มรดกจากยานกาลิเลโอกับข้อมูลเรื่องออโรร่าบนดวงจันทร์ของดาวพฤหัส

Written by SCIENCES

ปี 1610 ชายเครางามนาม กาลิเลโอ ได้ส่องกล้องส่องทางไกลขึ้นไปมองบนสวรรค์สวรรค์ ดวงตาที่ใหญ่กว่าคนทั่วไปของเขาทำให้เขามองเห็นจุดแสงริบหรี่เป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ ดาวเคราะห์ที่ใหญ่กว่าโลก

ถึงแม้จะห่างจากโลกถึง 600 ล้านกิโลเมตร แต่เขาก็มองเห็นมันได้ชัด แม้แต่กลุ่มแก๊สขนาดใหญ่ที่รวมตัวกันเป็นพายุขนาดยักษ์ใหญ่เท่ากับโลกสามดวง เขาก็ยังสามารถมองเห็นมันได้ แถมเขาตั้งใจมองจนสามารถสังเกตเห็นจุดแสงสว่างวิ่งผ่านหน้าดาวดวงนั้น จุดแสงสี่จุดที่วิ่งผ่านแต่ละจุดนั้นวิ่งผ่านดวงความเร็วที่ไม่เท่ากันเลยแม้แต่น้อยแต่กลับมีความสัมพันธ์ที่เชื่อมโยงกันอยู่ ดาวดวงนั้นคือ ดาวพฤหัสบดี และสี่ดวงจันทร์บริวารแห่งกาลิเลี่ยน

ข้อมูลในบันทึกของเขานั้นส่งผลกระทบต่อวงการวิทยาศาสตร์โลกและวงการศาสนา เกิดการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์และมันส่งผลให้เกิดการปฏิวัติอุตสาหกรรมต่อมาและทำให้ประเทศยุโรปกลายเป็นประเทศมหาอำนาจและบ้าสงคราม

และข้อมูลในบันทึกของเขาช่วยสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับดาวพฤหัสบดีได้มากขึ้น มันทำให้เรารู้ว่าพายุแดงใหญ่ยักษ์ภายในดาวนั้นค่อยๆมีขนาดที่เล็กลงจากสมัยที่กาลิเลโอเคยมองเห็น

ข้อมูลจากอดีตที่สั่งสมมามันค่อย ๆ เพิ่มพูนองค์ความรู้ให้กับมนุษย์มากขึ้นเรื่อย ๆ เหมือนยักษ์ที่ตัวใหญ่และสูงขึ้นเรื่อย และข้อมูลจากอดีตบางครั้งที่ดูเหมือนไม่สำคัญ หากมองเข้าไปแล้วทำการวิเคราะห์ดูอีกครั้งก็ทำให้เราได้รู้ได้เข้าใจ ได้เรียนรู้ และทำให้เราสูงขึ้นกว่าอดีตที่ผ่านมา

ตายไม่สูญเปล่า

ยานกาลิเลโอตายมาจะ 20 ปีแล้ว มันถูกบังคับให้ดำดิ่งลงไปในชั้นบรรยากาศที่บ้าคลั่งของดาวพฤหัสบดี แต่ก่อนที่มันจะดำดิ่งลงไปมันก็ถูกสนามแม่เหล็กที่เข้มข้นอย่างมหาศาลทำลายระบบแผงวงจรภายในยานจนเสียหายเกือบหมด อีกทั้งการขนส่งที่ผิดพลาดจากบนโลกก็ยังทำให้เสาอากาศที่จะต้องกางออกเสียหายจนทำให้จานรับสัญญาณขนาดใหญ่ของยานไม่กางออกตามที่วางแผนไว้

สัญญาณจากยานกาลิเลโอที่ส่งกลับมายังโลกจึงอ่อนมากจนเกือบจับไม่ได้ NASA เกือบสูญเสียยานราคาหลายร้อยล้านเหรียญไปกับการคิดวิธีในการออกแบบจานรับสัญญาณใหม่ นับแต่นั้นมา NASA จึงไม่ยอมออกแบบจานรับสัญญาณแบบที่ใช้กับยานกาลิเลโอให้แก่ยานลำอื่นอีกเลย มันน่าจะเป็นยานที่น่าสงสารที่สุดและทำงานได้คุ้มค่าที่สุดเท่าที่ยานจะสามารถทำงานได้ไหวในสภาพที่ไม่สมประกอบ

ภาพกราฟฟิกแสดงถึงจานรับสัญญาณทื่ไม่สามารถกางออกได้สุด จึงใช้งานได้เพียงจานรับสัญญาณขนาดเล็กเท่านั้น ที่มา – NASA/JPL

มันส่งข้อมูลกลับมาได้หลายล้านกิกะไบต์ มันค้นพบมหาสมุทรยักษ์ใต้ผืนน้ำแข็งของดวงจันทร์ยูโรปา แถมยังเป็นหลักฐานชิ้นสำคัญในการสนับสนุนมหาสมุทรใต้ผืนน้ำแข็งของดวงจันทร์แกนิมีด มันทำให้เราค้นพบภูเขาไฟบนดวงจันทร์ไอโอและทำให้เรารู้ว่าพายุสีส้มบนดาวนั้นเกิดจากเศษฝุ่นเถ้าธุลีจากไอโอ แต่ถึงแม้กระนั้นก็ยังมีข้อมูลบางส่วนที่หายไปพร้อมกับตัวยานที่ดำดิ่งลงไปภายในชั้นบรรยากาศของดาว

เที่ยวบินแรก

มันเป็นยานลำแรกที่โคจรรอบดาวพฤหัสบดี 27 มิถุนายน 1996 มันได้บินผ่านดวงจันทร์แกนิมีด เครื่องตัวจับสนามแม่เหล็กของมันจับได้ว่าภายในของดวงจันทร์นั้นมีสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มข้นสูงและยังคงเสถียรอยู่ แสดงให้เห็นว่าภายในแกนกลางของดาวยังคงมีความร้อนอยู่และเสถียรอยู่เหมือนกับโลกของเรา

มันเป็นดวงจันทร์ดวงเดียวในระบบสุริยะที่ยังคงมีสนามแม่เหล็กที่เสถียรอยู่ และดูเหมือนว่าจากการบินโฉมผ่านของกาลิเลโอในครั้งแรกนี้จะค้นพบบางอย่างตามมาด้วย

สนามแม่เหล็กที่เข้มข้น

หากยานค่ำคืนที่เงียบเหงาแล้วคุณขับรถอยู่กลางทะเลทรายคนเดียว นึกสนุกอยากเปิดวิทยุฟังเล่นเลยเลือกเปิดฟังคลื่น AM เพื่อฟังเพลงหรือเรื่องเล่าผี คุณอาจได้ยินเสียงคลื่นวิทยุแทรก เสียงซ่าบ้าง หรือเสียงที่ทุ้มต่ำ เสียงเหมือนคนกำลังหายใจ ไม่ใช่เสียงจากสถานีที่ส่งออกมาแน่ๆ มันเหมือนเสียงของผี

ภาพตัดต่อให้เห็นถึงออโรร่าบนขั้วเหนือของดาวในย่านคลื่นความถี่ UV นำมาตัดต่อรวมกับภาพดาวพฤหัสบดีในย่านแสงที่สายตามองเห็น ที่มา – NASA

เปล่าหรอกมันคือเสียงจากการแทรกสอดของสนามแม่เหล็กจากดาวพฤหัสบดีต่างหากละ มันทรงพลังมากจนมีขนาดของวงสนามแม่เหล็กของโลกเลยทีเดียว เหมือนเราอยู่ในเกราะป้องกันในเกราะป้องกันอีกชั้นหนึ่งอย่างไรอย่างนั้น (เกิดเฉพาะช่วงดาวพฤหัสบดีใกล้โลกเท่านั้นนะ) แน่นอนว่าสนามแม่เหล็กที่รุนแรงขนาดนี้ย่อมทำให้เกิดออโร่ร่าบนขั้วของดาวอยู่แล้ว

ดวงจันทร์แกนิมีดก็มีสนามแม่เหล็กเหมือนกัน ดังนั้นดวงจันทร์ดวงนี้ก็จึงมีออโรร่าเช่นเดียวกันกับโลกและดาวที่มีสนามแม่เหล็กอยู่ แต่ บางสิ่งมันผิดปกติ

เรือเล็กในเรือยักษ์

นี่คือเรือ Blue Marlin เป็นเรือขนส่งสินค้าที่ใหญ่มาก มากพอที่จะขนเรือลำอื่นได้เลย เรือลำนี้ลอยอยู่ในน้ำ มันสัมผัสกับคลื่นทะเลตลอดเวลา มันจึงเปียก ส่วนเรือที่ถูกวางอยู่บนเรือลำนี้อีกทีหนึ่ง มันไม่เปียก เพราะมันไม่สัมผัสกับน้ำ

เราลองเปรียบเรือ Blue Marlin เป็นสนามแม่เหล็กดาวพฤหัสบดีแล้วเรือลำเล็กที่อยู่บนเรืออีกทีนั้นคือเหล่าดวงจันทร์บริวารของดาวพฤหัสบดี ทีนี้เราเปรียบคลื่นน้ำเป็นลมสุริยะ เราจะเห็นได้ว่าสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีจะผลัก ion ของลมสุริยะออกไปทำให้เหล่าดวงจันทร์บริวารที่อยู่ภายในของสนามแม่เหล็กจะไม่ได้รับผลกระทบจากลมสุริยะ

แต่ฮับเบิลตรวจจับแสงสว่างวาบบนพื้นผิวของดวงจันทร์แกนิมีดได้  มันคือออโรร่าบนแกนิมีด ทั้งที่สนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีแข็งแรงกว่าโลกมหาศาลไม่น่าจะมีอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์หลุดรอดไปถึงแกนิมีดได้ ปัญหานี้สร้างความหงุดหงิดให้กับเหล่านักวิทยาศาสตร์พวกเขาจึงต้องขุดนำข้อมูลมหาศาลจากยานกาลิเลโอที่เคยส่งมาวิเคราะห์ดู

ภาพดวงจันทร์แกนิมีดถูกตัดต่อนำแสงออโรร่าในย่าน UV รวมกับภาพจากแสงย่านที่สายตามองเห็นได้ ที่มา – NASA/JPL

ขุดข้อมูลจากอดีต

นักวิทยาศาสตร์จึงจำเป็นต้องขุดข้อมูลจากยานกาลิเลโอที่ส่งออกมาเมื่ออดีต โชคดีที่พวกเขาไม่ได้ลบมันไป พวกเขาได้พบบางอย่างจากการบินโฉมแกนิมีดครั้งแรกจากเครื่องตรวจจับอนุภาคพลังงานสูงบนยานหรือ PLS (Plasma Subsystem) ของยาน มันตรวจจับอนุภาคพลังงานสูงจำนวนมหาศาลพุ่งตรงมาสู่ดวงจันทร์ดวงนี้อย่างจัง มันมากจนเป็นอันตรายกับตัวยาน (เอาจริงดาวพฤหัสบดีนี่เป็นแดนนรกสำหรับสิ่งมีชีวิตและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกทุกรูปแบบ)

ภาพแสดงเส้นแรงสนามแม่เหล็ก เส้นสีเขียวคือสนามแม่เหล็กของแกนิมีด เส้นสีดำคือสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดี ที่มา – NASA

ข้อมูลจากการบินโฉมครั้งแรกทำให้เรารู้ว่าดวงจันทร์ดวงนี้มีสนามแม่เหล็กและถูกสนามแม่เหล็กจากดาวพฤหัสบดีรบกวนอยู่ส่งผลให้สนามแม่เหล็กของตัวดวงจันทร์เป็นห่วงคล้ายโดนัท

การที่ดวงจันทร์แกนิมีดมีสนามแม่เหล็กมันเหมือนกับแม่เหล็กที่คอยดูดอนุภาคพลังงานสูงที่มีประจุไฟฟ้าให้วิ่งมาทางดวงจันทร์ดวงนี้ จากข้อมูลการบินโฉมของกาลิเลโอทำให้เราพอเข้าใจว่าอนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้วิ่งเข้ามาเฉพาะที่ดวงจันทร์ดวงนี้ดวงเดียว ดวงอื่นไม่มี มันทำให้รูปร่างการเคลื่อนที่ไม่ใช่แพร่ออกรอบทิศทางแต่เป็นเหมือนแตรที่อนุภาคจากตัวดาวบีบเข้ามาสู่ดวงจันทร์ดวงนี้ดวงเดียว เมื่ออนุภาควิ่งจากดาวพฤหัสบดีเข้าหาดวงจันทร์ดวงนี้มันก็ถูกเหนี่ยวนำให้เบี่ยงเบนให้ไปตามเส้นแรงสนามแม่เหล็กของดวงจันทร์และดาวพฤหัสบดี อนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้จะวิ่งรอบดวงจันทร์และส่องแสงสว่างออกมาก่อนจะพุ่งตกลงไปในดวงจันทร์น้ำแข็งและสลายตัวไปในที่สุด

ดังนั้นการมีอยู่ของออโรร่าบนดวงจันทร์แกนิมีดจึงไม่เหมือนกับออโรร่าบนโลกที่เกิดจากอนุภาคพลังงานสูงจากลมสุริยะหรือพายุสุริยะกระแทกเข้ากับเส้นสนามแม่เหล็กโลกก่อนจะถูกตรึงและคลายพลังงานออกมาในเวลากลางคืนเป็นแสงออโรร่า แต่เป็นเพราะกลุ่มก้อนอนุภาคพลังงานสูงจากตัวดาวพฤหัสบดีพุ่งตรงตามเส้นแรงสนามแม่เหล็กมาที่ดวงจันทร์ก่อนจะถูกตรึงอยู่รอบเหนือดาวและเปล่งแสงออกมาในด้านกลางคืนเป็นในย่าน UV และตกลงสู่พื้นน้ำแข็งยักษ์ของดวงจันทร์

ภาพวาดแสดงดวงจันทร์แกนิมีดเปล่งแสงออโรร่า ที่มา – NASA

สุดท้ายแล้ว นอกจากความน่าทึ่งของการค้นพบในครั้งนี้ อีกหนึ่งจุดสำคัญก็คือ ไม่ว่ายานอวกาศนั้นจะจบสิ้นช่วงชีวิตของภารกิจของมันไปแล้ว แต่ข้อมูลต่าง ๆ ที่มันได้รับมาจากการสำรวจ ก็จะยังคงอยู่ให้นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการศึกษาและนำมาสร้างเป็นความรู้ใหม่ ๆ ณ ตอนนี้ แม้ว่ายานกาลิเลโอจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของดาวพฤหัสไปแล้วจากการดำดิ่งลงสู่ชั้นบรรยากาศของมันเมื่อกว่าสิบปีที่ผ่านมา แต่การค้นพบต่าง ๆ ของมันก็จะอยู่ตราบนานเท่านาน

เช่นนี้แล้วก็ทำให้นึกถึงการทำงานของศาสตร์ที่เรียกว่าวิทยาศาสตร์  สิ่งนี้ไม่ใช่สิ่งใหม่ การค้นพบต่าง ๆ จากนักวิทยาศาสตร์หลายท่านก็เช่นกัน หลายคนไม่มีโอกาสได้อยู่ดูผลงานที่ตัวเองริเริ่มไว้ หลายคนมามีชื่อเสียงเมื่อตัวเองเสียชีวิตไปแล้ว

นี่ทำให้วิทยาศาสตร์เป็นศาสตร์แห่งการให้ ส่งมอบ โดยไม่หวังผลอย่างชัดเจน พวกคนเหล่านี้ไว้ใจและเชื่อใจในการส่งมอบองค์ความรู้จากรุ่นสู่รุ่น ทำให้ปัจจุบันเรามีองค์ความรู้ใหม่ ๆ เกิดขึ้นและก็เป็นหน้าที่ของเราที่จะคอยเก็บรักษา สานต่อและส่งมอบให้คนรุ่นต่อไป

แม้เวลาจะผ่านไปนานเท่าไหร่ วาทกรรม “บนบ่าของยักษ์ใหญ่” ของเซอร์ไอแซก นิวตัน ก็ยังคงใช้ได้เสมอ

อ้างอิง

New Results From Galileo‘s First Flyby of Ganymede: Reconnection‐Driven Flows at the Low‐Latitude Magnetopause Boundary, Crossing the Cusp, and Icy Ionospheric Escape

Old Data, New Tricks: Fresh Results from NASA’s Galileo Spacecraft 20 Years On

Last modified: May 11, 2018

Pichsinee P., I love you forever.