ข้างในของดาวเสาร์กำลังแกว่งไปมา
ด้วยวงแหวนขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 175,000 ไมล์ ดาวเสาร์จึงเป็นดาวเคราะห์ที่ไม่ซ้ำแบบใครในระบบสุริยะ ปรากฎว่าข้างในนั้นค่อนข้างมีเอกลักษณ์เช่นกัน ผลการศึกษาใหม่ ที่ตีพิมพ์ใน Nature Astronomy เมื่อวันจันทร์ ชี้ให้เห็นว่าดาวเคราะห์ดวงที่หกจากดวงอาทิตย์มีแกน “คลุมเครือ” ที่เคลื่อนที่ไปมา
เป็นเรื่องที่น่าแปลกใจมาก “ภาพทั่วไปสำหรับโครงสร้างภายในของดาวเสาร์หรือดาวพฤหัสบดีคือภาพที่มีแกนขนาดเล็กของวัสดุที่เป็นหินหรือน้ำแข็ง ล้อมรอบด้วยซองไฮโดรเจนและฮีเลียมที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า” Christopher Mankovich นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ Caltech และผู้เขียนร่วมของการศึกษาใหม่นี้ พร้อมด้วยเพื่อนร่วมงานของเขา Jim Fuller
สิ่งที่ Mankovich และ Fuller มองเห็น “โดยพื้นฐานแล้วเป็นโครงสร้างแบบเดิมๆ ที่ไม่ชัดเจน” แทนที่จะเห็นเส้นแบ่งที่เป็นระเบียบเรียบร้อยซึ่งแบ่งหินที่หนักกว่าและน้ำแข็งออกจากองค์ประกอบที่เบากว่า พวกเขาพบว่าแกนกลางนั้นสั่นจนไม่มีการแยกตัวที่ชัดเจน
แกนกระจายนี้ขยายออกไปประมาณ 60% ของรัศมีของดาวเสาร์ ซึ่งเป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่จาก 10 เป็น 20% ของรัศมีของดาวเคราะห์ที่แกนดั้งเดิมจะครอบครอง
หนึ่งในแง่มุมที่แปลกประหลาดที่สุดของการศึกษาคือการค้นพบนี้ไม่ได้มาจากการวัดแกนกลางโดยตรง ซึ่งเป็นสิ่งที่เราไม่สามารถทำได้ Mankovich และ Fuller หันไปใช้ข้อมูลแผ่นดินไหวบนวงแหวนของดาวเสาร์ซึ่งรวบรวมครั้งแรกโดยภารกิจ Cassini ของ NASA ซึ่งสำรวจระบบ Saturnian ตั้งแต่ปี 2004 ถึง 2017
“โดยพื้นฐานแล้วดาวเสาร์ดังเหมือนระฆังตลอดเวลา ” แมนโควิชกล่าว เมื่อแกนหมุนไปรอบๆ มันจะสร้างการรบกวนของแรงโน้มถ่วงที่ส่งผลต่อวงแหวนรอบข้าง ทำให้เกิด “คลื่น” ที่ละเอียดอ่อนซึ่งสามารถวัดได้ เมื่อแกนกลางของดาวเคราะห์กำลังสั่น แคสสินีสามารถศึกษาวงแหวน C ของดาวเสาร์ (วงแหวนที่สองจากดาวเคราะห์ดวงนี้) และวัด “วงแหวน” แรงโน้มถ่วงขนาดเล็กแต่สม่ำเสมอที่เกิดจากแกนกลาง
Mankovich และ Fuller มองดูข้อมูลและสร้างแบบจำลองสำหรับโครงสร้างของดาวเสาร์ที่จะอธิบายคลื่นไหวสะเทือนเหล่านี้ และผลที่ได้คือการตกแต่งภายในที่คลุมเครือ “การศึกษานี้เป็นหลักฐานโดยตรงเพียงอย่างเดียวสำหรับโครงสร้างแกนกลางแบบกระจายในดาวเคราะห์ของเหลว” Mankovich กล่าว
Mankovich และ Fuller คิดว่าเหตุผลที่โครงสร้างทำงานก็คือหินและน้ำแข็ง ใกล้ศูนย์กลางของดาวเสาร์ละลายได้ในไฮโดรเจน ทำให้แกนกลางมีลักษณะเหมือนของเหลวมากกว่าของแข็ง แบบจำลองของพวกเขาชี้ให้เห็นว่าแกนกระจายของดาวเสาร์ประกอบด้วยหินและน้ำแข็งซึ่งมีมวลรวมกันมากกว่า 17 เท่าของโลก ดังนั้นจึงมีวัสดุจำนวนมากที่ส่ายไปมา
แกนกระจายอาจมีนัยสำคัญบางประการสำหรับการทำงานของดาวเสาร์ ที่สำคัญที่สุดคือมันจะทำให้ส่วนภายในมีเสถียรภาพจากความร้อนหมุนเวียน ซึ่งไม่เช่นนั้นจะทำให้ภายในของดาวเสาร์ปั่นป่วนด้วยความปั่นป่วน อันที่จริง อิทธิพลที่เสถียรนี้ก่อให้เกิดคลื่นแรงโน้มถ่วงภายในที่ส่งผลต่อวงแหวนของดาวเสาร์ นอกจากนี้ แกนกระจายยังอธิบายได้ว่าทำไมอุณหภูมิพื้นผิวของดาวเสาร์จึงสูงกว่าแบบจำลองการพาความร้อนแบบเดิมๆ
ถึงกระนั้น Mankovich ยอมรับว่าโมเดลมีข้อจำกัดในบางแง่มุมที่สำคัญ ไม่สามารถอธิบายสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์สังเกตได้เกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ ซึ่งมีความแปลกประหลาดในหลายๆ ด้าน (เช่น มันแสดงให้เห็นความสมมาตรที่เกือบจะสมบูรณ์แบบบนแกนของมัน ซึ่งค่อนข้างผิดปกติ) เขาและฟุลเลอร์หวังว่าการสืบสวนในอนาคตจะจำกัดพื้นที่ภายในให้แคบลงและบอกนักวิทยาศาสตร์ว่าแกนกลางของดาวเคราะห์อาจส่งผลต่อสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์อย่างไร
พวกเขายังหวังว่าภารกิจ Juno ของ NASA จะเปิดเผยสิ่งที่คล้ายกัน แกนกระจายภายในดาวพฤหัสบดี วิธีนี้จะช่วยยืนยันข้อสงสัยที่ว่าเมื่อดาวเคราะห์ยักษ์ก่อตัวขึ้น กระบวนการสร้างการไล่ระดับของวัสดุโดยธรรมชาติ เมื่อเทียบกับแกนที่สะอาดและแข็ง งานวิจัยบางชิ้นที่ใช้ข้อมูลแรงโน้มถ่วงที่รวบรวมโดย Juno ดูเหมือนจะสนับสนุนแนวคิดนี้เช่นกัน
