Introduction to 'Comet' ตอนที่6: ดาวหางสงบตัว

posted on 06 Jun 2013 09:29 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
 
 
 
----------------------------------------------------------------------------------------------
 
 
 
"ดาวหางสงบตัว" (Inactive comets) - วัตถุที่แยกจากดาวเคราะห์น้อยได้ยาก
 
 
 
          จากการคำนวณเรื่องการดึงดูดวัตถุในแถบเมฆออร์ต (Oort cloud – กลุ่มของวัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กที่อยู่รอบนอกถัดจาก Kuiper belt ออกไปอีก) ให้โคจรเข้ามาเป็นดาวหางคาบยาว (Long-period comet ดาวหางที่มีคาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์เกิน 200 ปี) พบว่าน่าจะมีปริมาณดาวหางที่มีคาบการโคจรใกล้เคียงกับดาวหางฮัลเลย์ มากกว่าที่เรารู้จักประมาณ 1,000 เท่า
 
          ซึ่งหากคิดในอีกมุมหนึ่งนั้น ดาวหางส่วนที่เกินมาจากที่เรารู้จัก ได้แตกสลายกลายเป็นเศษเล็กเศษน้อย เศษซากเหล่านี้จะก่อให้เกิดเป็น “เมฆจักรราศี” (Zodiacal cloud) ที่มีรูปร่างเกือบเป็นทรงกลม  และฝนดาวตกประมาณ 15-30 ชุดในแต่ละปี
 
 
 
 
รูปที่ 38 แผนภาพแสดง "เมฆจักรราศี" (Zodical cloud - พื้นที่สีม่วงในแผนภาพ) ซึ่งเป็นกลุ่มฝุ่นที่ฟุ้งไปโดยรอบดวงอาทิตย์ และมีบริเวณที่ความหนาแน่นของฝุ่นมากกว่า (ฝุ่นกระจุกตัว) ในลักษณะคล้ายแผ่นจานหนา ตั้งแต่บริเวณวงโคจรของดาวเคราะห์ชั้นในเรีื่อยไปจนถึงบริเวณวงโคจรของดาวพฤหัสบดี
 
นักดาราศาสตร์เชื่อว่าฝุ่นในเมฆจักรราศีนี้ ส่วนใหญ่มาจากฝุ่นที่พ่นออกมาจากดาวหางมีคาบ (ตัว v สีขาวและม่วงในแผนภาพ) ขณะที่ส่วนน้อยเป็นเศษเล็กเศษน้อยที่เกิดจากการพุ่งชนระหว่างดาวเคราะห์น้อย (แถบเข็มขัดดาวเคราะห์น้อยแสดงเป็นพื้นที่สีเขียวในแผนภาพ)
 
ฝุ่นในเมฆจักรราศีที่กระจุกตัวในชั้นจานหนานี้ จะสะท้อนและกระเจิงแสงอาทิตย์มายังโลก เกิดเป็น "แสงจักรราศี" (Zodiacal light)
 
[Credit ภาพ: Andrew Blanchard, David Nesvorný and Peter Jenniskens/SWRI/SETI Institute]
 
 

 
รูปที่ 39 ภาพถ่ายแสดง "แสงจักรราศี" (Zodiacal light) ซึ่งมีลักษณะปรากฏเป็นแสงจางๆ คล้ายแท่งกรวยที่ยาวไปตามบริเวณระนาบวงโคจรของโลก (Ecliptic plane) ซึ่งจะปรากฏอยู่บนท้องฟ้าไม่นานนัก ทางขอบฟ้าด้านตะวันตก (หลังดวงอาทิตย์ตก) หรือขอบฟ้าด้านตะวันออก (ก่อนดวงอาทิตย์) หากท้องฟ้ามืดสนิท ไม่มีแสงรบกวน (เช่น แสงจากในเมือง)
 
[Credit ภาพ: ESO/Yuri Beletsky]
 


รูปที่ 40 กราฟระหว่างความสว่าง (Brightness) ของแสงจักรราศี (แกนตั้ง) ในแต่ละค่ามุม Ecliptic Latitude (มุมที่วัดจากระนาบวงโคจรของโลกขึ้นไปทางเหนือ (ค่าเป็นบวก) หรือลงมาทางใต้ (ค่าเป็นลบ) โดยมีจุดยอดของมุมอยู่ที่ดวงอาทิตย์ เช่น ถ้ามุมนี้มีค่า -90 องศา = ขั้วใต้ของระนาบวงโคจรโลก, หรือถ้ามุมนี้มีค่า 0 องศา = อยู่บนระนาบวงโคจรของโลกพอดี) โดยแต่ละกราฟมีรายละเอียด ดังนี้
 
เส้นประ: ผลที่ได้จากการสังเกตการณ์ของจริง

เส้นต่อเนื่อง: ผลที่ได้จากการเขียนโปรแกรมจำลองเมฆจักรราศีในคอมพิวเตอร์

- เส้นต่อเนื่องในกราฟด้านบน: ผลจากโปรแกรมจำลองฯ หากฝุ่นในเมฆจักรราศีมาจากดาวเคราะห์น้อยและดาวหางที่มาจากเมฆออร์ต

- เส้นต่อเนื่องในกราฟด้านล่าง: ผลจากโปรแกรมจำลองฯ หากฝุ่นในเมฆจักรราศีมาจากดาวหางคาบสั้นและดาวหางที่มาจากเมฆออร์ต

ซึ่งจะเห็นได้ว่ากราฟด้านล่างแสดงการซ้อนทับกันสนิทระหว่างเส้นประกับเส้นต่อเนื่องมากกว่ากราฟด้านบน บ่งชี้ว่า ฝุ่นในเมฆจักรราศีมาจากดาวหางเป็นส่วนใหญ่ มาจากดาวเคราะห์น้อยในสัดส่วนที่น้อยมาก
 
[Credit ภาพ: David Nesvorný]
 
 
 
 
          อีกหนึ่งแนวคิดที่เป็นไปได้เกี่ยวกับดาวหางส่วนเกินจากที่รู้จักดังกล่าวนี้ คือ ดาวหางหลายดวงได้ยุติปฏิกิริยาต่างๆ กลายเป็น "ดาวหางสงบตัว" (Inactive comets) เนื่องจากสาเหตุหรือสมมติฐาน ดังนี้
 
- ดาวหางเหล่านี้สูญเสียสารประกอบระเหยง่ายไปเกือบหมดแล้ว -> "ดาวหางสงบตัวถาวร" (Extinct comets)
 
- อาจเป็นเพราะวัสดุพวกสารประกอบอินทรีย์ที่มีสีคล้ำ เกิดการทับถมสะสมตัวเป็นชั้นหนาเหนือพื้นผิวนิวเคลียสดาวหาง ชั้นที่ปกคลุมรอบนิวเคลียสนี้จะส่งผลให้แสงและพลังงานจากดวงอาทิตย์ส่องลงไปยังนิวเคลียสได้น้อยลง การระเหิดที่พื้นผิวนิวเคลียสจึงลดลงจนหมดตามไปด้วย -> "ดาวหางสงบตัวชั่วคราว" (Dormant comets)
 
          ซึ่งประสิทธิภาพการสะท้อนแสงที่ต่ำมากของพื้นผิวดาวหางที่สงบตัว ทำให้ดาวหางเหล่านี้ดูคล้ายกับสะเก็ดดาว (Meteoroid) และด้วยปัจจัยเหล่านี้ ทำให้นักดาราศาสตร์คาดว่ามีกลุ่มของดาวหางสงบตัวเหล่านี้เป็นจำนวนมาก ที่เคลื่อนที่เร็ว มีขนาดที่หลากหลาย ซึ่งริบหรี่เกินไปที่กล้องโทรทรรศน์ในโครงการสำรวจวัตถุใกล้โลก (Near-Earth Objects: NEOs) จะตรวจพบได้
 
 
 
          จำนวนของวัตถุริบหรี่มากกลุ่มนี้อาจขึ้นกับปริมาณของนิวเคลียสดาวหางที่ไม่มีปฏิกิริยาแล้ว (เนื่องจากแนวคิด 2 อย่างที่ได้กล่าวไป) รวมถึงวัตถุที่แต่เดิมหลังจากค้นพบไม่นาน ถูกจัดประเภทให้เป็นดาวเคราะห์น้อย แต่ภายหลังพบว่ามีการประทุและปฏิกิริยาแบบที่เกิดขึ้นกับดาวหาง
 
 
 
          การแบ่งแยกประเภทวัตถุระหว่างดาวเคราะห์น้อยที่เป็นหิน กับดาวหางที่เป็นน้ำแข็ง ที่มีมาแต่เดิมนั้นเริ่มทำได้ยากขึ้น ตั้งแต่ช่วงคริสตทศวรรษ 1970 เมื่อนักดาราศาสตร์พบว่าพื้นผิวนิวเคลียสของดาวหางหลายดวง (รวมทั้งดาวหางฮัลเลย์) มีสีคล้ำมาก ในระดับที่ใกล้เคียงกับพื้นผิวของดาวเคราะห์น้อยประเภท C (C-Type asteroids บางทีก็เรียกว่า Carbonaceous asteroids เป็นประเภทดาวเคราะห์น้อยที่มีมากที่สุด มีธาตุคาร์บอนอยู่มาก พื้นผิวมีสีออกคล้ำ)
 
 
 
รูปที่ 41 ภาพถ่ายดาวเคราะห์น้อย Mathilde ที่ยานอวกาศ NEAR Shoemaker ถ่ายภาพมาเมื่อปลายเดือนมิถุนายน ค.ศ.1997 ซึ่งดาวเคราะห์น้อยดวงนี้เป็นหนึ่งในดาวเคราะห์น้อยประเภท C
 
[Credit ภาพ: NASA]
 
 
 
          ซึ่งหากชั้นโคมาและหางของดาวหางจางไปแล้ว (เช่น ในขณะที่ดาวหางอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์) จะแบ่งแยกระหว่างนิวเคลียสดาวหางเหล่านี้ กับดาวเคราะห์น้อยได้ยากมาก โดยเฉพาะกรณีดาวหางที่มีรูปแบบวงโคจรคล้ายกับวงโคจรของดาวเคราะห์น้อย
 
 
 
          ตัวอย่างที่ชัดเจนถึงความยากในการแบ่งประเภทระหว่างนิวเคลียสดาวหางที่สงบตัว กับดาวเคราะห์น้อย คือ ดาวเคราะห์น้อย 4015 ซึ่งถูกค้นพบในปี ค.ศ.1979 และจากการตรวจสอบในภายหลังพบว่า ดาวเคราะห์น้อยดวงนี้เป็นดวงเดียวกันกับดาวหาง 107P/Wilson-Harrington ที่ถูกค้นพบในปี ค.ศ.1949 ในขณะนั้น ได้ปรากฏชั้นโคมาจางๆและหางด้วย ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ปฏิกิริยาของดาวหางดวงนี้ได้ลดลงไปมาก ทำให้วัตถุนี้ถูกเข้าใจว่าเป็นดาวเคราะห์น้อยได้
 
 
 
รูปที่ 42 ภาพถ่ายแสดงดาวเคราะห์น้อย 4015 ซึ่งปรากฏหางให้เห็น (อยู่บริเวณตรงกลางของภาพ) ภาพนี้ถ่ายเมื่อ 19 พฤศจิกายน ค.ศ.1949 โดยกล้องโทรทรรศน์ Schmidth ขนาดหน้ากล้อง 48 นิ้วที่หอดูดาว Palomar และผ่านการปรับปรุงจากห้องปฏิบัติการณ์ภาพถ่ายของหอดูดาวท้องฟ้าซีกใต้แห่งยุโรป (ESO) เพื่อให้เห็นหางได้ชัดขึ้น
 
[Credit ภาพ: ESO/Palomar Observatory]
 
 
         
           อีกหนึ่งหลักฐานทางอ้อมที่แสดงถึงความคล้ายกันนี้ คือกรณีของดาวเคราะห์น้อย 3200 Phaethon ซึ่งถือว่าเป็นดาวหางสงบตัว (อาจจะชั่วคราวหรือถาวร) ก็ได้ Phaethon มีวงโคจรที่ตัดผ่านวงโคจรของโลก เข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดที่ระยะห่าง 0.14 AU และสายธารสะเก็ดดาวที่ทำให้เกิดฝนดาวตกชุด Geminids ก็กระจายตัวไปตามวงโคจรของ Phaethon ด้วย ถึงแม้ว่า Phaethon จะริบหรี่ มีพื้นผิวสีคล้ำก็ตาม แต่จากการทิ้งเศษวัสดุตามวงโคจร (เช่นเดียวกับดาวหาง) ทำให้นักดาราศาสตร์เชื่อว่า Phaeton เคยเป็นดาวหางมาก่อนในอดีต
 
 
รูปที่ 43 แผนภาพแสดงวงโคจรของดาวเคราะห์น้อย 3200 Phaethon ที่จำลองจาก Small-Body Database Browser ของ JPL
 
[ที่มาของภาพ: http://sciencythoughts.blogspot.com]
 
 
 
          กลุ่มวัตถุกลุ่มหนึ่งที่อาจเข้าข่ายการอยู่ระหว่างความเป็นดาวหางกับดาวเคราะห์น้อย คือกลุ่ม Damocloids ที่ถูกตั้งชื่อตามดาวเคราะห์น้อย 5335 Damocles ซึ่งเป็นวัตถุที่มีลักษณะเฉพาะตรงที่วงโคจรของมันเป็นวงรีที่รีมาก (ตั้งแต่เลยวงโคจรของโลกออกไปจนเกือบถึงวงโคจรดาวยูเรนัส) และมีค่ามุม Inclination ที่สูง (61.95 องศา)
 
 

          ในเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ.2011 มีวัตถุในกลุ่ม Damocloids ที่รู้จักแล้ว 41 ดวง ซึ่งถึงแม้จะถูกจัดประเภทให้เป็นดาวเคราะห์น้อย แต่วัตถุเหล่านี้ก็มีคุณสมบัติที่แปลกไปจากดาวเคราะห์น้อยชนิดอื่น ดังนี้


- วงโคจรเป็นวงรีที่มีลักษณะออกไปทางวงโคจรของดาวหางมีคาบ (อย่างดาวหางฮัลเลย์) มากกว่า

- ประมาณ 1 ใน 4 ของดาวเคราะห์น้อยกลุ่มนี้ มีทิศทางการโคจรรอบดวงอาทิตย์สวนทางกับทิศทางการโคจรของดาวเคราะห์

- ขนาดรัศมีเฉลี่ยของดาวเคราะห์น้อยกลุ่มนี้อยู่ที่ 8 กิโลเมตร ซึ่งดูใกล้เคียงกับขนาดนิวเคลียสของดาวหางฮัลเลย์

          นอกจากนี้ จากการวัดค่า Albedo (ประสิทธิภาพการสะท้อนแสงของพื้นผิววัตถุ) ของวัตถุกลุ่ม Damocloid บางดวง พบว่า พวกมันเป็นหนึ่งในวัตถุที่มีสีคล้ำที่สุดในระบบสุริยะเท่าที่มนุษย์รู้จัก และพื้นผิวของวัตถุกลุ่ม Damocloid มีสีค่อนไปทางสีแดง แต่ก็ไม่แดงเท่าวัตถุในแถบเข็มขัด Kuiper หรือกลุ่ม Centaur
 
 
 
รูปที่ 44 กราฟระหว่างมุมเอียงระหว่างระนาบวงโคจรของวัตถุกับระนาบวงโคจรของโลก (มุม Inclination มีหน่วยเป็นองศา - แกนนอน) กับสัดส่วนสะสม (Cumulative Fraction มีหน่วยเป็น % - แกนตั้ง) แสดงให้เห็นว่าลักษณะด้านความเอียงของระนาบวงโคจรของกลุ่ม Damocloids คล้ายกับกลุ่มดาวหางที่มีคุณสมบัติคล้ายดาวหางฮัลเลย์ (Halley Family Comets: HFC)
 
[Credit กราฟ: Dave Jewitt]
 
 
 
 
รูปที่ 45 กราฟระหว่างค่าดัชนีสี B-I (แกนนอน) กับ V-R (แกนตั้ง) แสดงการกระจายค่าของโทนสีพื้นผิววัตถุ โดยในกราฟมีข้อมูลของดวงอาทิตย์, วัตถุกลุ่ม Centaurs, วัตถุกลุ่ม Damocloids และกลุ่มวัตถุในแถบเข็มขัด Kuiper

หากพื้นผิววัตถุมีสีออกไปทางโทนเหลือง ข้อมูลจะอยู่ทางซ้ายล่างของกราฟ (เช่น ดวงอาทิตย์) แต่ถ้าหากพื้นผิววัตถุมีสีออกทางทางโทนแดง ข้อมูลจะอยู่ทางขวาบนของกราฟ ซึ่งจากกราฟนี้จะพบว่า พื้นผิวของวัตถุในกลุ่ม Damocloids จะมีสีไม่แดงจัดเท่ากลุ่ม Centaurs หรือวัตถุในแถบเข็มขัด Kuiper
 
[Credit กราฟ: Dave Jewitt]
 
 
 

          จากคุณสมบัติของวัตถุกลุ่ม Damocloid ที่กล่าวมา ทำให้นักดาราศาสตร์คาดว่าวัตถุกลุ่มนี้เคยเป็นนิวเคลียสของดาวหางที่มีลักษณะใกล้เคียงกับดาวหางฮัลเลย์มาก่อน เพียงแต่สูญเสียสารประกอบระเหยง่ายไปแทบจะหมดแล้ว เนื่องจากการโคจรเข้ามายังระบบสุริยะชั้นในหลายๆครั้ง เป็นเวลานับหลายพันหรืออาจจะถึงหลายล้านปี สมมติฐานนี้มีหลักฐานอื่นสนับสนุน จากการตรวจพบว่าวัตถุ Damocloid บางดวงปรากฏชั้นโคมาขึ้นมาแล้วถูกจัดประเภทให้เป็นดาวหาง


          จากกรณีของดาวหางสงบตัวที่กล่าวมานี้ ทำให้นักดาราศาสตร์เสนอว่าจำนวนวัตถุประมาณครึ่งหนึ่งของกลุ่มวัตถุใกล้โลกเป็นดาวเคราะห์น้อยหรือสะเก็ดดาวที่เป็นหิน ส่วนที่เหลือเป็นดาวหางสงบตัว หรือซากดาวหางที่ไม่มีปฏิกิริยาแล้วในปัจจุบัน

 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Comment

Comment:

Tweet