ดาวลาวาเปียก: รักษาสภาพอากาศไว้ได้อย่างไร?

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบหลักฐานที่หนักแน่นที่สุดของดาวเคราะห์หินที่มีชั้นบรรยากาศนอกระบบสุริยะ ซึ่งท้าทายความเชื่อเดิมที่ว่าดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่โคจรรอบดาวฤกษ์ในระยะใกล้ไม่สามารถรักษาก๊าซหนาแน่นได้

TOI-561 b โคจรรอบดาวฤกษ์ที่มีอายุ 1 หมื่นล้านปี ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 280 ปีแสง และมีมหาสมุทรแมกมาขนาดใหญ่ จากการใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ของ NASA ทีมนักวิจัยได้สำรวจดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่มีความร้อนสูงพิเศษ และพบหลักฐานบ่งชี้ว่าดาวเคราะห์ดวงนี้ถูกห่อหุ้มด้วยชั้นบรรยากาศที่หนาแน่น การค้นพบใหม่นี้อธิบายถึงความหนาแน่นที่ต่ำผิดปกติของดาวเคราะห์ และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจโลกหินที่อยู่นอกเหนือระบบสุริยะของเราได้ดียิ่งขึ้น

โลกที่แปลกประหลาดนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 2020 และเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดาวฤกษ์ประเภท G โบราณมากที่สุดในบรรดาดาวเคราะห์อย่างน้อยสามดวง แม้ว่าดาวฤกษ์จะมีขนาดเล็กกว่าและเย็นกว่าดวงอาทิตย์ของเราเล็กน้อย แต่ TOI-561 b โคจรเข้าใกล้ดาวฤกษ์มาก (น้อยกว่าหนึ่งล้านไมล์) จนมีแนวโน้มที่จะถูกล็อกด้วยแรงไทดัล เมื่อโคจรครบใน 11 ชั่วโมง ด้านหนึ่งของดาวเคราะห์จึงหันหน้าเข้าหาดาวฤกษ์อย่างถาวร

โจฮันนา เทสเก นักวิทยาศาสตร์ประจำห้องปฏิบัติการ Carnegie Science Earth and Planets และผู้เขียนนำของบทความที่ตีพิมพ์ใน The Astrophysical Journal Letters กล่าวในแถลงการณ์ว่า “สิ่งที่ทำให้ดาวเคราะห์ดวงนี้แตกต่างอย่างแท้จริงคือความหนาแน่นที่ต่ำผิดปกติของมัน” “มันไม่ใช่ซุปเปอร์พัฟ แต่มันมีความหนาแน่นน้อยกว่าที่คุณคาดหวังหากมันมีองค์ประกอบคล้ายโลก”

การอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์มากเกินไปจะส่งผลให้อุณหภูมิสูงเกินไป จนไม่สามารถรักษาสภาพอากาศไว้ได้ รังสีจากดาวฤกษ์จะทำให้ก๊าซในชั้นบรรยากาศหลุดออกไปในอวกาศ อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นที่ต่ำของดาวเคราะห์บ่งชี้ว่ามันไม่ใช่โลกหินล้วนๆ

ทีมนักวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังการศึกษาใหม่นี้ตั้งใจที่จะทำความเข้าใจว่า TOI-561 b เป็นเพียงหินเปล่าๆ หรือลาวา หรือมีปัจจัยอื่นที่เกี่ยวข้อง นักวิทยาศาสตร์ใช้ NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) ของ Webb เพื่อวัดอุณหภูมิด้านกลางวันของดาวเคราะห์ (ด้านของดาวเคราะห์ที่หันหน้าเข้าหาดาวฤกษ์) โดยพิจารณาจากความสว่างใกล้อินฟราเรด

หาก TOI-561 b ไม่มีชั้นบรรยากาศที่จะนำความร้อนจากด้านกลางวันไปยังด้านกลางคืน อุณหภูมิบนด้านที่หันหน้าเข้าหาดาวฤกษ์ของดาวเคราะห์ควรจะเข้าใกล้ 4,900 องศาฟาเรนไฮต์ (2,700 องศาเซลเซียส) อย่างไรก็ตาม การสังเกตการณ์ของ Webb บอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างออกไป โดยเผยให้เห็นว่าด้านกลางวันของดาวเคราะห์ดูเหมือนจะใกล้เคียงกับ 3,200 องศาฟาเรนไฮต์ (1,800 องศาเซลเซียส) นั่นยังคงร้อนมาก แต่ไม่เพียงพอที่จะอธิบายถึงการขาดชั้นบรรยากาศ

ทีมงานได้สำรวจคำอธิบายอื่นๆ แต่ไม่มีคำอธิบายใดที่ดีเท่าที่ควร หากไม่มีชั้นบรรยากาศ ด้านกลางคืนของดาวเคราะห์อาจเป็นของแข็ง ซึ่งจะป้องกันการถ่ายเทความร้อนจากด้านกลางวัน มหาสมุทรแมกมาของดาวเคราะห์อาจมีส่วนร่วมด้วยหากมีชั้นของไอหินบางๆ บนพื้นผิว แต่ผลกระทบจากความเย็นจะน้อยที่สุด “เราต้องการชั้นบรรยากาศที่อุดมไปด้วยสารระเหยที่หนาแน่นจริงๆ เพื่ออธิบายการสังเกตทั้งหมด” อันจาลี ปีเอ็ตต์ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม สหราชอาณาจักร และผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าวในแถลงการณ์

แม้ว่าการมีอยู่ของชั้นบรรยากาศบน TOI-561 b อาจเป็นคำอธิบายที่เป็นไปได้เพียงอย่างเดียว แต่ก็ยังก่อให้เกิดความลึกลับว่าดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่สัมผัสกับรังสีจำนวนมากจากดาวฤกษ์สามารถรักษาก๊าซหนาแน่นไว้ได้อย่างไร นักวิจัยเชื่อว่าคำตอบอาจอยู่ที่มหาสมุทรแมกมาของดาวเคราะห์

“เราคิดว่ามีความสมดุลระหว่างมหาสมุทรแมกมาและชั้นบรรยากาศ” ทิม ลิกเตนเบิร์ก นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโกรนินเกนในเนเธอร์แลนด์ และผู้ร่วมเขียนงานวิจัยกล่าวในแถลงการณ์ “ในเวลาเดียวกันกับที่ก๊าซกำลังออกมาจากดาวเคราะห์เพื่อเติมชั้นบรรยากาศ มหาสมุทรแมกมาก็ดูดพวกมันกลับเข้าไปข้างใน”

“ดาวเคราะห์ดวงนี้ต้องอุดมไปด้วยสารระเหยมากกว่าโลกมาก เพื่ออธิบายการสังเกต” เขากล่าวเสริม “มันเหมือนกับดาวลาวาเปียกจริงๆ”

การค้นพบดาวเคราะห์ ดาวลาวาเปียก TOI-561 b เป็นเรื่องที่น่าสนใจ เพราะมันท้าทายความเข้าใจเดิม ๆ เกี่ยวกับดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะขนาดเล็กที่อยู่ใกล้ดาวฤกษ์ของมัน ทำให้เกิดคำถามว่าดาวเคราะห์ดวงนี้รักษาสภาพอากาศไว้ได้อย่างไร?