การศึกษาดาราศาสตร์ในปัจจุบันจะเน้นทางการศึกษาปัจจัยต่างๆที่เป็นตัวกำหนดคุณสมบัติหรือลักษณะเฉพาะของดาวนั้นๆ เพราะในอนาคตเราอาจจะมีโอกาสได้เจอดาวเคราะห์สักดวงที่เหมาะสมต่อการดำรงชีวิตก็เป็นได้ และหนึ่งในการศึกษาที่เป็นจุดเริ่มต้นที่จะกล่าวต่อไปนี้ ก็คือ ทฤษฎีหนึ่งที่นักดาราศาสตร์เชื่อว่าดาวเคราะห์ที่มีขนาดพอๆกับดาวเนปจูนควรมีชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่ปกคลุมไปด้วยแก๊สฮีเลียม
ทำไมดาวเคราะห์ถึงควรมีแก๊สฮีเลียมเป็นองค์ประกอบหลักของชั้นบรรยากาศ
หากดาวเคราะห์มีแก๊สไฮโดรเจนและแก๊สฮีเลียมเป็นองค์ประกอบ และเนื่องจากแก๊สไฮโดรเจนมีน้ำหนักเบากว่าแก๊สฮีเลียม 4 เท่าเมื่อได้รับพลังงานจากดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ ทำให้แก๊สไฮโดรเจนหลุดออกไปนอกอวกาศได้ง่ายกว่า (มีพลังงานจลน์สูง) และอาจมีสาเหตุอื่นอีก เช่น มีอุกกาบาตชนก็ทำให้แก๊สไฮโดรเจนหลุดออกไปได้เช่นกัน ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ดาวเคราะห์ควรมีชั้นบรรยากาศเป็นฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่ กระบวนการนี้กินระยะเวลาประมาณหมื่นล้านปีกว่าจะเสร็จสมบูรณ์ในขณะที่โลกของเรามีอายุประมาณ 4.5 พันล้านปี
หากดาวเคราะห์มีชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่เป็นแก๊สฮีเลียมจริง จะทำให้ดาวเคราะห์นั้นมีสีขาวหรือเทา แต่ดาวเนปจูนของระบบสุริยะของเราก็มีองค์ประกอบหลักเป็นแก๊สฮีเลียมเช่นกัน แต่กลับมีสีฟ้าสดใส เนื่องจากมีแก๊สมีเทนในชั้นบรรยากาศที่ทำหน้าที่ดูดซับแสงสีแดง (แต่ไม่ดูดซับแสงสีฟ้า) จึงเป็นเหตุให้ดาวเนปจูนของเรามีสีฟ้า และนักวิทยาศาสตร์คาดว่าดาวเคราะห์ที่สำรวจก็คงมีสีคล้ายดาวเนปจูนของเรา แต่ความเป็นจริงแล้ว กลับไม่พบเลย!
สรุปท้ายหัวข้อ
ดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ควรมีชั้นบรรยากาศเป็นแก๊สฮีเลียม เพราะแก๊สไฮโดรเจนหลุดออกไปสู่ชั้นบรรยากาศอันเนื่องมาจากได้รับพลังงานจากดาวฤกษ์หรือจากการชนจากเทหวัตถุภายนอก และอาจมีแก๊สมีเทนบางส่วน
สำรวจเพื่อตรวจสอบแนวคิด
เมื่อนักดาราศาสตร์ได้สำรวจตัวอย่างของดาวที่คาดว่าจะเป็นไปตามที่คาดการณ์ก็ทำให้พบดาว GJ 436b ที่อยู่ห่างออกไป 33 ปีแสงที่ทำเอานักดาราศาสตร์ต้องงงไปตามๆกัน เนื่องจากแทนที่ชั้นบรรยากาศจะเต็มไปด้วยฮีเลียมและมีลักษณะคล้ายกับดาวเนปจูนของเรา แต่กลับเต็มไปด้วยแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งเดิมคาดว่าจะมีแก๊สมีเทนอย่างดาวเนปจูนของเรา เพราะแก๊สมีเทนมีองค์ประกอบคือ คาร์บอน 1 อะตอม ต่อ ไฮโดรเจน 4 อะตอม แล้วทำไมคาร์บอนกับไฮโดรเจนจึงไม่รวมตัวกันเลย?
นักดาราศาสตร์ให้ความเห็นว่าอาจเป็นเพราะไฮโดรเจนได้รับอุณหภูมิไม่สูงพอจากการแผ่รังสีของดาวฤกษ์ที่ดาว GJ 436b โคจรล้อมรอบอยู่นั้น หรือมีปริมาณไฮโดรเจนที่น้อย ทำให้คาร์บอนจะจับคู่กับออกซิเจนแทนทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์จำนวนมาก ในความเป็นจริงก็เป็นเช่นนั้นกล้องโทรทรรศน์สปิตเซอร์พบหลักฐานว่าดาว GJ 436b ก็มีองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศเป็นคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นส่วนใหญ่
สรุปท้ายหัวข้อ
“นักดาราศาสตร์เดิมเชื่อว่าดาวเคราะห์ส่วนใหญ่จะมีแก๊สฮีเลียมเนื่องจากไฮโดรเจนหนีออกนอกดาวเคราะห์ และควรมีแก๊สมีเทนบางส่วน (เพราะมีเทนเกิดจากอะตอมของไฮโดรเจนรวมตัวกับคาร์บอน) แต่ในความเป็นจริงพบว่าไม่มีแก๊สมีเทนเลย กลับกลายเป็นพบแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ปริมาณมากแทน”
การศึกษาในครั้งต่อไป
ขั้นตอนการศึกษาครั้งต่อไป คือ การค้นหาดาวที่มีก๊าซคาร์บอนมอนออกไซด์และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นตัวชี้วัดปริมาณของแก๊สฮีเลียมในชั้นบรรยากาศของดาวนั้นๆ (หากดาวเคราะห์ใดมีแก๊สคาร์บอนมอนออกไซด์และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีความเป็นไปได้ที่ดาวนั้นอาจมีแก๊สฮีเลียมเป็นองค์ประกอบด้วย) โดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล แต่ในอนาคตเมื่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศ James Webb สามารถใช้งานได้ เราก็จะตรวจวัดหา helium ได้โดยตรง
Reference detailed & pics
“Helium-Shrouded Planets may be common in our galaxy.”. [Online]. Available : NASA.GOV 2015.
