ผลการจำลองใหม่ชี้ดาวพฤหัสบดีมีออกซิเจนมากกว่าดวงอาทิตย์ 1.5 เท่า เปิดเบาะแสสำคัญการกำเนิดระบบสุริยะ

ภายใต้ชั้นเมฆหนาทึบและพายุขนาดมหึมาที่โหมกระหน่ำไม่หยุดยั้งของดาวพฤหัสบดี นักวิทยาศาสตร์ค้นพบเบาะแสสำคัญที่อาจช่วยไขปริศนาการก่อตัวของดาวเคราะห์ทั้งระบบสุริยะ ผลการศึกษาล่าสุดจากการใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ขั้นสูงเผยให้เห็นว่า ดาวพฤหัสบดีมีปริมาณออกซิเจนมากกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 1.5 เท่า ซึ่งเป็นตัวเลขที่สูงกว่าที่นักดาราศาสตร์คาดการณ์กันมานานหลายทศวรรษ และมีนัยสำคัญต่อความเข้าใจประวัติศาสตร์ยุคแรกของระบบสุริยะอย่างลึกซึ้ง

งานวิจัยศึกษาปริมาณออกซิเจนดาวพฤหัสบดี

งานวิจัยนี้นำโดย จีฮยอน ยาง (Jihyun Yang) นักวิจัยหลังปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยชิคาโก สหรัฐอเมริกา โดยการค้นหาปริมาณออกซิเจนของดาวพฤหัสบดีถือเป็นคำถามใหญ่ของวงการวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ เนื่องจากออกซิเจนส่วนใหญ่ไม่ได้อยู่ในรูปก๊าซอิสระ แต่ถูกกักเก็บไว้ในโมเลกุลของน้ำ ซึ่งควบแน่นอยู่ลึกลงไปใต้ชั้นเมฆดาวพฤหัสบดีที่สามารถมองเห็นได้ ทำให้การวัดโดยตรงแทบเป็นไปไม่ได้

ตลอดเวลากว่า 360 ปี ที่มนุษย์สังเกตการณ์ดาวพฤหัสบดี ท้องฟ้าของดาวเคราะห์ยักษ์ก๊าซดวงนี้ถูกครอบงำด้วยพายุขนาดยักษ์ รวมถึงจุดแดงใหญ่ (Great Red Spot) ที่มีขนาดใหญ่กว่าโลกทั้งใบหลายเท่า อย่างไรก็ตาม ภารกิจอวกาศในอดีต รวมถึงยานอวกาศจูโน (Juno) ของนาซา สามารถเก็บข้อมูลได้เพียงชั้นบรรยากาศด้านบน หรืออาศัยการวัดทางอ้อมจากแรงโน้มถ่วงและสนามแม่เหล็กเท่านั้น ขณะที่ชั้นบรรยากาศส่วนลึก ซึ่งเป็นแหล่งกักเก็บน้ำและออกซิเจนจำนวนมหาศาล

และเพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยชิคาโก ร่วมกับห้องปฏิบัติการเจ็ทโพรพัลชันของนาซา (NASA Jet Propulsion Laboratory หรือ JPL) ได้พัฒนาแบบจำลองโครงสร้างบรรยากาศภายในของดาวพฤหัสบดีที่มีความละเอียดสูงที่สุดเท่าที่เคยมีมา แบบจำลองดังกล่าวผสานการคำนวณเคมีของบรรยากาศเข้ากับอุทกพลศาสตร์ โดยติดตามทั้งองค์ประกอบทางเคมี การก่อตัวของเมฆ และการเคลื่อนที่ของก๊าซจากชั้นลึกที่ร้อนจัดขึ้นสู่ชั้นบนที่เย็นกว่าในช่วงเวลายาวนาน

นักวิจัยชี้ว่า ความก้าวหน้าที่สำคัญของงานนี้ คือ การรวมกระบวนการทางเคมีและการไหลเวียนของบรรยากาศเข้าด้วยกัน ซึ่งต่างจากการศึกษาก่อนหน้านี้ที่มักแยกสองปัจจัยนี้ออกจากกัน ส่งผลให้ค่าประมาณปริมาณน้ำและออกซิเจนของดาวพฤหัสบดีมีความแตกต่างกันอย่างมาก การจำลองใหม่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า ไอน้ำ เมฆ และปฏิกิริยาเคมีมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างซับซ้อนในขณะที่สสารหมุนเวียนภายในดาวเคราะห์

ผลการทดลองจากแบบจำลอง

ผลลัพธ์สำคัญที่สุด คือ ดาวพฤหัสบดีมีปริมาณออกซิเจนสูงกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 1.5 เท่า ข้อมูลนี้สนับสนุนทฤษฎีที่ว่าดาวพฤหัสบดีเริ่มก่อตัวขึ้นในบริเวณที่อยู่ใกล้หรืออยู่นอกเส้นแบ่งเขตน้ำแข็ง (Snow line) ของระบบสุริยะยุคแรก ซึ่งเป็นบริเวณที่น้ำสามารถคงอยู่ในรูปของน้ำแข็งได้จำนวนมาก การก่อตัวในสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยน้ำแข็ง ทำให้ดาวพฤหัสบดีสามารถสะสมวัสดุที่มีออกซิเจนสูงได้มากกว่าดวงอาทิตย์ ซึ่งก่อตัวในบริเวณที่ร้อนกว่า

นอกจากนี้ แบบจำลองยังเผยให้เห็นว่า การหมุนเวียนของก๊าซในชั้นบรรยากาศลึกของดาวพฤหัสบดีเกิดขึ้นช้ากว่าที่เคยคาดไว้มาก โดยก๊าซใช้เวลาหลายสัปดาห์ในการเคลื่อนที่ระหว่างชั้นต่าง ๆ แทนที่จะเป็นเพียงไม่กี่ชั่วโมงอย่างที่แบบจำลองเดิมเสนอไว้ ข้อมูลใหม่นี้อาจเปลี่ยนแปลงความเข้าใจเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานความร้อน พายุขนาดยักษ์ และปฏิกิริยาเคมีที่ขับเคลื่อนพลวัตภายในดาวเคราะห์ดวงนี้

นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า ดาวเคราะห์เปรียบเสมือนแคปซูลเวลาที่เก็บรักษาลายเซ็นทางเคมีของสภาพแวดล้อมที่มันถือกำเนิดขึ้น การทำความเข้าใจองค์ประกอบของดาวพฤหัสบดีจึงไม่เพียงช่วยอธิบายวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ยักษ์ก๊าซเท่านั้น แต่ยังช่วยต่อภาพรวมของการก่อตัวระบบสุริยะ ซึ่งการกระจายสสารในจานก๊าซ-ฝุ่นยุคแรกไม่สม่ำเสมอ และดาวเคราะห์ไม่ได้ก่อตัวในตำแหน่งเดิมทั้งหมด

โดยข้อมลการค้นพบอาจเป็นกุญแจสำคัญในการตีความข้อมูลจากดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ซึ่งเป็นเป้าหมายสำคัญในการค้นหาโลกที่อาจเอื้อต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตในจักรวาล

ผลการศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์อย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 8 มกราคม ในวารสาร Planetary Science Journal ซึ่งถือเป็นอีกก้าวสำคัญของวงการวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ในการทำความเข้าใจต้นกำเนิดของโลกและเพื่อนบ้านร่วมระบบสุริยะของเราอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น