หลังจากที่ยาน Juno เดินทางไปถึงดาวพฤหัสในเดือนกรฏาคม 2016 ที่ผ่านมา ทั้งตัวยานและทีมภาคพื้นดินก็ทำงานอย่างหนักเพื่อที่จะไขความลับของดาวยักษ์แก๊สที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะจักรวาลของเรา ในเดือนกรกฏาคม 2017 มันได้ทำการบินผ่านจุดแดงใหญ่  จุด พายุหมุนขนาดใหญ่บนดาวพฤหัสที่มีขนาดใหญ่กว่าโลกทั้งใบ และได้พบว่ามันมีความลึกลงไปในดวงดาวถึง 3,000 กิโลเมตรเลยทีเดียว

ยาน Juno กับดาวพฤหัส ที่มา – NASA/JPL

Juno ยังได้ทำการค้นพบต่าง ๆ ที่น่าทึ่งอีกมากมายรวมถึงได้ถ่ายภาพสวย ๆ มาให้เราได้ชมกันอยู่เป็นระยะ ๆ แต่ล่าสุด NASA ได้ออกมาเผยข้อมูลการค้นพบครั้งสำคัญที่ทำให้เราเข้าใจธรรมชาติของดาวพฤหัสได้ดีขึ้นหลายเท่า ในวันที่ 8 มีนาคม 2018 NASA ได้ออก Press Release ผ่านทางเว็บไซต์ของ NASA เกี่ยวกับเรื่องของชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัส และได้มีการเผยแพร่ Paper ทั้งหมด 4 ฉบับลงใน Nature ซึ่งเป็นวารสารด้านวิทยาศาสตร์ที่โด่งดังที่สุดในโลก

ทีมงาน Spaceth.co ได้ทำการสรุป 4 เรื่องราวการค้นพบของยาน Juno ดังนี้

สนามโน้มถ่วงที่ไม่สมมาตรกันตลอดทั้งดาว

ใน Paper ชื่อ The measurement of Jupiter’s asymmetric gravity field ได้อธิบายการตรวจวัดสนามโน้มถ่วงอันไม่สมมาตรกันของดาวพฤหัส

ปกติแล้ววัตถุทุกชนิดในเอกภพอะไรก็ตามที่มีมวลมันจะมีแรงโน้มถ่วงของมัน เช่นเดียวกับดวงอาทิตย์ โลก ดวงจันทร์ และดาวพฤหัสเองก็เช่นกัน ด้วยความที่ว่ามันเป็นดาวเคราะห์ขนาดยักษ์ แรงโน้มถ่วงของมันย่อมมีมาก แต่การค้นพบล่าสุดนี้ได้ชี้ว่าในแต่ละบริเวณของดาวพฤหัส มีค่าแรงโน้มถ่วงที่ไม่สม่ำเสมอ (อธิบายง่าย ๆ ถ้าเราเอาไปชั่งน้ำหนักในบริเวณต่างกันของดาว น้ำหนักจะไม่เท่ากัน) อันที่จริง เรื่องนี้เป็นเรื่องปกติ แม้กระทั่งโลกของเราบริเวณต่าง ๆ ก็มีค่าแรงโน้มถ่วงไม่เท่ากัน บริเวณไหนมีมวลมากก็จะมีแรงโน้มถ่วงมากกว่า (แนวคิดนี้ทำให้เราสามารถตรวจหาแหล่งน้ำมันหรือทรัพยากรธรรมชาติต่าง ๆ ได้จากการทำแผนที่สนามโน้มถ่วง) แต่โลกก็ไม่ได้มีสนามโน้มถ่วงที่แตกต่างกันมากขนาดนั้น

ภาพและกราฟแสดงความไม่สมมาตรของสนามโน้มถ่วงในบริเวณต่าง ๆ ของดาว ที่มา NASA/JPL ผ่าน Nature

สนามโน้มถ่วงของดาวพฤหัสนั้นมีความแตกต่างกันในแต่ละจุดมากทีเดียว  ด้วยความที่ยาน Juno เป็นยานอวกาศที่บินใน Polar Orbit หรือโคจรจากขั้วเหนือจรวดขั้วใต้ของดาวทำให้มันสามารถวัดค่าความโน้มถ่วงในบริเวณต่าง ๆ ของดาวได้ตั้งแต่ที่ขั้วจนไปถึงที่เส้นศูนย์สูตรของดาว

ซึ่งความไม่สมมาตรของสนามโน้มถ่วงนี้ก็เกิดจากกระแสของชั้นบรรยากาศในบริเวณต่าง ๆ ของดาว (กระแสแต่ละช่วงมีมวลไม่เท่ากัน ทำให้ช่วงที่มีมวลมากกว่า ยานจะวัดสนามโน้มถ่วงในบริเวณนั้นได้มากกว่า) ซึ่งเรื่องของกระแสไหลวน หรือที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า jet streams นี้จะอธิบายในหัวข้อต่อไป

กระแสไหลวนของชั้นบรรยากาศ จริง ๆ แล้วลึกโคตร ๆ

หากใครที่ดูสารคดีหรือวิดีโอเกี่ยวกับดาวพฤหัสบ่อย ๆ เราจะคุ้นชินกับภาพของแถบสีที่พาดผ่านชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัส ที่ไหลวนด้วยทิศทางและอัตราเร็วที่ไม่เท่ากัน บ้างก็ไปทางซ้ายบ้างก็ไปทางขวา (ถ้านึกภาพไม่ออกให้ดูรูปประกอบ)

ซึ่งภาพนี้ก็กลายเป็นภาพที่ชินตาของดาวพฤหัสแล้วและปรากฏมาตั้งแต่สมัยที่กาลิเลโอทำการส่องกล้องไปสำรวจดาวพฤหัสเมื่อกว่า 400 ปีก่อน ในปี 1973 ยาน Pioneer 10 ได้เป็นยานลำแรกที่เดินทางไปสำรวจดาวพฤหัส มันได้ทำการถ่ายภาในระยะใกล้ของดาวพฤหัสทำให้เราสามารถเห็นกระแส jet streams นี้ได้อย่างชัดเจน

เมื่อนำดาวพฤหัสมาแผ่ออกจะทำให้เห็นกระแส Jet Stream ที่ไหลต่างกัน ที่มา – NASA/JPL

คำถามต่อมาที่นักวิทยาศาสตร์ตั้งคือ แล้ว jet streams นี้มันมีความลึกลงไปมากแค่ไหน ? อยู่แค่บริเวณผิวนอกของชั้นบรรยากาศหรือว่าลึกเข้าไปในชั้นบรรยากาศกี่กิโลเมตร ซึ่งคำถามนี้ก็สามารถตอบได้แล้วด้วยข้อมูลจากยาน Juno ซึ่งก็มาจากการศึกษาเรื่อง สนามโน้มถ่วงที่ไม่สมมาตรกันนี่แหละทำให้เราสามารถวัดมวลและคำนวณปริมาตรของ jet streams แล้วทราบถึงความลึก

ใน Paper ที่ชื่อว่า Jupiter’s atmospheric jet streams extend thousands of kilometres deep ทำเผยกับเราว่า จริง ๆ แล้วแถบสีต่าง ๆ ของดาวพฤหัสในนาม jet streams กินพื้นที่ตั้งแต่ผิวนอกของชั้นบรรยากาศดาว ลึกเข้าไปในดาวถึง 3,000 กิโลเมตร!! อธิบายแบบนี้อาจจะไม่เห็นภาพ แต่ให้นึกว่าโลกของเราวัดจากผิวโลกไปจนถึงแก่นโลกมีความลึก  6,371 กิโลเมตร ดังนั้นลองนึกภาพว่า กระแส jet streams ของดาวพฤหัสนี้ มีความลึกลงไปก็ครึ่งนึงของความลึกของโลกแล้ว ไม่แปลกใจเลยว่าทำไมมันถึงได้เป็นสาเหตุให้ดาวพฤหัสมีสนามโน้มถ่วงที่ไม่สมมาตรกัน เพราะแค่กระแส Jet Streams นี้ NASA ก็ได้บอกว่ามันมีมวลมากถึง 1% จากมวลทั้งหมดของดาวพฤหัส (ดาวพฤหัสมีมวลมากกว่าโลก 300 เท่า)

แต่ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ยังไม่เข้าใจอยู่ดีว่า ทำไมมันถึงได้ลึกลงไปขนาดนั้น และอะไรทำให้ Jet Streams ของดาวมีกำลังมากขนาดนั้น ซึ่งก็เป็นคำถามที่ต้องรอคำตอบกันต่อไป

จริง ๆ แล้วดาวพฤหัสหมุนรอบตัวเองช้าเร็วแค่ไหนกันแน่

จากการค้นพบว่ากระแส Jet Streams ที่เปลือกของดาวพฤหัสนั้นมีความลึกลงไปถึง 3,000 กิโลเมตรจากชั้นนอกสุดของดาว และชั้นนี้ก็หมุนด้วยความเร็วกว่า 100 กิโลเมตร/ชั่วโมง เชิงสัมพัทธ์กับตัวดาวจริง ๆ (ให้เอาการหมุนรอบตัวเองของดาวพฤหัสไปบวกหรือลบหนึ่งร้อย) ทำให้นักวิทยาศาสตร์เกิดคำถามว่า แล้วตัวดาวจริง ๆ ที่ไม่ใช่ชั้น Jet Streams มันหมุนรอบตัวเองอย่างไร

แผนภาพแสดง differential rotation ขอองดาวพฤหัส ที่มา – NASA/JPL ผ่าน Nature

ใน Papaer A suppression of differential rotation in Jupiter’s deep interior นักวิทยาศาสตร์เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า  differentially-rotating region หรือการหมุนรอบตัวเองที่ไม่สม่ำเสมอกันทั้งดาว ซึ่งพบได้ทั่วไปในดาวก๊าซ เช่นดาวเสาร์ ก็เกิด differentially-rotating region เช่นกัน เพียงแต่ว่า differentially-rotating region บนดาวพฤหัสนั้นมีความลึกมากกว่าของดาวเสาร์อย่างน้อย 3 เท่า

ปัจจุบันเรายังไม่มีเครื่องมือที่สามารถทำความเข้าใจ differentially-rotating region ได้จริง ๆ เพราะยานอวกาศสามารสำรวจได้เพียงแค่ชั้นนอก ๆ ของดาวเท่านั้น ในอนาคตถ้าเราเข้าใจปรากฏการณ์นี้ก็จะทำให้เราสามารถทำความเข้าใจแก่นของดาวก๊าซขนาดยักษ์ต่าง ๆ ไม่ใช่แค่ดาวพฤหัส ว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร และประกอบด้วยอะไรบ้าง ซึ่งบ้างส่วนจะนำไปช่วยในการเติมเต็มทฤษฏีการกำเนิดระบบสุริยะได้ด้วย

พายุไซโคลนที่ขั้วของดาวพฤหัส

จากปรากฏการณ์แคลิออลิส (Cariolis Effect) ที่เกิดจากการหมุนตัวของดาว ทำให้เราไม่อาจพบพายุหมุนในบริเวณที่เกิด Jet Stream ซึ่งเป็นช่วงข้าง ๆ ของทรงกลมดาวได้ แต่จะปรากฏพายุหมุนในบริเวณแถบขั้วของดาวเหนือใต้มากกว่า เรียกบริเวณนี้ว่าการเกิด zonal flows

ภาพถ่ายดาวพฤหัสจากยาน Juno ที่มา – NASA/JPL

zonal flows อยู่ระหว่าง กระแส Jet Streams (ที่เรียกว่า equatorial jets) กับบริเวณขั้วเหนือใต้ของดาว (polar turbulence) ซึ่งในบริเวณนี้จะเกิดพายุหมุนจำนวนมาก ยาน Juno สามารถถ่ายภาพพายุเหล่านี้ได้ด้วยอุปกรณ์ JIRAM ย่อมาจาก Jovian Infrared Auroral Mapper ซึ่งเป็นอุปกรณ์ถ่ายภาพในช่วงคลื่นอินฟาเรด ซึ่งพายุหมุนนี้เกิดขึ้นที่ความลึกลงไปประมาณ 50 – 70 กิโลเมตรใต้ชั้นบรรยากาศส่วนนอกของดาวพฤหัส

ภาพอินฟาเรดจาก JIRAM แสดงให้เห็น Cluster ของพายุบนดาวพฤหัส ที่มา – NASA/JPL-Caltech/SwRI/ASI/INAF/JIRAM

อ้าอิงจาก Paper Clusters of cyclones encircling Jupiter’s poles พายุหมุนนี้หมุนด้วยความเร็ว 350 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งพายุบนโลกนั้นเทียบกันไม่ได้เลย ไม่ใช่แค่เร็ว แต่มันมีความกว้างมากถึง 4,000 ถึง 4,600 กิโลเมตร สำหรับพายุที่เกิดในฝั่งขั้วเหนือ และ 5,600 ถึง 7,000 กิโลเมตรในขั้วใต้ของดาว

พายุเหล่านี้เกิดกันเป็น Cluster หรือกลุ่มก้อน ปรากฏพายุลูกใหญ่อยู่ตรงกลางและมีพายุลูกอื่น ๆ ล้อมรอบประมาณ 8 ลูก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ก็เกิดคำถามว่า แล้วทำไมมันไม่มารวมกันเป็นพายุลูกใหญ่ไปเลยล่ะ ? ซึ่งก็ต้องค้นหาคำตอบกันต่อไป

สรุป

จะเห็นว่าการค้นพบทั้ง 4 เรื่องนี้ มีความสอดคล้องกันอย่างมากโดยการค้นพบแต่ละตัวเป็นส่วนช่วยให้เกิดการค้นพบอื่น ๆ จากที่เราเจอว่าสนามโน้มถ่วงของดาวมันไม่เท่ากัน ก็ทำให้เกิดคำถามว่าทำเพราะอะไร ซึ่งเราก็มาได้คำตอบว่า ก็เพราะว่ากระแส Jet Stream มันมีความลึกถึง 3,000 กิโลเมตร และแทบจะเป็น 1% ของแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสเลย แล้วก็มาเกิดคำถามต่อว่า แล้วชั้นของดาวจริง ๆ มันลึกไปแค่ไหน หมุนด้วยความเร็วต่างกันแค่ไหน แล้วก็ยังทำให้พบว่าพายุไซโคลนบนดาวจะเกิดขึ้นบริเวณขั้วเนื่องจากไม่ถูกรบกวนโดย Jet Stream ที่จะมีความเร็วเชิงมุมในการหมุนมากสุดอยู่ที่เส้นศูนย์สูตรและค่อย ๆ ลดหลั่นลงมาจนถึงช่วงชั้นขั้วของดาว

นี่คือความ Sexy ของวิทยาศาสตร์ที่การค้นพบต่าง ๆ ทำให้เกิดคำถามต่อไปไม่มีที่สิ้นสุด ปัจจุบันยาน Juno ได้ทำให้เกิด Paper หลัก ๆ แล้วกว่า 10 ฉบับ ยังไม่นับรวม Paper ย่อยอื่น ๆ ที่ใช้ข้อมูลที่ NASA ทำการ Reslease ออกมา ซึ่งยาน Juno เพิ่งจะทำงานได้เต็มที่เพียงแค่ 2 ปีเท่านั้น นับจากมันเดินทางถึงดาวพฤหัสครั้งแรกในปี 2016

ยาน Juno จะยังคงทำงานต่อไปเพื่อเสริมสร้างความเข้าใจกับดาวยักษ์แก๊สที่ NASA บอกว่าเป็นปริศนาที่จะนำไปสู่ความเข้าใจในเรื่องของการกำเนิดระบบสุริยะได้เลย

เรียงเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co

อ้างอิง 

The measurement of Jupiter’s asymmetric gravity field | Nature

Jupiter’s atmospheric jet streams extend thousands of kilometres deep | Nature

A suppression of differential rotation in Jupiter’s deep interior | Nature

Paper Clusters of cyclones encircling Jupiter’s poles | Nature