Planets

เจาะลึกวงแหวนดาวเสาร์ 4

posted on 13 Aug 2010 15:14 by daejeonastronomy in Planets
ถ้าผู้อ่านท่านไหนสนใจอ่านบทความดาราศาสตร์ย้อนหลัง เข้าไปดูที่หน้า "Earth Science & Astronomy" ของบลอกนี้ วันนี้คงจะเริ่มเจาะลึกทีละโครงสร้างย่อยๆ ในวงแหวนดาวเสาร์ครับ โดยจะเรียงจากใกล้ตัวดาวเสาร์มาไกลครับ


เจาะลึกวงแหวนดาวเสาร์ The lord of the ring แห่งระบบสุริยะ ตอน 4


วงแหวน D (D Ring)


วงแหวน D เป็นวงแหวนที่จางมากๆ อยู่ชั้นในสุดของระบบวงแหวนรอบดาวเสาร์ ในปี พ.ศ. 2523 ยานอวกาศวอยเอเจอร์ 1 ได้ตรวจพบวงแหวนย่อยๆภายในวงแหวน D ได้แก่วงแหวน D73 ,D72 และ D68 ซึ่งวงแหวน D 68 เป็นวงแหวนย่อยๆที่ไม่ต่อเนื่องและอยู่ใกล้ตัวดาวเสาร์มากที่สุด


25 ปีถัดมาจากการสำรวจของยานวอยเอเจอร์ 1 ยานอวกาศแคสซินีได้มาสำรวจระบบวงแหวนนี้ต่อ พบว่าวงแหวน D72 จางลง และเคลื่อนเข้าไปใกล้ตัวดาวเสาร์อีกราว 200 กิโลเมตร นอกจากนี้ยังมีการค้นพบ "คลื่น" ที่มีความกว้างประมาณ 30 กิโลเมตรในบริเวณระหว่างวงแหวน C กับวงแหวนย่อย D 73



ภาพถ่ายจากยานอวกาศแคสซินี แสดง "คลื่น" ภายในวงแหวน D ปรากฏเป็นรอยจางๆในแนวทแยงซ้ายบน-ขวาล่าง ส่วนวงแหวนที่สว่างกว่าทางซ้ายบนคือ วงแหวน C ภาพนี้มีความละเอียดที่ 1 กิโลเมตร/pixel
(Credit : NASA/JPL/Space Science Institute)



วงแหวน C (C Ring)


วงแหวน C  เป็นวงแหวนที่จางเช่นกัน แต่ก็มีความกว้างมาก อยู่ใกล้ดาวเสาร์มากกว่าวงแหวน B โดยวงแหวน C ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2393 นักดาราศาสตร์ประมาณความหนาของวงแหวนไว้ราว 5 เมตร มวลทั้งหมดของวงแหวน C ประมาณ 1.1 x 10^18 กิโลกรัม



ภาพถ่ายจากยานอวกาศแสดงวงแหวน C พาดผ่านหน้าดาวเสาร์ วงแหวนนี้จางมากจนเกือบโปร่งแสง
(Credit : NASA/JPL/Space Science Institute)


- ช่องว่างโคลอมโบและวงแหวนย่อยไททัน (Colombo Gap & Titan Ringlet)


ช่องว่างโคลอมโบนี้วางตัวอยู่ภายในวงแหวน C ชั้นใน ภายในช่องว่างนี้ก็ยังมีวงแหวนย่อยโคลอมโบ (Colombo Ringlet) ซึ่งอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางตัวดาวเสาร์ 77,883 กิโลเมตร


วงแหวนย่อยโคลอมโบนี้มีลักษณะเป็นวงรีเล็กน้อย บางทีก็เรียกวงแหวนนี้ว่า "วงแหวนย่อยไททัน" (Titan Ringlet) เพราะอนุภาคในวงแหวนนี้มี Orbital Resonance (Orbital Resonance ผมอธิบายไปแล้วที่ท้ายเอนทรี่ "เจาะลึกวงแหวนดาวเสาร์ 1" แล้วครับ) กับดาวบริวารไททัน ดาวบริวารที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์


- ช่องว่างแมกซ์เวลล์ และวงแหวนย่อยแมกซ์เวลล์ (Maxwell Gap & Ringlet)


ช่องว่างแมกซ์เวลล์วางตัวภายในส่วนนอกของวงแหวน C ภายในช่องว่างแมกซ์เวลล์นี้ก็มีวงแหวนย่อยแมกซ์เวลล์ (Maxwell Ringlet) ที่เป็นวงรีเล็กน้อย เช่นเดียวกับช่องว่างโคลอมโบที่มีวงแหวนย่อยอยู่ภายใน


วงแหวนย่อยแมกซ์เวลล์นี้มีลักษณะคล้ายกับวงแหวนเอปซิลอนของดาวยูเรนัส ตรงที่มีคลื่นอยู่ในวงแหวน เพียงแต่คลื่นในวงแหวนเอปซิลอนนั้นมากจากแรงโน้มถ่วงรบกวนของดาวบริวารคอร์ดีเลีย ขณะที่นักดาราศาสตร์ยังไม่ค้นพบเจอดาวบริวารภายในช่องว่างแมกซ์เวลล์เลย



ภาพถ่ายจากยานอวกาศแคสซินีแสดงช่องว่างแมกซ์เวลล์ (แถบโค้งสีดำใกล้กลางภาพ) ที่วางตัวภายในวงแหวน C (วงแหวนจางๆสีคล้ำในภาพ)
(Credit : NASA/JPL/Space Science Institute)


วงแหวน B (B Ring)


วงแหวน B เป็นวงแหวนที่มีขนาดใหญ่ที่สุด สว่างที่สุด และมีมวลมากที่สุดในระบบวงแหวนของดาวเสาร์ โดยมีความหนาประมาณ 5 - 15 เมตร มีมวลทั้งหมดราว 2.8 x 10^19 กิโลกรัม


วงแหวน B นี้มีค่าความหนาแน่นและความสว่างหลากหลายมาก เพราะมีวงแหวนย่อยแคบๆจำนวนมหาศาลซ้อนกันอยู่ และยังทำให้วงแหวน B นี้แทบจะไม่มีช่องว่างอยู่ภายในวงแหวนเลย  


- "แถบซี่ล้อ" ในวงแหวน B (Spokes)


ในปี พ.ศ. 2523 ขณะนั้น โครงสร้างต่างๆของวงแหวนดาวเสาร์ถูกอธิบายได้ด้วยหลักการแรงโน้มถ่วงรบกวนจากวัตถุที่ไม่ใช่อนุภาคในวงแหวน แต่เมื่อข้อมูลภาพจากยานอวกาศวอยเอเจอร์มาถึง พบว่า ในวงแหวน B มีโครงสร้างคล้ำๆในแนวรัศมี คล้ายซี่ล้อรถจักรยานโคจรไปบนวงแหวน เรียกว่า "Spoke" ซึ่งไม่สามารถใช้หลักการเดิมมาอธิบายได้ Spokes พวกนี้จะปรากฏคล้ำ เมื่อสังเกตจากแนวที่แสงอาทิตย์เข้ามา แต่ Spoke กลับปรากฏสว่างเมื่ออยู่ในมุมมองย้อนแสงอาทิตย์


นักดาราศาสตร์เสนอทฤษฎีว่า Spoke เหล่านี้ประกอบขึ้นมาจากเม็ดฝุ่นขนาดเล็ก ที่แขวนลอยออกมาจากกลุ่มวงแหวนหลัก (Main rings) ด้วยแรงผลักทางไฟฟ้าสถิต แล้วโคจรไปรอบดาวเสาร์ด้วยคาบการโคจรที่เท่ากับคาบการหมุนของสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์


กระบวนการสร้าง Spoke นี้ยังไม่เป็นที่แน่ชัด แต่ก็มีข้อเสนอจากนักดาราศาสตร์ว่าอาจเกิดจากการรบกวนทางไฟฟ้าจากปรากฏการณ์ฟ้าผ่าในบรรยากาศของดาวเสาร์ หรือการชนกันของอนุภาคภายในวงแหวนก็ได้


หลังจากการค้นพบ Spoke โดยยานอวกาศวอยเอเจอร์ ก็ไม่มีการตรวจพบ Spoke อีก  เมื่อยานอวกาศแคสซินีถึงดาวเสาร์ ในปี พ.ศ. 2547 ก็ไม่ตรวจสอบพบ Spoke ในตอนแรกๆ แต่ก็ตรวจพบอีกครั้งในปีถัดมา



Spoke ในวงแหวน B ของดาวเสาร์ที่ยานอวกาศแคสซินีถ่ายภาพได้ในวันต่างๆ
(Credit : NASA/JPL/Space Science Institute)


จากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น แสดงว่า Spoke เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดในวงแหวนดาวเสาร์เป็นช่วงๆ โดย Spoke จะหายไปในช่วงที่ดาวเสาร์หันวงแหวนและขั้วดาวเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์มากที่สุด และจะกลับมาปรากฏอีกครั้งในช่วงที่ดาวเสาร์ใกล้จะหันสันวงแหวนเข้าหาดวงอาทิตย์


- ดาวบริวารเล็กๆ (Moonlet) ในวงแหวน B


ช่วงที่ดาวเสาร์หันสันวงแหวนเข้าหาดวงอาทิตย์ในปี 2552 ได้มีการค้นพบดาวบริวารดวงเล็กโดยสังเกตจากเงาของมันที่ทาบไปบนวงแหวน B นักดาราศาสตร์ประมาณขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของมันไว้ที่ 400 เมตร และให้ชื่อเป็นรหัสกำกับว่า S/2009 S 1



ภาพถ่ายจากยานอวกาศแคสซินีแสดงดาวบริวาร S/2009 S 1 (จุดสว่างเล็กๆกลางภาพ) ที่โคจรอยู่ภายในวงแหวน B ของดาวเสาร์
(Credit: NASA/JPL/Space Science Institute)