ดาวฤกษ์แต่ละดวงที่เราเห็นอยู่บนท้องฟ้านั้น อาจจะมีดาวเคราะห์ดวงเล็ก ๆ โคจรอยู่รอบ ๆ มันในระยะที่ไม่ใกล้ไม่ไกลมาก การที่เราจะตรวจสอบการมีอยู่ของดาวเคราะห์ดวงนั้นอาจจะดูฟังเป็นเรื่องที่ยากมากเกินกว่าใครจะทำได้ แต่ในปัจจุบันนี้นักดาราศาสตร์ ก็ได้นำเทคโนโลยีต่าง ๆ เข้ามาใช้ให้เกิดประโยชน์ขึ้น
กาลเวลาหมุนแปรผันเปลี่ยนไป เทคโนโลยีที่เราใช้ตรวจวัดความผิดปกติรอบ ๆ ดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลจากเราหลายปีแสงก็ถูกปรับเปลี่ยนให้ใช้งานได้ง่ายมากขึ้น วิเคราะห์ข้อมูลได้ง่ายมากยิ่งขึ้น ทำให้เราได้ค้นพบอะไรใหม่ ๆ มากขึ้น โดยเฉพาะดาวเคราะห์นอกระบบ
เทคโนโลยีที่นักดาราศาสตร์มักใช้ในการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบมีอยู่หลากหลายวิธีการ ไปทำความรู้จักกับเทคโนโลยีนั้นกัน
Radial Velocity วิธีการแรกที่ใช้งานได้สำเร็จ
วิธีการที่เรียกว่า Radial Velocity หรือรู้จักกันในอีกชื่อหนึ่งว่า Doppler spectroscopy เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบ ถ้าเทียบกับเทคโนโลยีที่มีอยู่ตอนนี้
วิธีนี้ใช้การ วัดความเร็วในแนวเล็ง โดยอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่า ดาวฤกษ์ซึ่งมีดาวเคราะห์บริวารจะเคลื่อนที่เป็นวงกลมเล็ก ๆ หรืออาจจะเป็นวงรีเล็ก ๆ ซึ่งเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ แต่ในที่นี้เราจะเน้นศึกษาตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงของความเร็วของดาวฤกษ์ว่าเคลื่อนที่เข้าหาหรือกำลังเคลื่อนที่ออกห่างจากโลก โดยสามารถคำนวณได้จากการเปลี่ยนแปลงของเส้นสเปกตรัมของดาวฤกษ์ อันเป็นผลจากปรากฏการณ์ดอพเพลอร์
นักดาราศาสตร์สามารถตรวจวัดหาดาวเคราะห์ที่กำลังโคจรอยู่รอบ ๆ ดาวฤกษ์ดวงนั้นได้จากการตรวจสอบสเปกตรัมที่เกิดการเลื่อนไปทางแดงและทางน้ำเงินสลับกันไปมาอย่างคงที่หลายครั้ง
HARPS กล้องโทรทรรศน์ขนาด 3.6 เมตรของหอดูดาวท้องฟ้าซีกใต้แห่งยุโรปที่ลาซีญา ประเทศชิลี ที่มา – S. Brunier/ESO
ซึ่งการตรวจสอบโดยวิธีการนี้ควรใช้สเปกโตรมิเตอร์ที่ทันสมัย ที่ติดตั้งใน HARPS กล้องโทรทรรศน์ขนาด 3.6 เมตรของหอดูดาวท้องฟ้าซีกใต้แห่งยุโรปที่ลาซีญา ประเทศชิลี ซึ่งดาวเคราะห์นอกระบบส่วนใหญ่ก็ถูกค้นพบด้วยกล้องตัวนี้
ข้อเสียของวิธีการ Radial Velocity
- ไม่สามารถบอกมวลของดาวเคราะห์ได้ แต่สามารถให้ค่าประมาณมวลขั้นต่ำของดาวเคราะห์ดวงนั้นได้ ซึ่งนี้เป็นปัญหาหลักของนักดาราศาสตร์ในการแบ่งแยกระหว่างดาวเคราะห์ หรือ ดาวฤกษ์ที่มีขนาดเล็กนั้นเอง
- วิธีนี้จะไม่เป็นปัญหา ถ้าการปรากฎของระนาบโคจรของดาวเคราะห์ที่มองจากโลกออกไปเป็นแบบ edge-on หรือแบบด้านข้าง
Transit Photometry เคลื่อนที่ผ่านหน้า
วิธีการนี้ไม่ได้ยุ่งยากซับซ้อนอะไรมากมาย เราสามารถใช้กล้องโทรทรรศน์ลิเวอร์พูล ในการตรวจสอบหาดาวเคราะห์นอกระบบด้วยวิธีการนี้ได้เลย หัวใจของวิธีการนี้ก็คือการตรวจสอบการลดลงของแสงที่เกิดจากการผ่านหน้าของดาวเคราะห์เป็นรอบ ๆ เท่านั้นเอง หากดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่มาก เวลาโคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์ก็อาจจะทำให้แสงของดาวฤกษ์นั้นลดลงไปได้ถึง 2% เลยด้วยซ้ำ
การเกิดปรากฎการณ์ Transit Photometry ที่มา – NASA, ESA, G. Bacon (STSci)
การลดลงของแสงนั้นจะทำให้เราทราบอัตราส่วนระหว่างดาวเคราะห์และดาวฤกษ์ และทำให้เราสามารถทราบขนาดดาวฤกษ์ดวงนั้นได้จากการวัดสเปกตรัมแสง และสามารถทราบถึงคาบการโคจรของดาวเคราะห์ดวงนั้นจากการลดลงของแสงได้ และวิธีนี้ยังสามารถให้ค่าประมาณมวลของดาวเคราะห์ที่กำลังโคจรรอบดาวฤกษ์ได้อีกด้วย
การวัดแบบ Transit Photometry เป็นวิธีที่กล้องอวกาศ Kepler ได้นำมาใช้ในการตรวจสอบหาดาวเคราะห์นอกระบบ ซึ่งมันก็ได้ตรวจพบดาวเคราะห์นอกระบบจำนวนมากและยังตรวจพบดาวเคราะห์ที่มีขนาดใกล้เคียงกับโลกของเราอยู่มากมาย และดาวเคราะห์นอกระบบส่วนใหญ่มักถูกค้นพบด้วยวิธีการนี้
ข้อเสียของวิธีการ Transit Photometry
- การที่จะใช้วิธีนี้ได้นั้น ดาวเคราะห์จะต้องเคลื่อนที่ผ่านหน้าดาวฤกษ์โดยตรงเท่านั้น ซึ่งมันก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่เราจะสังเกตเห็นจากโลก
- การเคลื่อนที่ผ่านหน้าของดาวเคราะห์อาจจะใช้เวลานานมาก ในการเคลื่อนที่ครบรอบหนึ่งรอบ ซึ่งอาจจะนานเทียบเท่ากับคนหนึ่งช่วงชีวิตเลยก็เป็นได้
Microlensing ปรากฎการณ์เลนส์ความโน้มถ่วง
วิธีการตรวจสอบแบบ Microlensing เป็นการตรวจหาดาวเคราะห์ที่ห่างไกลออกไปจากเรานับพันปีแสง ซึ่งแตกต่างจากวิธีแบบ Radial Velocity และแบบ Transit Photometry ซึ่งสองวิธีนี้เป็นการตรวจสอบหาดาวเคราะห์นอกระบบที่อยู่ในระยะไม่เกิน 100 ปีแสงจากโลก
วิธีการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบด้วยวิธีการ Microlensing ที่มา – OGLE
วิธีการนี้เป็นผลพลอยได้จากทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ นั้นก็คือเมื่อมีแสงเล็ดลอดออกมาจากดาวฤกษ์ดวงหนึ่งผ่านไปใกล้ดาวฤกษ์อีกดวงหนึ่งบนทางที่ผู้สังเกตมองจากโลกออกไป จะมีการเบี่ยงเบนของแสงเนื่องมาจากสนามแรงโน้มถ่วง ทำให้เกิดภาพที่บิดเบี้ยวไปในการสังเกตการณ์อย่างมีนัยสำคัญ
การสังเกตโดยวิธีการ Microlensing นี้ นักดาราศาสตร์ไม่ต้องคำนึงถึงแสงที่ปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์ รังสีที่ปล่อยออกมา เทคนิคนี้จึงเป็นเทคนิคในอุดมคติสำหรับใช้ศึกษาประชากรของดาราจักรที่จางแสงมาก ๆ ยกตัวอย่างเช่น ดาวเคราะห์นอกระบบ หลุมดำ เป็นต้น
ข้อเสียของวิธีการ Microlensing
- เกิดขึ้นครั้งเดียวและหาได้ยาก ต้องให้คุ้กกี้ทำนายกัน
- อาจจะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนทางระยะทางในหลักพัน ๆ ปีแสงได้เพราะตรวจวัดในระยะทางที่ไกลออกไปหลายพันปีแสง
Astrometry อนาคตของการล่าดาวเคราะห์นอกระบบ
วิธีการ Astronometry เป็นวิธีการสำคัญในการตรวจสอบหาดาวเคราะห์นอกระบบ และใช้ได้ดีเมื่อระบบดาวนั้นหันด้านหน้าเข้าหาเรา (face-on) และดาวเคราะห์ที่กำลังโคจรรอบดาวฤกษ์นั้นมีมวลมากพอ เพียงแค่ดาวเคราะห์เคลื่อนที่เพียงเล็กน้อยก็ทำให้เราสามารถตรวจพบได้แล้ว
วิธีการตรวจสอบแบบ Astrometry ที่มา – Wikiwand
มันสามารถตรวจจับดาวเคราะห์ที่มีคาบการโคจรนาน ๆ ได้อย่างง่าย ๆ ในขณะที่วิธีการ Transit Photometry ทำไม่ได้ และยังสามารถตรวจจับดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่โคจรรอบดาวฤกษ์ในระยะไกล ๆ ได้อย่างง่ายดาย ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับนักดาราศาสตร์ที่ต้องการหาดาวเคราะห์นอกระบบที่มีขนาดคล้ายคลึงกับโลกของเรามากกว่า
ข้อเสียของวิธีการ Astrometery
- ต้องใช้ความแม่นยำสูงมาก
- เป็นวิธีที่มีประโยชน์มากสำหรับการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบในพื้นที่ใกล้เคียง แต่วิธีนี้จะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าเมื่อนำไปใช้กับวัตถุที่ห่างไกลมากขึ้น
Direct Imaging การถ่ายภาพโดยตรง
วิธีการถ่ายภาพโดยตรง หรือ Direct Imaging นี้เป็นวิธีการที่เราจะถ่ายภาพดาวเคราะห์ที่กำลังสะท้อนแสงจากดาวฤกษ์ดวงแม่ที่มันกำลังโคจรอยู่รอบ ๆ ซึ่งจัดเป็นวิธีการที่ค่อนข้างจะทำยากพอสมควรเลยทีเดียว
ดาวฤกษ์มักจะมีความสว่างมากกว่าดาวเคราะห์ที่โคจรอยู่หลายเท่า ดังนั้น ดาวเคราะห์จะถูกแสงจากดาวฤกษ์ดวงแม่กลบได้ คล้าย ๆ กับกรณีที่แสงเทียนไปอยู่ใกล้ ๆ กับหลอดไฟสปอตไลท์ที่สว่างกว่ามากก็จะถูกแสงจากสปอตไลท์กลบหมด นอกจากนั้นระยะห่างระหว่างดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ก็มีผลในการถ่ายภาพโดยตรงเช่นกัน
ภาพถ่ายโดยตรง ของดาวเคราะห์นอกระบบที่กำลังโคจร รอบดาว 2M1207.ที่มา – NaCo, VLT, ESO
นักดาราศาสตร์ได้พัฒนาอุปกรณ์ต่าง ๆ เพื่อที่จะลดความแตกต่างระหว่างความสว่างของดาวฤกษ์ดวงแม่กับดาวเคราะห์ ที่เป็นผลมาจากการที่ดาวเคราะห์โคจรใกล้กับดาวฤกษ์มากเกินไป เทคโนโลยีนั้นก็คือ “โคโรนากราฟ” (Coronagraph) ซึ่งมันเป็นหน้ากากสำหรับบังแสงจากดาวฤกษ์ดวงแม่ รวมถึงพัฒนาเทคนิคการลดผลกระทบจากความแปรปรวนในชั้นบรรยากาศโลกอีกด้วย
ข้อเสียของวิธีการ Direct Imaging
- มีโอกาสได้ถ่ายยากมาก เนื่องจากการโคจรของดาวเคราะห์
จะเห็นได้ว่าวิธีการสำรวจและค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบนั้นมีอยู่หลากหลายวิธีด้วยกัน ซึ่งในแต่ละวิธีก็มีข้อดีและข้อเสียแตกต่างกันออกไป นักดาราศาสตร์จึงเลือกใช้วิธีที่ดีที่สุด ณ สถานการณ์ตอนนั้นและอาจจะใช้อีกวิธีมาช่วยในการศึกษาควบคู่กันไปเพื่อให้เกิดผลลัพธ์หรือข้อสรุปที่ดีที่สุด ภายในอนาคตอาจจะมีการปรับปรุงหรือเปลี่ยนแปลงให้มีประสิทธิภาพที่ดีมากขึ้น เพื่อที่จะได้นำมาปรับใช้ในการสำรวจหาดาวเคราะห์นอกระบบให้ได้อย่างแม่นยำมากขึ้น
อ้างอิง
