นักดาราศาสตร์ได้สร้างแผนที่สามมิติของดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์ดวงอื่นได้สำเร็จเป็นครั้งแรก ด้วยความช่วยเหลือจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope – JWST) แผนที่นี้เผยให้เห็นชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะดวงนี้ที่มีโซนอุณหภูมิที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน โดยมีจุดที่ร้อนจัดจนสามารถสลายไอน้ำให้แตกตัวออกจากกันได้ นับเป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจสภาพบรรยากาศของดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลโพ้น
WASP-18b ดาวพฤหัสบดีสุดร้อนที่โคจรใกล้ชิดดาวฤกษ์
ดาวเคราะห์ที่ถูกสร้างแผนที่ 3 มิตินี้คือ WASP-18b ซึ่งเป็นดาวเคราะห์แก๊สยักษ์ที่ถูกจัดอยู่ในกลุ่ม “ดาวพฤหัสบดีสุดร้อน” (ultra-hot Jupiter) เนื่องจากมีขนาดใหญ่และโคจรใกล้กับดาวฤกษ์แม่มาก ดาวดวงนี้อยู่ห่างจากโลกประมาณ 400 ปีแสง และมีมวลประมาณ 10 เท่าของดาวพฤหัสบดีในระบบสุริยะของเรา ที่น่าทึ่งคือ มันใช้เวลาโคจรครบรอบดาวฤกษ์เพียง 23 ชั่วโมงเท่านั้น
ด้วยวงโคจรที่ใกล้มากนี้เอง ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวของ WASP-18b พุ่งสูงเกือบ 2,760 องศาเซลเซียส
ความสำเร็จครั้งนี้มาจากการประยุกต์ใช้เทคนิคที่เรียกว่า “การทำแผนที่สุริยุปราคาเชิงสเปกตรัม 3 มิติ” (3D spectroscopic eclipse mapping) หรือเรียกสั้น ๆ ว่า 3D eclipse mapping ซึ่งเป็นการต่อยอดจากแบบจำลอง 2 มิติที่นักวิจัยชุดเดียวกันเคยเผยแพร่ในปี ค.ศ. 2023
การตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ (Exoplanet) เป็นเรื่องยากมาก เพราะแสงที่ดาวเคราะห์ปล่อยออกมามีความสว่างเพียงไม่ถึง 1% ของแสงจากดาวฤกษ์แม่เท่านั้น
เทคนิค Eclipse Mapping อาศัยการวัดการเปลี่ยนแปลงของแสงที่น้อยนิด ขณะที่ดาวเคราะห์โคจรไปบังด้านหลังดาวฤกษ์ คล้ายกับสุริยุปราคาจากมุมมองของดาวเคราะห์ นักวิทยาศาสตร์จะวัดการเปลี่ยนแปลงของแสงในช่วงเวลาที่ชิ้นส่วนต่าง ๆ ของดาวเคราะห์ปรากฏหรือหายไปจากมุมมอง ทำให้สามารถเชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงของแสงกับพื้นที่เฉพาะของดาวเคราะห์ได้
ในการสร้างแผนที่ 3 มิติ นักวิจัยได้นำข้อมูลจากการสังเกตการณ์ชุดเดิมจากเครื่องมือ NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) ของ JWST มาวิเคราะห์ซ้ำในหลายความยาวคลื่น (wavelength) หรือสีของแสงอินฟราเรด โดยความยาวคลื่นแต่ละสีจะสอดคล้องกับอุณหภูมิและระดับความสูงที่แตกต่างกันในชั้นบรรยากาศแก๊สของดาวเคราะห์
แผนที่ 3 มิติใหม่นี้ได้ยืนยันการมีอยู่ของพื้นที่ที่แตกต่างกันทางสเปกตรัม ซึ่งแตกต่างกันทั้งในด้านอุณหภูมิและอาจรวมถึงองค์ประกอบทางเคมีบนด้านกลางวัน (dayside) ที่มองเห็นได้ของ WASP-18b คือด้านที่หันเข้าหาดาวฤกษ์ตลอดเวลา เนื่องจากวงโคจรแบบ Tidally Locked หรือการถูกแรงโน้มถ่วงล็อกให้หันด้านเดียวเข้าหาดาวฤกษ์เสมอ
ประเด็นที่น่าตื่นเต้นที่สุดคือการค้นพบ
- จุดร้อนศูนย์กลาง (Circular Hotspot) มีจุดร้อนทรงกลมอยู่ตรงกลางที่แสงจากดาวฤกษ์ส่องลงมาโดยตรงที่สุด ซึ่งดูเหมือนว่ากระแสลมในชั้นบรรยากาศไม่แรงพอที่จะกระจายความร้อนออกไป
- ปริมาณไอน้ำลดลงอย่างผิดปกติ นักวิจัยวัดพบปริมาณไอน้ำ (water vapor) ในบริเวณจุดร้อนนี้ต่ำกว่าค่าเฉลี่ยของดาวเคราะห์
เทคนิค 3D eclipse mapping นี้จะถูกนำไปใช้กับดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะประเภท “ดาวพฤหัสบดีสุดร้อน” อีกจำนวนมากที่ JWST สามารถสังเกตการณ์ได้ การที่นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างแผนที่อุณหภูมิของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในลักษณะนี้ จะช่วยให้เราเข้าใจความแปรผันของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์เหล่านี้ได้ในระดับที่ใกล้เคียงกับการศึกษาดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเราเอง และนับเป็นก้าวแรกที่น่าตื่นเต้นในการทำความเข้าใจประชากรดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในรูปแบบ 3 มิติ
ข้อมูลอ้างอิง: Cornell Chronicle
- Now in 3D, maps begin to bring exoplanets into focus
