กล้องเจมส์ เวบบ์ ถ่ายภาพแสงออโรร่าบนดาวเนปจูนได้เป็นครั้งแรก

วันที่ 26 มีนาคมที่ผ่านมา องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (NASA) เปิดเผยว่า กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope หรือ JWST) สามารถบันทึกภาพแสงออโรร่าที่สว่างจ้าบนดาวเนปจูนได้เป็นครั้งแรก นับเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการศึกษาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็งดวงนี้

แสงออโรร่าบนดาวเนปจูน

โดยคาดว่าแสงออโรร่าหรือแสงเหนือ-ใต้ เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ถูกสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ดักจับและพุ่งชนชั้นบรรยากาศชั้นบน ส่งผลให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานในรูปของแสงสีสันสวยงาม ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เคยพบเห็นบนโลก ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ และดาวยูเรนัสมาแล้ว แต่สำหรับดาวเนปจูน นักดาราศาสตร์เพิ่งสามารถยืนยันการมีอยู่ของแสงออโรร่าได้อย่างชัดเจนจากภาพถ่ายของเวบบ์ในครั้งนี้

ดร.เฮนริก เมลิน (Henrik Melin) หัวหน้าทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยนอร์ธัมเบรีย ซึ่งดำเนินการวิจัยระหว่างสังกัดมหาวิทยาลัยเลสเตอร์ ระบุว่า "เราสามารถจับภาพแสงออโรร่าบนดาวเนปจูนได้ด้วยกล้องอินฟราเรดใกล้ของเวบบ์เท่านั้น ความละเอียดและความชัดเจนของภาพทำให้เราประหลาดใจอย่างยิ่ง"

ข้อมูลดังกล่าวถูกบันทึกในเดือนมิถุนายน 2023 ด้วยใช้อุปกรณ์สเปกโตรกราฟอินฟราเรดระยะใกล้ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ โดยนอกจากภาพถ่ายของดาวเนปจูนแล้ว ทีมวิจัยยังสามารถวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อตรวจสอบองค์ประกอบและวัดอุณหภูมิของชั้นบรรยากาศชั้นบน หรือไอโอโนสเฟียร์ได้เป็นครั้งแรก 

ผลการสำรวจพบเส้นการแผ่รังสีเด่นชัดที่บ่งชี้การมีอยู่ของไอออนไตรไฮโดรเจน ซึ่งเกิดจากการที่โมเลกุลไฮโดรเจนถูกโฟโตนอิออไนซ์ (Photon ionization) หรือถูกชนโดยอนุภาคพลังงานสูง ซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการของแสงเหนือ หรือออโรร่า โดยแสงเรืองของไอออนไตรไฮโดรเจน ปรากฏเป็นรอยด่างสีฟ้าอมเขียวในภาพถ่าย

ดร.ไฮดี แฮมเมล (Heidi Hammel) จากสมาคมมหาวิทยาลัยวิจัยดาราศาสตร์ (Association of Universities for Research in Astronomy) นักวิทยาศาสตร์สหวิทยาการประจำโครงการเวบบ์ และหัวหน้าโครงการ Guaranteed Time Observation (GTO) สำหรับระบบสุริยะ อธิบายว่า "ไอออนไตรไฮโดรเจน ถือเป็นตัวบ่งชี้สำคัญของกิจกรรมออโรร่าบนดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ทุกดวงในระบบสุริยะ และกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ คือ เครื่องมือแรกที่สามารถยืนยันการมีอยู่ของมันบนดาวเนปจูนได้อย่างชัดเจน" 

ตำแหน่งของแสงออโรร่าไม่เหมือนกับโลก

จุดที่น่าสนใจ คือ แสงออโรร่าของดาวเนปจูนไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะบริเวณขั้วเหนือและขั้วใต้ของดาวเหมือนโลก แต่กลับปรากฏที่ละติจูดกลางของดาว หากเทียบกับโลกจะเป็นตำแหน่งที่ทวีปอเมริกาใต้ตั้งอยู่บนโลก ทั้งนี้เป็นผลมาจากสนามแม่เหล็กของดาวเนปจูนที่มีลักษณะผิดปกติ โดยเอียงถึง 47 องศา จากแกนหมุนของดาว ซึ่งเป็นข้อมูลที่ค้นพบโดยยานโวเอเจอร์ 2 (Voyager 2) เมื่อปี ค.ศ. 1989

ความสำเร็จในการตรวจจับแสงออโรร่าครั้งนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกลไกการทำงานของสนามแม่เหล็กของดาวเนปจูนและการโต้ตอบกับอนุภาคจากดวงอาทิตย์ได้ดียิ่งขึ้น ซึ่งนับเป็นการเปิดมุมมองใหม่ต่อการศึกษาชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ยักษ์น้ำแข็งในระบบสุริยะ

อุณหภูมิชั้นบรรยากาศดาวเนปจูนลดลง

ทีมวิจัยสามารถวัดอุณหภูมิของไอโอโนสเฟียร์บนดาวเนปจูนได้เป็นครั้งแรกนับตั้งแต่ภารกิจของยานโวเอเจอร์ 2 โดยดร.เมลินเผยว่า "ผลการสำรวจพบว่าอุณหภูมิของชั้นบรรยากาศด้านบนของดาวเนปจูนในปี 2023 ลดต่ำลงกว่าที่เคยบันทึกไว้ในปี 1989 มากกว่าครึ่งหนึ่ง ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้แสงออโรร่าบนดาวเนปจูนจางและตรวจจับได้ยากตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา"

การค้นพบดังกล่าวชี้ให้เห็นว่าชั้นบรรยากาศของดาวเนปจูนมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก แม้ดาวเคราะห์ดวงนี้จะอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ถึง 30 เท่าของระยะห่างโลกก็ตาม นักดาราศาสตร์จึงมีแผนจะติดตามศึกษาดาวเนปจูนตลอดวัฏจักรสุริยะซึ่งมีระยะเวลา 11 ปี เพื่อทำความเข้าใจต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กอันผิดปกติและหาคำอธิบายว่าเหตุใดสนามแม่เหล็กของดาวเนปจูนจึงเอียงมากเช่นนี้

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ นับเป็นหอสังเกตการณ์ทางวิทยาศาสตร์อวกาศชั้นนำของโลกในปัจจุบัน ดำเนินโครงการโดยองค์การนาซา ร่วมกับสำนักงานอวกาศยุโรป (European Space Agency หรือ ESA) และสำนักงานอวกาศแคนาดา (Canadian Space Agency หรือ CSA) มีภารกิจสำรวจระบบสุริยะ ดวงดาวและโลกต่าง ๆ ในจักรวาล รวมถึงค้นหาคำตอบเกี่ยวกับต้นกำเนิดและโครงสร้างของเอกภพ ตลอดจนบทบาทของมนุษยชาติในจักรวาลแห่งนี้

ภาพประกอบ : ภาพด้านซ้ายเป็นภาพสีที่ปรับปรุงใหม่ของดาวเนปจูนจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลของ NASA ส่วนภาพทางด้านขวาเป็นภาพรวมกับข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ของ NASA รอยด่างสีฟ้าซึ่งแสดงถึงกิจกรรมของแสงเหนือ และเมฆสีขาวเป็นข้อมูลจากกล้องสเปกโตรกราฟอินฟราเรดใกล้ของเวบบ์ (NIRSpec) โดยใช้เทคนิคซ้อนทับบนภาพเต็มของดาวเนปจูนจากกล้องไวด์ฟิลด์คาเมรารี 3 (WFC3) ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล