ดาวเคราะห์น้ำแข็งจากส่วนนอกของระบบสุริยะเผยให้เห็นบรรยากาศที่ไม่คาดคิด

นักดาราศาสตร์ได้ตรวจพบบรรยากาศเบาบางรอบๆ วัตถุน้ำแข็งขนาดเล็กที่โคจรรอบดวงอาทิตย์เลยวงโคจรของดาวเนปจูน เทห์ฟากฟ้าที่เรียกว่า (612533) 2002 XV93 มีรัศมีประมาณ 250 กิโลเมตรและตั้งอยู่ในแถบไคเปอร์ ห่างจากโลกเกือบ 6 พันล้านกิโลเมตร การค้นพบนี้เผยแพร่เมื่อวันจันทร์ (4) ในวารสาร “Nature Astronomy” และท้าทายแนวความคิดที่เป็นที่ยอมรับว่าเทห์ฟากฟ้าสามารถรักษาบรรยากาศให้คงที่ได้

ปัจจุบัน มีเพียงดาวพลูโตเท่านั้นที่มีชั้นบรรยากาศที่ได้รับการยืนยันท่ามกลางวัตถุทรานส์เนปจูน ความพยายามก่อนหน้านี้ในการตรวจจับชั้นบรรยากาศบนดาวเคราะห์แคระขนาดใหญ่เช่น Eris, Makemake และ Quaoar ไม่ได้ให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน

การสังเกตโดยการบดบังดาวฤกษ์ทำให้สามารถระบุตัวตนได้

ทีมที่นำโดยนักดาราศาสตร์ โค อาริมัตสึ จากหอดูดาวแห่งชาติของญี่ปุ่น ใช้วิธีการที่แม่นยำที่เรียกว่าการบดบังดวงดาว ในเทคนิคนี้ วัตถุจะเคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ที่มองเห็นได้จากโลกและบังแสงไว้ชั่วคราว การวิเคราะห์ว่าความสว่างนี้ลดลงอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป ช่วยให้เราสามารถระบุลักษณะของเทห์ฟากฟ้า รวมถึงขนาด รูปร่าง และการมีอยู่ของวัตถุที่อยู่รอบๆ ได้ วิธีการนี้พิสูจน์ให้เห็นถึงความเด็ดขาดในการยืนยันการมีอยู่ของชั้นบรรยากาศ

การสังเกตการณ์เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 10 มกราคม พ.ศ. 2567 จากจุดยุทธศาสตร์ 3 จุดในญี่ปุ่น ได้แก่

• กล้องโทรทรรศน์ขนาดกะทัดรัดติดตั้งบนระเบียงของมหาวิทยาลัยเกียวโต
• กล้องโทรทรรศน์ชมิดต์ขนาด 1.05 เมตรที่หอดูดาวคิโซะ พร้อมด้วยกล้องที่มีความละเอียดสูง
• กล้องโทรทรรศน์ขนาด 25 เซนติเมตร ดำเนินการโดยนักดาราศาสตร์สมัครเล่น คัตสึมาสะ โฮโซอิ ในฟุกุชิมะ

รูปแบบแสงที่ค่อยๆ เผยให้เห็นว่ามีก๊าซอยู่

วัตถุที่ไม่มีชั้นบรรยากาศจะมีรูปแบบที่มีลักษณะเฉพาะ แสงของดาวฤกษ์จะหายไปทันทีเมื่อถูกซ่อนไว้ (612533) 2002 XV93 มีพฤติกรรมแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง แสงจะค่อยๆ หรี่ลงตลอดการบดบัง ซึ่งเป็นสัญญาณบ่งบอกว่ามีชั้นก๊าซบางๆ อยู่รอบๆ วัตถุ ก๊าซนี้จะทำให้รังสีของแสงโค้งงอเล็กน้อยก่อนที่จะบังจนหมด ทำให้เกิดผลที่สังเกตได้

ข้อมูลที่รวบรวมเผยให้เห็นความกดอากาศระหว่าง 100 ถึง 200 นาโนบาร์ เพื่อให้เข้าใจง่าย การวัดนี้บางกว่าชั้นบรรยากาศของโลกประมาณ 5 ถึง 10 ล้านเท่า แม้จะมีความสว่างมาก แต่การยืนยันชั้นก๊าซนี้ถือเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในการทำความเข้าใจการก่อตัวและการคงอยู่ของบรรยากาศบนวัตถุขนาดเล็กในอวกาศ

องค์ประกอบทางเคมียังคงเปิดอยู่

นักวิจัยได้ทดสอบสถานการณ์ที่เป็นไปได้ 3 แบบสำหรับองค์ประกอบทางเคมีของก๊าซที่ตรวจพบ ได้แก่ มีเทน ไนโตรเจน หรือคาร์บอนมอนอกไซด์ แบบจำลองทั้งสามนี้ดูเหมือนจะเข้ากันได้กับข้อมูลเชิงสังเกตที่รวบรวมไว้ ซึ่งขณะนี้เป็นการป้องกันการระบุองค์ประกอบที่แท้จริงขั้นสุดท้าย สารประกอบเหล่านี้เหมือนกับสารประกอบที่ก่อตัวชั้นบรรยากาศของดาวพลูโตพอดี โดยบอกเป็นนัยถึงแหล่งกำเนิดทางเคมีทั่วไปในวัตถุทรานส์เนปจูน

ความเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกแยะว่าก๊าซใดมีอิทธิพลเหนือชั้นบรรยากาศไม่ได้ทำให้คุณค่าทางวิทยาศาสตร์ของการค้นพบนี้ลดน้อยลง เป็นการเปิดช่องทางใหม่สำหรับการศึกษาครั้งต่อไปโดยใช้อุปกรณ์ขั้นสูงหรือวิธีการสังเกตทางเลือก

ความหมายในการทำความเข้าใจวัตถุทรานส์เนปจูน

การดำรงอยู่ของชั้นบรรยากาศบนวัตถุขนาดเล็กและห่างไกลเช่นนี้ได้เปลี่ยนรูปแบบแบบจำลองทางทฤษฎีก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีเพียงวัตถุที่มีขนาดใหญ่เท่านั้นที่สามารถกักเก็บก๊าซจากแรงกดดันของรังสีดวงอาทิตย์และลมสุริยะได้ (612533) 2002 XV93 แสดงให้เห็นว่ากฎนี้มีข้อยกเว้น ขนาดและระยะห่างจากดวงอาทิตย์ทำให้เกิดเงื่อนไขพิเศษในการคงสภาพห่อหุ้มก๊าซบางๆ

การศึกษาวัตถุในแถบไคเปอร์อื่นๆ ในอนาคตอาจเผยให้เห็นว่าชั้นบรรยากาศนี้เป็นกรณีโดดเดี่ยวหรือเป็นปรากฏการณ์ทั่วไป วิธีการบดบังดาวฤกษ์ซึ่งได้รับการตรวจสอบในการค้นพบนี้ นำเสนอเส้นทางที่เป็นไปได้สำหรับการสืบสวนขนาดใหญ่ในบริเวณสุดขั้วของระบบสุริยะเหล่านี้