ดาวเสาร์

แรงโน้มถ่วงของวงแหวนและบริวารดาวเสาร์

 

วงแหวนดาวเสาร์ (The Lord of the Rings)
          ชนโบราณชาว Sumerian ที่ตั้งถิ่นฐานอยู่ใน Mesopotamia เมื่อประมาณ ๕,๐๐๐ ปีมาแล้ว เรียกดาวเสาร์ว่า Seg-Usk ส่วนชาวกรีกนั้น เรียกดาวเสาร์ว่า Cronus ตามชื่อของเทพเจ้าผู้ได้สมรสกับน้องสาวร่วมท้องของตนที่ชื่อ Rhea จนมีโอรส ๕ องค์ แต่เมื่อโหรประจำเทพสำนักทำนายว่า โอรสจะแย่งราชสมบัติ เทพ Cronus จึงทรงเสวยโอรสทั้ง ๕ องค์ ในเวลาต่อมา เมื่อ Rhea ทรงประสูติพระโอรสองค์ที่หกชื่อ Zeus นางจึงได้ลวงให้ Cronus เสวยก้อนหินแทน แล้วนางทรงเลี้ยงดู Zeus จนเติบใหญ่ และในที่สุด Zeus ก็ได้สนองคำทำนายของโหรทุกประการ นี่คือตำนานเรื่องเล่าที่เป็นเทพนิยาย
          นักดาราศาสตร์เองก็ได้สนใจดาวเสาร์มาเป็นเวลานานเช่นกัน ใน พ.ศ. ๒๘๓ นักดาราศาสตร์กรีกชื่อ Ptolemy ได้รายงานว่า ในบางเวลาเขาเห็นดาวเสาร์โคจรนำหน้าดาวพฤหัสบดี แต่ในบางเวลาดาวดวงนี้ก็โคจรไล่หลัง และต่อมาอีก ๑,๔๐๐ ปี เมื่อ Galileo ใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องดูดาวเสาร์ เขารู้สึกประหลาดใจมาก เพราะเขาเห็นดาวเสาร์มีลักษณะไม่กลมเหมือนดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ คือบริเวณเส้นศูนย์สูตรของดาวมีลักษณะโป่งนูนทำให้ Galileo คิดว่ามันคือดวงจันทร์บริวารของดาวเสาร์ที่โคจรใกล้ดาวเสาร์มาก และอีกหลายเดือนต่อมา เมื่อเขาย้อนกลับไปใช้กล้องส่องดูดาวเสาร์อีก เขาไม่เห็นบริเวณโป่งนูนเลย แต่กลับเห็นดาวเสาร์มีลักษณะกลมดิกเหมือนดาวอื่น ๆ เขาจึงคิดว่าดาวเสาร์คงกินดวงจันทร์ของมันตรงตามที่เทพนิยายกรีกได้กล่าวไว้ทุกประการ
          บุคคลที่สามารถอธิบายสิ่งที่ Galileo เห็นได้อย่างถูกต้องเป็นคนแรกคือ C. Huygens นักวิทยาศาสตร์ชาวเนเธอร์แลนด์ ผู้ซึ่งได้อธิบายว่า ส่วนโป่งนูนที่ Galileo เห็นคือ วงแหวนที่ล้อมรอบดาวเสาร์ เวลาวงแหวนเอียงทำมุมต่าง ๆ กับระดับสายตา เราจะเห็นมันหนาบ้างบางบ้าง และถ้ามันหันขอบให้ระนาบวงแหวนอยู่ในระดับสายตา เราก็จะไม่เห็นวงแหวนเลย นอกจากจะเป็นมนุษย์คนแรกที่พบวงแหวนของดาวเสาร์แล้ว Huygens ก็ยังได้ชื่อว่าเป็นนักดาราศาสตร์คนแรกที่เห็นดวงจันทร์ชื่อ Titan ของดาวเสาร์ด้วย การศึกษาวิถีโคจรของดาวเสาร์ทำให้ Huygens รู้ว่าดาวเสาร์ใช้เวลานาน ๒๙.๔ ปี ในการโคจรรอบดวงอาทิตย์ครบ ๑ รอบ
          Jean Dominique Cassini เป็นนักดาราศาสตร์คู่แข่งที่สำคัญของ Huygens การแข่งขันเชิงวิชาการระหว่างบุคคลทั้งสองได้ทำให้ Cassini พบดวงจันทร์ของดาวเสาร์ ๔ ดวง ชื่อ lapeties, Rhea, Dione และ Tethys อนึ่ง การใช้กล้องโทรทรรศน์ที่มีประสิทธิภาพสูง ยังได้ทำให้ Cassini พบว่า วงแหวนมิได้เป็นแท่งของแข็งตัน แต่มีช่องว่างระหว่างวงแหวนที่กว้างถึง ๔,๐๐๐ กิโลเมตร นักดาราศาสตร์ทุกวันนี้ จึงเรียกช่องว่างดังกล่าวนี้ว่า Cassini Division
          ณ วันนี้ เรามีข้อมูลเกี่ยวกับดาวเสาร์เพิ่มขึ้น เช่น เรารู้ว่าดาวเสาร์อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์โดยเฉลี่ยประมาณ ๑,๔๓๐ ล้านกิโลเมตร (ซึ่งคิดเป็น ๙.๕ เท่าของระยะทางที่โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์)  มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว ๑๑๓,๔๕๐ กิโลเมตร จึงนับว่าใหญ่กว่าโลกราว ๗๑๐ เท่า และมีความหนาแน่น ๐.๗ เท่าของน้ำ  มีอุณหภูมิที่ผิว -๑๗๘ องศาเซลเซียส มีดวงจันทร์เป็นบริวาร ๓๐ ดวง จึงนับว่าดาวเสาร์เป็นดาวเคราะห์ที่มีดวงจันทร์มากที่สุดในสุริยจักรวาล
          นอกจากนี้ ยาน Voyager I และ II ที่ได้เคยโคจรผ่านดาวเสาร์  ก็ได้รายงานว่า บรรยากาศของดาวเสาร์มีไฮโดรเจน ฮีเลียม มีเทน แอมโมเนีย และไอน้ำ ดาวเสาร์หมุนรอบตัวเอง โดยใช้เวลานาน ๑๐ ชั่วโมง ๒๓ นาที  โคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยความเร็ว ๑๙.๖ กิโลเมตร/วินาที (โลกมีความเร็ว ๓๐ กิโลเมตร/วินาที) ยานยังได้รายงานการเห็นวงแหวนเรียงซ้อนกันเป็นชั้น ๆ นับแสนวง และวงแหวนมีความกว้างโดยเฉลี่ย = ๒.๔๕ กิโลเมตร วงแหวนใหญ่ที่สุดมีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวถึง ๒๗๐,๐๐๐ กิโลเมตร ตัวแหวนประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กเท่าเม็ดทราย และก้อนหินที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวประมาณ ๑ เมตร ส่วนดวงจันทร์ที่ชื่อ Pandora, Prometheus, Cordelia, Janus, Ophelia, Mimas และ Enceladus ก็แฝงตัวอยู่ในระหว่างวงแหวน
          คำถามหนึ่งที่นักดาราศาสตร์ใคร่รู้คำตอบคือ อะไรทำให้ดาวเสาร์มีวงแหวน ถึงแม้ทุกวันนี้เราจะรู้ว่า ดาวพฤหัสบดี ดาวมฤตยู และดาวเนปจูนต่างก็มีวงแหวนล้อมรอบ แต่วงแหวนของดาวเสาร์ก็เป็นวงแหวนที่น่าสนใจที่สุด
          James Clerk Maxwell เจ้าของทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นบุคคลแรกที่ประสบความสำเร็จในการอธิบายว่า วงแหวนของดาวเสาร์มิได้เป็นแท่งวัตถุแข็ง เพราะถ้าวงแหวนแข็งตัน แรงโน้มถ่วงที่มากมหาศาลของดาวเสาร์จะดึงดูดอย่างรุนแรง จนวงแหวนบิดเบี้ยวแตกหัก ดังนั้น Maxwell จึงสรุปว่า วงแหวนประกอบด้วยอนุภาคใหญ่น้อยจำนวนล้านที่ต่างก็โคจรไปรอบดาวเสาร์ในทิศทางเดียวกับที่ดาวเสาร์หมุนรอบตัวเอง
          ถึงทุกวันนี้ แหล่งกำเนิดของวงแหวนก็ยังอยู่ในความสนใจของนักดาราศาสตร์
          การค้นคว้าทางดาราศาสตร์ตลอดระยะเวลาที่ผ่านมานี้ ทำให้เรารู้เพิ่มเติมว่า เมื่อดาวเสาร์ถือกำเนิดใหม่ ๆ (๔,๖๐๐ ล้านปีก่อน) ดาวเสาร์มิได้มีวงแหวนล้อมรอบ ดาวเสาร์เพิ่งได้รับการสวมแหวน เมื่อประมาณ ๑๐๐ ล้านปีมานี้เอง และขณะนี้วงแหวนของดาวเสาร์ก็กำลังถูกแรงโน้มถ่วงที่สร้างมันขึ้นมาทำลายมันลงไปจนอีก ๑๐๐ ล้านปีหน้าดาวเสาร์ก็จะไร้แหวนอีก ด้วยเหตุนี้ นักดาราศาสตร์จึงเชื่อว่า ดาวเสาร์เคยมีวงแหวนล้อมรอบหลายต่อหลายวงแล้วตั้งแต่ดาวเสาร์ถือกำเนิด
          การศึกษาธรรมชาติของวงแหวน โดยใช้กล้องโทรทรรศน์สังเกตแสงอาทิตย์ที่สะท้อนจากตัววง ทำให้นักดาราศาสตร์รู้ว่า แหวนแต่ละวงมีความหนาแน่น และความสว่างแตกต่างกัน และถ้ามองดูวงแหวนจากระยะทางไกล ๆ วงแหวนจะมีลักษณะเหมือนทางด่วนที่มีถนน ๑๐๐,๐๐๐ สายเรียงกัน โดยบางสายกว้าง ๑ กิโลเมตรและบางสายกว้าง ๑๐ กิโลเมตร
          นักดาราศาสตร์ส่วนมากเชื่อว่า วงแหวนเกิดจากดวงจันทร์ที่เคยเป็นบริวารของดาวเสาร์ได้แตกสลายลงเพราะถูกแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วงของดาวเสาร์ทำลาย  และที่มาของวงแหวนอีกทางหนึ่งคือ ดาวหางที่ได้โคจรผ่านใกล้ดาวเสาร์มาก ได้ถูกดาวเสาร์ดึงดูดไว้เป็นดาวบริวาร การชนกันเองระหว่างดวงจันทร์บริวาร และดวงจันทร์กับดาวหาง ก็เป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ดาวเสาร์มีวงแหวน  เพราะสาเหตุที่ทำให้วงแหวนอุบัติมีหลากหลาย ดังนั้น จึงเป็นเรื่องที่ไม่น่าแปลกใจที่วงแหวนมีขนาดที่หลากหลาย เช่น บางวงแคบ บางวงกว้าง บางวงกลม บางวงเบี้ยว ถึงกระนั้น นักดาราศาสตร์ก็ได้พบว่า ถ้าเราเก็บรวบรวมฝุ่น ก้อนน้ำแข็งใหญ่น้อยในวงมารวมอัดเราก็จะได้ดวงจันทร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาวเพียง ๔๐๐ กิโลเมตรเท่านั้นเอง
          ประสบการณ์หนึ่งที่นักดาราศาสตร์ได้จากการศึกษาวงแหวนอย่างละเอียดคือ จะได้พบดวงจันทร์ดวงใหม่ ๆ เพราะดวงจันทร์บางดวงแฝงตัวอยู่ระหว่างวงแหวน และบางดวงโคจรเหนือหรือต่ำกว่าระนาบของวงแหวน การศึกษาแรงดึงดูดแบบโน้มถ่วงระหว่างดวงจันทร์ใหญ่น้อยกับวงแหวน  และระหว่างวงแหวนกับดาวเสาร์ จะทำให้เรารู้ว่าดวงจันทร์เหล่านั้นมีอิทธิพลในการกำกับรูปทรงของวงแหวนอย่างไร อนึ่ง การศึกษาสีของวงแหวน ก็จะทำให้เรารู้ว่า มันประกอบด้วยธาตุอะไรบ้าง เช่น ถ้ามีสีแดงก็แสดงว่า มันมีอินทรีย์โมเลกุล หรือถ้ามีสีขาวก็แสดงว่ามันประกอบด้วยน้ำแข็ง
          เพราะโลกเราอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ยิ่งกว่าดาวเสาร์ ดังนั้น นักดาราศาสตร์จึงได้พบว่า โลกโคจรผ่านดาวเสาร์ในทุก ๓๗๘ วัน และระยะใกล้ที่สุดระหว่างโลกกับดาวเสาร์ได้เกิดขึ้นเมื่อวันที่ ๒๗ ธันวาคม...  การอยู่ใกล้พิเศษนี้ทำให้นักดาราศาสตร์หวังจะเห็นดวงจันทร์ดวงใหม่ ๆ ที่โคจรนอกระนาบของวงแหวน ดังที่ได้เคยพบดวงจันทร์ชื่อ Janus เมื่อ พ.ศ. ๒๕๐๙
          การอยู่ใกล้เช่นนี้ จึงเป็นโอกาสดีที่นักดาราศาสตร์หลายคนรอคอย แต่ในอีกไม่นานความตื่นเต้นสุดยอดก็จะมาถึงในวันที่ ๑ กรกฎาคมปีนี้ เมื่อยานอวกาศชื่อ Cassini ราคาหนึ่งแสนห้าหมื่นล้านบาท ที่มีขนาดสูงกว่าตึก ๒ ชั้น จะเดินทางถึงดาวเสาร์เพื่อสำรวจวงแหวน บรรยากาศดาวเสาร์ รวมทั้งถ่ายภาพผิวดาว และเมื่อยานโคจรผ่าน Titan ในวันที่ ๖ พฤศจิกายน ยาน Cassini ก็จะปล่อยยานขนาดเล็กชื่อ Huygens ให้โคจรแยกตัวจากมัน เพื่อไปร่อนลงบน Titan เพราะ Titan อยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ประมาณ ๑๐ เท่าของระยะทางที่โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ ดังนั้น ถ้าเราได้ไปยืนดูดวงอาทิตย์บน Titan เราจะเห็นมันสว่างพอ ๆ กับที่เราเห็นดวงจันทร์สว่าง
          และถ้านักดาราศาสตร์พบว่า บน Titan มีทะเลที่ไม่ใช่น้ำ แต่เป็นของเหลวชนิด ethane หรือ methane เราก็จะรู้ทันทีว่า Titan มีสิทธิ์มีสิ่งมีชีวิตครับ.
ผู้เขียน : ศ. ดร.สุทัศน์ ยกส้าน ภาคีสมาชิก ประเภทวิทยาศาสตร์กายภาพ สาขาวิชาฟิสิกส์ สำนักวิทยาศาสตร์

 

      ดาวเสาร์เป็นชื่อของเทพเจ้า แห่งการเกษตร ชื่อ Saturn เป็นดาวเคราะห์ ที่มีวงแหวนที่สวยงาม ซึ่งประกอบด้วยฝุ่น และน้ำแข็ง นับร้อยวงเลยทีเดียว
      ดาวเสาร์เป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่เป็นที่ 2 รองจากดาวพฤหัสบดี โคจรห่างจากดวงอาทิตย์เป็นลำดับที่ 6 ถัดจากดาวพฤหัสบดี เป็นดาวเคราะห์ที่สวยงามที่สุด เพราะปรากฏมีวงแหวนล้อมรอบตัวดวง เมื่อส่องดูด้วยกล้องโทรทรรศน์ มีสีค่อนข้างเหลือง จะเคลื่อนตัวช้าๆ ผ่านไปยังกลุ่มดาวจักรราศี 

      ดาวเสาร์มีเส้นผ่านศูนย์กลางโดยเฉลี่ยประมาณ 119,871 กิโลเมตร หรือประมาณ 9 เท่าของโลก โคจรอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เป็นระยะทางเฉลี่ย 9.54 หน่วยดาราศาสตร์ แสงจากดวงอาทิตย์ต้องใช้เวลาเดินทาง 1 ชั่วโมง 15 นาที จึงจะถึงดาวเสาร์ ใช้เวลาโคจรรอบดวงอาทิตย์นานถึง 29.46 ปีของโลก ด้วยอัตรา ความเร็ว 9.64 กิโลเมตรต่อวินาที และหมุนรอบตัวเอง 1 รอบกินเวลา 10 ชั่วโมง 40 นาที ซึ่งเร็วมากทำให้ดาวเสาร์มีลักษณะป่องในแนวเส้นศูนย์สูตร และสามารถเห็นได้ชัดเจนเมื่อมองด้วยกล้องโทรทรรศน์จากโลก

 

 

       นิยายกรีกโบราณ กล่าวว่า Uranus เทพแห่งสวรรค์ มีภรรยาคือ Gaea (หรือโลก) มีบุตรหลายคน คนโตชื่อ Saturn หรือ Chronos (โครโนส ) เทพแห่งเวลา จึงเป็นที่มาของคำว่า Chronology , Chronometer ต่อมาโครโนสปฏิวัติต่อต้านบิดาของเค้า โดยแย่งชิงราชบัลลังค์ แต่ต่อมาก็ถูกบุตรชายของโครโนสเอง ก็คือ jupiter แย่งชิงราชบัลลังค์อีก และถูกขับไล่ออกจากสวรรค์เมื่อยามชรา 
สำหรับชาวโรมัน ถือว่า Saturn เป็นเทพของการเก็บเกี่ยว และสัญญาลักษณ์เป็นรูปเคียวเกี่ยวข้าว




โครงสร้างของดาวเสาร์


       ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบส่วนประกอบภายในของ ดาวเสาร์โดยสมบูรณ์ แต่คาดว่าคงจะคล้ายกับดาวพฤหัสบดี ทั้งนี้จากการศึกษาทางทฤษฎีก็พบว่า ดาวเสาร์มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ อยู่ถึงร้อยละ 63 โดยน้ำหนัก ที่เหลือเป็นฮีเลียม กับแอมโมเนีย และมีกัมมะถันเป็นสารประกอบอยู่ในชั้นบรรยากาศในรูปของ แอมโมเนียมไฮโดรซัลไฟล์ 

            ลึกลงไปเป็นชั้นของน้ำในรูปของน้ำแข็ง จนถึงชั้นของไฮโดนเจนเหลว (Liquid Hydrogen) และใจกลางดาวที่มีแรงดันสูงเกิดเป็นชั้นของโลหะไฮโดรเจนเหลว ห่อหุ้มแกนกลางที่หินแข็ง หรือน้ำแข็งอีกทีหนึ่ง ในบริเวณจุดศูนย์กลางของดาวเสาร์จะเป็นจุดที่มีความร้อนอยู่มาก แต่ก็ยังไม่แน่ใจว่าดาวเสาร์มีแกนกลาง (Core) หรือไม่

  

     

          นักดาราศาสตร์ได้พยายามศึกษามวลสาร ความหนาแน่น และส่วนประกอบของดาวเสาร์ ซึ่งก็เพียงคำนวณได้ว่า มวลของดาวเสาร์เป็น 95.1 เท่าของโลก และเป็นดาวเคราะห์ดวงเดียวที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ คือ มีความหนาแน่นเพียง 0.7 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร นั่นหมายความว่า ถ้าเรามีภาชนะใส่น้ำที่มีขนาดใหญ่กว่าดาวเสาร์ ดาวเสาร์ก็สามารถลอยน้ำได้ไม่จม


ชั้นบรรยากาศ


           จากภาพด้านบนเป็นชั้นบรรยากาศของดาวเสาร์ที่ถูกย้อมสี เพื่อให้เห็นความแตกต่างของชั้นบรรยากาศได้ดีขึ้น เพราะความจริงแล้ว กลุ่มเมฆของดาวเสาร์นั้นมีสีสันน้อยกว่าของดาวพฤหัส เนื่องจากชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่มีองค์ประกอบของซัลไฟส์ค่อนข้างมาก ทำให้เราเห็นดาวเสาร์มีสีออกเหลืองๆ เมื่อดูดาวเสาร์ในระยะใกล้หรือจากกล้องโทรทรรศน์บนโลก มีอุณหภูมิที่เมฆชั้นบนสุดเฉลี่ยราว -170 องศาเซลเซียส แต่ชั้นบรรยากาศของดาวเสาร์เองก็มีความรุนแรงแบบเดียวกับดาวพฤหัส โดยปรากฏแถบเมฆ คาดตามแนวดาวเสาร์เพียง 2-3 แถบเท่านั้นที่ชัดเจน

       ภาพด้านบนเป็นภาพขยายของพายุบนดาวเสาร์ครั้งใหญ่ที่ยานอวกาศถ่ายไว้ได้เมื่อ ปี คศ.1990 โดยพายุหมุนบนดาวเสาร์นี้ จะเกิดขึ้นทุกๆ 30 ปี

สนามแม่เหล็กของดาวเสาร์


 

               สนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ มีขนาดไม่ใหญ่เท่ากับของดาวพฤหัส แต่ก็มีขนาดใหญ่พอที่จะยึดเหนี่ยวบริวารของดาวเสาร์ทั้งหมดไว้ได้ แต่ก็มีโครงร่างคล้ายกับของดาวพฤหัส และวงแหวนของดาวเสาร์เองก็มีผลกับการเปลี่ยนแปลง ของอนุภาคในชั้นบรรยากาศแมคเนโตสเฟียรเช่นกัน นอกจากนี้ บรรยากาศชั้นแมคเนโตสเฟียร ก็ยังสร้าง aurora ที่สวยงามบริเวณขั้วของดาวเสาร์ เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นบนโลก
   ภาพออโรร่าของดาวเสาร์ ที่กล้องอวกาศฮับเบิลถ่ายไว้ได้จากโลก

 

วงแหวนดาวเสาร์

           ดาวเสาร์เป็นดาวเคราะห์ 1 ใน 4 ดวงของระบบสุริยะที่มีวงแหวนล้อมรอบ และที่มีความโดดเด่นกว่าเพื่อน ก็เพราะมีวงแหวนที่ชัดเจนสามารถมองเห็นได้จากโลก วงแหวนของดาวเสาร์ค้นพบครั้งแรก โดยกาลิเลโอ ราวปี คศ.1600 เมื่อเค้าประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์สำเร็จและใช้ส่องดูดาวเสาร์ แต่บันทึกของกาลิเลโอ ไม่ได้บอกว่าเป็นวงแหวน เพียงแต่บอกว่าเป็นวัตถุประหลาดอยู่คู่กับดาวเสาร์คล้ายกับดาวแฝด 3 ดวง แต่ต่อมา ปี คศ.1655 คริสเตียน ฮอยเกนต์ (Christian Haygens) นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส บอกว่าสิ่งที่กาลิเลโอพบนั่นคือวงแหวน
           ปัจจุบันนี้เราทราบว่า วงแหวนของดาวเสาร์ ประกอบด้วยก้อนหินและก้อนน้ำแข็งขนาดตั้งแต่เม็ดทราย ไปจนถึงรถยนตร์ค้นเล็กๆ มีความหนาเพียง 10 ไมล์ แต่มีความกว้างหลายแสนไมล์ วงแหวนดาวเสาร์สามารถคงรูปอยู่ได้เพราะแรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์ และดวงจันทร์บริวารของดาวเสาร์เอง และถ้าหากมีวัตถุใดที่หลงเข้าไปอยู่ในแถบวงแหวน ก็จะถูกแรงโน้มถ่วงนั้นบีบอัดจนแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยได้

ภาพของดาวเสาร์จากกล้องขนาด 12 นิ้วบนโลก สามารถเห็นวงแหวนดาวเสาร์ได้ 2-3 ชั้น


โครงสร้างของวงแหวนดาวเสาร์

        ในระยะแรกของการสังเกตวงแหวนดาวเสาร์ พบว่ามีเพียง 3 ชั้นที่สามารถเห็นได้จากโลก ใช้อักษรภาษาอังกฤษเรียงตามลำดับคือ A,B และC ในปี คศ.1675 (พศ.2218) Giovanni Cassini นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้ค้นพบช่องว่าง ระหว่าง วงแหวน A กับ B ทำให้วงแหวนดาวเสาร์มี 2 ชั้นในตอนั้น ซึ่งต่อมาช่องว่างนี้ ก็ถูกเรียกว่า "ช่องว่างแคสสินี (Cassini Gap)"

         และในปี คศ.1800 วงแหวนบางชั้น C ก็ถูกค้นพบ จนกระทั้งมีการส่งยานอวกาศไปสำรวจ คือยานไพโอเนียร์ 11 และยานวอยเอเจอร์ 1 กับ 2 ก็พบวงแหวนเพิ่มขึ้นอีกในปี คศ. 1979 คือ D E F และ G ตามลำดับ กับช่องว่างที่อยู่ในวงแหวน A ที่มีชื่อว่า "ช่องว่างเองเก้ (Encke Division)" และพบดาวบริวารแพน (Pan) อยู่ในช่องว่างนี้ด้วย
         ที่วงแหวน F ยานวอยเอเจอร์ ได้พบดาวบริวาร 2 ดวงคือ เพนดอร่า (Pendora) ดวงล่างของภาพ กับ โพรมีเทอุส (Prometheus) ดวงบนของภาพ ส่งแรงโน้มถ่วงถึงกันบังคับวงแหวน F ให้คงรูปอยู่ได้ มีความกว้างเพียง 10-20 กิโลเมตรเท่านั้น ดาวบริวารทั้งสองนี้ถูกเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า "Shepherded" หรือบริวารเลี้ยงแกะ เพราะทำหน้าที่คล้ายสุนัขคอยต้อนฝูงแกะ

    

       ยานวอยเอเจอร์ถ่ายภาพวงแหวนดาวเสาร์ โดยใช้ดาวฤกษ์ที่อยู่ด้านหลังวงแหวน พบว่าชั้นใหญ่ๆของวงแหวนประกอบด้วยชั้นย่อยๆ ของวงแหวนอีกนับพันวงเลย นักวิทยาศาสตร์จึงยอมสีวงแหวนแต่ละชั้น เพื่อให้เห็นความแตกต่างของวงแหวนในชั้นถัดไป ดังรูปด้านซ้าย
        นอกจากนี้ยานอวกาศยังพบจุดสีดำ กระจ่ายอยู่ทั่ววงแหวนเคลื่อนที่ไปตามแนววงแหวนด้วย นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า เป็นอนุภาคของฝุ่นละอองในวงแหวนที่ทำปฎิกิริยากับ เส้นแรงแม่เหล็กที่ส่งมาจากตัวดาวเสาร์เอง
 

 

  

         เนื่องจากดาวเสาร์มีแกนหมุนเอียงทำมุม 26.7 องศากับแนวดิ่งที่ตั้งฉากระนาบโคจรรอบดวงอาทิตย์ ทำให้ระนาบของวงแหวนที่อยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรเอง 26.7 องศาไปด้วย ซึ่งความสว่างของดาวเสาร์เมื่อมองจากโลก จะมีค่าเปลี่ยนแปลงไปด้วยตามระนาบของวงแหวนที่เอียงมาหาโลก โดยความสว่างของดาวเสาร์จะเปลี่ยนแปลง อยู่ระหว่างแมคนิจูด -0.3 ถึง +0.8
 

 

โครงสร้างของวงแหวนดาวเสาร์

        ในระยะแรกของการสังเกตวงแหวนดาวเสาร์ พบว่ามีเพียง 3 ชั้นที่สามารถเห็นได้จากโลก ใช้อักษรภาษาอังกฤษเรียงตามลำดับคือ A,B และC ในปี คศ.1675 (พศ.2218) Giovanni Cassini นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้ค้นพบช่องว่าง ระหว่าง วงแหวน A กับ B ทำให้วงแหวนดาวเสาร์มี 2 ชั้นในตอนั้น ซึ่งต่อมาช่องว่างนี้ ก็ถูกเรียกว่า "ช่องว่างแคสสินี (Cassini Gap)    และในปี คศ.1800 วงแหวนบางชั้น C ก็ถูกค้นพบ จนกระทั้งมีการส่งยานอวกาศไปสำรวจ คือยานไพโอเนียร์ 11 และยานวอยเอเจอร์ 1 กับ 2 ก็พบวงแหวนเพิ่มขึ้นอีกในปี คศ. 1979 คือ D E F และ G ตามลำดับ กับช่องว่างที่อยู่ในวงแหวน A ที่มีชื่อว่า "ช่องว่างเองเก้ (Encke Division)" และพบดาวบริวารแพน (Pan) อยู่ในช่องว่างนี้ด้วย   ที่วงแหวน F ยานวอยเอเจอร์ ได้พบดาวบริวาร 2 ดวงคือ เพนดอร่า (Pendora) ดวงล่างของภาพ กับ โพรมีเทอุส (Prometheus) ดวงบนของภาพ ส่งแรงโน้มถ่วงถึงกันบังคับวงแหวน F ให้คงรูปอยู่ได้ มีความกว้างเพียง 10-20 กิโลเมตรเท่านั้น ดาวบริวารทั้งสองนี้ถูกเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า "Shepherded" หรือบริวารเลี้ยงแกะ เพราะทำหน้าที่คล้ายสุนัขคอยต้อนฝูงแกะ     
       ยานวอยเอเจอร์ถ่ายภาพวงแหวนดาวเสาร์ โดยใช้ดาวฤกษ์ที่อยู่ด้านหลังวงแหวน พบว่าชั้นใหญ่ๆของวงแหวนประกอบด้วยชั้นย่อยๆ ของวงแหวนอีกนับพันวงเลย นักวิทยาศาสตร์จึงยอมสีวงแหวนแต่ละชั้น เพื่อให้เห็นความแตกต่างของวงแหวนในชั้นถัดไป ดังรูปด้านซ้าย                                         
       นอกจากนี้ยานอวกาศยังพบจุดสีดำ กระจ่ายอยู่ทั่ววงแหวนเคลื่อนที่ไปตามแนววงแหวนด้วย นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า เป็นอนุภาคของฝุ่นละอองในวงแหวนที่ทำปฎิกิริยากับ เส้นแรงแม่เหล็กที่ส่งมาจากตัวดาวเสาร์เอง
       เนื่องจากดาวเสาร์มีแกนหมุนเอียงทำมุม 26.7 องศากับแนวดิ่งที่ตั้งฉากระนาบโคจรรอบดวงอาทิตย์ ทำให้ระนาบของวงแหวนที่อยู่ในแนวเส้นศูนย์สูตรเอง 26.7 องศาไปด้วย ซึ่งความสว่างของดาวเสาร์เมื่อมองจากโลก จะมีค่าเปลี่ยนแปลงไปด้วยตามระนาบของวงแหวนที่เอียงมาหาโลก โดยความสว่างของดาวเสาร์จะเปลี่ยนแปลง อยู่ระหว่างแมคนิจูด -0.3 ถึง +0.8
ปรากฏการณ์วงแหวนหาย
     ด้วยเหตุที่ระนาบของวงแหวนเอียงตามแกนเอียงของดาวเสาร์ เมื่อดาวเสาร์โคจรไปรอบดวงอาทิตย์ ระนาบของวงแหวนเมื่อมองจากโลกก็จะเปลี่ยนไปด้วย ซึ่งจะมีช่วงระยะเวลาหนึ่งที่เราไม่สามารถมองเห็นวงแหวนของดาวเสาร์ได้เนื่องจากวงแหวนมีความหนาน้อยมาก (10 ไมล์) ซึ่งปรากฏการณ์วงแหวนหาย (the ring edge-on) จะเกิดขึ้นทุกๆ ครึ่งรอบของการโคจรรอบดวงอาทิตย์หรือ ราว 14 ปี ต่อครั้ง ซึ่งครั้งล่าสุดเกิดเมื่อปี พศ.2538 (คศ.1995) และจะปรากฏให้เห็นอีกครั้งในปี พศ.2552
       ส่วนสำหรับคำถามที่ว่า วงแหวนมากจากไหน และเกิดขึ้นเมื่อใดนั้น นักดาราศาสตร์ทฤษฎีได้ใช้แบบจำลองบนคอมพิวเตอร์ แสดงให้เห็นว่า วงแหวนถือกำเนิดเมื่อประมาณ 500 ล้านปีก่อนนี้เอง และทฤษฎีที่ใช้อธิบาย คือ วงแหวนเกิดจากการที่ดวงจันทร์ต่างๆ ของดาวเสาร์ถูกดาวหางพุ่งชนจนแตกกระจาย และแรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์ได้ขัดขวางไม่ให้เศษ และสะเก็ดดาวมาเกาะรวมกันได้อีก หรือได้มีดาวที่ประกอบด้วยน้ำแข็ง ซึ่งอยู่ที่บริเวณขอบนอกของระบบสุริยะ ได้โคจรเข้าใกล้ดาวเสาร์ และถูกแรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์ทำลายจนแตกกระจาย
       
       ดังนั้น ในการตอบคำถามนี้ นักดาราศาสตร์จึงต้องรู้องค์ประกอบของวงแหวน ว่ามีธาตุ carbon สารประกอบ ammonia, silicate และสารต่างๆ มากเพียงใด ซึ่งสามารถจะรู้ได้เวลายานสำรวจโคจรผ่านวงแหวนที่ประกอบด้วยอนุภาคต่างๆ กว่า 3,000 ล้านชิ้น และมีขนาดต่างๆ กัน ตั้งแต่เล็กขนาดฝุ่น จนถึงใหญ่ขนาดภูเขา โดยแต่ละชิ้นส่วนมีวงโคจรอิสระรอบดาวเสาร์
       
       สำหรับความหนาของวงแหวนนั้น ยานรายงานว่าหนาประมาณ 30 เมตร และจำนวนวงแหวนมีมากกว่า 1,000 วง โดยวงแหวนวงนอกสุดจะสว่างที่สุด ชื่อวง A ถัดเข้าไป คือวงแหวน B และมีช่องว่าง Cassini คั่นกลาง ลึกภายในมีวงแหวน C เมื่อครั้งที่ ยาน Voyager เดินทางผ่านดาวเสาร์ ยานได้ถ่ายภาพดวงจันทร์ของดาวเสาร์ไว้หลายดวง เช่น Hyperion, Pan, Daphnis, Keeler ฯลฯ ซึ่งมีขนาดตั้งแต่ 0.5-1.5 กิโลเมตร และประมาณว่ามีฝุ่นขนาด 50-150 เมตร ราว 10,000 ชิ้น ส่วน ฝุ่นที่มีขนาด 5-15 เมตรนั้นมีประมาณ 100 ล้านชิ้น
       
       เมื่อ Cassini เดินทางถึงดาวเสาร์ ยานได้สำรวจพบว่าภายในช่องว่างต่างๆ ระหว่างวงแหวนมักมีดวงจันทร์ขนาดเล็กอยู่ และเวลาดวงจันทร์โคจรผ่านใกล้ขอบของวงแหวน แรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ที่ทำต่อฝุ่น จะทำให้เกิดคลื่นความหนาแน่น (density wave) ที่ทำให้ฝุ่นกระจัดกระจาย เหมือนเวลาเรือลอยผ่านไปในน้ำ Cassini ยังได้รายงานว่า วงแหวนต่างๆ ของดาวเสาร์มิได้มีลักษณะกลมดิกแต่บิดเบี้ยว บางวงมีลักษณะเป็นวงกลมอย่างสมบูรณ์ แต่บางวงก็ขาดเป็นท่อนๆ
 

ดวงจันทร์บริวารดาวเสาร์

     ดาวเสาร์เป็นดาวเคราะห์ที่มีดวงจันทร์เป็นบริวารมากที่สุด ในยุคแรกๆก่อนมีการสำรวจอวกาศ เรารับรู้ว่าดาวเสาร์มีบริวารมากที่สุดในระบบสุริยะแต่ก็มีไม่เกิน 10 ดวง Chirstian Huygens นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส เป็นคนแรกที่พบดวงจันทร์ไททันเมื่อปี คศ.1965 ในขณะที่ดวงจันทร์มา ก็ถูกค้นพบโดยนักดาราศาสตร์คนอื่นๆ ในช่วงเวลาไม่เกิน ปีคศ.1800 และถูกค้นพบเพิ่มเติมอีก จากยานอวกาศวอยเอเจอร์

บริวารทั้ง 18 ดวงของดาวเสาร์ที่ถูกตั้งชื่อแล้ว เมื่อนำมาเปรียบเทียบกับขนาดของดาวแม่

วงแหวนบนดาวเสาร์

วงแหวนดี ( D Ring )
           เป็นวงแหวนที่อยู่ใกล้กับดาวเสาร์มากที่สุด ขอบในของวงแหวนเห็นไม่ชัดเจนนัก นักดาราศาสตร์เชื่อว่าบริเวณของวงแหวนดีแผ่ลงไปจนถึงระดับยอดเมฆของดาวเสาร์ ( ประมาณ 60,000 กิโลเมตร จากศูนย์กลางของดาว ) วงแหวนดีจางกว่าที่จะสังเกตเห็นในกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กได้
วงแหวนซี ( C Ring )
เป็นวงแหวนจางๆ ที่อยู่ไกลออกไปจากวงแหวนดี มีความกว้าง 17,500 กิโลเมตร เละความหนา 80-150 เมตร แม้ว่าจะมีความสว่างน้อยกว่าวงแหวนบีมาก แต่ วงแหวนซีสามารถสังเกตได้ในกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กหากสภาพอากาศเอื้ออำนวย
วงแหวนบี ( B Ring )
เป็นวงแหวนที่สว่างที่สุดของดาวเสาร์ มีความกว้าง 25,500 กิโลเมตร และหนา 1.21-1.76 กิโลเมตร เศษวัตถุที่อยู่ในวงแหวนบีมีขนาดค่อนข้างใหญ่เมื่อเทียบกับวงแหวนอื่นๆคือ มีขนาดประมาณ 1-10 เมตร และมีลักษณะทางกายภาพต่างจากเศษวัตถุในวงแหวนซีและดีอย่างมากแน่นอน เนื่องจากความสามารถในการสะท้อนแสงแตกต่างกัน
ช่องแคสสินี ( Cassini Division )
เป็นช่องระหว่างวงแหวนบีและวงแหวนเอ ขนาด 4,200 กิโลเมตร เมื่อสังเกตด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กจะเห็นช่องนี้เป็นเส้นจางบนแถบวงแหวน นักดาราศาสตร์เชื่อว่าช่องแคสสินีอาจเกิดจากแรงรบกวนของดวงจันทร์ไมมาส ( Mimas ) ของดาวเสาร์ที่กระทำต่อเศษชิ้นส่วนของวงแหวน
วงแหวนเอ ( A Ring )
วงแหวนชั้นนี้เป็นวงแหวนที่มีความสว่างมากอีกชั้นหนึ่ง แต่ก็ยังสว่างน้อยกว่าชั้นบี การศึกษาภาพถ่ายจากยานอวกาศระบุว่า วงแหวนเอมีวงแหวนจิ๋วและช่องว่างอยู่ภายในจำนวนมาก วงแหวนเอสามารถสังเกตได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็กโดยสังเกตช่องแคสสินีซึ่งเป็นเส้นแบ่งระหว่างวงแหวนเอและบี
ช่องเองเก้ ( Encke Division )
 ที่บริเวณขอบนอกของวงแหวนเอ มีช่องว่างความกว้าง 325 กิโลเมตร เรียกว่า ช่องเองเก้ ค้นพบโดยเจมส์ คีลเลอร์ ( James Keeler ) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ช่องเองเก้สามารถสังเกตได้จากโลกด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดค่อนข้างใหญ่ในสภาพอากาศที่ดีมากเท่านั้น ( กล้องขนาดประมาณ 15 นิ้ว ขึ้นไป ) จะเห็นเป็นเส้นบางอยู่บริเวณริมนอกของวงแหวนเอ
วงแหวนเอฟ ( F Ring ) วงแหวนจี ( G Ring ) และวงแหวนอี ( E Ring )
แหวนชั้นนอกที่จางจนแทบไม่สามารถสังเกตได้จากโลกเลย วงแหวนทั้งสามมีความกว้างรวมกว่า 308,000 กิโลเมตร และมีความหนา 100-1000 กิโลเมตร แต่ประกอบด้วยฝุ่นอนุภาคเล็กที่เบาบางและสะท้อนแสงน้อยมาก ดวงจันทร์หลายดวงโคจรอยู่ในเขตวงแหวนเหล่านี้ เช่น ไมมาส ( Mimas ) เอนเซเลดุล ( Enceladus ) ทีดิส ( Tethys ) เทเลสโซ ( Telesto ) คาลิปโซ                       ( Calypso ) ไดโอนี ( Dione ) เฮเลน ( Helene ) ฯลฯ

 

ขอขอบคุณข้อมูลจาก 

http://student.nu.ac.th/Solarsystem/SATURN.html

http://www.royin.go.th/th/knowledge/detail.php?ID=1130




เรียบเรียงโดย

น.ส.ปัทมาภรณ์  เกตุศรี  54010510022  GS

น.ส.วราภรณ์  โม้ทอง  54010510032   GS

น.ส. กนิษฐา   แพงวงศ์   54010510038  GS