Introduction to 'Comet' ตอนที่5: Centaurs

posted on 05 Jun 2013 14:06 by daejeonastronomy directory Knowledge
 
 
 
หมายเหตุจากผู้แปลและเรียบเรียง


- เอนทรี่นี้เป็นส่วนหนึ่งของเนื้อหาเรื่องดาวหางที่ "หนุ่มแทจอน"@exteen.com แปลและเรียบเรียงจากหนังสือ Exploring the Solar System ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 1 (ค.ศ.2012) เรียบเรียงโดย Peter Bond

- หนังสือเล่มดังกล่าวมีจุดประสงค์เพื่อใช้เป็นตำราดาราศาสตร์พื้นฐานในระดับ ปริญญาตรี ดังนั้น จึงต้องอาศัยพื้นฐานทางฟิสิกส์และเคมีด้วย
 
 
 
เอนทรี่ที่แนะนำให้อ่านประกอบ

- Our Solar System 18: ดาวหาง
 
 
เอนทรี่ก่อนหน้านี้
 
 
 
----------------------------------------------------------------------------------------------
 
 
 
Centaurs
 
 
 
          คำว่า “Centaur” โดยทั่วไปนั้น ใช้ประยุกต์เรียกวัตถุที่พบว่าโคจรอยู่ระหว่างวงโคจรของดาวเคราะห์ก๊าซ ตามรอบนอกของระบบสุริยะ โดย Centaur ดวงแรก ชื่อว่า Chiron ถูกค้นพบเมื่อปี ค.ศ.1977 โดย Charles Kowal นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน
 
          วงโคจรของ Chiron เป็นรูปวงรีที่มีความรีมาก (ค่าความเยื้องศูนย์กลาง (Eccentricity) = 0.383) โดยมีระยะห่างจากดวงอาทิตย์น้อยที่สุดที่ 8.51 AU, ระยะห่างจากดวงอาทิตย์มากที่สุดที่ 18.89 AU, ระนาบวงโคจรของ Chiron ทำมุมเอียงกับระนาบวงโคจรของโลก (มุม Inclination) 7 องศา และใช้เวลาโคจรรอบดวงอาทิตย์ครบรอบ 50.7 ปี
 
รูปที่ 32 แผนภาพแสดงวงโคจรของ 2060 Chiron [Credit ภาพ: User-Reyk @ wikipedia]
 
 
 
 
          ถึงแม้ Chiron จะมีวงโคจรที่ค่อนข้างแปลก (ในสมัยนั้น ไม่เคยมีวัตถุขนาดเล็กโคจรในบริเวณระหว่างวงโคจรดาวเคราะห์ชั้นนอก นอกจากดาวหาง) ในตอนแรก นักดาราศาสตร์จัดให้ Chiron เป็นวัตถุประเภทดาวเคราะห์น้อย ประมาณไว้ว่ามีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 148-208 กิโลเมตร และจากการศึกษา”กราฟแสง” (Light curve) พบว่า Chiron หมุนรอบตัวเองครบรอบใช้เวลา 5.9 ชั่วโมง
 
 
รูปที่ 33 แสดง "กราฟแสง" (Light curve) ซึ่งเป็นการบันทึกความสว่างของดาว (แกนตั้ง) ที่เปลี่ยนแปลงไป เมื่อเวลา (แกนนอน) ผ่านไป สามารถใช้หาคาบการหมุนรอบตัวเองของดาวเคราะห์น้อยได้ โดยวัดเวลาระหว่างที่ดาวเคราะห์น้อยมีความสว่างมากที่สุด (Primary peak/Primary maximum) จนถึงเวลาที่ดาวเคราะห์น้อยสว่างสุดครั้งถัดไป หรือจะใช้เวลาระหว่างที่ดาวเคราะห์น้อยมีความสว่างน้อยสุด (Primary minimum) 2 ครั้งติดกันก็ได้
 
นอกจากนี้กราฟแสงยังสามารถใช้วัดคาบการหมุนรอบตัวเองของดาวหางได้เช่นกัน (หากชั้นโคมาไม่สว่างจนกลบนิวเคลียสไปหมด)
 
[ที่มาของภาพ: www.vub.ac.be]
 
รูปที่ 34 กราฟแสงของ Chiron ที่วัดในปี ค.ศ.1989 ซึ่งความสว่างของ Chiron ขณะอยู่ในช่วง Primary minimum (ช่วงปรากฏริบหรี่สุด -> "เหวลึกสุด" ของกราฟ) กับ Secondary minimum (ช่วงปรากฏริบหรี่รองลงมา -> "เหวที่ลึกรองลงมา" ของกราฟ) ค่อนข้างใกล้เคียงกันมาก
 
[Credit ภาพ: S.Bus, ที่มาของภาพ: http://www.ifa.hawaii.edu/~meech/rot.html]
 
 
 
          แต่การจัดประเภทให้กับ Chiron ถูกตั้งคำถามในปี ค.ศ.1988 เมื่อวัตถุนี้เกิดเพิ่มความสว่างโดยที่ไม่ได้คาดการณ์กันมาก่อน และในปีถัดไป ก็มีการค้นพบชั้นฝุ่นก๊าซจางๆ ลักษณะคล้ายกับชั้นโคมาของดาวหางปรากฏอยู่รอบๆ บ่งชี้ว่า Chiron น่าจะมีสภาพเป็นนิวเคลียสดาวหางที่มีขนาดใหญ่มาก ส่งผลให้ในปัจจุบันนี้  Chiron ถูกจัดประเภทให้เป็นทั้งดาวเคราะห์น้อย (2060 Chiron) และดาวหาง (95P/Chiron)
 
 

          ในบางครั้ง เส้นผ่านศูนย์กลางของชั้นโคมาของ Chiron ก็ขยายตัวจนมีขนาดเกือบสองล้านกิโลเมตร และจากการศึกษาวิเคราะห์สเปกตรัม (Spectroscopy) บ่งชี้ว่าชั้นโคมามีก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และไซยาโนเจน (CN)

          การที่ Chiron มีปฏิกิริยาที่พื้นผิวและสร้างชั้นโคมาขึ้นมาในสภาวะอุณหภูมิต่ำ (ซึ่งวงโคจรส่วนใหญ่ของ Chiron จะอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากกว่าวงโคจรดาวเสาร์) แสดงถึงการระเหิดของสารประกอบระเหยง่ายที่มีจุดเดือดต่ำมาก (Supervolatile) เช่น มีเทน, คาร์บอนมอนอกไซด์ และโมเลกุลของไนโตรเจน (N2)

          นอกจากนี้ เหตุการณ์แปลกๆอย่างหนึ่งของ Chiron คือ จากการสังเกตการณ์พบว่าปฏิกิริยาของ Chiron ขณะอยู่ใกล้ตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดในวงโคจร (จุด Perihelion) กลับมีน้อยกว่าขณะที่อยู่ใกล้ตำแหน่งที่ห่างดวงอาทิตย์มากที่สุดในวงโคจร (จุด Aphelion)

 

 

รูปที่ 35 แผนภาพแสดงวงโคจรของวัตถุในกลุ่ม Centaurs

[Credit ภาพ: Nick Anthony Fiorenza]

 

 

          นักดาราศาสตร์ได้ประมาณจำนวนวัตถุประเภท Centaur ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า 1 กิโลเมตรว่ามีราว 44,000 ดวง และคาดการณ์ต่อเนื่องว่า กลุ่ม Centaur เหล่านี้จะมีอัตราก่อให้เกิดดาวหางคาบสั้น (Short-period comet: ดาวหางมีคาบ ที่ใช้เวลาโคจรรอบดวงอาทิตย์ครบรอบน้อยกว่า 200 ปี) ดวงใหม่โคจรเข้ามายังระบบสุริยะชั้นใน 1 ดวงในช่วงเวลาทุก 200 ปี

          ซึ่งถึงแม้ว่ามุม Inclination ของวงโคจร Centaur แต่ละดวงจะมีหลายค่าแตกต่างกันไป แต่นักดาราศาสตร์ต่างก็คิดว่ากลุ่มวัตถุประเภท Centaur มีต้นกำเนิดมาจากแถบ Kuiper (Kuiper belt – แถบของวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กที่อยู่เลยวงโคจรดาวเนปจูนออกไป) วงโคจรที่ดูไม่เป็นระเบียบของเหล่า Centaur นี้เป็นผลเนื่องจากอิทธิพลทางแรงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์ก๊าซ ส่งผลให้ในอนาคตท้ายที่สุดแล้ว วัตถุพวกนี้อาจชนเข้ากับดาวเคราะห์ก๊าซ หรือถูกเหวี่ยงออกไปยังนอกระบบสุริยะ

 

 

รูปที่ 36 กราฟแสดงข้อมูลเกี่ยวกับขนาดและวงโคจรของตัวอย่างของวัตถุในกลุ่ม Centaur

ขนาด: วงกลมสีน้ำเงินแสดงขนาดของ Centaur แต่ละดวง โดยเทียบกับวัตถุที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 200 กิโลเมตร (วงกลมสีขาวที่มุมซ้ายบนของแผนภาพ)

วงโคจร: ปรากฏเป็นเส้นในแผนภาพ โดยเทียบกับแกนระยะห่างจากดวงอาทิตย์ในหน่วย AU หรือระยะห่างเฉลี่ยของดาวเคราะห์ก๊าซ 4 ดวงจากดวงอาทิตย์ (2 แกนทางด้านล่างของภาพ) และเทียบกับแกนมุมเอียงจากระนาบวงโคจรของโลก (มุม Inclination -> แกนโค้ง)

ตัวอย่างการตีความจากกราฟนี้คร่าวๆ: Pholus

- Pholos มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 200 กิโลเมตรเล็กน้อย
- วงโคจรของ Pholus อยู่ตั้งแต่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าวงโคจรดาวเสาร์ ไปจนถึงเลยวงโคจรดาวเนปจูนออกไป
- ระนาบวงโคจรของ Pholus ทำมุมเอียงกับระนาบวงโคจรประมาณ 34-35 องศา

[Credit ภาพ: User-Eurocommuter @ Wikipedia]

 

 

 

          ในปัจจุบันนี้ Centaur ได้ถูกจัดให้เป็นกลุ่มของวัตถุน้ำแข็งที่โดยทั่วไปแล้ว มีขนาดตั้งแต่ประมาณ 100 กิโลเมตรขึ้นไป ซึ่งเป็นกลุ่มวัตถุที่เป็น “รอยต่อ” หากแบ่งตามขนาด ระหว่างดาวหางคาบสั้น และกลุ่มวัตถุแถบ Kuiper ที่มีขนาดใหญ่กว่า

 

 

          วัตถุ Centaur เหล่านี้มีพื้นผิวที่สีค่อนข้างออกไปทางสีแดง ถึงแม้จะไม่คล้ำหรือแดงเท่าวัตถุในแถบ Kuiper ก็ตาม

 

รูปที่ 37 กราฟระหว่างค่าดัชนีสี B-V (แกนนอน) และ V-R (แกนตั้ง) แสดงโทนสีของพื้นผิว และขนาดของตัวอย่างวัตถุ Centaur โดยมีข้อมูลดัชนีสีของวัตถุที่ไม่ใช่ Centaur ด้วย แสดงเป็นตัวอักษรสีเหลืองในวงเล็บ (ได้แก่ ดาวอังคาร, ดาวบริวาร Phoebe ของดาวเสาร์ และดาวบริวาร Triton ของดาวเนปจูน)

ซึ่งเฉพาะวงกลมของ 3 วัตถุหลัง แสดงเฉพาะค่าดัชนีสีเพื่อเปรียบเทียบกับโทนสีของ Centaur ดวงอื่นๆ แต่ไม่ได้ใช้เปรียบเทียบขนาด (อย่างดาวอังคาร ซึ่งตามความจริงนั้นมีขนาดใหญ่กว่า Centaur เหล่านี้มาก)

จากกราฟนี้ ยิ่งวัตถุไปทางมุมขวาบนมากเท่าไหร่ แสดงว่าพื้นผิววัตถุนั้นสียิ่งออกไปทางโทนแดงจัด

[Credit ภาพ: User-Eurocommuter @ Wikipedia]

 

 

          การศึกษาสเปกตรัมในย่านความยาวคลื่นใกล้รังสีอินฟราเรด (Near-infrared spectroscopy) แสดงว่ามี Centaur หลายดวงที่มีน้ำแข็ง (water ice) อยู่บนพื้นผิว ขณะจากการศึกษาสเปกตรัมในย่านเดียวกันกับ Pholus ได้ตรวจพบเมทานอล (CH3OH) เยือกแข็ง (Methanol ice), สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีมวลโมเลกุลน้อยชนิดอื่น หรือสารที่ผ่านปฏิกิริยา Oxidation (ปฏิกิริยาทางเคมีที่อะตอมเกิดการเสียอิเล็กตรอน เมื่อจับพันธะกับอะตอมธาตุอื่น)

          ทั้งนี้ Pholus เป็นหนึ่งในวัตถุประเภท Centaur โคจรรอบดวงอาทิตย์อยู่ตั้งแต่ภายในวงโคจรของดาวเสาร์ ไปจนถึงเลยวงโคจรของดาวเนปจูน ซึ่ง Pholus เหมือนกับวัตถุกลุ่ม Centaur ส่วนใหญ่ที่ ยังไม่เคยตรวจพบว่ามีปฏิกิริยาแบบที่เกิดขึ้นบนดาวหาง