จนถึงปัจจุบัน โลกที่ร้อนระอุของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะถูกวาดภาพให้มีรูปทรงกลม อย่างไรก็ตาม งานวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่าชั้นบรรยากาศของพวกมันมีลักษณะคล้ายทรงกลมที่บิดเบี้ยวมากกว่าวงกลมที่สมบูรณ์แบบ การศึกษาครั้งนี้ซึ่งนำโดยมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ในสหรัฐอเมริกาและมหาวิทยาลัยบริสตอลในสหราชอาณาจักร เป็นครั้งแรกที่ใช้ระเบียบวิธีที่พัฒนาขึ้นที่มหาวิทยาลัยบริสตอลเรียกว่า "สายส่งผ่าน" เทคนิคนี้พัฒนาโดยนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ดร. เดวิด แกรนต์ และ ดร. ฮันนาห์ เวกฟอร์ด โดยใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) เพื่อถอดรหัสรูปทรงที่ไม่สม่ำเสมอของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเป็นครั้งแรก
ผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Astronomy แสดงให้เห็นว่าชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ WASP-17b ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ร้อนของดาวพฤหัสบดี มีรูปทรงกลมแต่ไม่สมมาตร โดยด้านหนึ่งยื่นออกมามากกว่าอีกด้าน มิติเหล่านี้เผยให้เห็นว่าความร้อนจัดและลมแรงส่งผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ดวงนี้อย่างไร ซึ่งดาวเคราะห์ดวงนี้โคจรรอบดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 1.300 ปีแสง ดร. ลิลี อัลเดอร์สัน ผู้เขียนนำ ซึ่งเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกของ Klarman ที่มหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ เริ่มทำการวิจัยที่มหาวิทยาลัยบริสตอล ซึ่งเธอได้รับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์ อัลเดอร์สันกล่าวว่า "นี่เป็นการพิสูจน์ว่าดาวเคราะห์เป็นวัตถุสามมิติอย่างแท้จริง และสิ่งที่เราคาดการณ์ไว้เกิดขึ้นจริงขณะที่พวกมันโคจรรอบดาวฤกษ์ การก้าวข้ามการคำนวณและเห็นมันในความเป็นจริงเป็นอีกเรื่องหนึ่ง"
ผลการศึกษาเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศของ WASP-17b และความแปรผันของอุณหภูมิจากเส้นศูนย์สูตรไปยังขั้วโลก รวมถึงระหว่างด้านกลางวันและกลางคืนถาวรนั้น สอดคล้องกับการคาดการณ์ทางทฤษฎีและเทคนิคการสร้างแบบจำลองอื่นๆ โดยรวมแล้ว ผลการศึกษาเหล่านี้ให้มุมมองสามมิติที่ครอบคลุมมากที่สุดเกี่ยวกับชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ และเป็นเกณฑ์มาตรฐานที่สำคัญสำหรับการเปรียบเทียบกับดาวเคราะห์นอกระบบกว่า 6.000 ดวงที่ได้รับการยืนยันแล้วในปัจจุบัน ดร. ฮันนาห์ เวกฟอร์ด ผู้ร่วมเขียนและรองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยบริสตอล กล่าวว่า "ดาวเคราะห์นั้นคาดเดาได้ยาก ชั้นบรรยากาศของพวกมันซับซ้อนและวุ่นวาย ข้อเท็จจริงที่ว่าตัวเลขทั้งหมดเหล่านี้มารวมกันเพื่อให้เราได้ภาพที่มีโครงสร้างสูงและพลวัตของโลกอันกว้างใหญ่ไพศาลนี้ที่อยู่ห่างออกไปกว่า 1.000 ปีแสงนั้น เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นอย่างแท้จริง"
งานวิจัยก่อนหน้านี้ใช้ความไวสูงของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็มส์ (JWST) สำหรับเทคนิคที่เรียกว่าการทำแผนที่สุริยุปราคา ซึ่งวัดการเปลี่ยนแปลงของแสงขณะที่ดาวเคราะห์นอกระบบโคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์แม่ วิธีการใหม่นี้ใช้การวัดด้วยเส้นส่งผ่าน หรือที่เรียกว่าการทำแผนที่การผ่านหน้าดาวฤกษ์ โดยจะติดตามดาวเคราะห์ขณะที่มันเคลื่อนผ่านหน้าดาวฤกษ์ และบันทึกองค์ประกอบของแสงที่ขอบชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ หรือที่เรียกว่าขอบดาว จากมุมต่างๆ ในทางตรงกันข้าม แบบจำลองทั่วไปจะดึงสเปกตรัมออกมาโดยเฉลี่ยจากขอบดาวทั้งหมดเท่านั้น “แทนที่จะสมมติว่าชั้นบรรยากาศเป็นวงกลมที่มีรัศมีเท่ากันตลอดวง เทคนิคของเราช่วยให้เราสามารถดึงระยะทางต่างๆ จากศูนย์กลางไปยังขอบของดาวเคราะห์ได้” อัลเดอร์สันกล่าว “เราสามารถวัดรอบขอบดาวได้ ดังนั้นเราจึงเปลี่ยนจากการเข้าใจวงแหวนไปสู่การเข้าใจว่าอัญมณีอยู่ตรงไหนบนวงแหวน”
นักวิจัยค้นพบ "สิ่งล้ำค่า" ดังกล่าวในตำแหน่งที่ทฤษฎีและแบบจำลองก่อนหน้านี้คาดการณ์ไว้สำหรับ WASP-17b อย่างแม่นยำ นั่นคือ บน "ด้านเย็น" ของเส้นศูนย์สูตร บริเวณนั้น กระแสลมจะพัดพาความร้อนจากด้านกลางวันที่ได้รับแสงตลอดเวลาไปยังด้านกลางคืนที่อยู่ในเงามืดตลอดเวลา ทำให้ชั้นบรรยากาศพองตัวขึ้นเมื่อเทียบกับ "ด้านเช้า" ที่เย็นกว่าของเส้นศูนย์สูตร การทำแผนที่การเคลื่อนผ่านของดาวเคราะห์น้อยยืนยันลักษณะเพิ่มเติมของ WASP-17b อัลเดอร์สันกล่าวเสริมว่า "ทฤษฎีคาดการณ์ว่าด้านเช้าและด้านเย็นควรมีความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างมาก และ WASP-17b ก็สอดคล้องกับแนวโน้มนี้เป็นอย่างดี ตรงตามที่เราคาดไว้ทุกประการ"
การสาธิตที่ประสบความสำเร็จของสายส่งสัญญาณบน WASP-17b นี้ปูทางไปสู่การสร้างแผนที่ของดาวเคราะห์นอกระบบอีกมากมาย วิธีนี้เริ่มที่จะแยกแยะสภาวะต่างๆ ตามละติจูดของดาวเคราะห์นอกระบบ ไม่ใช่แค่ระหว่างด้านกลางวันและกลางคืนเท่านั้น และเป็นก้าวแรกสู่การสร้างแผนที่รูปแบบคล้ายสภาพอากาศในสภาพภูมิอากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ เวคฟอร์ดกล่าวว่า “การมีแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แข็งแกร่งเช่นนี้ที่เราสามารถนำไปใช้กับข้อมูลที่ล้ำสมัยนี้ได้นั้นเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นอย่างยิ่ง ผลลัพธ์ที่ได้เป็นการแสดงให้เห็นถึงพลวัตที่เกิดขึ้นในโลกหลายมิติและซับซ้อนเหล่านี้ได้อย่างสวยงาม”
งานวิจัยนี้วิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมได้จากโครงการสังเกตการณ์แบบรับประกันเวลา (Guaranteed Time Observations Program) ของนักวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็มส์ (JWST) ในหัวข้อ “การสำรวจเชิงลึกของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะด้วยสเปกโทรสโกปีแบบหลายเครื่องมือ” (TST DREAMS) โดยได้รับการสนับสนุนด้านเงินทุนจาก NASA, สภาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งสหราชอาณาจักร (UK Research and Innovation - UKRI) และทุนวิจัย Klarman Fellowship
สิ่งพิมพ์ต้นฉบับ:
https://www.nature.com/articles/s41550-026-02986-4
