ซึ่งนับเป็นอีกหนึ่งเหตุการณ์สำคัญทางประวัติศาสตร์ของการสำรวจอวกาศ
หลังจากที่ยานกาลิเลโอเดินทางถึง ด้วยความที่มันเป็นยานแบบโคจร ทำให้มันมีโอกาสปรับเปลี่ยนวงโคจรให้สามารถบินโฉบดวงจันทร์ของดาวพฤหัสได้หลายต่อหลายครั้ง ในปี 1997 ยานกาลิเลโอได้รับการต่ออายุภารกิจ ยานกาลิเลโอได้ทำการบินผ่านดวงจันทร์ของดาวพฤหัส ยูโรปา และ ไอโอ ในระยะห่างจากพื้นผิวของดาวเพียงแค่ 180 กิโลเมตรเท่านั้น
ภาพถ่ายพื้นผิวของดวงจันทร์ยูโรปา ที่มา – NASA/JPL
ยานกาลิเลโอได้ทำการสำรวจต่อไปเรื่อย ๆ จนถึงปี 2003 ก่อนที่มันจะจบชีวิตด้วยวงโคจรสุดท้ายของมันคือการลดระดับวงโคจรแล้วถูกดาวยักษ์แก๊สดวงนี้กลืนกินเข้าไป กลายเป็นส่วนหนึ่งของดาวพฤหัสตลอดกาล กาลิโลโอกลายเป็นยานอวกาศลำแรกที่ถูกสังเวยเช่นนี้ ก่อนที่ในปี 2017 ที่ผ่านมา ยานแคสสินี ก็ได้สละชีพของมันแล้วกลายไปเป็นส่วนหนึ่งของดาวเสาร์ตลอดกาลเช่นเดียวกัน
ดวงจันทร์ยูโรปา ที่มา – NASA/JPL
สำหรับเหตุผลที่ต้องทำการ Deorbit หรือลดระดับวงโคจรเข้าไปในตัวดาวก็เพื่อป้องกันยานอวกาศที่ไร้การควบคุมไปตกใส่ดวงจันทร์ของดาวพฤหัส ที่ถูกสงวนไว้สำหรับการสำรวจในอนาคต โดยเฉพาะดวงจันทร์ยูโรปาที่นักวิทยาศาสตร์ต่างสงสัยว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่เราจะค้นพบสิ่งมีชีวิตบนดวงจันทร์ดวงนี้
21 ปีให้หลังกับการค้นพบใหม่
นับเป็นเวลากว่า 15 ปีหลังจากสัญญาณสุดท้ายที่ยานกาลิเลโอส่งมาให้เรา ปัจจุบันยานอวกาศ Juno สานต่อภารกิจการสำรวจดาวพฤหัส แต่ยาน Juno ถูกออกแบบมาให้สำรวจดาวพฤหัสเป็นหลัก ความรู้ส่วนมากที่เรารู้เกี่ยวกับดวงจันทร์ของดาวพฤหัส ยังมาจากการวิเคราะห์ข้อมูลที่ยานกาลิเลโอทิ้งไว้ให้
ภาพถ่ายของดวงจันทร์ยูโรปาเทียบกับภาพถ่ายของกล้องฮับเบิลในฉากหลัง บริเวณล่างซ้ายของภาพ จะเห็นว่ามีบางสิ่งพุ่งออกมา ที่มา – NASA/ESA Hubble
ความรู้จากยานมากพอที่จะทำให้เราสรุปคุณสมบัติของยูโรปาได้ว่า ยูโรปานั้นเป็นดวงจันทร์บริวารที่มีน้ำแข็งปกคลุม และมีความเป็นไปได้ที่จะมีทะเลอยู่ภายใต้ชั้นน้ำแข็งของมัน ทำให้มันกลายเป็นหนึ่งในดวงจันทร์ 3 ดวงที่ถูกจับตามองมากที่สุด ร่วมกับ ดวงจันทร์ไททัน และเอ็นซาราดัส ของดาวเสาร์
ภาพถ่ายน้ำพุร้อนบนดวงจันทร์เอ็นซาราดัสของดาวเสาร์ ที่มา – NASA/JPL
ในปี 2016 NASA ได้ออก Statement กล่าวถึงภาพถ่ายที่ถ่ายของดวงจันทร์ยูโรปาจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งเป็นการรวบรวมข้อมูลตั้งแต่ปี 2012 ซึ่งจากภาพถ่ายทำให้เราเห็นอะไรบางอย่างปรากฏบริเวณทางตอนใต้ของดวงจันทร์ดวงนี้ ไม่ใช่แค่กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล แต่กล้องโทรทรรศน์จากภาคพื้นโลก ก็สามารถจับภาพของปรากฏการณ์นี้ได้เช่นกัน พอนำมาเปรียบเทียบกันนักวิทยาศาสตร์พบว่า สิ่งที่กล้องทั้งสองตัวถ่ายได้นี้คือสิ่งเดียวกัน ข้อมูลในตอนนั้นบ่งชี้ว่า ดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัส มีบางสิ่งพุ่งออกมาจากผิวของดาวสูงถึง 160 กิโลเมตร
ภาพถ่ายจากยาน Galileo ในบริเวณสีเขียวคือจุดที่ Hubble จับภาพการปะทุได้ ส่วนภาพขวาคือแผนที่ความร้อน ที่มา – NASA, ESA, W. Sparks (STScI), USGS Astrogeology Science Center
2005 ยานแคสสินีได้เขย่าวงการวิทยาศาสตร์ด้วยข้อมูลที่บ่งบอกว่าดวงจันทร์เอ็นซาราดัสของดาวเสาร์นั้นมีน้ำพุพวงพุ่งออกมาจากใต้ผิวของดาว นั่นทำให้ยานแคสสินีถูกปรับเปลี่ยนภารกิจให้ทำการบินโฉบเพื่อศึกษาปรากฏการณ์น้ำพุร้อนบนเอ็นซาราดัสนี้หลายต่อหลายครั้ง หากแนวคิดเรื่องน้ำพุบนดวงจันทร์ยูโรปานั้นจริง นั่นจะทำให้เราสามารถ Confirm การมีอยู่ของปรากฏการณ์น้ำพุร้อนในระบบสุริยะของเราได้ถึง 2 ดวง
รู้ได้อย่างไรว่ามีน้ำพุร้อนอยู่
แม้ว่าภารกิจของกาลิเลโอจะจบไปแล้ว แต่ข้อมูลต่าง ๆ จากอุปกรณ์ของยานยังคงอยู่และเปิดให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกได้นำไปทำการวิเคราะห์เพื่อสร้างการค้นพบใหม่ ๆ
การค้นพบครั้งนี้เกิดจากในขณะที่ยานกาลิเลโอทำการบินผ่านในรอบการบินผ่านรอบที่ E12 ( กาลิเลโอบินผ่านยูโรปา 2 รอบ อีกรอบคือ E26 ในปี 2000) อุปกรณ์ Magnetometer ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ตรวจวัดอนุภาคมีประจุได้ค้นพบอะไรบาง โดยข้อมูลจากการบินผ่านรอบที่ E12 ซึ่งเกิดขึ้นในวันที่ 16 ธันวาคมปี 1997 แสดงให้เราเห็นว่าอุปกรณ์ Magnetometer นี้วัดค่าได้อย่างผันผวนในขณะที่มันบินผ่านบริเวณบริเวณหนึ่ง ซึ่งถ้าดูจากกราฟ ค่าที่วัดได้จาก Magnetometer แทนด้วยเส้นสีดำ ส่วนเส้นสีแดงและเขียนนั้นเป็นข้อมูลจาก Simulation
ความผันผวนนี้สร้างข้อสงสัยให้กับนักวิทยาศาสตร์ว่ามันเกิดอะไรขึ้นกันแน่ และหนึ่งในสมมติฐานที่นักวิทยาศาสตร์ทั้งก็คือ ยานกาลิเลโออาจจะบินผ่านน้ำพุร้อนของดวงจันทร์ยูโรปา (ซึ่งก็เป็นไปได้เนื่องจากภาพถ่ายของฮับเบิล บ่งชี้ว่ามีโอกาสที่มันจะมีอยู่จริง) นักวิทยาศาสตร์จึงได้เขียนโปรแกรมจำลองขึ้นมาเปรียบเทียบ ซึ่งข้อมูลที่ถูกนำมาสร้างเป็นโมเดลนี้ก็มาจากความรู้จากการบินผ่านน้ำพุร้อนบนดวงจันทร์เอ็นซาราดัสของยานแคสสินี เมื่อได้โมเดลนี้ขึ้นมานักวิทยาศาสตร์ก็ทำการนำกราฟที่ได้มาเทียบกัน
กราฟสีดำคือข้อมูลจากยาน สีแดงคือ Simulation หากว่ายานกาลิเลโอบินผ่านน้ำพุจริง ๆ ส่วนสีเขียวคือ Simulation หากว่าบริเวณนั้นไม่มีน้ำพุอยู่ ที่มา – Nature Astronomy
เส้นสีเขียว คือกราฟหากว่าไม่ใช่การบินผ่านน้ำพุ ส่วนเส้นสีแดงแทนสิ่งที่จะเกิดขึ้นหากมีการบินผ่านน้ำพุ ผลที่ได้เมื่อนำกราฟมาเทียบกันก็คือ กราฟสีดำ (ข้อมูลจริง) มีความใกล้เคียงกับ Simulation ว่ายานกาลิเลโอได้บินผ่านน้ำพุมาก นั่นทำให้ข้อมูลนี้กลายเป็นหลักฐานยืนยันการมีอยู่จริงของน้ำพุบนดวงจันทร์ยูโรปา
ข้อมูลอีกชุดนึงที่ถูกนำมาสนับสนุนการค้นครั้งนี้มาจากอุปกรณ์ Plasma Wave Spectrometer บนยานกาลิเลโอ ซึ่งเทคนิคก็คล้ายกันคือการนำข้อมูลจริงที่ได้จากตัว Spectrometer บนยานมาวางเทียบกับ Simulation ของ Spectrometer ใน Model คอมพิวเตอร์ ที่เมื่อนำมาวางทับกันแล้วเราจะพบว่าข้อมูลที่ได้จากยานตรงกับใน Simulation
การค้นพบนี้นำโดยคุณ Xianzhe Jia นักวิทยาศาสตร์จาก University of Michigan ซึ่งเขาบอกว่าเทคนิคนี้เป็นการใช้อัลกอริทึมที่ทันสมัยมาก ๆ ประกอบกับคอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะสูง ซึ่งเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำการเปรียบเทียบข้อมูลแบบนี้เมื่อ 20 ปีก่อน เนื่องจากคอมพิวเตอร์และความรู้ด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์ยังไม่เพียงพอที่จะสร้างโมเดลเช่นนี้ขึ้นมา
อนาคตการสำรวจยูโรปา
นักวิทยาศาสตร์นั้นสนใจการสำรวจดวงจันทร์ยูโรปามานาน พวกเขาเรียกยูโรปาว่า Jupiter’s Icy Moon หรือดวงจันทราแช่แช็งแห่งดาวพฤหัส ภารกิจต่อไปที่จะถูกส่งไปสำรวจยูโรปาได้แก่ Europa Clipper ยานอวกาศขนาดใหญ่หนัก 6 ตันพร้อมอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่จะช่วยเพิ่มความเข้าใจในดวงจันทร์ของดาวพฤหัสมากกว่าเคย
ภาพจำลองยาน Europa Clipper ที่มา – NASA/JPL
สำหรับยาน Europa Clipper นั้นถูกออกแบบให้บินโฉบใกล้กับดวงจันทร์ยูโรป้า 44 ครั้งในภารกิจหลัก ที่จุดใกล้ที่สุดนั้นมันจะอยู่ห่างจากพื้นผิวเพียง 25 กิโลเมตรเท่านั้น โดยบนยานจะมีอุปกรณ์ Sounding Radar ที่สามารถส่องลึกทะลวงลงไปใต้ผิวดาวได้ ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจมหาสมุทรใต้ผิวดาวได้ดียิ่งขึ้น
และอุปกรณ์หลักของภารกิจทั้ง 9 ชิ้นยังไม่ถูกเปลี่ยนแปลงแต่อย่างไร เนื่องจากมันถูกออกแบบมาเพื่อการสำรวจอย่างนี้อยู่แล้ว ซึ่งนั่นหมายความว่าเราจะไม่มียานลงจอดหรือ CubeSat ตามที่คาดการณ์กันไว้ (ณ ตอนนี้)
สรุปแล้วเรื่องราวนี้สร้างความน่าทึ่งให้กับเราถึง 2 เรื่องนอกจากจะเรื่องโอกาสที่ยูโรปาจะกลายเป็นดวงจันทร์ดวงที่ 2 ของระบบสุริยะที่มีน้ำพุร้อนแล้ว เรื่องราวอันน่าทึ่งของข้อมูลอายุกว่า 20 ปี ที่เมื่อนำมาใช้ร่วมกับวิธีการประมวลผลด้วยคอมพิวเตอร์สมัยใหม่นั้นก็ทำให้เกิดการค้นพบใหม่ ๆ ได้ และนี่ก็เพราะสิ่งที่เรียกว่าวิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์ไม่เคยสอนให้เราคิดคนเดียว มันสอนให้เราตั้งคำถาม หาข้อมูล ออกแบบวิธีการทดลอง และสุดท้ายก็ได้มาซึ่งคำตอบในที่สุด และคำตอบของคำถามที่เราสงสัยในวันนี้จะกลายเป็นข้อมูลที่ถูกส่งต่อรุ่นสู่รุ่นเพื่อสนับสนุนการค้นพบใหม่ ๆ ในอนาคต แม้จะเป็นภารกิจที่อายุนานกว่า 30 ปี คุณ Magaret Kivelson ผู้ควบคุมอุปกรณ์ Magnetometer บนยานกาลิเลโอ ณ ปัจจุบันก็มีอายุถึง 90 ปีแล้ว แต่สิ่งที่เธอทำนั้นยังถูกส่งต่อและมีความหมายให้กับนักดาราศาสตร์รุ่นใหม่ที่ได้สร้างการค้นพบครั้งนี้ และก็จะขอพูดอีกครั้งว่าวาทกรรม บนบ่าของยักษ์ใหญ่ของไอแซกนิวตันนั้นยังคงใช้ได้เสมอ และกลายเป็นกฏข้อสำคัญที่เตือนใจนักวิทยาศาสตร์จากรุ่นสู่รุ่น และสำคัญไม่แพ้กฏ 3 ข้อของนิวตันเลย
อ้างอิง
Evidence of a plume on Europa from Galileo magnetic and plasma wave signatures
