ดาวยูเรนัส

ดาวยูเรนัส (Uranus) เป็นดาวเคราะห์ลำดับที่เจ็ดจากดวงอาทิตย์ และเป็นดาวเคราะห์แก๊สยักษ์น้ำแข็ง (ice giant) ดวงแรกในสองดวง ซึ่งเป็นโลกที่ไม่ได้ก่อตัวจากไฮโดรเจนและฮีเลียมที่ครองสัดส่วนหลักของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ แต่ก่อตัวจากชั้นแมนเทิลที่ร้อนและลึกของน้ำ แอมโมเนีย และมีเทน ห่อหุ้มแกนหินขนาดเล็กเอาไว้ ด้วยรัศมีเกือบ 25,400 กิโลเมตร ทำให้มันเป็นดาวเคราะห์ที่ใหญ่เป็นอันดับสาม กว้างกว่าโลกถึงสี่เท่า แต่กลับริบหรี่และอยู่ไกลมาก—ห่างออกไปราว 19 หน่วยดาราศาสตร์ ซึ่งแสงอาทิตย์ต้องใช้เวลาถึง 2 ชั่วโมง 40 นาทีจึงจะเดินทางมาถึง—จนไม่มีใครสังเกตเห็นว่ามันเป็นดาวเคราะห์เลย จนกระทั่งเข้าสู่ยุคกล้องโทรทรรศน์

สิ่งที่ทำให้ดาวยูเรนัสแตกต่างคือท่วงท่าของมัน ดาวเคราะห์ดวงนี้เอียงตะแคงข้าง หมุนเกือบอยู่ในระนาบวงโคจรของมันเองด้วยมุมเอียงแกน 97.77 องศา มันจึงกลิ้งไปรอบดวงอาทิตย์แทนที่จะหมุนตั้งตรงเหมือนลูกข่าง และไม่มีดาวเคราะห์ดวงใดมีลักษณะทางเรขาคณิตที่ใกล้เคียงกับสิ่งนี้เลย

ดาวเคราะห์ดวงแรกที่ถูกค้นพบด้วยกล้องโทรทรรศน์

ดาวเคราะห์ทุกดวงที่อยู่ใกล้เข้ามาถึงดาวเสาร์เป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ เพราะเป็นดาวพเนจรที่สว่างมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ดาวยูเรนัสทำลายธรรมเนียมนั้น ในวันที่ 13 มีนาคม ค.ศ. 1781 วิลเลียม เฮอร์เชล นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษเชื้อสายเยอรมัน ขณะกวาดท้องฟ้าจากสวนของเขาในเมืองบาธ ได้พบดวงจานเล็ก ๆ ที่เขาคิดในตอนแรกว่าเป็นดาวหาง ภายในสองปีต่อมา วงโคจรที่ช้าและเกือบเป็นวงกลมของมันก็เผยว่ามันคือดาวเคราะห์ดวงใหม่—ดวงแรกที่ถูกค้นพบด้วยความช่วยเหลือของกล้องโทรทรรศน์ และเป็นการค้นพบที่ทำให้ความกว้างของระบบสุริยะที่รู้จักเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในทันที

เฮอร์เชลต้องการตั้งชื่อมันว่า 'Georgium Sidus' เพื่อเป็นเกียรติแก่พระเจ้าจอร์จที่ 3 ส่วนบางคนก็เสนอชื่อ 'Herschel' แต่ชื่อที่ติดตลาดในที่สุด ซึ่งเสนอโดยนักดาราศาสตร์โยฮันน์ โบเด คือ Uranus—เทพเจ้าแห่งท้องฟ้าในตำนานกรีก และเหมาะเจาะที่เป็นบิดาของดาวเสาร์และปู่ของดาวพฤหัสบดี รักษาสายตระกูลในตำนานเทพให้ต่อเนื่องกันไปจนถึงขอบอาณาจักรดาวเคราะห์

โลกที่เอียงตะแคงข้าง

มุมเอียง 97.77 องศาไม่ใช่แค่เรื่องแปลกประหลาด แต่มันคือตัวขับเคลื่อนฤดูกาลที่แปลกที่สุดในระบบสุริยะ เพราะดาวยูเรนัสเอียงเกือบตะแคงข้าง แต่ละขั้วของมันจะได้รับแสงอาทิตย์ต่อเนื่องนานราว 42 ปี ในขณะที่อีกขั้วหนึ่งต้องเผชิญความมืดต่อเนื่องนาน 42 ปีเช่นกัน—ครึ่งหนึ่งของวงโคจร 84 ปีของดาวเคราะห์ดวงนี้ในแต่ละครั้ง เป็นเวลาหนึ่งในสี่ของแต่ละปีบนดาวยูเรนัส ที่ดวงอาทิตย์จะอยู่เกือบตรงเหนือศีรษะที่ขั้วดาว ซึ่งเป็นสภาพที่ไม่มีดาวเคราะห์ดวงใดประสบเลย

คำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดคือความรุนแรงในอดีตอันไกลโพ้น: การชนกันครั้งหนึ่งหรือหลายครั้งกับวัตถุขนาดเท่าโลกในช่วงต้นประวัติศาสตร์ของดาวเคราะห์ดวงนี้ ทำให้มันล้มคว่ำ เช่นเดียวกับดาวศุกร์ ดาวยูเรนัสยังหมุนย้อนทิศ (retrograde) คือหมุนจากตะวันออกไปตะวันตก และหมุนด้วยความเร็วสูง—หนึ่งวันเต็มใช้เวลาเพียงประมาณ 17 ชั่วโมงเท่านั้น

เหตุใดจึงเรืองแสงสีฟ้าอมเขียวจาง ๆ

ชั้นบรรยากาศของดาวยูเรนัสส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนและฮีเลียม มีสัดส่วนของมีเทนเพียงเล็กน้อยแต่มีบทบาทสำคัญ พร้อมร่องรอยของน้ำและแอมโมเนีย มีเทนดูดกลืนแสงสีแดงและสะท้อนแสงสีน้ำเงินกับสีเขียวกลับออกมา นี่คือเหตุผลที่ดาวเคราะห์ดวงนี้แสดงสีฟ้าอมเขียวนวลไร้ลวดลายเด่นชัดที่กล้องของยานวอยเอเจอร์ 2 บันทึกไว้ในปี 1986 ในขณะที่ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เต็มไปด้วยแถบเมฆและพายุ ดาวยูเรนัสในแสงที่มองเห็นได้กลับดูเรียบเกือบว่างเปล่า—เป็นลูกบิลเลียดสีฟ้าอมเขียวเรียบเนียน โดยแถบเมฆจาง ๆ ของมันถูกฝังอยู่ใต้หมอกมีเทนชั้นสูง

นอกจากนี้มันยังเป็นดาวเคราะห์ที่หนาวเย็นที่สุดในระบบสุริยะ อุณหภูมิบรรยากาศของมันลดต่ำสุดใกล้ 49 เคลวิน—ประมาณ −224 องศาเซลเซียส—หนาวเย็นยิ่งกว่าดาวเนปจูนที่อยู่ไกลออกไปในบางจุดเสียอีก ดาวยูเรนัสแผ่ความร้อนภายในออกมาน้อยอย่างน่าประหลาดใจเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์ยักษ์ดวงอื่น จึงไม่ได้อุ่นตัวเองจากภายในเหมือนที่ดาวเนปจูนและดาวพฤหัสบดีทำ

วงแหวนจาง ๆ และสนามแม่เหล็กที่เอียงเบี้ยว

ดาวยูเรนัสถูกล้อมรอบด้วยระบบวงแหวนที่รู้จักแล้ว 13 วง ซึ่งแคบ มืด และประกอบด้วยอนุภาคหยาบสีดำคล้ายถ่าน ต่างจากน้ำแข็งสว่างที่ทำให้วงแหวนของดาวเสาร์โดดเด่นสวยงาม วงแหวนเหล่านี้ถูกค้นพบโดยบังเอิญเมื่อวันที่ 10 มีนาคม 1977 เมื่อคณะนักดาราศาสตร์ที่นำโดยเจมส์ เอลเลียต สังเกตเห็นดาวฤกษ์ดวงหนึ่งวูบดับลงหลายครั้งทั้งสองข้างของดาวเคราะห์ ขณะที่มันเคลื่อนผ่านไปด้านหลังดาวยูเรนัส เผยให้เห็นชุดวงแหวนบาง ๆ ที่ไม่เคยมีใครเห็นโดยตรงมาก่อน

สนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ดวงนี้ก็ผิดแผกไม่แพ้กัน ยานวอยเอเจอร์ 2 พบว่ามันเอียงประมาณ 59 องศาจากแกนหมุน และเยื้องออกจากศูนย์กลางของดาวเคราะห์อย่างชัดเจน ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก (magnetosphere) ที่แกว่งไกวอย่างรุนแรงขณะดาวยูเรนัสหมุน—ต่างจากสนามแม่เหล็กที่จัดวางเป็นระเบียบและอยู่ใกล้ศูนย์กลางของโลกหรือดาวพฤหัสบดี

ตระกูลดวงจันทร์น้ำแข็ง

ดาวยูเรนัสมีดวงจันทร์ที่รู้จักแล้วอย่างน้อย 28 ดวง และต่างจากดาวเคราะห์ดวงอื่นทั้งหมด ดวงจันทร์เหล่านี้ไม่ได้ตั้งชื่อตามบุคคลในตำนานเทพคลาสสิก แต่ตั้งตามตัวละครจากบทละครของวิลเลียม เชกสเปียร์ และบทกวีของอเล็กซานเดอร์ โปป—เช่น ไททาเนีย (Titania), โอเบอรอน (Oberon), เอเรียล (Ariel), อัมเบรียล (Umbriel), พัค (Puck), คอร์ดีเลีย (Cordelia), โอฟีเลีย (Ophelia) และอื่น ๆ ดวงจันทร์หลักทั้งห้าดวงเป็นโลกของหินและน้ำแข็ง มีหลุมอุกกาบาตและรอยแตกร้าวจากกิจกรรมทางธรณีวิทยาในอดีต

ดวงที่โดดเด่นที่สุดคือมิแรนดา (Miranda) ดวงจันทร์ขนาดจิ๋วที่มีรัศมีเพียงราว 236 กิโลเมตร พื้นผิวของมันเป็นแผ่นชิ้นส่วนสับสนของสันเขา ร่องรอยเป็นแนว และกลุ่มหินเป็นชั้นบันไดจากรอยเลื่อน มันเป็นที่ตั้งของหน้าผาเวโรนา รูเปส (Verona Rupes) ซึ่งลาดดิ่งลึกถึง 20 กิโลเมตร—จัดเป็นหนึ่งในหน้าผาที่สูงที่สุดเท่าที่รู้จักในระบบสุริยะ ลึกจนแกรนด์แคนยอนดูเล็กไปหลายเท่าเมื่อเทียบกัน

สำรวจเพียงครั้งเดียว

ไม่เคยมียานอวกาศลำใดโคจรรอบดาวยูเรนัสเลย ทุกสิ่งที่เรารู้จากระยะใกล้มาจากการมาเยือนเพียงครั้งเดียว: ยานวอยเอเจอร์ 2 ขององค์การนาซาบินผ่านเมื่อวันที่ 24 มกราคม 1986 เข้าใกล้ยอดเมฆในระยะประมาณ 81,500 กิโลเมตร ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง มันส่งภาพรายละเอียดครั้งแรกของดาวเคราะห์ วงแหวน และดวงจันทร์ของมันกลับมา พร้อมค้นพบดวงจันทร์ใหม่ 11 ดวงและวงแหวนใหม่ 2 วง ก่อนจะเร่งความเร็วมุ่งหน้าต่อไปยังดาวเนปจูน

เนื่องจากการบินผ่านครั้งนั้นเกิดขึ้นเมื่อเกือบ 40 ปีก่อน และบันทึกได้เพียงช่วงเวลาเดียวที่ดาวเคราะห์เอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ในปีอันยาวนานของมัน ดาวยูเรนัสจึงยังคงเป็นหนึ่งในดาวเคราะห์หลักที่เราเข้าใจน้อยที่สุด ภารกิจส่งยานโคจรรอบดาวยูเรนัสโดยเฉพาะได้รับการจัดอันดับเป็นภารกิจสำรวจดาวเคราะห์ที่มีความสำคัญสูงสุดในอนาคต ซึ่งในที่สุดจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เฝ้าสังเกตฤดูกาลของมัน หยั่งลึกเข้าไปในภายในของมัน และทำแผนที่วงแหวนและดวงจันทร์ของมันตามกาลเวลา

วิธีสังเกตดาวยูเรนัส

ดาวยูเรนัสอยู่ที่ขอบของการมองเห็นด้วยตาเปล่าพอดี ภายใต้ท้องฟ้าที่มืดสนิทจริง ๆ และไม่มีแสงจันทร์ ผู้สังเกตที่มีสายตาคมกริบและรู้จุดที่ต้องมองพอดีสามารถเห็นมันเป็นจุดริบหรี่ที่ค่าความสว่างประมาณ 5.7 ได้—แต่ในทางปฏิบัติเกือบทุกคนต้องใช้กล้องส่องทางไกลหรือกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็ก และต้องใช้แผนที่ดาวเพื่อแยกมันออกจากดาวฤกษ์พื้นหลัง เมื่อมองผ่านกล้องโทรทรรศน์ขนาดพอประมาณ มันจะปรากฏเป็นดวงจานสีฟ้าอมเขียวจาง ๆ ขนาดเล็ก ซึ่งบ่งชี้ชัดเจนว่าเป็นดาวเคราะห์ ไม่ใช่ดาวฤกษ์ที่เป็นเพียงจุดแสง แม้ว่าความห่างไกลของมันจะทำให้แทบมองไม่เห็นรายละเอียดพื้นผิวจากโลก