ศูนย์รวมความรู้

กระทรวงเทคโนโลยี
สารสนเทศและการสื่อสาร

รายละเอียดแนวทางการพัฒนากิจการอวกาศ
ของประเทศไทย
 


หน่วยงานในสังกัดกระทรวงไอซีที












<< เชื่อมโยงเว็บไซต์ >>

  หน้าหลัก \ ศูนย์รวมความรู้

    ศูนย์รวมความรู้

โดย วิษณุ เอื้อชูเกียรติ

เมื่อราว 4,600 ล้านปีมาแล้ว ระบบสุริยะก่อตัวขึ้นจากยุบตัวของกลุ่มเมฆโมเลกุลขนาดใหญ่เนื่องจากความโน้มถ่วง กลุ่มเมฆซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจน ฮีเลียม และธาตุอื่นๆ อันเกิดจากการหลอมนิวเคลียสของดาวฤกษ์ในอดีตอีกเล็กน้อย น่าจะเป็นต้นกำเนิดของดาวฤกษ์ 1,000-10,000 ดวง และหนึ่งในนั้นคือดวงอาทิตย์

วัตถุที่เรียกว่าเนบิวลาสุริยะ (solar nebula) คือส่วนหนึ่งของกลุ่มเมฆโมเลกุลที่รวมตัวภายใต้อิทธิพลของความโน้มถ่วงในบริเวณเดียวกัน เริ่มจากการกระจายตัวอย่างหลวมๆ ในวงโคจรรอบศูนย์กลาง ต่อมาเมื่อการยุบตัวทำให้เนบิวลาสุริยะหนาแน่นขึ้น การโคจรรอบจุดศูนย์กลางย่อมเร็วขึ้น ใจกลางของการหมุนคือดวงอาทิตย์ซึ่งกำลังก่อตัวและดึงดูดสสารเกือบทั้งหมดจากสสารในปริมณฑล ความเร็วของการหมุนทำให้เกิดจานสสารหมุนอยู่รอบดวงอาทิตย์ ต่อมาจานสสารนี้ก็กลายเป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ


ภาพเนบิวลาสุริยะในจินตนาการของศิลปิน ดาวเกิดใหม่ก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวของเมฆโมเลกุลและสร้างจานดาวเคราะห์ไปพร้อมกัน
ที่มาของภาพ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0b/Artist%E2%80%99s_Impression
_of_a_Baby_Star_Still_Surrounded_by_a_Protoplanetary_Disc.jpg/640px-Artist%E2%80%99s_Impression_of_a_Baby_Star_Still_Surrounded_by_a_Protoplanetary_Disc.jpg

แม้ว่าทฤษฎีเนบิวลาสุริยะจะยังไม่สามารถอธิบายการเกิดดาวเคราะห์ได้อย่างสมบูรณ์ ข้อสันนิษฐานหลายข้อก็เป็นที่ยอมรับกันในวงกว้าง ต่อมาเมื่อมีการค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ นักดาราศาสตร์ก็พบว่าทฤษฎีนี้น่าจะใช้ได้กับดาวดวงอื่นด้วย แต่ผลลัพธ์ย่อมไม่เหมือนกัน ดวงอาทิตย์มีดาวเคราะห์ 8 ดวง ดาวเคราะห์ใกล้ดวงอาทิตย์เป็นดาวเคราะห์หิน และดาวเคราะห์รอบนอกเป็นดาวเคราะห์แก๊สขนาดยักษ์ ในขณะที่ดาวเคราะห์รอบดาวดวงอื่น เช่นที่พบอยู่รอบดาว 51 ม้าบิน มักใหญ่เท่าดาวพฤหัสบดี หรือใหญ่กว่า ในวงโคจรระยะประชิดรอบดาวแม่


ดาวเคราะห์กลีเซ 876 บี ใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดีสองเท่า โคจรอยู่รอบดาวกลีเซ 876 ในระยะ 0.2 หน่วยดาราศาสตร์ แปลว่าใกล้ดาวแม่ยิ่งกว่าดาวพุธใกล้ดวงอาทิตย์เสียอีก
ที่มาของภาพ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fb/Artist's_concept_of_Gliese_876_b.jpg
/640px-Artist's_concept_of_Gliese_876_b.jpg

นักดาราศาสตร์รู้มานานแล้วโดยใช้หลักฐานที่สังเกตได้จากดาวเคราะห์และเทห์ฟ้าในระบบสุริยะ ร่วมกับผลการวิจัยจากแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ ว่าดาวเคราะห์ในระบบสุริยะเกิดขึ้นด้วยกระบวนการอันรุนแรงสุดขั้ว เมื่อวัตถุดาวเคราะห์จำนวนมหาศาลพุ่งชนกันและรวมตัวเป็นวัตถุขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ จนเกิดเป็นดาวเคราะห์ ดวงจันทร์ของโลกก็สันนิษฐานกันว่าเกิดขึ้นในราว 150-200 ล้านปีนับจากจุดกำเนิดดวงอาทิตย์ เมื่อวัตถุขนาดใกล้เคียงกับดาวอังคารลอยมาชนโลก เศษซากทั้งจากโลกและจากวัตถุนั้นกระเด็นออกไปนอกโลกและหลอมรวมกันขึ้นเป็นดวงจันทร์

หลักฐานจากดวงจันทร์
เวลาที่ดวงจันทร์เกิดขึ้น เป็นยุคที่วัตถุดาวเคราะห์ลดจำนวนลงเนื่องจากไปรวมกันเป็นวัตถุขนาดใหญ่ขึ้น หรือชนกันจนสลายกลายเป็นผง แต่ใช่ว่าระบบสุริยะที่มีสมาชิกหลักครบองค์แล้วจะสงบสุข คราวที่โครงการอะพอลโลขององค์การนาซาส่งมนุษย์อวกาศไปลงดวงจันทร์ถึง 6 ครั้ง มีการนำตัวอย่างหินดวงจันทร์ แกนตัวอย่าง ก้อนกรวด ทราย และฝุ่นผง น้ำหนักรวม 382 กิโลกรัมกลับมายังโลก ผลการวิเคราะห์ในเวลาต่อมาปรากฏว่าตัวอย่างเหล่านั้นแทบทั้งหมดล้วนมีอายุตั้งแต่ 3,850-4,000 ล้านปี ที่เก่ากว่านั้นมีน้อยมาก ทั้งๆ ที่ดวงจันทร์เกิดมาแล้วหลายร้อยล้านปีก่อนหน้า

การกระหน่ำหนักยุคหลังเป็นปรากฏการณ์รุนแรงที่เกิดขึ้นทั่วไปในระบบสุริยะชั้นใน
LHB.jpg


เมื่อค.ศ. 1974 ฟูแอด ทีรา, ดิมิทรี ปาปานัสทัสซีอู และเจอรัลด์ วัสเซอร์เบอร์ก นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย (แคลเทค) ค้นพบว่าตัวอย่างวัตถุจากดวงจันทร์บ่งว่าดวงจันทร์ถูกวัตถุขนาดเล็กจำนวนมหาศาลกระหน่ำพื้นผิวจากทุกทิศอยู่นานประมาณ 100 ล้านปี ทำให้พื้นผิวเดิมของดวงจันทร์ถูกลบหายไปแทบจะสิ้นเชิง กลายเป็นพื้นผิวใหม่เมื่อ 3,850 ล้านปีมาแล้ว พวกเขาเรียกเหตุการณ์ที่ก่อให้เกิดช่วงเวลานี้ว่า หายนะดวงจันทร์ (Lunar Cataclysm) แต่ต่อมาเหตุการณ์นี้ถูกเรียกกันทั่วไปว่า การกระหน่ำหนักยุคหลัง (Late Heavy Bombardment) เพราะเกิดขึ้นหลังจากดวงจันทร์เกิดขึ้นแล้วเป็นเวลานานแสนนาน

หลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่บนดวงจันทร์ที่เรียกกันว่า ทะเล (Mare—อ่านว่า มา-เร) หลายหลุมเกิดขึ้นในช่วงประมาณ 4,000 ล้านปีก่อน พ้องกันกับช่วงการกระหน่ำหนักยุคหลังพอดี
ที่มาของภาพ
en.wikipedia.org/wiki/


ข้อจำกัดของการกำหนดอายุของหินดวงจันทร์จากตัวอย่างที่ได้จากโครงการอะพอลโลก็คือ เราไม่อาจรู้ได้ว่าหินดวงจันทร์ในบริเวณอื่นที่ยานอะพอลโลไม่ได้ไปเก็บตัวอย่างจะมีอายุมากกว่านี้หรือไม่ จุดที่ยานอะพอลโลลงจอดส่วนใหญ่จะเลือกบริเวณที่เรียกได้ว่าอยู่ในรัศมีของสารอัคนีพุ (ejecta) ที่เกิดจากการพุ่งชนจนเกิดเป็นทะเลแห่งฝน (Mare Imbrium) ทำให้พบแต่ตัวอย่างชนิดเดียวกัน และไม่อาจเก็บตัวอย่างให้ครอบคลุมวัตถุทุกยุคทุกประเภทของดวงจันทร์ได้

ขอบเขตของสารอัคนีพุที่กระเด็นออกมาจากทะเลแห่งฝน (Mare Imbrium) ครอบคลุมจุดจอดของยานอะพอลโล 15 และ 16 ส่วนอะพอลโล 17 อยู่ที่ชายขอบ
ที่มาของภาพ http://www.psrd.hawaii.edu/WebImg/Imbrium_ejecta.gif


อย่างไรก็ตาม เรามีวิธีหาวัตถุจากดวงจันทร์ได้อีกทางหนึ่ง โดยไม่ต้องไปถึงดวงจันทร์เลย เวลาที่มีอุกกาบาตพุ่งชนดวงจันทร์ ฝุ่นผงและเศษหินที่เป็นพื้นผิวดวงจันทร์จะกระเด็นออกมา บางส่วนตกกลับไปบนดวงจันทร์ แต่มีบางส่วนที่หลุดลอยไปในอวกาศ วันดีคืนดีหลายล้านปีผ่านไปบางชิ้นส่วนอาจลอยมาถึงโลก และบางชิ้นก็ตกลงมาถึงพื้นโลก นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสมมุติฐานว่ามีชิ้นส่วนของหินดวงจันทร์ตกมาในโลกด้วยวิธีนี้ จึงออกค้นหา และได้พบหินดวงจันทร์ด้วยวิธีนี้จริงๆ มาตั้งแต่ทศวรรษ ค.ศ. 1980 อายุหินของเหล่านี้ไม่มีชิ้นไหนเลยที่เก่ากว่า 4,000 ล้านปี

หลักฐานจากโลก
โลกของเราเก็บร่องรอยการถูกชนได้ไม่เก่งเท่าดวงจันทร์ ทั้งลม ฝน ภูเขาไฟ ช่วยกันลบริ้วรอยบนพื้นผิวออกไปจนยากที่จะเห็นร่องรอยอย่างเด่นชัด ถ้าไม่มองหาจากอวกาศ ก็ต้องขุดกันทั่วโลกทีเดียวกว่าจะเจออะไรสักอย่าง แต่ใช่ว่าเราจะไม่มีหลักฐานเกี่ยวกับการกระหน่ำหนักยุคหลังในโลกนี้เสียเลย

เวลาที่วัตถุหนึ่งพุ่งเข้าหาโลก มันจะมาด้วยความเร็วสูง เมื่อวัตถุตกกระทบพื้นโลก พลังงานที่เกิดจากความเร็วและมวลของวัตถุจะทำให้ทั้งวัตถุนั้นและพื้นโลกบริเวณนั้นระเหิดเป็นไอพุ่งกระจายขึ้นไปในท้องฟ้า ไอที่เกิดจากการกระแทกนั้นเมื่อเย็นลงจะควบแน่นกลายเป็นวัตถุทรงกลมขนาดใหญ่ไม่กี่มิลลิเมตร เรียกว่า เม็ดกลมเล็ก (spherule) แล้วตกลงสู่โลก กลายเป็นชั้นหินที่หนาไม่เกินหนึ่งเซนติเมตร นักวิทยาศาสตร์ต้องหาว่าแหล่งชั้นเม็ดกลมเล็กที่มีในโลกนี้มีที่ไหนที่เกิดในเวลาที่พอดีกับช่วงการกระหน่ำหนักยุคหลังบ้าง แต่ก็พบว่าไม่มีแหล่งใดเลยที่เกิดในช่วงเวลาดังกล่าว หากมี 4 แหล่งที่เกิดหลังจากนั้นเล็กน้อย คือระหว่าง 3,240-3,470 ล้านปี ซึ่งใกล้พอที่จะก่อให้เกิดแนวคิดใหม่ว่าการกระหน่ำอาจยืดยาวกว่าที่เห็นจากหินดวงจันทร์ก็เป็นได้ คือแทนที่จะหยุดอย่างกะทันหัน กลับเป็นการค่อยๆ ลดความถี่ลงจนหายไปในเวลาต่อมา

หลักฐานจากดาวเคราะห์น้อย
เมื่อต้นค.ศ. 2013 ซีโมน มาร์คี นักวิทยาศาสตร์แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์ดวงจันทร์ ค้นพบว่าดาวเคราะห์น้อยเวสตากับดวงจันทร์มีร่องรอยของการถูกพุ่งชนโดยวัตถุความเร็วสูงชุดเดียวกันเมื่อ 4,000 ล้านปีก่อน การค้นพบนี้เกิดจากการเปรียบเทียบตัวอย่างอุกกาบาตรโฮวาร์ไดต์และยูไครต์จากดวงจันทร์ กับหลักฐานการสังเกตระยะประชิดโดยยานอวกาศดอว์น (Dawn) ขององค์การนาซา และการสร้างแบบจำลอง

ขั้วใต้ของดาวเคราะห์น้อยเวสตา ภาพถ่ายจากยานอวกาศดอว์น
ที่มาของภาพ http://dawn.jpl.nasa.gov/multimedia/vesta_south_pole.asp


ยิ่งไปกว่านั้น มาร์คียังค้นพบด้วยว่าแถบดาวเคราะห์น้อยมีร่องรอยของการสูญเสียมวลไปเป็นปริมาณมหาศาลในช่วง 4,000 ล้านปีที่แล้ว มวลเหล่านั้นเป็นส่วนหนึ่งของวัตถุที่พุ่งชนทั้งดวงจันทร์และวัตถุขนาดใหญ่ของแถบดาวเคราะห์น้อยด้วย

คำตอบจากเมืองนีซ
ความจริงหลักฐานจากดาวเคราะห์น้อยเหมือนกับข้อยืนยันคำตอบจากเมืองนีซมากกว่า ร่องรอยเบื้องต้นมาจากงานวิจัยของเฟอร์นันเดสและอิป เมื่อค.ศ. 1984 ที่เสนอว่าดาวพฤหัสบดีขยับวงโคจรเข้าเนื่องจากการแลกเปลี่ยนโมเมนตัมเชิงมุมกับวัตถุดาวเคราะห์ และงานของเรนู มัลโฮตรา เมื่อค.ศ. 1995 ซึ่งเสนอว่าดาวเคราะห์แคระพลูโตเป็นวัตถุในแถบไคเปอร์ที่ถูกดาวเนปจูนเคลื่อนไปยึดไว้ด้วยแรงโน้มถ่วง ทำให้ดาวเคราะห์แคระพลูโตโคจรอยู่ในวงโคจรสั่นพ้องดาวดาวเนปจูนในอัตราส่วน 3:2 การขยายวงโคจรของดาวเนปจูนเกิดจากผลรวมของอันตรกิริยาที่ความโน้มถ่วงของดาวเนปจูนกระทำต่อวัตถุดาวเคราะห์ขนาดเล็กหลายพันล้านวัตถุ ไม่ว่าจะเหวี่ยงเข้าสู่ระบบสุริยะชั้นใน หรือเหวี่ยงออกไปนอกระบบสุริยะเลยก็ตาม มัลโฮตราทำนายไว้ว่าจะต้องมีวัตถุในแถบไคเปอร์ที่มีวงโคจรสั่นพ้องกับดาวเนปจูนมากกว่านี้ การค้นพบวัตถุดังกล่าวในเวลาต่อมาทำให้ทฤษฎีดาวเนปจูนย้ายวงโคจรเป็นที่ยอมรับในที่สุด

วัตถุในแถบไคเปอร์จากข้อมูลของศูนย์ดาวเคราะห์ขนาดเล็ก (Minor Planet Center) ดาวเคราะห์ยักษ์ในระบบสุริยะคือจุดสีฟ้า จุดสีเขียวคือวัตถุในแถบไคเปอร์ จุดสีชมพูที่เห็นเป็นปื้นคือดาวเคราะห์น้อยทรอยของดาวพฤหัสบดี จุดสีเหลืองที่เห็นประปรายคือดาวเคราะห์น้อยทรอยของดาวเนปจูน จุดสีส้มเป็นวัตถุที่มีวงโคจรไม่เป็นระเบียบ เฉพาะที่อยู่ระหว่างดาวพฤหัสบดีกับแถบไคเปอร์มีชื่อเรียกว่า วัตถุคนครึ่งม้า (centaur) ตัวเลขในรูปคือหน่วยดาราศาสตร์ ช่องว่างด้านล่างคือบริเวณทางช้างเผือกที่สังเกตวัตถุต่างๆ ได้ยาก
ที่มาของภาพ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/81/Outersolarsystem_objectpositions_labels_comp.png


ในช่วงต้นทศวรรษค.ศ. 2000 นักดาราศาสตร์กลุ่มหนึ่งซึ่งมุ่งมั่นหาคำตอบเรื่องการกระหน่ำหนักยุคหลังเห็นว่าการเคลื่อนที่ของดาวเนปจูนตามทฤษฎีของมัลโฮตรายังไม่มีอานุภาพมากพอที่จะเหวี่ยงวัตถุดาวเคราะห์เข้าสู่ระบบสุริยะชั้นในจนกลายเป็นการกระหน่ำหนักยุคหลัง เมื่อ ค.ศ. 2004 พวกเขาต่างลางานเพื่อเพิ่มพูนวิชาการ ไปรวมตัวกันที่หอดูดาวโกตดาซูร์ (C?te d'Azur) ที่เมืองนีซ แล้วสร้างแบบจำลองระบบสุริยะยุคต้นขึ้น

อเลสซันโดร มอร์บิเดลลี, คลีโอเมลิส ซิกานิส, รอดนีย์ โกเมส และแฮโรลด์ ลีวิสัน เผยแพร่ผลการวิจัยที่ได้จากแบบจำลองของพวกเขาออกมาเป็นบทความทางวิชาการ 3 เรื่องในวารสาร Nature เมื่อ ค.ศ. 2005 บทความเหล่านี้เป็นรากฐานของแนวคิดที่ปัจจุบันเรียกว่า แบบจำลองนีซ ซึ่งได้รับการยอมรับมากขึ้นเรื่อยๆ ในฐานะเป็นคำอธิบายที่น่าจะเป็นไปได้สำหรับปรากฏการณ์หลายอย่างในอดีตและสถานะที่เป็นอยู่ของระบบสุริยะในปัจจุบัน

แบบจำลองนีซเสนอว่าในยุคต้นของระบบสุริยะ ดาวเคราะห์ทั้งหมดโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงกลม ดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดของระบบสุริยะทั้ง 4 ดวง ได้แก่ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน ไม่ได้โคจรรอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรปัจจุบันของมัน แต่โคจรอยู่ในระยะที่ใกล้และหนาแน่นกว่านั้นมาก คืออยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ประมาณ 5-15 หน่วยดาราศาสตร์ (Astronomical Unit หรือ AU หมายถึง ระยะทางเฉลี่ยระหว่างโลกถึงดวงอาทิตย์ มีค่าเท่ากับ 149,597,870 กิโลเมตร ใช้เป็นหน่วยวัดระยะทางในระบบสุริยะ) เทียบกับระยะห่างปัจจุบันที่ 5.2-30 หน่วยดาราศาสตร์ ช่วงระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวพฤหัสบดีมีวัตถุดาวเคราะห์เหลืออยู่ไม่มาก เพราะไปรวมอยู่ในดาวเคราะห์ หรือถูกชนป่นไปเกือบหมด ถัดจากวงโคจรของดาวเคราะห์ทั้งแปด ที่ระยะ 16-30 หน่วยดาราศาสตร์คือวัตถุดาวเคราะห์จำนวนมากมายนับไม่ถ้วนที่หลงเหลือจากการก่อตัวของดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ วัตถุดาวเคราะห์เหล่านี้ ทั้งที่เป็นหินและเป็นน้ำแข็ง มีมวลรวมประมาณ 35 เท่าของมวลโลก และต่างโคจรอยู่รอบดวงอาทิตย์อย่างเป็นระเบียบในวงโคจรเกือบเป็นวงกลม

วัตถุทุกชิ้นในระบบสุริยะไม่เคยอยู่นิ่ง ดาวเคราะห์โคจรไปในวงโคจรของมัน ส่วนวัตถุดาวเคราะห์ที่อยู่ในจานวัตถุรอบๆ ระบบสุริยะนอกจากจะโคจรไปตามเส้นทางของตน แต่บางครั้งวัตถุดาวเคราะห์ที่ขอบจานด้านในจะโคจรไปตกอยู่ภายใต้อิทธิพลความโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ยักษ์ที่อยู่ใกล้ สถานการณ์เช่นนี้จะทำให้วงโคจรของวัตถุดาวเคราะห์เปลี่ยนไป กลายเป็นโคจรหักเหเข้าสู่ระบบสุริยะด้านใน ในทางกลับกัน การแลกเปลี่ยนโมเมนตัมเชิงมุมจะทำให้วงโคจรของดาวเคราะห์ยักษ์ขยายออกเล็กน้อย วัตถุดาวเคราะห์ที่ถูกเหวี่ยงเข้าไป อาจไปเฉียดกับดาวเคราะห์ยักษ์ดวงถัดไป จึงถูกเหวี่ยงลึกเข้าไปอีก และทำให้ดาวเคราะห์ยักษ์ดวงถัดไปนี้ขยับวงโคจรออกไปเล็กน้อยด้วย จนกระทั่งวัตถุพุ่งเข้าสู่เขตอิทธิพลความโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดี ดาวเคราะห์ยักษ์ที่โคจรใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดและใหญ่ที่สุด

วัตถุดาวเคราะห์จากขอบจานที่หลุดเข้าไปจนถึงดาวพฤหัสบดี ถ้าไม่ถูกความโน้มถ่วงมหาศาลของดาวพฤหัสบดีบิดวงโคจรให้กลายเป็นวงโคจรที่รีมาก ก็จะถูกเหวี่ยงออกนอกระบบสุริยะไปเลย ส่วนปฏิกิริยาที่เกิดแก่ดาวพฤหัสบดีคือการขยับวงโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้นเล็กน้อย

ถ้าเหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นไม่กี่สิบครั้ง (เหมือนเวลาที่เราผลักดันวิถีโคจรของยานอวกาศไปยังจุดหมายห่างไกลด้วยวิธีอาศัยความโน้มถ่วงของดาวเคราะห์) ปฏิกิริยาคงมีผลเล็กน้อยมากถึงขนาดไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่เพราะวัตถุดาวเคราะห์มีจำนวนหลายพันล้านวัตถุ การเหวี่ยงเข้า/เคลื่อนออก หรือเหวี่ยงออก/เคลื่อนเข้า ทีละน้อยตลอดช่วงเวลาหลายร้อยล้านปีจึงเกิดขึ้นมากครั้งพอจะทำให้ดาวเนปจูน ดาวยูเรนัส และดาวเสาร์ ค่อยๆ ขยายวงโคจรออกไปอย่างเห็นได้ชัด ส่วนดาวพฤหัสบดีก็ลดขนาดวงโคจรลงไปมาก จนถึงจุดหนึ่งที่ดาวเสาร์กับดาวพฤหัสบดีมีวงโคจรสั่นพ้อง 1:2 หมายถึง 1 คาบการโคจรของดาวเสาร์เท่ากับ 2 คาบการโคจรของดาวพฤหัสบดีพอดี

การสั่นพ้อง 1:2 นี้เป็นจุดตั้งต้นของความปั่นป่วนทั้งมวล เริ่มจากการทำให้วงโคจรของทั้งดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ผิดเพี้ยนไปจากแนววงกลมกลายเป็นวงรี วงโคจรที่รีมากขึ้นของดาวเสาร์จึงพาดาวเสาร์เข้าไปใกล้ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนมากขึ้น ความโน้มถ่วงของดาวเสาร์ส่งผลให้ดาวเคราะห์วงนอกทั้งสองดวงพลอยเปลี่ยนวงโคจรเป็นวงรีหนักขึ้นไปอีก วงโคจรรีมากพาทั้งดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนบุกฝ่าเข้าไปในถิ่นชุมนุมของวัตถุดาวเคราะห์ที่ยังหลงเหลืออยู่อีกมากนอกวงโคจรเดิมของดาวเคราะห์ยักษ์ทั้งหลาย แรงโน้มถ่วงอันมหาศาลอย่างเทียบกันไม่ได้ของดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ยักษ์ลบล้างเสถียรภาพที่เคยมีในบริเวณนั้น และเหวี่ยงวัตถุดาวเคราะห์เกือบทั้งหมดให้หลุดจากวงโคจรเดิมไปในทุกทิศทาง บางส่วนหลุดออกจากระบบสุริยะ บางส่วนก็พุ่งเข้าสู่วงในของระบบสุริยะ ก่อให้เกิดปรากฏการณ์การกระหน่ำหนักยุคหลัง

แบบจำลองนีซแสดงสถานะของระบบสุริยะในสามห้วงเวลา กรอบซ้ายสุดเป็นสถานะเริ่มต้นเมื่อดาวเคราะห์ยักษ์ทุกดวงโคจรเป็นวงกลมรอบดวงอาทิตย์ มีวัตถุดาวเคราะห์โคจรเป็นวงกลมอยู่รอบนอก กรอบกลางคือสภาพหลังจากดาวเสาร์กับดาวพฤหัสบดีเข้าสู่วงโคจรสั่นพ้อง 1:2 และดาวเนปจูน (วงโคจรสีน้ำเงิน) ย้ายข้ามวงโคจรของดาวยูเรนัส (เส้นสีฟ้า) ลุยเข้าไปในแถบวัตถุดาวเคราะห์ กรอบขวาคือสภาพหลังจากวัตถุดาวเคราะห์กระเจิงไปมากแล้ว
ที่มาของภาพ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0f/Lhborbits.png


แบบจำลองนีซบ่งว่าฝูงวัตถุดาวเคราะห์ถูกก่อกวนกระจัดกระจายจนมวลลดลงไปถึง 99% เป็นสาเหตุว่าทำไมปัจจุบันจึงมีวัตถุพ้นดาวเนปจูน (trans-Neptunian object—หมายถึงวัตถุในแถบไคเปอร์ออกไปจนถึงกลุ่มเมฆออร์ต) อยู่น้อยมาก

นอกจากนี้ ผลจาก 50% ของการจำลองยังบอกด้วยว่าดาวยูเรนัสกับดาวเนปจูนมีการสลับตำแหน่งวงโคจร คือตอนแรกดาวเนปจูนอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าดาวยูเรนัส ต่อมาจึงสลับวงโคจรกันเมื่อดวงอาทิตย์อายุได้ 1,000 ล้านปี

สิ่งที่แบบจำลองนีซยังตอบไม่ได้ คือการเปลี่ยนแปลงวงโคจรของดาวเคราะห์ยักษ์หยุดลงเมื่อไร และด้วยเหตุใด แม้จะมีทฤษฎีที่นักวิทยาศาสตร์เสนอไว้หลายทฤษฎี แต่ถึงขณะนี้ยังไม่มีงานสร้างแบบจำลองเพิ่มเติมที่จะสามารถให้คำตอบนี้ได้อย่างลงตัว เราจึงบอกได้แต่เพียงว่าในที่สุดดาวเคราะห์ทุกดวงต่างเข้าสู่วงโคจรเสถียรซึ่งรีเล็กน้อยของตนเองอย่างที่เห็นกันอยู่ในปัจจุบัน

การสลับวงโคจรของดาวเนปจูนกับดาวยูเรนัส
เมื่อ ค.ศ. 2007 สตีเวน เด็ช แห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนาสเตต ได้สร้างแบบจำลองความหนาแน่นพื้นผิวเนบิวลาสุริยะบนสมมุติฐานของแบบจำลองนีซ เพื่อตอบคำถามเกี่ยวกับความถูกต้องของค่าความหนาแน่นพื้นผิว (มวลต่อพื้นที่) ของเนบิวลาสุริยะที่ใช้กันมาแต่เดิม ค่านี้เป็นค่าพื้นฐานที่ใช้ในการคำนวณหลายอย่าง เช่นอัตราการเติบโตของดาวเคราะห์ หรือองค์ประกอบทางเคมีของดาวเคราะห์เป็นต้น ค่าเดิมจะทำให้การก่อตัวของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนกินเวลานานหลายพันล้านปี ซึ่งนานเกินกว่าจะเป็นไปได้ เพราะปริมาณไฮโดรเจนและฮีเลียมในดาวเคราะห์ทั้งคู่มีมวลมากเป็นหลายเท่าของมวลโลก ทั้งคู่จะต้องใช้เวลารวบรวมแก๊สทั้งหมดแต่เนิ่นๆ และอย่างรวดเร็ว ในขณะที่แก๊สในเนบิวลาสุริยะยังไม่ปลิวหายไปในอวกาศเนื่องจากการระเหยด้วยแสง (photoevaporation) โดยแสงอัลตราไวโอเลตของดาวดวงอื่นที่เกิดขึ้นในละแวกใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์

การระเหยด้วยแสงทำให้เนบิวลาในภาพนี้มีรูปร่างเหมือนเสาหิน เนื่องจากมีดาวที่ปลายเสาคอยบังแสงอัลตราไวโอเลตไม่ให้เผาแก๊สและฝุ่นข้างล่างออกไป ในขณะที่บริเวณอื่นโล่งไปหมด เนบิวลาในภาพเป็นส่วนหนึ่งของเนบิวลานกอินทรี
ที่มาของภาพ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b2/Eagle_nebula_pillars.jpg/1039px-Eagle_nebula_pillars.jpg


ค่าความหนาแน่นพื้นผิวที่ใช้กันมาแต่เดิมกำหนดการเรียงตัวของดาวเคราะห์อย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบันเป็นจุดตั้งต้น แต่เด็ชใช้การเรียงตัวของดาวเคราะห์และสภาพแวดล้อมที่เสนอโดยแบบจำลองนีซเป็นจุดตั้งต้น แบบจำลองของเขาให้ค่าความหนาแน่นพื้นผิวสำหรับระบบสุริยะยุคต้นที่น่าเชื่อยิ่งกว่า ด้วยเหตุที่ดาวเคราะห์ยักษ์อยู่ใกล้กันมาก ความหนาแน่นพื้นผิวในยุคนั้นจึงสูงกว่าค่าปัจจุบันมาก และจะทำให้ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนสามารถก่อตัวขึ้นได้ภายในเวลาเพียง 10 ล้านปีเท่านั้น ในช่วงเวลาขนาดนี้แก๊สในเนบิวลาสุริยะยังไม่ระเหยไปไหน จึงมีไว้ให้ดาวเคราะห์ทั้งคู่ดูดไปสร้างตัวได้อย่างเต็มที่ ยิ่งกว่านั้น เด็ชยังเสนอด้วยว่าถ้าจะให้ลำดับความหนาแน่นพื้นผิวจากในถึงนอกของเนบิวลา

สุริยะยุคต้นราบรื่นลงตัวจริงๆ จะต้องให้ดาวยูเรนัสเป็นดาวเคราะห์ดวงนอกสุดอยู่นานถึง 650 ล้านปีนับจากการกำเนิดของระบบสุริยะ ต่อเมื่อดาวเสาร์กับดาวพฤหัสบดีเกิดสั่นพ้องด้วยสัดส่วน 1:2 แล้ว ดาวเนปจูนจึงจะข้ามไปเป็นดาวเคราะห์ดวงนอกสุด สิ่งที่แบบจำลองนีซรายงานไว้ว่าดาวยูเรนัสกับดาวเนปจูนอาจสลับที่กันจึงได้รับการยืนยันอีกครั้งหนึ่ง

เส้นทึบคือเส้นที่สร้างด้วยวิธีกำลังสองต่ำสุดผ่านค่ามวลของดาวเคราะห์ยักษ์ทั้งสี่ดวงและจานวัตถุดาวเคราะห์ที่อยู่รอบนอก แนวเส้นจะราบรื่นมากถ้าดาวเนปจูนกับดาวยูเรนัสสลับที่กันดังในภาพ เส้นแนวตั้งที่กำกับชื่อดาวเคราะห์หมายถึงค่ามวลที่อาจเป็นไปได้ ส่วนเส้นแนวนอนคือขอบเขตความโน้มถ่วงที่ดาวเคราะห์ดึงดูดแก๊สมาใช้ได้ หางของเส้นทึบตกลงอย่างรวดเร็วเพราะการระเหยด้วยแสงที่เกิดขึ้นสูงสุดบริเวณขอบเนบิวลาสุริยะซึ่งรับแสงอัลตราไวโอเลตจากดาวเกิดใหม่ข้างเคียงอย่างเต็มที่
ที่มาของภาพ http://iopscience.iop.org/0004-637X/671/1/878/fulltext/72046.text.html


เด็ชพบว่าแบบจำลองของเขานอกจากมีความสมเหตุสมผลในแง่ของช่วงเวลาการกำเนิดดาวเคราะห์ในระบบสุริยะที่สุดแล้ว ยังบ่งถึงความเป็นไปได้ว่าอาจมีดาวเคราะห์อีกดวงหนึ่ง มวลประมาณ 2 เท่าของโลก ที่ก่อตัวขึ้นเลยวงโคจรของดาวยูเรนัสออกไป ที่ระยะ 17 หน่วยดาราศาสตร์จากดวงอาทิตย์ คืออยู่ในจานวัตถุดาวเคราะห์พอดี แต่ถึงจะเคยมีอยู่ มันก็จะถูกความปั่นป่วนเนื่องจากความสั่นพ้องสัดส่วน 1:2 ของดาวเสาร์กับดาวพฤหัสบดีเหวี่ยงออกไปนอกระบบสุริยะ และไม่เหลือหลักฐานอะไรให้สืบเสาะได้

ผลพลอยได้อีกหลายอย่าง

ดาวเคราะห์น้อยทรอย และแถบดาวเคราะห์น้อย
ดาวเคราะห์น้อยทรอย คือดาวเคราะห์น้อยที่เกาะกลุ่มอยู่ในวงโคจรของดาวพฤหัสบดี โดยนำหน้าและตามหลังดาวพฤหัสดีอยู่ในระยะห่างเชิงมุม 60 องศา (จุดลากรานจ์ แอล 4 และ แอล 5) ในแบบจำลองนีซ ดาวเคราะห์น้อยทรอยมีมาก่อนจะเกิดความสั่นพ้องสัดส่วน 1:2 ของดาวเสาร์กับดาวพฤหัสบดี แต่เมื่อเกิดความปั่นป่วนขึ้นในระบบสุริยะ ดาวเคราะห์น้อยทรอยชุดเดิมจะถูกเหวี่ยงไปหมด ระหว่างนั้นก็จะมีวัตถุใหม่มาสวมตำแหน่ง และหลุดไปอีก จนเมื่อดาวพฤหัสบดีไม่เปลี่ยนแปลงวงโคจรอีก วัตถุใดที่อยู่ในจุดลากรานจ์ แอล 4 และ แอล 5 ของดาวพฤหัสบดี ก็จะกลายเป็นดาวเคราะห์น้อยทรอยไปอย่างถาวร

แบบจำลองนีซบ่งว่าวัตถุดาวเคราะห์ส่วนหนึ่งถูกดึงดูดไว้ในบริเวณขอบนอกของแถบดาวเคราะห์น้อย และในบริเวณฝูงดาวเคราะห์น้อยฮิลดา ซึ่งโคจรด้วยความสั่นพ้องกับดาวพฤหัสบดีเป็นสั่ดส่วน 3:2 ที่ระยะ 2.6 หน่วยดาราศาสตร์ วัตถุเหล่านี้มีการชนกันจนสลายเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย เหลือที่ขนาดใหญ่อยู่ไม่ถึง 10%

ทั้งข้อมูลดาวเคราะห์น้อยทรอยและแถบดาวเคราะห์น้อยที่แบบจำลองนีซทำนายไว้ ตรงกับข้อมูลที่ได้จากการสังเกตจริง จึงน่าเชื่อได้ว่าทั้งดาวเคราะห์น้อยทรอย ดาวเคราะห์น้อยฮิลดา และสมาชิกขอบนอกของแถบดาวเคราะห์น้อย ล้วนเป็นวัตถุดาวเคราะห์ชั้นนอกที่ถูกจับไว้ด้วยความโน้มถ่วงและหลงเหลือมาจนถึงยุคปัจจุบันในสภาพที่กร่อนไปตามกาลเวลา

บริวารชนิดไร้รูปทรงของดาวเคราะห์ชั้นนอก
ดาวเคราะห์ยักษ์ทุกดวงมีดวงจันทร์บริวารเป็นจำนวนมาก ส่วนหนึ่งเป็นบริวารดั้งเดิม คือก่อตัวขึ้นในเวลาใกล้เคียงกับดาวเคราะห์เอง มีรูปร่างเป็นทรงกลม และมีวงโคจรในระนาบเดียวกับเส้นศูนย์สูตรของดาวเคราะห์ แต่บริวารส่วนใหญ่ของดาวเคราะห์เหล่านี้เป็นวัตถุดาวเคราะห์เสียศูนย์จากจานวัตถุนอกวงโคจรของดาวยูเรนัส ที่หลงเข้าไปติดร่างแหความโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ยักษ์ สังเกตได้จากรูปร่างที่ไม่มีระเบียบ และวงโคจรที่ทำมุมอย่างไรกับแกนหมุนของดาวเคราะห์ก็ได้ อยู่นอกแนวระนาบศูนย์สูตรก็ได้ ความจริงดาวเคราะห์ยักษ์คงมีบริวารประเภทนี้อยู่เดิมบ้างเหมือนกัน แต่น่าจะหายไปหมดตอนระบบเริ่มปั่นป่วน

แถบไคเปอร์และเมฆของออร์ต
จานวัตถุดาวเคราะห์เดิมหลังจากถูกดาวเนปจูนลุยจนกระจัดกระจายก็มีวัตถุน้อยลงเหลือเพียงไม่ถึง 1% ของจำนวนที่มีอยู่เดิม วัตถุเหล่านี้รวมเรียกว่าวัตถุพ้นดาวเนปจูน ส่วนแรกของกลุ่มวัตถุพ้นดาวเนปจูนคือแถบไคเปอร์ ซึ่งมีสมาชิกสำคัญคือดาวเคราะห์แคระพลูโตซึ่งผูกวงโคจรไว้กับดาวเนปจูนด้วยความสั่นพ้องสัดส่วน 2:3 โดยมีวัตถุพลูติโน คือวัตถุดาวเคราะห์ที่ผูกอยู่กับดาวเนปจูนด้วยความสั่นพ้องสัดส่วน 2:3 อีกจำนวนหนึ่ง นอกจากนั้นคือวัตถุที่มีวงโคจรรีมากและอาจมีระนาบการโคจรที่เพี้ยนไปจากระนาบโคจรของดาวเคราะห์มาก แบบจำลองนีซเสนอว่าวัตถุในแถบไคเปอร์คือวัตถุดาวเคราะห์ที่ถูกดาวเนปจูนเหวี่ยงออกจากวงโคจรเดิมทั้งสิ้น

ส่วนวัตถุดาวเคราะห์ที่ถูกความโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีเหวี่ยงออกจะโคจรไปทุกทิศทางและกระจายตัวเป็นเมฆของออร์ต ซึ่งอยู่ไกลออกไปกว่าแถบไคเปอร์ และเป็นโครงสร้างทรงกลมห่อหุ้มดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์และแถบไคเปอร์ไว้ทั้งหมด

เมฆของออร์ตที่ห่อหุ้มดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ และแถบไคเปอร์ อาจมีดาวเคราะห์รุ่นดึกดำบรรพ์ที่ถูกเหวี่ยงออกไปเมื่อครั้งดาวพฤหัสบีกับดาวเสาร์แผลงฤทธิ์ซ่อนอยู่สักสองสามดวงก็เป็นได้
ที่มาของภาพ http://en.wikipedia.org/wiki/Oort_cloud


ความเป็นไปได้อื่นๆ
ความปั่นป่วนเนื่องจากการเสียเสถียรภาพของวงโคจรวัตถุดาวเคราะห์จนเกิดเป็นการกระหน่ำหนักยุคหลัง นอกจากทำให้ดาวเคราะห์ชั้นในถูกถล่มอยู่นานถึง 100 ล้านปีแล้ว ยังอาจเป็นเหตุให้ดาวยูเรนัสถูกชนแกนล้มตะแคงจนต้องกลิ้งไปรอบดวงอาทิตย์ หรืออาจเป็นที่มาของน้ำปริมาณมหาศาลที่ว่ากันว่าเคยมีบนดาวอังคาร ซึ่งทิ้งร่องรอยเอาไว้บนพื้นผิวดาวอังคารอย่างที่ยานอวกาศไปถ่ายรูปมาให้เราเห็นในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา

ความอลวนไม่สิ้นสุด
การค้นพบดาวเคราะห์อิสระที่ลอยอยู่ในอวกาศโดยไม่ได้สังกัดอยู่กับดาวฤกษ์ดวงใดเป็นครั้งแรกเมื่อเดือนตุลาคม ค.ศ. 2013 (ดาว PSO J318-22) โดยทีมนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยฮาวาย เป็นหลักฐานชิ้นล่าสุดที่บอกว่าดาวเคราะห์อาจถูกเหวี่ยงออกไปพ้นดาวต้นกำเนิดของมันได้จริง ไม่ต่างอะไรกับวัตถุดาวเคราะห์นับไม่ถ้วนที่ถูกเหวี่ยงออกจากระบบสุริยะในความอลวนเมื่อยุคเริ่มแรก

ข้อเสนอของแบบจำลองนีซเกิดขึ้นในยุคที่เราค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะไปแล้วหลายร้อยดวง มิหนำซ้ำหลายดวงในจำนวนนั้นยังเป็นดาวเคราะห์แก๊สขนาดยักษ์ระดับดาวพฤหัสบดีหรือยิ่งกว่า แต่กลับโคจรรอบดาวแม่ในระยะเผาขน คือใกล้ชิดกันยิ่งกว่าดาวพุธกับดวงอาทิตย์ ฉะนั้นภาพของดาวเคราะห์ยักษ์ที่เปลี่ยนวงโคจรไปมาได้ แทนที่จะเกิดขึ้นแล้วตั้งอยู่ในที่เดิมเหมือนต้นไม้ จึงเป็นเรื่องที่เรายอมรับได้ง่ายขึ้น

ไม่มีใครรู้ว่าระบบสุริยะซึ่งยังคงเปลี่ยนแปลงไปเรื่อยๆ จะเก็บซ่อนความอลวนอะไรเอาไว้อีก แต่เรื่องนี้ไม่ใช่เรื่องคอขาดบาดตาย เพราะอะไรก็ตามที่จะเกิดขึ้น ย่อมเกิดขึ้นในห้วงเวลาของจักรวาล คือว่ากันเป็นหลายร้อยล้านถึงหลายพันล้านปี ขนาดสิบล้านปีนี่ก็ถือว่าเร็วมากแล้ว และถึงที่สุด ความอลวนอะไรก็จะไม่มีผลกับโลกอีก เมื่อดวงอาทิตย์ปัจฉิมวัยขยายตัวออกมากลืนกินโลกในอีก 5 พันล้านปีข้างหน้า

แหล่งข้อมูลอ้างอิง

แก้ไขล่าสุด 28 มิถุนายน 2556

กลับไปด้านบน


copyright © 2017 กองกิจการอวกาศแห่งชาติ สำนักงานคณะกรรมการดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ กระทรวงดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคม
ชั้น 7 อาคาร B ศูนย์ราชการเฉลิมพระเกียรติ 80 พรรษา 5 ธันวาคม 2550 ถนนแจ้งวัฒนะ แขวงทุ่งสองห้อง เขตหลักสี่ กรุงเทพฯ 10210
โทรศัพท์ 0-2141-6877 โทรสาร 0-2143-8027 e-mail: [email protected]