จาก “ดาวเคราะห์” นอก “ระบบสุริยะ” กว่า 5,500 ดวงบนท้องฟ้า บางส่วนเข้าใกล้ “ดาวฤกษ์” ของมันมากเกินไปจนสูญเสียมวลชั้นบรรยากาศอย่างต่อเนื่อง ภารกิจ CUTE เป็นดาวเทียม CubeSat ที่ถูกออกแบบเพื่อติดตามดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่สูญเสียมวลชั้นบรรยากาศ มันสามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะกลุ่มนี้ เพื่อสร้างความเข้าใจวิวัฒนาการของดาวเคราะห์และเป็นบทพิสูจน์อีกขั้นหนึ่งของ “เทคโนโลยีดาวเทียม” ขนาดเล็กกับภารกิจการติดตามดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ

การสูญเสียมวลของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์เป็นเรื่องปกติของดาวเคราะห์ทุกดวงที่มีชั้นบรรยากาศห่อหุ้ม โลกของเราเองก็ค่อย ๆ สูญเสียมวลชั้นบรรยากาศเล็กน้อยในทุก ๆ วันจาก “ลมสุริยะ” แต่สำหรับดาวเคราะห์บางดวง วงโคจรของมันใกล้กับดาวฤกษ์มากเกินไปจนทำให้ชั้นบรรยากาศถูกพัดหลุดออกจากดาวเคราะห์ ชั้นบรรยากาศที่หลุดออกมานั้นจะทอดตัวเป็นหางยาวคล้ายกับดาวหาง

ภาพวาดดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ HD 209458b ที่สูญเสียมวลชั้นบรรยากาศจากการโคจรรอบดาวฤกษ์ใกล้เกินไป

นักดาราศาสตร์ค้นพบการสูญเสียมวลชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ครั้งแรกตั้งแต่ปี 2003 แต่ถึงอย่างนั้นการตรวจวัดการสูญเสียมวลของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะเป็นสิ่งที่ยากอยู่ดีเนื่องจากการจะสังเกตชั้นบรรยากาศที่หลุดลอยออกจากดาวเคราะห์เหล่านี้ แถบสเปกตรัมของมันจะอยู่ในช่วงเส้นไฮโดรเจนไลแมน-อัลฟา (hydrogen Lyman-alpha) ซึ่งมีความยาวคลื่นที่ 121 nm ที่ความยาวคลื่นนี้มันจะถูกรบกวนด้วยสัญญาณจากไฮโดรเจนที่ลอยอยู่ในห้วงอวกาศและชั้นบรรยากาศเบื้องบนของโลก ทำให้การตรวจจับและศึกษาเกี่ยวกับการสูญเสียมวลชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์เป็นไปได้ยาก

แต่ถึงกระนั้นในช่วงแสงย่านอัลตราไวโอเลตใกล้ หรือ NUV (Near-Ultra Violet) ที่ย่านความยาวคลื่น 250-330 nm นั้นง่ายต่อการตรวจจับมากกว่า

สิ่งนี้ทำให้ ดร.เควิน ฟรานซ์ จากมหาวิทยาลัยโคโลราโด เสนอแนวคิดการตรวจจับวัดการสูญเสียมวลชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะด้วยช่วงคลื่น NUV ผ่านดาวเทียม CubeSat ภายใต้โครงการ ROSES/Astrophysics Research and Analysis (APRA) ซึ่ง NASA ได้ให้การสนับสนุนโครงการนี้ด้วย ดาวเทียม CubeSat ดวงนี้จะติดตั้งกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงที่ถูกย่อขนาดเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าเพื่อลดขนาดและน้ำหนักของมัน กระจกปฐมภูมิของกล้องโทรทรรศน์ตัวนี้มีขนาดที่เล็กเพียง 20 x 8 ซม. และตัวกล้องโทรทรรศน์ทั้งหมดนี้ถูกบรรจุให้อยู่ในขนาดของดาวเทียม CubeSat ขนาด 6U เท่านั้น (20 × 10 × 34.05 ซม.) ดาวเทียมดวงนี้มีชื่อว่า Colorado Ultraviolet Transit Experiment (CUTE)

ภาพของดาวเทียม CUTE ขั้นกำลังติดตั้งกระจกปฐมภูมิโค้งเว้าที่ถูกตัดแบ่งลดพื้นที่เป็นลักษณะสี่เหลี่ยมผืนผ้า ภาพจาก CUTE Team, University of Colorado

การออกแบบกระจกสะท้อนแสงเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้านั้นช่วยประหยัดพื้นที่ของกล้องโทรทรรศน์ได้ดีมาก เมื่อเทียบกับกล้องโทรทรรศน์ที่ใช้กระจกกลมปกติแล้ว มันต้องใช้ขนาดที่มากกว่า CUTE ถึงสามเท่า และถึงแม้จะเป็นแค่ดาวเทียม CubeSat ที่ติดตั้งกล้องโทรทรรศน์ แต่มันก็สามารถทำงานได้ดีเหมือนกล้องโทรทรรศน์ติดตามดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะขนาดมาตรฐานดวงอื่น ๆ อีกทั้งด้วยกล้องของ CUTE มันก็ช่วยทำให้สามารถตรวจจับไอออนของเหล็กและแมกนีเซียมจากชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่กล้องโทรทรรศน์จากภาคพื้นไม่สามารถตรวจวัดได้

CUTE ถูกส่งออกสู่อวกาศเมื่อเดือนกันยายน 2021 พร้อมกับภารกิจ LANDSAT-9 ของ NASA CUTE มีอายุภารกิจอยู่ที่ 1 ปี มีภารกิจหลักเป็นการติดตามดาวเคราะห์ก๊าซร้อนยักษ์ (Hot Jupiter Planet) 7 ดวง ซึ่งแต่ละดวงจะโคจรผ่านตัดหน้าดาวฤกษ์ของมันราว 6-11 ครั้งตลอดช่วงเวลาภารกิจ

ภาพวาดดาวเทียม CubeSat CUTE

ภารกิจนี้ประสบความสำเร็จด้วยดี สามารถติดตามการขยายตัวของชั้นบรรยากาศดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่ยืดออกจากการโคจรใกล้ดาวฤกษ์ของมันมากเกินไปได้ตามคาด เช่น ข้อมูลการติดตามดาวเคราะห์ WASP-189b ที่พบชั้นบรรยากาศยืดขยายออกเป็นอย่างมาก และมีการพบไอออนของแมกนีเซียมที่หลุดออกจากชั้นบรรยากาศจากการถูกพัดพาสูญเสียมวลจากดาวฤกษ์ ซึ่งเป็นหลักฐานชั้นดีของการสูญเสียธาตุหนักจากระบบดาวนี้

CUTE เป็นภารกิจกล้องโทรทรรศน์อวกาศ CubeSat ที่ประสบความสำเร็จเป็นอย่างมาก เป็นการสาธิตการใช้กล้องโทรทรรศน์แบบสี่เหลี่ยมผืนผ้า ซึ่งสามารถใช้งานได้เทียบเท่ากับภารกิจกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่ จากนี้ไป CUTE จะถูกนำมาเป็นแนวทางสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดเล็กอื่น ๆ ในอนาคต รวมถึงภารกิจใหม่ของ NASA ในการติดตามดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะในโครงการ Monitoring Activity from Nearby sTars with uv Imaging and Spectroscopy (MANTIS) อีกด้วย

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล: NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

ภารกิจ CUTE นวัตกรรมดาวเทียม CubeSat เพื่อการสังเกต “ดาวเคราะห์” นอกระบบสุริยะ