แสงออโรร่าจะบอกคุณว่าจะมองหาดาวเคราะห์นอกระบบได้ที่ไหน: นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เสนออะไร

ตลอดระยะเวลาหลายปีของการสังเกตการณ์ นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์และนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้พัฒนาวิธีการต่างๆ ในการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่อยู่ห่างไกล

ไฮเทคได้พูดถึงประเด็นหลักไปแล้ว อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ยังคงทราบเกี่ยวกับดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกลจำนวนน้อยจนน่าประหลาดใจ 

คาดว่าเฉพาะในทางช้างเผือกไม่น่าจะมีน้อยกว่า 100,000 ล้านโลก ซึ่งเกือบ 300 ล้านโลกต้องมีสภาพที่เหมาะสมต่อการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิต แต่ปัจจุบันรู้จักดาวเคราะห์นอกระบบที่ได้รับการยืนยันแล้วมากกว่า 5,200 ดวง และการสังเกตการณ์วัตถุที่มีความเป็นไปได้อีก 9,000 ดวงยังคงอยู่ในระหว่างการทดสอบ

แสงออโรร่าเกิดขึ้นได้อย่างไร?

แสงออโรร่า - การแสดงแสงสีอันมีสีสันซึ่งสามารถสังเกตได้บนท้องฟ้ายามค่ำคืนที่กึ่งขั้วโลกและบางครั้งก็อยู่ในละติจูดพอสมควร แสงออโรร่าเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอนและโปรตอน) ชนกับก๊าซในชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลก

การชนกันเหล่านี้ทำให้เกิดแสงวาบเล็กๆซึ่งปกคลุมท้องฟ้าด้วย "ลวดลาย" หลากสี เมื่อเกิดแสงวาบหลายพันล้านครั้งติดต่อกัน แสงออโรราจะดูเหมือนเคลื่อนไหวหรือ "เต้นรำ" บนท้องฟ้า

ขึ้นอยู่กับว่าอะตอมใดอนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ อาจมีสีต่างกัน ตัวอย่างเช่น สีที่พบมากที่สุดคือสีเขียวเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่มีประจุชนกับโมเลกุลออกซิเจนที่ระดับความสูง 100 ถึง 300 กม. และอะตอมของไนโตรเจนที่ระดับความสูงประมาณ 100 กม. จะเรืองแสงสีชมพูและสีแดงเข้ม

ไฟโพลาร์หลากสี ภาพ: องค์การอวกาศแคนาดา, มหาวิทยาลัยคาลการี, Astronomy North

แม้ว่าจะเห็นแสงออโรร่าเป็นส่วนใหญ่ในตอนกลางคืนพวกมันก่อตัวขึ้นภายใต้อิทธิพลของลมสุริยะ นี่คือกระแสของอนุภาคไอออไนซ์ที่ไหลจากโคโรนาของดาวฤกษ์ไปทุกทิศทุกทาง มันพัดอย่างต่อเนื่อง แต่ภายใต้สภาวะปกติ สนามแม่เหล็กโลกจะก่อตัวเป็นเกราะป้องกันที่มองไม่เห็นซึ่งปกป้องเราจากลมสุริยะ ในบางครั้ง ลมสุริยะจะทวีความรุนแรงขึ้นและ "ทะลวง" การป้องกัน เป็นผลให้กระแสของอนุภาคทำปฏิกิริยากับก๊าซในสนามแม่เหล็ก (แมกนีโตสเฟียร์) ทำให้เกิดแสงออโรร่าที่งดงาม

สนามแม่เหล็กโลกมีประจุโดยตรงอนุภาคไปทางเสา รูปร่างของสนามแม่เหล็กโลกทำให้เกิดวงรีออโรร่าสองวงเหนือขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่งดวงอาทิตย์มีความเคลื่อนไหวมากเท่าไหร่ วงรีนี้ก็จะยิ่ง "กว้างขึ้น" และมองเห็นแสงออโรร่าในละติจูดที่ต่ำลงเท่านั้น

มันมาถึงกิจกรรมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดภายใต้อิทธิพลของการขับมวลโคโรนา ในระหว่างปรากฏการณ์นี้ "ฟองสบู่" ขนาดใหญ่ของพลาสมาที่มีประจุจะปะทุขึ้นจากโคโรนาสุริยะ ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเฉลี่ยมากกว่า 400 กม. / วินาที

ภาพประกอบทางศิลปะของการดีดมวลโคโรนาและเส้นป้องกันสนามแม่เหล็ก ภาพ: องค์การอวกาศแคนาดา

มีแสงออโรร่าบนดาวเคราะห์ดวงอื่นหรือไม่?

แสงออโรราไม่ใช่พื้นผิวโลกที่มีลักษณะเฉพาะปรากฏการณ์. หากดาวเคราะห์มีชั้นบรรยากาศและสนามแม่เหล็ก ดาวเคราะห์ดวงนั้นมักจะสัมผัสแสงออโรราได้ ในระหว่างการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ นักวิจัยได้สังเกตปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันบนดาวเคราะห์หลายดวงในระบบสุริยะ

สนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์นั้นแข็งแกร่งกว่ามากมากกว่าของโลก (เช่น ความแรงของสนามเส้นศูนย์สูตรของดาวพฤหัสบดีคือ 4.3 เกาส์ เทียบกับ 0.3 เกาส์สำหรับโลก) ไม่น่าแปลกใจที่ตรวจพบแสงออโรร่าขนาดใหญ่บนก๊าซยักษ์ทั้งสอง

แสงออโรร่าบนดาวเสาร์มีความคล้ายคลึงกับบนโลกเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของลมสุริยะ แต่บนดาวพฤหัสบดี ปรากฏการณ์นี้ซับซ้อนกว่ามาก วงรีหลักของแสงออโรร่าของดาวพฤหัสเกี่ยวข้องกับพลาสมาที่ปะทุจากภูเขาไฟบนดวงจันทร์ไอโอและไปถึงชั้นแมกนีโตสเฟียร์ของดาวเคราะห์ แสงออโรร่าอีกประเภทหนึ่งบนโลกนี้สัมพันธ์กับลมสุริยะ 

นอกจากนี้ ดวงจันทร์ โดยเฉพาะไอโอก็เช่นกันแหล่งกำเนิดแสงออโรร่าอันทรงพลัง มันเกิดขึ้นเนื่องจากไดนาโมแม่เหล็ก - ผลกระทบของการสร้างสนามแม่เหล็กเมื่อเคลื่อนที่เนื่องจากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างดาวเคราะห์ที่กำลังหมุนอยู่และดวงจันทร์ที่กำลังเคลื่อนที่ ผลกระทบนี้จะสร้างกระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปตามเส้นแรงและอนุภาค "ชาร์จ" ในชั้นบรรยากาศ

ออโรร่าบนดาวพฤหัสบดี ภาพ: NASA, ESA & John T. Clarke (มหาวิทยาลัยมิชิแกน)

ยังมีการสังเกตแสงออโรราบนดาวศุกร์และดาวอังคาร ดาวศุกร์ไม่มีสนามแม่เหล็ก ดังนั้นแสงออโรราบนดาวเคราะห์ดวงนี้จึงดูเหมือนจุดสว่างและกระจัดกระจายที่มีรูปร่างและความเข้มต่างๆ กัน บางครั้งก็กระจายไปทั่วดิสก์ของดาวเคราะห์ และบนดาวเคราะห์สีแดงมีการค้นพบปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันหลายประเภทพร้อมกันซึ่งอธิบายได้หลายวิธี

นอกจากนี้ในปี 2557-2559 มีการวิจัยเรือ Rosetta สังเกตการณ์แสงออโรร่าแม้กระทั่งบนดาวหาง Churyumov-Gerasimenko สามารถมองเห็นได้ในช่วงความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตไกล นักวิจัยเชื่อว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนที่มีความเร่งจากลมสุริยะมีปฏิกิริยากับอนุภาคก๊าซที่อยู่ในอาการโคม่า ซึ่งเป็นกลุ่มเมฆที่ล้อมรอบแกนกลางของดาวเคราะห์

แสงออโรราในแสงอัลตราไวโอเลตบนดาวหาง ภาพ: ESA/Rosetta/NAVCAM

สายลมแห่งดวงดาวจากโลกอันไกลโพ้นและการค้นหาชีวิต

ในปี 2564 คำใบ้ของการมีอยู่ดังกล่าวปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นในระบบดาวอื่นถูกตรวจพบครั้งแรกโดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ LOFAR (Low-Frequency Array) ในประเทศเนเธอร์แลนด์ นักวิจัยได้ค้นพบดาวแคระประมาณ 20 ดวงที่ปล่อยคลื่นวิทยุออกมาโดยเฉพาะ แม้ว่าดาวเคราะห์เหล่านี้ยังไม่ได้ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบ แต่ผลกระทบนี้คล้ายกับปฏิสัมพันธ์ของลมดาวฤกษ์กับสนามแม่เหล็กของวัตถุอื่น

ในการศึกษาของพวกเขา นักวิทยาศาสตร์ได้เน้นไปที่ดาวแคระแดงซึ่งเป็นดาวประเภทที่พบมากที่สุดในจักรวาล คิดเป็นมากกว่า 70% ของ “ประชากร” ของทางช้างเผือก ดาวฤกษ์เหล่านี้มีขนาดเล็กและเย็น มีมวลไม่เกิน 1 ใน 3 ของดวงอาทิตย์ และโดยปกติจะจางกว่าถึง 50 เท่า

ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะเปล่งแสงอันทรงพลังคลื่นวิทยุเมื่อสนามแม่เหล็กของมันโต้ตอบกับลมสุริยะ แต่สัญญาณวิทยุจากดาวเคราะห์ในระบบดาวอื่นไม่สามารถตรวจพบได้จนกว่าจะถึงปี 2021

ในระหว่างการศึกษา นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ได้ค้นพบ 19ระบบดวงดาวที่ปล่อยคลื่นวิทยุออกมา ข้อมูลนี้ชวนให้นึกถึงปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีและไอโอ แม้ว่าจะยังไม่พบดาวเคราะห์นอกระบบ แต่ปฏิสัมพันธ์ระหว่างดาวเคราะห์กับดาวฤกษ์ก็เป็นคำอธิบายที่ดีที่สุดสำหรับปรากฏการณ์ที่สังเกตได้

ในปี 2022 นักวิจัยจากเลย์ดอนมหาวิทยาลัย Rob Kavanagh ก้าวไปไกลยิ่งขึ้น เขาพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายว่าลมดาวฤกษ์และสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ต่างๆ มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร แบบจำลองของ Kavanagh มีประโยชน์มากกว่าแค่การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะใหม่

ข้อมูลที่รวบรวมโดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุยังสามารถใช้สำรวจระบบดวงดาว ตัวอย่างเช่น ขึ้นอยู่กับแบบจำลองและสัญญาณคงที่ เราสามารถกำหนดขนาดของดาวเคราะห์และวงโคจรของมันได้ นอกจากนี้ ความแรงของรังสียังสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับคุณสมบัติของลมดาวฤกษ์และขนาดของสนามแม่เหล็กรอบดาวเคราะห์นอกระบบ

นี่เป็นข้อมูลที่สำคัญเพราะค่อนข้างมากเป็นไปได้ว่าสนามแม่เหล็กของโลกทำให้เรามีชั้นบรรยากาศ ซึ่งหมายความว่าการมีอยู่และขนาดของสนามแม่เหล็กทำให้นักดาราศาสตร์สามารถบ่งชี้ถึงศักยภาพในการอยู่อาศัยของดาวเคราะห์ดวงนี้ได้

Rob Kavanagh ผู้สร้างโมเดล

นักวิจัยจะพัฒนาแบบจำลองต่อไปปฏิสัมพันธ์ระหว่างดวงดาวและดาวเคราะห์เพื่อสร้างเทคนิคสำหรับการค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบขนาดใหญ่โดยใช้การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์วิทยุ บางทีวิธีนี้อาจช่วยให้พบโลกที่น่าอยู่อีกใบในกาแล็กซีของเรา

อ่านเพิ่มเติม:

ทำไมดวงจันทร์ถึงไม่ใช่ดาวอังคาร: สิ่งสำคัญเกี่ยวกับภารกิจ Artemis-1 และเหตุใดจึงจำเป็น

เครื่องรางโบราณเขียนประวัติศาสตร์ของภาษาที่ลึกลับที่สุดของยุโรป

ทฤษฎีหลักของการกำเนิดของมนุษย์ถูกหักล้าง: เรามาจากไหน