ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูรเนัส และดาวเนปจูน คือ ดาวเคราะห์แก๊สขนาดมหึหาทั้ง 4 ดวงที่ตั้งอยู่ในระบบสุริยะของเรา ซึ่งดาวเคราะห์ทั้งสี่ดวงนี้ล้วนมีขนาดใหญ่กว่าโลก และถูกปกคลุมไปด้วยกลุ่มเมฆหนาทึบหลากสีสัน จนเราไม่สามารถมองทะลุลงไปยังพื้นผิวเบื้องล่างได้ เพราะว่าชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์แก๊สนั้นมีความหนามาก หลายพันกิโลเมตร ในขณะที่ชั้นบรรยากาศโลกของเรามีความหนาเพียง 100 กิโลเมตร เท่านั้น ไม่ต่างอะไรไปจากความหนาของกระดาษเพียงหนึ่งหน้าเมื่อเทียบกับความหนาของหนังสือเล่มใหญ่ทั้งเล่ม

เพื่อที่จะไขปริศนาว่ามีอะไรซุกซ่อนอยู่ใต้หมู่เมฆของดาวเคราะห์แก๊สกันแน่ มนุษย์จึงได้ส่งยานอวกาศเดินทางไปยังดาวเคราะห์แก๊สอย่างดาวพฤหัสบดีในปี ค.ศ. 1995 โดยยานอวกาศลำนี้เป็นเพียงยานอวกาศลำเล็ก ๆ กว้าง 1.25 เมตร สูง 5.3 เมตร มีชื่อว่า Galileo Jupiter Atmospheric Probe หรือ ‘ยานสำรวจชั้นบรรยากาศดาวพฤหัสของกาลิเลโอ’
ชื่อของยานลำนี้บอกกับเราแล้วว่า ตัวยานสำรวจได้เดินทางติดไปกับยานกาลิเลโอ (Galileo) ที่เป็นยานแม่โคจรวนรอบดาวพฤหัสบดีอีกทีหนึ่ง ก่อนที่ยานสำรวจชั้นบรรยากาศจะแยกตัวออกมาจากกาลิเลโอบนวงโคจร และเริ่มเดินทางตรงเข้าไปยังดาวพฤหัสบดีด้วยความเร็วกว่า 170,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เทียบเท่ากับการเดินทางจากกรุงเทพฯไปยังโตเกียวภายใน 1 นาทีครึ่ง เนื่องด้วยแรงโน้มถ่วงอันทรงพลังของดาวพฤหัสบดีที่มีมากกว่าโลก 350 เท่า ดึงดูดตัวยานเข้าไป
สภาพอากาศบนดาวเคราะห์แก๊ส
ทันทีที่ยานสำรวจชั้นบรรยากาศของกาลิเลโอได้ปะทะเข้ากับอนุภาคต่าง ๆ บนท้องฟ้าดาวพฤหัสฯ ตัวยานก็เริ่มเกิดการเสียดสีและมีอุณหภูมิพุ่งสูงขึ้นประมาณ 15,000 องศาเซลเซียส ภายในระยะเวลาสั้น ๆ สวนทางกับอุณหภูมิโดยรอบที่หนาวเย็น -108 องศาเซลเซียส หลังจากนั้นไม่นานร่มชูชีพก็กระตุกออก ยานจึงเริ่มชลอความเร็วลงจนเหลือเพียง 160 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และดำเนินการส่งข้อมูลกลับมายังกาลิเลโอได้บ้าง ทั้งอุณหภูมิ ความหนาแน่นของอากาศ และองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศ
ในขณะที่ตัวยานสำรวจก็กำลังร่อนฝ่าหมู่เมฆของดาวพฤหัสบดีไปเรื่อย ๆ ก็มีรายงานการค้นพบฟ้าร้อง ฟ้าผ่า และลมพายุกระโชกที่รุนแรง ท่ามกลางโครงสร้างของก้อนเมฆขนาดยักษ์ที่ใหญ่กว่าภูเขาบนโลกทั้งลูก
แต่สิ่งที่น่าสนใจคงจะเป็นเรื่องที่อุณหภูมิรอบตัวยานสำรวจชั้นบรรยากาศกลับเริ่มร้อนขึ้นเรื่อย ๆ ทุก ๆ วินาทีที่ผ่านไป ราวกับว่าภายใต้หมู่เมฆของดาวพฤหัสบดีนั้นมีแหล่งพลังงานบางอย่างอยู่ ซึ่งแหล่งพลังงานความร้อนนี้เอง อาจเป็นตัวการสำคัญที่ทำให้สภาพอากาศของดาวพฤหัสบดี และดาวเคราะห์แก๊สอื่น ๆ มีความแปรปรวน เปลี่ยนแปลงรูปแบบอยู่ตลอดเวลา จนเกิดเป็นลวดลายสีสันอย่างที่เราเห็นกันจากบนอวกาศ

จนแล้วจนรอดเมื่อเวลาผ่านไป จากหลักนาที กลายเป็นหลักสิบนาที ยี่สิบนาที ตัวยานก็ไม่มีวี่แววที่จะลงไปถึงพื้นผิวของดาวพฤหัสบดีเลยแม้แต่น้อย และยังคงถูกรายล้อมไปด้วยหมู่เมฆหนาทึบทั่วทิศทาง จนกระทั่งที่เวลาประมาณ 58 นาทีให้หลังจากที่เข้าสู่ชั้นบรรยากาศดาวพฤหัสบดี ยานกาลิเลโอก็ขาดการติดต่อกับยานสำรวจผู้กล้าของเราไปในที่สุด เนื่องด้วยตัวยานไม่สามารถทนแรงดันมหาศาลที่บีบอัดรอบทิศทางได้อีกต่อไป และยุบตัวลง คล้ายกับเรือดำน้ำที่ยุบตัวใต้มหาสมุทรเมื่อเกิดรอยรั่วขึ้น โดยข้อมูลสุดท้ายที่ส่งกลับมาระบุว่าอุณหภูมิโดยรอบยานนั้นอยู่ที่ประมาณ 300 องศาเซลเซียส
ความลับใต้ผืนเมฆ
ถึงแม้ว่ายานสำรวจชั้นบรรยากาศดาวพฤหัสบดีของกาลิเลโอ ไม่สามารถเดินทางฝ่าทะลุเมฆลงไปได้สำเร็จ แต่ข้อมูลจำนวนมากที่นักวิทยาศาสตร์ได้รับมานั้น ก็พอช่วยให้มนุษย์อย่างเราปะติดปะต่อสภาพแวดล้อมของพื้นผิวดาวเคราะห์แก๊สได้ เพราะนอกจากเรื่องอุณหภูมิที่น่าสนใจแล้ว ยังมีเรื่องของความดันบรรยากาศที่เพิ่มสูงขึ้นกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยคาดการณ์ทางคณิตศาสตร์ไว้อยู่มาก
ทั้งนี้เราต้องเข้าใจก่อนว่าในสภาวะปกติ สสารต่าง ๆ จะเปลี่ยนแปลงสถานะไปตามโครงสร้างที่สสารนั้นจับพันธะกันอยู่ ซึ่งมีอุณหภูมิเป็นตัวแปรสำคัญ ลองจินตนาการถึงน้ำที่อยู่ในสถานะของแข็ง (น้ำแข็ง) พันธะระหว่างอะตอมของน้ำก็จะจับตัวยึดกันอย่างแน่นขนัด คล้ายกับงานปาร์ตี้ที่มีคนอัดอยู่แน่นจนขยับไม่ได้ แต่เมื่อเรานำน้ำแข็งออกจากตู้เย็นมาวางยังท่ามกลางอุณหภูมิห้องโดยรอบ ก็จะเริ่มทำให้อะตอมของน้ำเกิดการสั่นไหวขึ้น และแยกตัวออกจากกันกลายเป็นสถานะของเหลว เหมือนคนในปาร์ตี้เริ่มกระจายตัวออกแล้วหาพื้นที่โยกย้ายส่ายสะโพก และยิ่งเรานำน้ำมาต้มในหม้อจนเดือดเป็นไอน้ำ อะตอมก็ยิ่งวิ่งพล่านไปมาราวกับว่าทุกคนในงานปาร์ตี้ต่างสติแตก นี่ก็คือสถานะของแก๊สนั่นเอง
ณ ความลึกระหว่าง 20,000 ถึง 60,000 กิโลเมตร นับจากก้อนเมฆชั้นบนของดาวพฤหัสบดีนั้น แรงโน้มถ่วงมีมากเสียจนสร้างความดันบรรยากาศมหาศาล เพียงพอที่ความดันโดยรอบจะบีบอะตอมของแก๊สให้เข้าใกล้กันจนเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวได้ แม้ความร้อนที่อาจพุ่งได้สูงถึง 18,000 องศาเซลเซียสจะพยายามสั่นให้อะตอมดิ้นหลุดออกมาแล้วก็ตาม ซึ่งในที่นี้ก็คือการเปลี่ยนให้ไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศโดยรอบกลายเป็นทะเลของไฮโดรเจนเหลวร้อน ๆ เพราะฉะนั้นเราจึงอาจตอบในทางทฤษฎีได้ว่า ภายใต้หมู่เมฆของดาวเคราะห์แก๊สนั้นมีทะเลของไฮโดรเจนเหลวหรือธาตุอื่น ๆ ที่เป็นองค์ประกอบสำคัญของดาวเคราะห์แก๊สดวงนั้น ๆ อยู่

ทะเลของแก๊สที่ประพฤติตัวเป็นของเหลว
อย่างไรก็ตามแก๊สเหลวนี้ก็ไม่ได้ประพฤติตัวเหมือนกับแก๊สเหลวแช่เย็นที่เราคุ้นเคยกันบนโลก อย่างเช่น ไนโตรเจนเหลว หรือออกซิเจนเหลว เสียทีเดียว เนื่องจากสถานะของเหลวนี้เกิดจากความดันปริมาณมหาศาล ไม่ใช่อุณหภูมิ อย่างในกรณีของดาวพฤหัสบดี นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งชื่อไฮโดรเจนเหลวประหลาดนี้ว่า ‘เมทัลลิคไฮโดรเจน’ หรือ ‘ไฮโดรเจนโลหะ’ ตามกฏทางฟิสิกส์ในปัจจุบันของเราที่บอกใบ้ว่า เมื่อไฮโดรเจนถูกบีบอัดจนมีสภาพคล้ายของเหลว จะสามารถนำไฟฟ้าได้เหมือนโลหะ ซึ่งอาจเป็นแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กอันทรงพลังของดาวพฤหัสบดีตามสมมติฐานในปัจจุบัน
ไม่ว่าสิ่งมีชีวิตหรือสิ่งประดิษฐ์ต่าง ๆ ของมนุษย์จะแข็งแรงมากแค่ไหน ก็กลับสามารถถูกบดขยี้ลงภายในชั่วพริบตาได้อย่างง่ายดายด้วยความดันมหาศาล และอุณหภูมิที่สูงลิ่วท่ามกลาง ‘ทะเลประหลาด’ บนดาวเคราะห์แก๊สนี้ แม้แต่เพชรที่ว่ากันว่าเป็นวัตถุที่แข็งแกร่งที่สุดในโลก ก็ยังสามารถถูกบีบและละลายกลายเป็นของเหลวได้ เรียกได้ว่าสภาพแวดล้อมใต้ผืนเมฆของดาวเคราะห์แก๊สนี้ มีความแตกต่างกับพื้นผิวของดาวเคราะห์หินที่เราอาศัยอยู่นี้เสียเหลือเกิน
อ้างอิง
- https://science.nasa.gov/jupiter/jupiter-facts/
- https://futurism.com/beneath-jupiters-clouds
- https://www.astronomy.com/science/how-do-clouds-form-on-jupiter-or-other-gas-giants-and-how-deep-do-they-extend/
- https://phys.libretexts.org/Courses/HACC_Central_Pennsylvania’s_Community_College/Astronomy_103%3A_Introduction_to_Planetary_Astronomy/11%3A_The_Jovian_Planets/11.02%3A_Jupiter’s_Interior#:~:text=The%20metallic%20hydrogen%20layer%20rangers,compounds%2C%20metals%2C%20and%20rock