ภาพใหม่ที่งดงามชวนตื่นใจนี้เป็นผลลัพธ์จากนำข้อมูลจากภารกิจจูโนของนาซา มาประมวลและสร้างให้เกิดเป็นภาพขึ้น ช่วยชี้ให้เห็นว่า ‘ดาวพฤหัสบดี’ ดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะของเรา เป็นแหล่งรวมของสิ่งที่เรียกว่า ‘ฟ้าผ่าแบบตื้น (Shallow lightning)’ ซึ่งเป็นรูปแบบการปล่อยกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากเมฆที่มีสารละลายแอมโมเนียในน้ำ แตกต่างจากฟ้าผ่าบนโลกเกิดจากเมฆน้ำ
Credit: ScienceAtNASA
มวลเมฆ สายฟ้า และแอมโมเนียที่หายไป
นับตั้งแต่ภารกิจยานวอยเอเจอร์ของนาซาได้พบกับฟ้าแลบโจเวียน (Jovian lightning flashes) (คำว่าโจเวียน มีที่มาจากชื่อของเทพจูปิเตอร์ในเทพปกรณัมโรมัน) ครั้งแรกในปีพ.ศ. 2522 ก็เป็นที่คาดกันว่า ฟ้าผ่านี้คล้ายกับที่เกิดขึ้นโลกเกิดในยามฝนฟ้าคะนอง ซึ่งประกอบไปด้วยน้ำในทุกรูปแบบ ทั้งน้ำแข็ง ของเหลว และก๊าซ
บนดาวพฤหัสบดี พายุจะเกิดขึ้นที่ระดับประมาณ 45 – 65 กิโลเมตร (28 – 40 ไมล์) ใต้กลุ่มเมฆที่สามารถมองเห็นได้ โดยมีอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 0 องศาเซลเซียส (32 องศาฟาเรนไฮต์ อันเป็นอุณหภูมิที่น้ำแข็งตัว) ยานวอยเอเจอร์และภารกิจอื่น ๆ ที่เดินทางไปยังดาวเคราห์ะนี้ ล้วนเห็นฟ้าแลบเป็นจุดสว่างเรืองบนยอดเมฆ บ่งบอกว่าแสงวาบเกิดขึ้นลึกลงไปในเมฆน้ำ
ทว่า สายฟ้าแลบที่ยานจูโนสังเกตการณ์ได้ที่ด้านมืดของดาวกลับให้ข้อมูลที่ต่างออกไป มันช่วยชี้ให้เห็นว่า ในพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรง ก๊าซขนาดใหญ่เหล่านี้อาจก่อตัวเป็นก้อนลูกเห็บชื้นแฉะอุดมด้วยแอมโมเนีย ทีมนักวิทยาศาสตร์ผู้ดูแลภารกิจจูโนเรียกมันว่า ‘มัชบอล (Mushballs)’ พวกเขาตั้งทฤษฎีว่า ก้อนมัชบอลเหล่านี้นำพาแอมโมเนียและน้ำในบรรยากาศชั้นบนไปยังส่วนลึกของชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดี
การค้นพบฟ้าผ่าแบบผิวเผินนี้ตีพิมพ์เมื่อวันพฤหัสบดีที่ 6 สิงหาคมที่ผ่านมา ในวารสาร Nature และมีงานวิจัยของมัชบอล ให้บริการทางออนไลน์ใน Journal of Geophysical Research: Planets
ไฮดี้ เบคเกอร์ (Heidi Becker) หัวหน้าผู้ติดตามการแผ่รังสีในภารกิจจูโน จาก Jet Propulsion Laboratory ของนาซา และผู้เขียนหลักในงานวิจัยนี้ กล่าวว่า “การบินเข้าใกล้ยอดเมฆของจูโน ทำให้เราเห็นสิ่งที่น่าประหลาดใจ นั่นคือแสงกะพริบที่เล็กกว่าและดูตื้นกว่า มันเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดีที่สูงกว่าที่เคยสันนิษฐานไว้”
เบคเกอร์และทีมงานอธิบายว่า พายุฝนฟ้าคะนองอันทรงพลังของดาวพฤหัสบดีได้เหวี่ยงผลึกน้ำแข็งน้ำขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศด้านบนที่อยู่เหนือเมฆน้ำของดาวพฤหัสบดีเป็นระยะทางกว่า 25 กิโลเมตร และด้วยระดับความสูงและอุณหภูมิที่ต่ำกว่า -88 องศาเซลเซียส (-126 องศาฟาเรนไฮต์) มันจึงเย็นเกินไปสำหรับการคงอยู่ของน้ำในรูปของเหลว ทว่า ณ ที่นั่นผลึกน้ำแข็งเหล่านั้นปะทะเข้ากับไอแอมโมเนียในชั้นบรรยากาศ จึงเกิดปฏิกิริยา ทำให้ผลึกน้ำแข็งดังกล่าวละลายแล้วผสมรวมกันกับไปนั้น กลายเป็นสารละลายน้ำ-แอมโมเนีย
“ที่ระดับความสูงนี้ แอมโมเนียจะทำหน้าที่เหมือนสารป้องกันการแข็งตัว ลดจุดหลอมเหลวของน้ำแข็ง และทำให้เกิดเมฆที่มีแอมโมเนียผสมกับน้ำขึ้น ในสถานะใหม่นี้ หยดน้ำแอมโมเนียที่ตกลงมาจะหลอมรวมเข้ากับผลึกน้ำแข็ง และเหนี่ยวนำให้เกิดไฟฟ้าในเมฆ ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจมาก เพราะบนโลกของเราไม่มีเมฆแอมโมเนียเหล่านี้” เบคเกอร์กล่าว
เมฆลักษณะนี้ถือเป็นยอดพายุฝนฟ้าคะนองรุนแรงที่ก่อให้เกิดแสงสว่างแบบตื้นขึ้น
Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill © CC BY
ปัจจัยที่ทำให้เกิดฟ้าผ่านี้ นำไปสู่คำถามอีกอย่าง นั่นคือการทำงานภายในของชั้นบรรยากาศดาวพฤหัสบดี เครื่องมือตรวจวัดรังสีไมโครเวฟของจูโนพบว่า แอมโมเนียได้หายไปจากชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่ของดาวพฤหัสบดี และสิ่งที่น่าพิศวงยิ่งกว่านั้นคือ ปริมาณแอมโมเนียจะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อมีบางสิ่งเคลื่อนที่ภายในชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดี
สก็อตต์ โบลตัน (Scott Bolton) ผู้ดูแลภารกิจจูโน จากสถาบันวิจัยเซาท์เวสต์ในซานอันโตนิโอ (Southwest Research Institute in San Antonio) กล่าวว่า “ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์พบว่า มีแอมโมเนียหายไปปริมาณหนึ่ง แต่ไม่มีใครตระหนักว่า มันหายไปเท่าใด หรือมันเป็นแบบนี้ไปทั่วดาว เราพยายามอย่างมากที่จะอธิบายการลดลงของแอมโมเนียด้วยน้ำฝนแอมโมเนียเพียงอย่างเดียว แต่น้ำฝนก็ตกไม่ลึกลงไปพอ ไม่ตรงกับข้อสังเกตที่ได้ ผมจึงตระหนักว่า ของแข็งเช่นลูกเห็บอาจร่วงลงไปลึกกว่า และนำพาแอมโมเนียไปด้วย เมื่อไฮดี้ค้นพบฟ้าผ่าลักษณะนี้ เรารู้เลยว่า ในที่สุดก็มีหลักฐานว่าแอมโมเนียผสมกับน้ำในชั้นบรรยากาศระดับสูงแล้ว ดังนั้นสายฟ้านี้จึงช่วยไขปริศนาสำคัญนี้”
ลูกเห็บโจเวียน ผู้ลักพาแอมโมเนียไปสู่เบื้องล่าง
งานวิจัยชิ้นต่อมาเผยแพร่เมื่อวันที่ 4 สิงหาคมที่ผ่านมา ในวารสาร Journal of Geophysical Research: Planets แสดงให้เห็นภาพของการผสมรวมกันแบบแปลก ๆ ของน้ำ 2/3 ส่วนและก๊าซแอมโมเนีย 1/3 ส่วน ที่ก่อให้เกิด ‘ลูกเห็บโจเวียน’ หรือ ‘มัชบอล’ มันประกอบด้วยชั้นของโคลนแอมโมเนียน้ำและน้ำแข็งที่ห่อหุ้มด้วยเปลือกน้ำแข็งที่หนากว่า ก้อนลูกเห็บเหล่านี้มีการก่อตัวที่คล้ายกับลูกเห็บบนโลก และมันจะขยายใหญ่ขึ้นเมื่อเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ
Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS
ทริสตอน กิลโลต (Tristan Guillot) ผู้ร่วมติดตามภารกิจจูโน จากมหาวิทยาลัยโกต ดา ซูร์ (Université Côte d’Azur) เมืองนีซ ประเทศฝรั่งเศส และผู้เขียนงานวิจัยชื้นนี้กล่าวว่า “เมื่อลูกเห็บมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ จนการลอยตัวของก๊าซ (updrafts) ไม่สามารถพยุงมันไว้ได้อีกต่อไป พวกมันจึงตกลงไปในชั้นบรรยากาศเบื้องล่าง และเจอกับอุณหภูมิที่อุ่นขึ้น ซึ่งในที่สุดก็ทำให้พวกมันก็ระเหยไปหมด และเพราะลูกเห็บเหล่านี้ แอมโมเนียและน้ำจึงถูกขนส่งลงไปสู่ชั้นบรรยากาศระดับลึกขึ้น นั่นอธิบายว่า ทำไมเครื่องตรวจวัดรังสีไมโครเวฟของจูโน จึงไม่พบมันมากนัก”
“ดังนั้น แอมโมเนียไม่ได้หายไปจริง ๆ มันแค่ถูกลักลอบขนส่งลงมาในชั้นบรรยากาศเบื้องล่าง โดยปิดบังตัวเองด้วยการผสมกับน้ำ ซึ่งเมื่ออยู่ในสถานะของเหลว เราจะตรวจพบมันไม่ได้เลยจนกว่าจะถึงระดับความลึกที่มันระเหย ซึ่งนั่นเป็นระดับที่ค่อนข้างลึกมาก ๆ และด้วยการรวมงานวิจัยสองชิ้นนี้ ทำให้เราไขปริศนาของแอมโมเนียที่หายไปของดาวพฤหัสบดีได้” โบลตันกล่าว
สำหรับการสำรวจดาวพฤหัสบดี นาซาได้ส่งยานสำรวจดาวพฤหัสบดี (Solar-powered Jupiter explorer) ขึ้นสู่อวกาศเมื่อ 9 ปีที่แล้ว เมื่อวันที่ 5 สิงหาคม 2554 ในนามภารกิจจูโน อันเป็นส่วนหนึ่งของโครงการสำรวจดินแดนใหม่ (New Frontiers) และเมื่อเดือนที่แล้ว ถือเป็นช่วงครบรอบ 4 ปีที่มันเดินทางถึงดาวพฤหัสบดี นับตั้งแต่เข้าสู่วงโคจรของกลุ่มก๊าซยักษ์ จูโนได้บินเพื่อสำรวจและข้อมูลทางวิทยาศาสตร์กว่า 27 ครั้ง และเดินทางเป็นระยะทางมากกว่า 483 ล้านกิโลเมตร (300 ล้านไมล์)
อ้างอิง
พิสูจน์อักษร : สุชยา เกษจำรัส