บรรยากาศของดาวพฤหัสบดี ดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะของเรา เปรียบเสมือนปริศนาชิ้นยักษ์ที่ห่อหุ้มด้วยม่านเมฆอันซับซ้อน แม้เราจะมองเห็นพายุหมุนและแถบเมฆที่สวยงามจากภายนอกมานานหลายศตวรรษ แต่สิ่งที่อยู่ลึกลงไปภายใต้ความปั่นป่วนนั้นยังคงเป็นความลับที่เข้าถึงได้ยาก ล่าสุดทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยชิคาโกและห้องปฏิบัติการแรงขับเคลื่อนไอพ่นของนาซา (NASA JPL) ได้ประสบความสำเร็จในการสร้างแบบจำลองชั้นบรรยากาศที่ละเอียดที่สุดเท่าที่เคยมีมา ซึ่งช่วยให้เราสามารถมองทะลุผ่านเมฆหนาเพื่อสำรวจโครงสร้างส่วนลึกและองค์ประกอบทางเคมีที่สำคัญของดาวเคราะห์ยักษ์ดวงนี้ได้เป็นครั้งแรก
หัวใจสำคัญของการค้นพบครั้งนี้คือการไขปริศนาเรื่องปริมาณออกซิเจนบนดาวพฤหัสบดี ทีมวิจัยประเมินว่าดาวพฤหัสบดีมีปริมาณออกซิเจนมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 1.5 เท่า ข้อมูลนี้ไม่ได้เป็นเพียงแค่ตัวเลขทางสถิติเท่านั้น แต่เป็นกุญแจสำคัญที่จะช่วยให้นักดาราศาสตร์เข้าใจว่าดาวพฤหัสบดี รวมถึงดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ในระบบสุริยะ ก่อตัวขึ้นมาได้อย่างไรจากฝุ่นและแก๊สเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ถือเป็นการยุติข้อถกเถียงที่มีมาอย่างยาวนานในวงการวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
การศึกษาครั้งนี้แตกต่างจากการศึกษาในอดีต เนื่องจากดาวพฤหัสบดีมีชั้นเมฆที่หนาทึบและมีความหนาแน่นสูงมากจนยานอวกาศยากที่จะส่งสัญญาณทะลุผ่านได้ อย่างในปี พ.ศ. 2546 ยานกาลิเลโอเคยสูญเสียการติดต่อกับโลกขณะพุ่งดิ่งลงสู่บรรยากาศชั้นลึก หรือแม้แต่ยานจูโนที่กำลังปฏิบัติภารกิจอยู่ในปัจจุบันก็ต้องรักษาระยะห่างเพื่อความปลอดภัย ทีมนักวิจัยจึงใช้ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์มาสร้างแบบจำลองที่รวมเอา “เคมีจลนพลศาสตร์” และ “พลศาสตร์ของไหล” เข้าด้วยกันเป็นครั้งแรก เพื่อวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของโมเลกุลระหว่างชั้นบรรยากาศที่ร้อนจัดด้านล่างกับชั้นบรรยากาศที่เย็นจัดด้านบน รวมถึงพฤติกรรมการก่อตัวของหยดน้ำและเมฆที่ซับซ้อน
ผลจากการวิเคราะห์ยังชี้ให้เห็นข้อมูลที่น่าสนใจเกี่ยวกับพฤติกรรมการไหลเวียนของอากาศ โดยพบว่าบรรยากาศของดาวพฤหัสบดีมีการหมุนเวียนขึ้นและลงช้ากว่าที่เคยคาดการณ์ไว้เดิมถึง 35-40 เท่า ตัวอย่างเช่น โมเลกุลหนึ่งโมเลกุลอาจต้องใช้เวลาเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศเพียงชั้นเดียวนานหลายสัปดาห์ แทนที่จะเป็นเพียงไม่กี่ชั่วโมงอย่างที่เคยเชื่อกัน ความเชื่องช้าในการแพร่กระจายนี้แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างภายในของดาวเคราะห์ยักษ์มีความซับซ้อนและมีเสถียรภาพมากกว่าที่เราคิด
ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับปริมาณออกซิเจนที่สัมพันธ์กับน้ำนี้ มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการศึกษาต้นกำเนิดของระบบสุริยะ เนื่องจากออกซิเจนส่วนใหญ่บนดาวพฤหัสบดีถูกกักเก็บไว้ในรูปของน้ำ ซึ่งจะมีพฤติกรรมแตกต่างกันไปตามระยะห่างจากความร้อนของดวงอาทิตย์ หากเราทราบปริมาณที่แน่ชัด เราจะสามารถย้อนรอยได้ว่าดาวพฤหัสบดีก่อตัวขึ้น ณ ตำแหน่งปัจจุบัน หรือเคยอพยพมาจากบริเวณที่ไกลออกไปในอดีต นอกจากนี้ ความรู้ดังกล่าวยังเป็นรากฐานสำคัญในการค้นหาและวิเคราะห์ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่มีสภาพแวดล้อมที่อาจเอื้อต่อการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตในอนาคต
แหล่งอ้างอิง: บทความวิจัย “Coupled 1D Chemical Kinetic Transport and 2D Hydrodynamic Modeling Supports a Modest 1–1.5× Supersolar Oxygen Abundance in Jupiter’s Atmosphere” เผยแพร่ในวารสาร The Planetary Science Journal เมื่อวันที่ 8 มกราคม พ.ศ. 2569
