แอมัลเธีย

แอมัลเธีย (Amalthea) (/?m?l??i??/ am-?l-thee-?; กรีก: ????????) เป็นดวงจันทร์บริวารของดาวพฤหัสบดี โดยมีระยะทางห่างจากดาวแม่เป็นอันดับที่ 3 ค้นพบเมื่อวันที่ 9 กันยายน ค.ศ. 1892 โดย Edward Emerson Barnard ได้รับการตั้งชื่อตาม Amalthea เทพเจ้าในเทพนิยายกรีก นอกจากนี้ยังรู้จักในอีกชื่อหนึ่ง คือ Jupiter V.

แอมัลเธียอยู่ในวงโคจรใกล้ดาวพฤหัสบดี และอยู่ที่ในขอบชั้นนอกของ ชั้นวงแหวนเบาบางแอมัลเธีย (Amalthea Gossamer Ring) ซึ่งเป็นวงแหวนที่เกิดขึ้นจากการสะสมของฝุ่นที่หลุดออกจากพื้นผิวของแอมัลเธีย เมื่อมองจากพื้นผิวของแอมัลเธียจะปรากฏภาพอันน่าอัศจรรย์ใจของดาวพฤหัสบดีขนาดใหญ่ โดยปรากฏขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางราว 46.5 องศา.[a] แอมัลเธียเป็นหนึ่งในดาวบริวารขนาดใหญ่ที่สุดในบรรดาดาวบริวารชั้นในของดาวพฤหัสบดี แอมัลเธียมีรูปร่างที่ผิดปกติและมีสีแดง นักวิทยาศาสตร์คาดว่าแอมัลเธียประกอบขึ้นจากน้ำแข็งที่เป็นรูพรุนซึ่งเจือด้วยสสารอื่น ๆ ที่ยังไม่ทราบแน่ชัด บนพื้นผิวพบร่องรอยของหลุมอุกกาบาตและเทือกเขาสูง

มีการถ่ายภาพแอมัลเธียได้ในปี ค.ศ. 1979 และ 1980 โดยยานอวกาศ Voyager 1 and 2 และต่อมาในช่วงทศวรรษ 1990 โดยยานอวกาศ Galileo orbiter

แอมัลเธียค้นพบในวันที่ 9 เดือนกันยายน ปี ค.ศ. 1892 โดย Edward Emerson Barnard ซึ่งใช้กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง ขนาด 36 นิ้ว (91 เซนติเมตร) จากหอดูดาว Lick Observatory. แอมัลเธียเป็นดวงจันทร์บริวารดวงสุดท้ายที่ค้นพบจากการสังเกตภาพโดยตรง (ตรงข้ามกับการสังเกตจากภาพถ่าย) และเป็นดาวบริวารดวงแรกภายหลังจากที่ กาลิเลโอ กาลิเลอี ได้ค้นพบ ดวงจันทร์ของกาลิเลโอ (ประกอบด้วย Io, Europa, Ganymede, และ Callisto) ในปี ค.ศ. 1610.

ดวงจันทร์บริวารดวงนี้ได้รับชื่อตามเทพเจ้าจากเทพนิยายกรีกชื่อ แอมัลเธีย (Amalthea) ผู้ซึ่งเลี้ยงดู ซุส (Zeus) (เทียบได้กับ Jupiter ในเทพนิยายของโรมัน)ในวัยทารกด้วยนมแพะ. การเรียกขานลำดับตามเลขโรมันของดวงจันทร์นี้คือ จูปิเตอร์ 5 (Jupiter V) ชื่อแอมัลเธียไม่ได้รับการรับรองจาก IAU จนกระทั่ง ปี ค.ศ. 1975 แม้ว่าชื่อนี้จะใช้อย่างไม่เป็นทางการเป็นเวลาหลายทศวรรษก็ตาม ชื่อนี้ได้รับการแนะนำครั้งแรกโดย Camille Flammarion. ก่อนปี ค.ศ. 1975 ชื่อแอมัลเธียไม่ได้ใช้อย่างกว้างขวางดังเช่น Jupiter V. คำคุณศัพท์ของชื่อนี้คือ Amalthean.

แอมัลเธียโคจรรอบดาวพฤหัสบดี โดยมีระยะทางห่างจากดาวพฤหัสบดี 181 000 กิโลเมตร (2.54 เท่าของรัศมีของดาวพฤหัสบดี) วงโคจรของแอมัลเธียเป็นวงรีโดยมีความเยื้อง 0.003 และทำมุมเอียง 0.37? กับเส้นศูนย์ของดาวพฤหัสบดี ค่าความเยื้องและมุมเอียงแม้ว่าจะมีขนาดเพียงเล็กน้อยก็ตามเป็นความผิดปกติของวงโคจรของดาวบริวารชั้นใน ซึ่งเป็นอิทธิพบจากดวงจันทร์ของกาลิเลโอดวงในสุดคือ ไอโอ (Io): ในอดีตที่ผ่านมาแอมัลเธียได้ผ่านการเกิด mean motion resonances กับไอโอหลายต่อหลายครั้งจนทำให้เกิดความเยื้องและมุมเอียงดังเช่นปัจจุบัน(mean motion resonance เกิดขึ้นเมื่องอัตราส่วนของคาบการโคจรของวัตถุสองชิ้นเป็นอัตราส่วนจำนวนเต็ม เช่น m:n).

วงโคจรของแอมัลเธียอยู่ใกล้กับบริเวณขอบด้านนอกของชั้นวงแหวนเบาบางแอมัลเธีย (Amalthea Gossamer Ring) ซึ่งเป็นวงแหวนที่เกิดขึ้นจากการสะสมของฝุ่นที่หลุดออกจากพื้นผิวของแอมัลเธีย

พื้นผิวของแอมัลเธียเป็นสีแดงเข้ม (เกิดเนื่องจากความสามารถในการสะท้อนแสงที่มากขึ้นตามความยาวคลื่นแสงจากสีเขียวไปยังความยาวคลื่นแสงใกล้แสงอินฟราเรด (infrared) สีแดงที่เกิดขึ้นอาจจะมาจากกำมะถันซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากดวงจันทร์ไอโอ (Io) หรือจากวัสดุอื่น ๆ ที่ไม่ใช่น้ำแข็ง รอยแต้มสีเขียวสดใสปรากฏอยู่ตามพื้นที่ลาดชันขนาดใหญ่หลายแห่งบนแอมัลเธียแต่ต้นกำเนิดของสีเขียวสดใสนี้ยังคงเป็นปริศนา พื้นผิวของแอมัลเธียสุกสว่างกว่าพื้นผิวของดาวบริวารชั้นในของดาวพฤหัสบดีดวงอื่น ๆ อยู่เล็กน้อย นอกจากนี้ความสว่างของซีกหัว และซีกหางก็มีความแตกต่างกัน โดยซีกหัวสว่างกว่าซีกหางราว 1.3 เท่า ความไม่สมมาตรนี้อาจจะเกิดจากความเร็วและความถี่ของการพุ่งชนของอุกกาบาตในบริเวณส่วนหัวที่มากกว่าบริเวณส่วนหางซึ่งทำให้สสารที่มีความสุกสว่างซึ่งอาจจะเป็นน้ำแข็งซึ่งอยู่ภายในของดวงจันทร์ถูกกระแทกออกมายังพื้นผิวด้านบนของดวงจันทร์

แอมัลเธียมีรูปร่างที่ผิดปกติโดยมีรูปร่างคล้ายรูปทรงรี (ellipsoidal) มีขนาดประมาณ 250 x 146 x 128 กิโลเมตร โดยมีขนาดพื้นที่ผิวระหว่าง 88,000 ถึง 170,000 ตารางกิโลเมตร คาดการณ์ว่าน่าจะประมาณ 130,000 ตารางกิโลเมตร แกนยาวของแอมัลเธียจะถูกล็อกด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลงให้ชี้เข้าหาดาวพฤหัสบดีตลอดเวลา ซึ่งเป็นปรากฏการณ์เดียวกันกับดาวบริวารชั้นในของดาวพฤหัสบดีดวงอื่น ๆ พื้นผิวของดวงจันทร์เต็มไปด้วยร่องรอยของการพุ่งชนของอุกกาบาต บางแห่งซึ่งมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับขนาดของดวงจันทร์ เช่น Pan ซึ่งเป็นหลุมอุกกาบาตที่มีขนาดใหญ่ที่สุด โดยมีขนาดปากหลุมกว้าง 100 กิโลเมตร และลึกไม่ต่ำกว่า 8 กิโลเมตร หลุมอุกกาบาต Gaea กว้าง 80 กิโลเมตรซึ่งอาจจะลึกไม่ต่ำกว่าสองเท่าของความลึกของหลุมอุกกาบาต Pan แอมัลเธียมีภูเขา 2 แห่ง ชื่อ Mons Lyctas และ Mons Ida ซึ่งมีความสูงถึง 20 กิโลเมตร

จากรูปร่างที่ผิดปกติและขนาดที่ใหญ่ของแอมัลเธียทำให้ในอดีตได้มีการสรุปว่าแอมัลเธียมีส่วนประกอบหลักเป็นของแข็งและคงตัว ซึ่งเป็นคำอธิบายว่าถ้าหากว่าส่วนประกอบหลักของดวงจันทร์เป็นน้ำแข็งหรือสสารอ่อนอื่น ๆ ส่วนประกอบเหล่านี้ควรจะถูกแรงดึงดูดของดวงจันทร์เองดึงออกจนกลายเป็นรูปทรงกลมมากกว่ารูปร่างดังเช่นปัจจุบัน อย่างไรก็ตามในวันที่ 5 เดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 2005 Galileo orbiter ได้บินผ่านในระยะห่างต่ำกว่า 160 กิโลเมตรจากแอมัลเธีย และระยะทางที่เบี่ยงเบนของวงโคจรของแอมัลเธียจะใช้ในการคำนวณหามวลของดวงจันทร์ (ปริมาตรของดวงจันทร์ได้คำนวณไว้ก่อนหน้านี้จากการวิเคราะห์ภาพถ่ายที่มีทั้งหมด คาดว่าจะมีความผิดพลาดไม่เกิน 10%) ในที่สุดเราก็สามารถหาความหนาแน่นของแอมัลเธียได้ 0.86 กรัม ต่อ ลูกบาศก์เซนติเมตร ดังนั้นส่วนประกอบหลักของแอมัลเธียจะต้องเป็นน้ำแข็งหรือโครงสร้างของดวงจันทร์ต้องเป็นโพรงหรือรูพรุน หรือโครงสร้างหรือส่วนประกอบอื่น ๆ ที่ผสมผสานกัน ในการวัดเมื่อเร็ว ๆ นี้ โดย Subaru telescope ได้ชี้ว่าดวงจันทร์ประกอบด้วยน้ำแข็งเป็นส่วนประกอบหลัก ซึ่งดวงจันทร์ไม่สามารถก่อตัวขึ้นได้ที่ตำแหน่งปัจจุบัน เนื่องจากดาวพฤหัสบดีในยุคก่อกำเนิดจะมีความร้อนสูงมาก ซึ่งจะละลายดวงจันทร์ก่อนที่ดวงจันทร์จะก่อตัวขึ้นมาได้ ดังนั้น จึงเป็นไปได้สูงที่ดวงจันทร์จะก่อตัวในวงโคจรที่ห่างไกลจากดาวพฤหัสบดี หรืออาจจะเป็นวัตถุที่พลัดหลงเข้ามาในระบบสุริยะและถูกดาวพฤหัสบดีจับยึดไว้ เป็นที่น่าเสียดายว่าไม่มีภาพถ่ายจากยานในขณะที่บินผ่านเนื่องจากเกิดความเสียหายของกล้องถ่ายภาพของยานกาลิเลโอจากการแผ่รังสี ในเดือนมกราคม ปี ค.ศ. 2002 และภาพถ่ายอื่น ๆ ที่ได้มีความละเอียดต่ำ

แอมัลเธียแผ่ความร้อนออกมามากกว่าที่รับจากดวงอาทิตย์เล็กน้อยซึ่งอาจจะเกิดจากอิทธิพลของ Jovian heat flux (<9 kelvin) แสงแดงซึ่งสะท้อนจากดาวพฤหัสบดี(<5 K) และการโจมตีโดยอนุภาค (<2 K) ซึ่งเป็นลักษณะเดียวกันกับที่เกิดขึ้นกับดวงจันทร์ไอโอ (Io) ถึงแม้ว่าจะเกิดขึ้นจากต่างสาเหตุกัน

เนื่องด้วยความหนาแน่นที่ต่ำมากและรูปร่างที่ผิดปกติของดวงจันทร์ ทำให้ความเร็วหลุดพ้น (escape velocity) ณ จุดใด ๆ บนพื้นผิวของแอมัลเธียมีค่าไม่เกิน 1 เมตร ต่อ วินาที ซึ่งเป็นค่าที่ห่างไกลจากค่าความเร็วหลุดพ้นของดาวพฤหัสบดีอย่างมาก ที่ความเร็วหลุดพ้นต่ำขนาดนี้แม้แต่ฝุ่นก็สามารถหลุดออกจากดวงจันทร์ได้โดยง่ายแม้เพียงการพุ่งชนของอุกกาบาตขนาดไมโคร ซึ่งฝุ่นที่หลุดออกจากผิวดวงจันทร์นี่เองที่ได้รวมตัวและก่อเกิดเป็นชั้นวงแหวนเบาบางแอมัลเธีย (Amalthea Gossamer Ring)

ในระหว่างที่ยานกาลิเลโอบินผ่านแอมัลเธีย ยานกาลิเลโอได้ตรวจพบสัญญาณกระพริบ 9 ครั้งซึ่งน่าจะเป็นดวงจันทร์ขนาดเล็กซึ่งอยู่ใกล้เคียงกับวงโคจรของแอมัลเธีย เนื่องจากสัญญาณตรวจพบได้จากจุดุเดียวเท่านั้น จึงไม่สามารถวัดระยะทางที่แท้จริงได้ ดวงจันทร์ขนาดเล็กอาจมีขนาดได้ตั้งแต่ก้อนกรวดหรือสนามกีฬา ยังไม่เป็นที่ทราบถึงต้นกำเนิดของดวงจันทร์ขนาดเล็กเหล่านี้ บางทีอาจถูกจับไว้โดยแรงดึงดูดในตำแหน่งวงโคจรปัจจุบัน หรืออาจเป็นชิ้นส่วนที่หลุดออกมาเมื่อดวงจันทร์ถูกอุกกาบาตชน ในวงโคจรต่อไปซึ่งเป็นวงโคจรสุดท้ายของยานกาลิเลโอ ยานได้ตรวจพบดวงจันทร์ขนาดเล็กอีกจำนวนมาก อย่างไรก็ตามในครั้งนี้แอมัลเธียได้โคจรอยู่ที่อีกด้านของดางพฤหัสบดี ดังนั้นจึงน่าจะเป็นไปได้ที่วัตถุเหล่านี้จะก่อตัวขึ้นเป็นวงแหวนรอบดาวพฤหัสบดีซึ่งอยู่ใกล้เคียงกับวงโคจรของแอมัลเธีย

จากพื้นผิวของดาวพฤหัสบดี หรือเหนือชั้นเมฆของดาวพฤหสับดี แอมัลเธียจะปรากฏอย่างสุกสว่างด้วยค่าความสว่าง (magnitude) ที่ ?4.7[a] ซึ่งเป็นความสว่างระดับเดียวกับดาวศุกร์ (Venus) เมื่อมองจากโลก แต่แอมัลเธียปรากฏขนาดเพียง 8 ลิปดา (arcminutes)[b] ซึ่งมีขนาดเล็กจนสังเกตได้ยาก คาบการโคจรของแอมัลเธียยาวกว่าวันของดาวพฤหัสบดีเพียงเล็กน้อย (สำหรับกรณีนี้ประมาณ 20%) ซึ่งหมายความว่าแอมัลเธียเดินทางข้ามขอบฟ้าของดาวพฤหัสบดีอย่างช้า ๆ เวลาตั้งแต่ดวงจันทร์แอมัลเธียขึ้นถึงดวงจันทร์แอมัลเธียลับขอบฟ้าจะมากกว่า 29 ชั่วโมง[a]

จากพื้นผิวของแอมัลเธีย ดาวพฤหัสบดีปรากฏขนาดใหญ่มากประมาณ 46 องศา (degrees)[b] แอมัลเธียมีขนาดใหญ่ประมาณ 92 เท่าของดวงจันทร์เต็มดวง (full moon) เมื่อมองจากโลก. เพราะว่าการหมุนไปพร้อมกัน (synchronous rotation) ดาวพฤหัสบดีจะปรากฏคงที่บนท้องฟ้า ไม่เคลื่อนที่ไป และจะไม่สามารถมองเห็นได้จากอีกด้านของแอมัลเธีย ดวงอาทิตย์ถูกดาวพฤหัสบดีบดบังราวหนึ่งชั่วโมงครึ่งทุก ๆ ครั้งที่โคจรครบหนึ่งรอบ และด้วยคาบการโคจรของแอมัลเธียที่สั้นมากทำให้มีช่วงเวลากลางวัน (daylight)สั้นกว่าหกชั่วโมง แม้ว่าดาวพฤหัสบดีจะปรากฏความสว่างมากกว่า 900 เท่าเมื่อเทียบกับดวงจันทร์เต็มดวงที่มองจากโลก แต่ก็กระจายไปบนพื้นที่มากกว่า 8500 เท่า ดังนั้น จึงไม่สว่างมากกว่าเมื่อเทียบต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่[a]

ในช่วงปี ค.ศ. 1979–1980 ยานอวกาศ Voyager 1 และ 2 ได้ถ่ายภาพแรกของแอมัลเธียซึ่งแสดงให้เห็นถึงพื้นผิวของแอมัลเธีย แอมัลเธียยังได้รับการตรวจวัดแสงทั้งในย่านความถี่ที่มองเห็นได้และย่านอินฟราเรดและตรวจวัดอุณหภูมิของพื้นผิว ต่อมายาน Galileo orbiter ได้ถ่ายภาพพื้นผิวของแอมัลเธียโดยสมบูรณ์ ในวันที่ 5 พฤศจิกายน ปี ค.ศ. 2002 ยานกาลิเลโอได้เข้าใกล้แอมัลเธียที่ความสูงประมาณ 163 กิโลเมตร (101 ไมล์) ยานได้ตรวจวัดมวลของแอมัลเธียอย่างแม่นยำและยานกาลิเลโอได้อาศัยแรงดึงดูดของแอมัลเธียในการเปลี่ยนวงโคจรเพื่อพุ่งเข้าไปยังดาวพฤหัสบดีในเดือนกันยายน ปี ค.ศ. 2003 อันเป็นการสิ้นสุดภารกิจของยานกาลิเลโอ ในปี ค.ศ. 2006 วงโคจรของแอมัลเธียได้รับการตรวจสอบโดยละเอียดอีกครั้งโดยยาน New Horizons

มีสถานที่อยู่ 4 ที่ซึ่งได้มีการตั้งชื่อบนแอมัลเธีย ได้แก่ หลุมอุกกาบาต 2 หลุม และ พื้นที่สว่าง (faculae) ซึ่งเชื่อว่าเป็นภูเขา