ในวันที่ไม่มีเมฆมาบดบังวิสัยทัศน์การมองเห็นดวงดาวในยามค่ำคืน เราสามารถมองเห็นดาวเสาร์และรวมไปถึงวงแหวนของมันได้จากบนโลก (ผ่านกล้องโทรทรรศน์) เมื่อเห็นเช่นนั้นแล้ว คำถามที่เกิดขึ้นตามมาก็คือว่า “แล้ววงแหวนของดาวเสาร์เกิดขึ้นมาได้อย่างไร” หรือ “วงแหวนของดาวเสาร์สามารถชี้ให้เห็นข้อมูลอะไรบางอย่างเกี่ยวกับดาวเคราะห์ดวงนี้ รวมไปถึงดวงจันทร์บริวารของมันได้หรือไม่” ซึ่งแน่นอนว่าดวงจันทร์บริวารของดาวเสาร์เป็นดวงจันทร์ที่ NASA สนใจศึกษาและค้นหาสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงอื่น
NASA ได้ใช้ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์สร้างแบบจำลองการก่อตัวของวงแหวนดาวเสาร์ขึ้นมา โดยงานวิจัยชิ้นนี้ถูกตีพิมพ์ในวารสาร Astrophysical Journal เมื่อวันที่ 27 กันยายน 2023 ซึ่งระบุว่า “วงแหวนของดาวเสาร์อาจเกิดจากการชนกันครั้งใหญ่ของดวงจันทร์บริวารสองดวงเมื่อหลายล้านปีก่อน” และที่มากไปกว่านั้นคือ เศษซากจากการชนกันครั้งนั้น ทำให้เกิดเป็นดวงจันทร์บริวารของดาวเสาร์มาจนถึงปัจจุบันอีกด้วย Jacob Kegerreis นักวิทยาศาสตร์จาก NASA’s Ames Research Center in California’s Silicon Valley กล่าวว่า “มีเรื่องราวอีกมากมายที่พวกเรายังไม่รู้เกี่ยวกับระบบดาวเสาร์ นั่นรวมไปถึงดวงจันทร์บริวาร ซึ่งมีสภาพแวดล้อมที่อาจทำให้มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่บนนั้นได้
การจำลองรายละเอียดสูงและข้อมูลเชิงลึก
ภารกิจแคสสินีของ NASA ทำให้เราทราบถึงอายุของวงแหวนและดวงจันทร์มากน้อยเพียงใดซึ่งนั้นทำให้เราทราบถึงกระบวนการการก่อตัวของมัน ดังนั้นเองทีมวิจัยจึงได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยเดอแรมเพื่อใช้ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ (DiRAC) เพื่อสร้างแบบจำลองการชนกันของดวงจันทร์ในอดีต โดยการจำลองครั้งนี้มีความละเอียดสูงจนทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทำความเข้าใจเกี่ยวกับการถือกำเนิดได้มากขึ้น
โดยในปัจจุบันวงแหวนของดาวเสาร์นั้นอยู่อาศัยอยู่ในบริเวณที่เราเรียกว่าขีดจำกัดของโรช (Roche limit) ซึ่งเป็นอาณาเขตที่ใกล้ที่สุดเท่าที่แรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์จึงตรึงเศษฝุ่นพวกนี้ให้อยู่ในรูปวงโคจร หากไกลเกินกว่านี้เศษฝุ่นและน้ำแข็งจะอาจจะกลายสภาพเป็นดวงจันทร์บริวาร
Credit: NASA/JPL-Caltech
บทบาทของน้ำแข็งและพลศาสตร์การชนระหว่างดวงจันทร์บริวาร
จากแบบจำลองกว่า 200 รูปแบบ ทำให้ข้อมูลที่ทีมวิจัยค้นพบเป็นข้อมูลที่ค่อนข้างกว้าง มีหลากหลายสถานการณ์ที่เป็นไปได้และสอดคล้องกับปริมาณน้ำแข็งในชั้นวงแหวนของดาวเสาร์ในปัจจุบัน ในขณะที่การสำรวจโดยยานอวกาศ ก็ยังไม่สามารถระบุได้เช่นกันว่าทำไมชั้นวงแหวนของดาวเสาร์ถึงมีหินอยู่น้อยมาก ๆ
Vincent Eke รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์จาก Durham University กล่าวว่า “การชนกันในครั้งนั้น นำไปสู่การที่ชั้นวงแหวนของดาวเสาร์เต็มไปด้วยน้ำแข็ง” โดย Vincent Eke ยังได้อธิบายเพิ่มเติมอีกว่า “เมื่อดวงจันทร์น้ำแข็งของดาวเสาร์สองดวงพุ่งเข้าชนกัน ชั้นหินในแก่นดวงจันทร์ทั้งสองนั้นแตกสลายและกระจายตัวน้อยกว่าน้ำแข็ง ซึ่งมีปริมาณมาก และอยู่ชั้นบนสุดของดวงจันทร์” เศษซากหินและน้ำแข็งที่เกิดจากการชน แตกกระจายพุ่งออกไปรอบทิศทาง ทำให้เกิดการชนกันเป็นทอด ๆ ระหว่างเศษซากเหล่านั้นกับดวงจันทร์ดวงอื่น ๆ
Credit: NASA/Durham University/Glasgow University/Jacob Kegerreis/Luís Teodoro
อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงและแผนการวิจัยในอนาคต
แต่คำถามแรกไม่ใช่ว่า “ดวงจันทร์บริวารของดาวเสาร์สองดวงชนกันแล้วเกิดอะไรขึ้น” แต่คำถามที่สำคัญก็คือ “อะไรที่ทำให้ดวงจันทร์สองดวงนั้นพุ่งเข้าชนกัน” ซึ่งข้อสันนิษฐานที่เป็นไปได้คือ อิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ ซึ่งแรงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์ทำให้การโคจรของดวงจันทร์ทั้งสองเสียสมดุล จนส่งผลให้ในท้ายที่สุดแล้ว ดวงจันทร์ทั้งสองดวงนี้พุ่งเข้าชนกันด้วยแรงมหาศาล
งานวิจัยชิ้นนี้ได้วางรากฐานที่สำคัญสำหรับการศึกษาวิวัฒนาการของวงแหวนดาวเสาร์ และรวมไปถึงดาวเคราะห์ที่มีวงแหวนดวงอื่น ๆ ด้วย แต่บนรากฐานที่สำคัญนี้ ยังคงเต็มไปด้วยคำถามอีกมากมาย ซึ่งคำถามเหล่านี้กำลังรอให้งานวิจัยชิ้นถัดไปไขปริศนาอยู่
