ทำไมการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบถึงได้ยากแบบนี้ (วะ)



ในปัจจุบันเราค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบหรือ Exoplanet แล้วทั้งสิ้น 3,837 ดวง แต่วิธีส่วนใหญ่ที่ถูกใช้ในการค้นหานั้นคือการ Transit หรือการตัดผ่านหน้าดาวฤกษ์ของดาวเคราะห์ ซึ่งรับผิดชอบการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบไปถึง 2,953 ดวง และอาจจะเพิ่มขึ้นอีกในอนาคตอันใกล้นี้

แต่เชื่อหรือไม่ว่าภาพสวย ๆ ที่เราเห็นนั้นกลับไม่ใช่ภาพจริงของดาวเคราะห์นอกระบบ และจากทั้ง 3,797 ดวงนี้กลับมีเพียงแค่ 44 ดวงเท่านั้นที่เคยถูกถ่ายรูปขึ้นมา นับเป็นเพียง 1% ของดาวเคราะห์นอกระบบเอง เพราะอะไรและทำไมการถ่ายรูปดาวเคราะห์นอกระบบถึงได้ยากเย็นเพียงนี้ หาคำตอบได้จากบทความนี้เลย

อยู่ไกลจนสุดสายตา

ภาพจำลองของระบบดาว ซี่งในปัจจุบันเรายังไม่สามารถถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบได้ชัดแบบนี้ – ที่มา NASA

สำหรับวิธีที่ใช้ในการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบนั้นถูกเรียกว่า Direct Imaging ซึ่งแน่นอนว่านี่เป็นวิธีที่ยากมากในการตามถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบ เพราะบางดวงนั้นมีขนาดเล็กมาก (ดวงที่เล็กที่สุดนั้นมีรัศมีเพียง 164 กิโลเมตรเท่านั้น) โคจรใกล้ดาวฤกษ์ของมันมากจนโดนแสงของดาวฤกษ์กลบมิด และที่สำคัญที่สุดก็คือมันอยู่ไกลจากโลกของเรามาก

ดาวเนปจูนซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลจากโลกมากที่สุดนั้นอยู่ห่างจากโลกออกไปเพียง 4.3 ชั่วโมงแสงเท่านั้น แต่กับ Proxima Centauri b ซึ่งเป็นดาวเคราะห์นอกระบบที่ใกล้โลกมากที่สุดแล้ว มันอยู่ห่างจากโลกไป 4.24 ปีแสง (ระยะทาง 1 วินาทีแสง = 299,792,458 เมตร)

ไม่ใช่เรื่องง่ายเลยที่จะถ่ายวัตถุที่อยู่ไกลและมีขนาดเล็กมากได้ และถึงแม้เราจะค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบดวงแรกตั้งแต่ปี 1992 แต่มันก็ถูกค้นพบด้วยวิธีอื่นมาโดยตลอด จนกระทั่งในปี 2004 ที่นักดาราศาสตร์ใช้กล้อง Very Large Telescope ส่องไปยังดาวแคระน้ำตาลชื่อ 2M1207 และได้ค้นพบวัตถุที่โคจรรอบมัน ซึ่งแม้ในปัจจุบันมันจะได้รับการยืนยันแล้วว่าเป็นดาวเคราะห์นอกระบบในชื่อ  2M1207b แต่นักดาราศาสตร์บางกลุ่มก็ยังยึดว่าดาวเคราะห์นอกระบบอีกดวงที่ถูกค้นพบในปี 2008 เป็นดาวเคราะห์นอกระบบดวงแรกที่ถูกค้นพบด้วยการ Direct Imaging (ซึ่งจะถูกพูดถึงในภายหลัง)

2M1207 กับดาวเคราะห์ของมัน และยังคงเป็นที่ถกเถียงว่านี่เป็นภาพแรกของดาวเคราะห์นอกระบบหรือไม่ – ที่มา NaCo, VLT, ESO

เหตุผลที่เป็นเช่นนั้นก็เพราะ 2M1207b โคจรรอบดาวแคระน้ำตาล ซึ่งเป็นดาวฤกษ์ที่สว่างน้อยกว่า ก็เหมือนกับเป็นการโกงดาวเคราะห์ดวงอื่นที่โคจรรอบดาวฤกษ์จริง ๆ ซึ่งกรณีนี้ก็ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ถึงปัจจุบัน เพราะว่าทั่วโลกยังยึดถือว่าดาวเคราะห์นอกระบบดวงต่อไปนี้เป็นดวงแรกที่ถูกถ่ายภาพได้

Fomalhaut b ภาพถ่ายแรกของดาวเคราะห์นอกระบบ

13 พฤศจิกายน 2008 ด้วยความช่วยเหลือของกล้องฮับเบิลในวงโคจรรอบโลก นักดาราศาสตร์ได้ประกาศว่าพวกเขาสามารถถ่ายภาพของดาวเคราะห์ Fomalhaut b ที่โคจรอยู่รอบดาวฤกษ์ Fomalhaut ได้สำเร็จ ด้วยความที่ Formalhaut ถูกล้อมรอบด้วยฝุ่นและแก๊สที่หนาจัด นั่นทำให้นักดาราศาสตร์สามารถเล็งหาตำแหน่งของดาวเคราะห์นอกระบบได้ และถึงแม้จะมีมวลมากกว่าดาวพฤหัสเพียงแค่สองเท่า แต่เพราะว่ามันสว่างมากเลยทำให้นักดาราศาสตร์สามารถมองเห็นได้ ซึ่งทำให้นักดาราศาสตร์คาดการณ์ว่ามันอาจถูกล้อมรอบด้วยวงแหวนที่ใหญ่กว่าและสะท้อนแสงได้ดีกว่าของดาวเสาร์หลายเท่า

ภาพของดาวเคราะห์ Fomalhaut b ที่แสดงตำแหน่งในปี 2012 และประวัติของมันก่อนหน้านั้น – ที่มา NASA, ESA

นอกเหนือจากนี้ Formalhout b ยังเป็นดาวเคราะห์นอกระบบที่ใกล้โลกที่สุดที่ถูกถ่ายรูปขึ้นได้อีกด้วย โดยห่างจากโลกไปเพียง 25 ปีแสงเท่านั้น แต่ก็น่าเสียดายที่เรายังไม่มีแผนไปสำรวจมันในอนาคตอันใกล้นี้

ที่น่าสนใจก็คือในวันเดียวกันกับที่ Fomalhout b ถูกประกาศการค้นพบ นักดาราศาสตร์อีกกลุ่มก็ได้ประกาศว่าพวกเขาสามารถถ่ายภาพดาวเคราะห์อีกถึง 3 ดวงโคจรอยู่รอบดาวฤกษ์ HR 8799 โดยถ่ายภาพออกมาในช่วงคลื่นแสงอินฟาเรด (Fomalhout b ถูกถ่ายในคลื่นแสงที่ตามองเห็น)

ทำไมถึงต้องพยายามจะถ่ายรูปยาก ๆ

เพราะว่า “สิบปากว่าไม่เท่าหนึ่งตาเห็น” การที่เราได้เห็นอะไรบางอย่างที่มันมีอยู่จริงนั้นย่อมดีกว่าการอุปมาไปว่ามันมีอยู่ แต่อันที่จริงแล้วมันก็มีเหตุผลเหมือนกันที่นักดาราศาสตร์ถึงพยายามจะถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบให้ได้

ยกตัวอย่างในกรณีของ Fomalhaut b เราได้เห็นดาวเคราะห์นอกระบบดวงนี้พยายามที่จะ “แหวกทาง” ในฝุ่นและแก๊สที่ล้อมรอบดาวฤกษ์ของมัน รวมทั้งเราไม่สามารถมองเห็น Fomalhaut b ในคลื่นแสงอินฟาเรดได้ นั่นแปลว่ามวลของมันไม่ได้มีมาก และในกรณีของ HR 8799 การแผ่รังสีอินฟาเรดของมันสามารถให้นักดาราศาสตร์คำนวณมวลโดยประมาณของดาวเคราะห์ได้อีกด้วย

สุดท้ายนี้มันก็ยังคงยากเหมือนเดิม

อย่างที่กล่าวไว้ตั้งแต่ต้นว่าการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย นอกจากตั้งให้ดาวเคราะห์อยู่ในที่ ๆ ใช่ในเวลาที่ใช่แล้ว สภาพต่าง ๆ ล้วนแต่ต้องอำนวยอีกด้วย

ปัจจุบันนี้การทำ Direct Imaging ดาวเคราะห์นอกระบบนั้นมีความสำคัญทั้งในด้านวิทยาศาสตร์พอ ๆ กับความสำคัญต่อด้านจิตใจของมนุษย์ ลองคิดดูสิว่ามันดีแค่ไหนที่เราสามารถมองเห็นดาวเคราะห์นอกระบบได้ด้วยตาตัวเอง แม้มันจะอยู่ห่างออกไปหลายปีแสงก็ตาม

เราอาจเกิดมาช้าเกินไปที่จะได้ขนานนามว่าเป็นผู้ค้นพบดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ และเร็วเกินกว่าที่จะได้ส่งยานไปสำรวจดาวเคราะห์นอกระบบ แต่เราสามารถดื่มด่ำกับความรู้สึกที่ว่าระบบสุริยะไม่ใช่ระบบดาวเพียงลำพังในจักรวาลนี้ และตื่นเต้นปกับภาพถ่ายของดาวเคราะห์นอกระบบเหล่านี้ เพราะนี่จะเป็นความรู้สึกที่รุ่นลูกรุ่นหลานของเราจะอิจฉาพวกเราเป็นอย่างแน่ เมื่อพวกเขามองย้อนกลับมาดูภาพถ่ายภาพแรกของดาวเคราะห์นอกระบบ และเทียบกับภาพถ่ายระยะใกล้ที่พวกเขาถ่ายได้

 

DISCLAIMER: ข้อมูลทั้งหมดในบทความนี้ถูกค้นคว้าขึ้น ณ วันที่ 15 พฤศจิกายน 2018 และจะทำการอัปเดตอีกครั้งเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงข้อมูล

อ้างอิง:

KOI-115.03 | Open Exoplanet Catalogue

2M1207b | Exoplanet.eu

The Planetary Society

NASA Exoplanet