หมอกควันทำให้ดาวพลูโตเย็นลงด้วยการไล่ความร้อนออกสู่อวกาศ

ดาวเคราะห์แคระอาจเป็นที่เดียวในระบบสุริยะที่มีการควบคุมอุณหภูมิโดยของแข็ง ไม่ใช่ก๊าซตำหนิหมอกควันของดาวพลูโตสำหรับความหนาวเย็นที่ไม่คาดคิดของดาวเคราะห์แคระ กลุ่มไฮโดรคาร์บอนในชั้นบรรยากาศแผ่ความร้อนกลับคืนสู่อวกาศ ทำให้ดาวเคราะห์แคระเย็นลง การศึกษาใหม่ชี้ให้เห็น ดาวพลูโตอาจเป็นโลกเดียวในระบบสุริยะที่มีอุณหภูมิบรรยากาศถูกควบคุมโดยอนุภาคของแข็งแทนที่จะเป็นก๊าซ นักวิจัยรายงานในวันที่ 16 พ.ย. เรื่องธรรมชาติ

อุณหภูมิของดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยปริมาณก๊าซในชั้นบรรยากาศ เนื่องจากก๊าซบางชนิดดักจับความร้อนจากดวงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าก๊าซอื่นๆ ( SN Online: 6/8/15 ) จากไนโตรเจน มีเทน และคาร์บอนมอนอกไซด์ในชั้นบรรยากาศของดาวพลูโต นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าบรรยากาศชั้นบนของดาวเคราะห์แคระจะมีอุณหภูมิ -173 องศาเซลเซียสอย่างรวดเร็ว

แต่เมื่อยานอวกาศนิวฮอริซอนส์บินผ่านดาวพลูโตในปี 2558ยานสำรวจพบว่าอุณหภูมิใกล้ถึง –203° โดยไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจน

ยานอวกาศพบคุณลักษณะที่น่าแปลกใจอีกอย่างหนึ่ง: ชั้นบรรยากาศของดาวพลูโตถูกแยกออกเป็นชั้นหมอกควันที่แตกต่างกันประมาณ 20 ชั้น อนุภาคไฮโดรคาร์บอนที่เป็นของแข็งรวมกันเป็นกอกว้างหลายสิบนาโนเมตรในบรรยากาศทำให้เกิดหมอกควันก่อนที่จะตกตะกอนบนพื้นผิวดาวพลูโต ( SN: 4/15/17, p. 14 )

Xi Zhang จาก University of California, Santa Cruz และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าหมอกควันนี้อาจเป็นสิ่งที่ทำให้บรรยากาศเย็นลง ทีมงานคำนวณว่ากลุ่มไฮโดรคาร์บอนเหล่านั้นสามารถดูดซับความร้อนจากดวงอาทิตย์และจากก๊าซในชั้นบรรยากาศและแผ่กลับคืนสู่อวกาศได้ ในที่สุด หมอกควันจะทำให้บรรยากาศเย็นลงแทนที่จะทำให้ร้อนขึ้น

นักวิจัยกล่าวว่าทำให้ดาวพลูโตมีความโดดเด่นในระบบสุริยะ โลกที่มืดมัวอื่นๆ เช่น ไททันของดวงจันทร์ของดาวเสาร์ ยังคงมีอุณหภูมิซึ่งส่วนใหญ่กำหนดโดยก๊าซ

“ในดาวพลูโต เกมเกือบทั้งหมดเป็นหมอกควัน” โรเบิร์ต เวสต์ นักวิทยาศาสตร์ด้านดาวเคราะห์แห่งห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นของนาซ่าในเมืองพาซาดีนา รัฐแคลิฟอร์เนีย ผู้เขียนบทวิจารณ์เกี่ยวกับงานใหม่นี้ กล่าวซึ่งตีพิมพ์ในวารสารNature เมื่อวันที่ 16 พฤศจิกายน เช่นกัน “นั่นเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจจริงๆ”

เวสต์คิดว่าข้อโต้แย้งของจางและเพื่อนร่วมงาน “ฟังดูน่าเชื่อถือ” แต่เขาขอสงวนการตัดสินไว้จนกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ซึ่งจะเปิดตัวในปี 2019 จะเห็นได้ว่าดาวพลูโตส่องสว่างกว่าที่คาดไว้ในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดหรือไม่ ซึ่งเป็นสัญญาณว่าดาวเคราะห์ถูกห่อหุ้มด้วยหมอกควันที่แผ่รังสีออกมา “นั่นจะทำให้เป็นคดีปิด”

โครงการของทีมนานาชาติที่ใช้ข้อมูลพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิกสรุปค่าคงที่ฮับเบิลที่ 67 ซึ่งน้อยกว่า 73 หรือ 74 อย่างมากจากการวัดการขยายตัวจริง เมื่อความคลาดเคลื่อนนี้ปรากฏขึ้นเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมาผู้เชี่ยวชาญหลายคนเชื่อว่าเป็นเพียงภาพลวงตาที่จะจางหายไปด้วยการวัดที่แม่นยำยิ่งขึ้น แต่มันก็ไม่ได้

“เรื่องนี้เริ่มค่อนข้างจริงจัง” Riess กล่าวในการประชุมดาราศาสตร์ “ในทั้งสองกรณี สิ่งเหล่านี้เป็นการวัดที่โตเต็มที่ นี่ไม่ใช่ครั้งแรกสำหรับโครงการเหล่านี้”

คำอธิบายที่เสนอโดยทั่วไปข้อหนึ่งยืนยันว่าการศึกษาซูเปอร์โนวากำลังวัดค่าท้องถิ่นของค่าคงที่ฮับเบิล บางทีเราอยู่ในฟองสบู่ที่มีสสารน้อยกว่าค่าเฉลี่ยมาก การวัดการขยายตัวที่เบ้ ในกรณีดังกล่าว ข้อมูลพื้นหลังไมโครเวฟในจักรวาลอาจให้ภาพที่ดีกว่าของอัตราการขยายตัว “ทั่วโลก” สำหรับทั้งจักรวาล แต่ซุปเปอร์โนวาที่สังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลขยายออกไปไกลพอที่จะหักล้างความเป็นไปได้นั้น Riess กล่าว

“แม้ว่าคุณจะคิดว่าเราอยู่ในความว่างเปล่า… โดยพื้นฐานแล้วคุณก็ยังติดอยู่กับปัญหาเดิม”

ดังนั้น ดูเหมือนว่ามีบางอย่างผิดปกติกับสูตรสสาร-พลังงานสำหรับจักรวาล (ในทางเทคนิคแล้ว แบบจำลองมาตรฐานจักรวาลวิทยา) ที่ใช้ในการทำนายอัตราการขยายตัว บางทีพลังงานสูญญากาศที่ขับเคลื่อนการเร่งความเร็วของจักรวาลอาจไม่ใช่ค่าคงที่ของจักรวาล แต่เป็นการเติมช่องว่างประเภทอื่น สนามดังกล่าวอาจมีความแข็งแกร่งแตกต่างกันไปตามช่วงเวลา และยกเลิกการคำนวณโดยพิจารณาจากพลังงานสุญญากาศคงที่ แต่ Riess ชี้ให้เห็นว่ามีหลักฐานเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ว่าพลังงานสุญญากาศเป็นเพียงค่าคงที่ของจักรวาล “ฉันจะบอกว่าเรามีห้องเลื้อยน้อยลง”

ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งที่นักทฤษฎีหลายคนสนใจคือการมีอยู่ของอนุภาคใหม่ บางทีอาจเป็นนิวตริโนที่สี่หรืออนุภาคเชิงสัมพันธ์อื่นๆ (เคลื่อนที่เร็วมาก) ที่เคลื่อนไปมาในเอกภพยุคแรก “อนุภาคสัมพัทธภาพ – นักทฤษฎีไม่มีปัญหาในการประดิษฐ์อนุภาคใหม่ที่ไม่ละเมิดสิ่งอื่นใด” Riess กล่าว “หลายคนค่อนข้างจะหวิวๆ เกี่ยวกับความคาดหวังของหลักฐานบางอย่างในเรื่องนี้ จะได้ไม่ไกลเกินเอื้อม”

สมมติฐานอื่นๆ ที่สร้างขึ้นในแบบจำลองมาตรฐานจักรวาลวิทยาในปัจจุบันอาจจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขด้วย ยกตัวอย่างเช่น สสารมืด สันนิษฐานว่าอยู่ห่างไกลจากสสารและพลังงานรูปแบบอื่น แต่ถ้ามันมีปฏิสัมพันธ์กับการแผ่รังสีในเอกภพยุคแรก ก็อาจมีผลกระทบคล้ายกับอนุภาคสัมพัทธภาพ ซึ่งจะเปลี่ยนวิธีการแบ่งพลังงานในเอกภพยุคแรกตามองค์ประกอบต่างๆ การเปลี่ยนแปลงสมดุลพลังงานดังกล่าวจะเปลี่ยนแปลงปริมาณการขยายตัวของเอกภพในช่วงแรกๆ ซึ่งทำให้การสอบเทียบที่จำเป็นในการอนุมานอัตราการขยายตัวในปัจจุบันเสียหาย