ทำไม "ดาวเสาร์" ถูกยกให้เป็นราชาวงแหวนแห่งระบบสุริยะ ?

8 กันยายน 2567 “ดาวเสาร์” จะโคจรมาอยู่ตำแหน่งตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ (Saturn Opposition) หมายถึง ดวงอาทิตย์ โลก และดาวเสาร์ เรียงกันในแนวเส้นตรง ส่งผลให้ “ดาวเสาร์มีระยะใกล้โลกที่สุดในรอบปี” ที่ระยะห่างจากโลกประมาณ 1,295 ล้านกิโลเมตร ในวันดังกล่าวจะสังเกต “ดาวเสาร์” ได้ทางทิศตะวันออก หลังดวงอาทิตย์ลับขอบฟ้า ปรากฏสว่างเด่นชัดตลอดทั้งคืน

Thai PBS Sci & Tech จะพาไปรู้จัก “ดาวเสาร์” และวงแหวนของดาวเสาร์ให้มากขึ้น ว่า ทำไมดาวดวงนี้ จึงถูกยกให้เป็น “ราชาวงแหวนแห่งระบบสุริยะ”

"ดาวเสาร์" ราชาวงแหวนแห่งระบบสุริยะ

“ดาวเสาร์” ภาษาอังกฤษ เรียกว่า “Saturn” ดาวเสาร์ เป็นดาวเคราะห์ดวงที่ 6 นับจากดวงอาทิตย์ โดยเป็นดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับ 2 ของระบบสุริยะ รองจาก “ดาวพฤหัสบดี”

ในระบบสุริยะของเรา มีดาวเคราะห์ 4 ดวง ที่มีระบบวงแหวน ได้แก่ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน แต่รู้หรือไม่ว่า วงแหวนของดาวเสาร์ มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็น "น้ำแข็ง" ซึ่งสะท้อนแสงได้ดีต่างจากวงแหวนของดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ที่มีสัดส่วนฝุ่นของหินหรือสารประกอบคาร์บอนมากกว่า ทำให้สะท้อนแสงได้ไม่ดีเท่าวงแหวนของดาวเสาร์ นอกจากนี้ ระบบวงแหวนของดาวเสาร์ยังมีมวล 3 หมื่นล้านล้านตัน ถือว่ามากเมื่อเทียบกับมวลวงแหวนของดาวเคราะห์อื่น ๆ

ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถสรุปได้ว่า วงแหวนทั้งหมดของดาวเสาร์เกิดขึ้นมาอย่างไร แต่การศึกษาระบบวงแหวนอย่างละเอียด ทำให้นักดาราศาสตร์มีข้อมูลมากมาย เพื่อทำความเข้าใจและอธิบายว่าวงแหวนส่วนต่าง ๆ เกิดขึ้นมาได้อย่างไร

วงแหวนของดาวเสาร์

1. วงแหวนหลัก (Main rings) เป็นกลุ่มของวงแหวนที่อยู่ใกล้กับดาวเสาร์ แบ่งเป็น

• วงแหวน D วงแหวนที่จางมาก ถูกค้นพบโดยยานวอยเอเจอร์ 1 เมื่อปี ค.ศ. 1980
• วงแหวน C วงแหวนจาง ๆ ถูกค้นพบโดยนักดาราศาสตร์ชาวยุโรปในปี ค.ศ. 1850
• วงแหวน B วงแหวนย่อยชั้นที่ใหญ่ที่สุด กว้างที่สุด สว่างที่สุด และมีมวลมากที่สุด มีรอยคล้ายซี่ล้อจักรยานพาดลงไปบนวงแหวน B เรียกว่า Spokes
• ช่องแบ่งแคสสินี (Cassini division) เป็นช่องที่อยู่ระหว่างวงแหวน B กับวงแหวน A ถูกค้นพบโดย โจวันนี แคสสินี ในปี ค.ศ. 1675 ซึ่งหากมองด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กจากบนโลก จะสังเกตเห็นเป็นช่องแบ่งสีดำ 
• วงแหวน A วงแหวนย่อยชั้นที่สว่างที่สุดเป็นอันดับ 2 ภายในวงแหวนนี้มีช่องแคบเองเคอ (Encke gap) อยู่ตรงกับวงโคจรของดวงจันทร์แพน 
• ช่องแบ่งโรส (Roche division) เป็นช่องที่อยู่ระหว่างวงแหวน A กับวงแหวน F 
• วงแหวน F เป็นวงแหวนบาง ๆ นักวิทยาศาสตร์พบว่าวงแหวนนี้มีความเปลี่ยนแปลงในระดับชั่วโมง นับว่าเร็วมาก
  
  

2. วงแหวนรอบนอกของดาวเสาร์ (Outer rings) เป็นวงแหวนจาง ๆ ที่มีความหนาแน่นน้อย อยู่ห่างจากดาวเสาร์ ประกอบด้วย

• วงแหวนดวงจันทร์เจนัส-เอพิมีเทียส (Janus/Epimetheus rinh) เป็นวงแหวนฝุ่นจาง ๆ ที่ถูกค้นพบจากภาพถ่ายวงแหวนดาวเสาร์ในมุมย้อนแสงอาทิตย์ โดยยานอวกาศแคสสินีในปี ค.ศ. 2006
• วงแหวน G เป็นวงแหวนจาง ๆ มีกลุ่มของอนุภาคที่กระจุกตัวกันเป็นส่วนโค้งคล้ายส่วนโค้งของวงแหวน Ring Arc รอบดวงจันทร์อีจีออน (Aegaeon) ซึ่งโคจรอยู่ในวงแหวน G เชื่อว่าส่วนโค้งเกิดจากเศษวัตถุที่สาดกระเด็นจากการพุ่งชนบนดวงจันทร์อีจีลอน
• Ring Arc บริเวณดวงจันทร์มีโธนี และดวงจันทร์แอนธี เป็นกลุ่มของอนุภาคที่กระจุกตัวเป็นส่วนโค้ง คาดว่าเกิดจากเศษวัสดุสาดกระเด็นจากการพุ่งชนบนดวงจันทร์ทั้งสองดวง
• วงแหวนดวงจันทร์พัลลีนี (Pallene ring) เป็นวงแหวนฝุ่นจาง ๆ ถูกค้นพบจากภาพถ่ายวงแหวนดาวเสาร์ในมุมย้อนแสงอาทิตย์ โดยยานแคสสินีในปี ค.ศ. 2006 นักวิทยาศาสตร์ คาดว่าวงแหวนย่อยวงนี้เกิดจากเศษวัสดุสาดกระเด็นจากการพุ่งชนบนดวงจันทร์พัลลีนี
• วงแหวน E เป็นวงแหวนจาง ๆ แผ่ตัวอยู่ระหว่างวงโคจรของดวงจันทร์ไมมัสกับดวงจันทร์ไททัน วัตถุในวงแหวน E ประกอบด้วยน้ำแข็งและฝุ่นที่ถูกพ่นออกมาจากการพวยพุ่งบนพื้นผิวของดวงจันทร์เอนเซลาดัส
• วงแหวนดวงจันทร์ฟีบี (Phoebe ring) อนุภาคในวงแหวนนี้มีการฟุ้งกระจายอย่างเบาบางบริเวณวงโคจรของดวงจันทร์พีบีซึ่งอยู่ห่างจากดาวเสาร์มาก วงแหวนดังกล่าวมีขนาดปรากฏราว 2 เท่าของดวงจันทร์ของโลก แต่ไม่สามารถสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่าเนื่องจากความหนาแน่นของอนุภาคในวงแหวนนี้น้อยเกินไป นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวงแหวนย่อยวงนี้ผ่านกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ที่สังเกตการณ์รังสีอินฟราเรด ในปี ค.ศ. 2009

โครงสร้างภายในดาวเสาร์

"ดาวเสาร์" มีองค์ประกอบหลักเป็นไฮโดรเจน รองลงมาเป็นฮีเลียม ซึ่งอยู่ในสถานะของเหลว (มีแก๊สเป็นส่วนน้อยมาก ๆ) ระดับความลึกจากผิวดาวยิ่งมากก็ยิ่งส่งผลให้อุณหภูมิและความดันบริเวณนั้นมีค่าสูง ทำให้ไฮโดรเจนที่ระดับความลึกต่าง ๆ มีธรรมชาติที่แตกต่างกัน โดยนักดาราศาสตร์สามารถสร้างแบบจำลองโครงสร้างภายในของดาวเสาร์ได้จากการศึกษาปริมาณต่าง ๆ ได้แก่ การส่งยานอวกาศไปโคจรรอบ ๆ ดาวเสาร์เพื่อศึกษาว่าความโน้มถ่วงรอบ ๆ ของดาวเสาร์ ส่งผลต่อยานอย่างไร ค่าความโน้มถ่วงที่ได้สามารถนำมาสร้างแบบจำลองสภาพโครงสร้างภายในของดาวเสาร์ได้

ใจกลางของดาวเสาร์ คือ แก่น (Core) องค์ประกอบของแก่นมีความใกล้เคียงกับโลกคือ เหล็ก นิเกิล และหิน แต่แก่นของดาวเสาร์มีความหนาแน่นมากกว่าแก่นโลก รอบ ๆ แก่นของดาวเสาร์คือ ชั้นของโลหะไฮโดรเจน (liquid metallic hydrogen layer) ซึ่งอะตอมไฮโดรเจนในชั้นนี้ถูกบีบอัดด้วยความดันสูงมากทำให้มันประพฤติตัวเหมือนโลหะที่นำไฟฟ้าได้ นักดาราศาสตร์เชื่อว่ามันเป็นแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ ถัดออกมาเป็นชั้นไฮโดรเจน-ฮีเลียมในสถานะของเหลว และยิ่งห่างจากแก่นออกมาเท่าใดก็ยิ่งมีส่วนผสมของแก๊สมากขึ้นเท่านั้น

สำหรับปรากฏการณ์ “ดาวเสาร์ใกล้โลกที่สุด” ผู้ที่สนใจสามารถรับชมได้หลังจากที่ดวงอาทิตย์ลับขอบฟ้าจะมองเห็นดาวเสาร์ปรากฏสว่างอยู่ทางทิศตะวันออก สังเกตได้ยาวนานตลอดคืนจนถึงรุ่งเช้า หากฟ้าใสไร้ฝน ดูได้ชัดเจนด้วยตาเปล่า และหากเมื่อมองผ่านกล้องโทรทรรศน์ที่มีกำลังขยาย 30 เท่าขึ้นไป จะเห็นวงแหวนที่โดดเด่น ชัดเจน และหากใช้กำลังขยายตั้งแต่ 100 เท่าขึ้นไปจะมองเห็นแนวช่องว่างภายในวงแหวน นั่นคือ ช่องว่างแคสสินี ที่แบ่งระหว่างวงแหวนชั้น A และชั้น B รวมถึงสามารถสังเกตเห็นดวงจันทร์ของดาวเสาร์ได้

ข้อมูลจาก หนังสือดาวเสาร์ ราชาวงแหวนแห่งระบบสุริยะ ของสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของ Thai PBS ได้ที่ www.thaipbs.or.th/news/playlists/SciAndTech

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ #ThaiPBSSciAndTech