90377 เซดนา

การค้นพบ

เซดนา (หรือในชื่อเก่า คือ 2003 VB₁₂) ค้นพบโดย ไมเคิล อี. บราวน์ (สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย) แชด ทรูจีโล (หอดูดาวเจมินี) และ เดวิด แรบิโนวิตซ์ (มหาวิทยาลัยเยล) เมื่อวันที่ 14 พฤศจิกายน พ.ศ. 2546 การค้นพบเป็นส่วนหนึ่งของการสำรวจซึ่งเริ่มขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2544 ด้วยกล้องโทรทรรศน์ซามูเอลออสชินที่หอดูดาวพาโลมาร์ ใกล้กับแซนดีเอโก รัฐแคลิฟอร์เนีย ใช้กล้องความชัด 160 เมกะพิกเซลของมหาวิทยาลัยเยล ในวันนั้นพบว่าวัตถุเคลื่อนที่ไป 4.6 ลิปดา โดยใช้เวลา 3.1 ชั่วโมงเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ ซึ่งทำให้ประมาณได้ว่าวัตถุนั้นอยู่ห่างออกไปประมาณ 100 AU การสำรวจต่อมามีขึ้นในช่วงเดือนพฤศจิกายน–ธันวาคม พ.ศ. 2546 โดยใช้กล้องโทรทรรศน์สมาร์ทที่หอดูดาวนานาชาติ-อเมริกันเซร์โรโตโลโล ในประเทศชิลี กล้องโทรทรรศน์เทเนกรา 4 ในโนกาเลส รัฐแอริโซนา และกล้องของหอดูดาวเคกบนภูเขาไฟเมานาเคอาที่ฮาวาย ประกอบกับการตรวจสอบผ่านภาพเก่า ๆ ที่ถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์ซามูเอลออสชินในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2546 และภาพจากภารกิจตามหาดาวเคราะห์น้อยใกล้โลกในปี พ.ศ. 2544–2545 ทำให้การค้นหาวงโคจรมีความแม่นยำมากขึ้น การคำนวณแสดงให้เห็นว่าวัตถุนั้นเคลื่อนไปตามวงโคจรที่เยื้องมาก ๆ ที่ระยะทาง 90.3 AU จากดวงอาทิตย์ ซึ่งการค้นพบภาพก่อนการค้นพบนี้เกิดขึ้นภายหลังในบรรดาภาพการสำรวจท้องฟ้าของปาโลมาร์ย้อนกลับไปถึงวันที่ 25 กันยายน พ.ศ. 2533

ลักษณะทางกายภาพ

เซดนามีความส่องสว่างสัมบูรณ์อยู่ที่ประมาณ 1.8 และอัตราส่วนสะท้อนอยู่ที่ประมาณ 0.32 จึงประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางไว้ที่ 1,000 กิโลเมตร ณ เวลาที่ค้นพบเซดนานั้น ได้จัดให้เซดนาเป็นวัตถุที่ส่องสว่างภายในมากที่สุดในระบบสุริยะตั้งแต่ค้นพบดาวพลูโตในปี พ.ศ. 2473 ในปี พ.ศ. 2547 เหล่าผู้ค้นพบวางค่าสูงสุดของเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 1,800 กิโลเมตร แต่ในปี พ.ศ. 2550 ก็ลดลงมาต่ำกว่า 1,600 กิโลเมตร หลังจากที่สังเกตผ่านกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ ในปี พ.ศ. 2555 การคำนวณจากหอดูดาวอวกาศเฮอร์เชลเสนอว่าเซดนามีเส้นผ่านศูนย์กลาง 995 ± 80 กิโลเมตร ซึ่งจะทำให้มีขนาดเล็กกว่าแครอน ดาวบริวารของดาวพลูโต เนื่องจากเซดนาไม่มีดาวบริวาร การหามวลโดยไม่ส่งยานอวกาศไปจึงเป็นไปไม่ได้และเซดนาก็เป็นวัตถุพ้นดาวเนปจูนที่ใหญ่ที่สุดที่ไม่มีดาวบริวารในปัจจุบัน มีความพยายามในการหาดาวบริวารนั้นเพียงครั้งเดียว และคาดการณ์กันว่ามีโอกาสที่ไม่พบดาวบริวารนั้นอยู่ 25%
การสังเกตจากกล้องโทรทรรศน์ SMARTS แสดงให้เห็นว่าในระยะแสงที่มองเห็นได้ เซดนาเป็นหนึ่งในวัตถุที่สีแดงที่สุดในระบบสุริยะ เกือบมีสีแดงเท่าดาวอังคาร แชด ทรูจีโลและเพื่อนร่วมงานของเขาเสนอว่าสีแดงเข้มของเซดนานั้นเกิดจากผิวของดาวนั้นปกคลุมไปด้วยตะกอนไฮโดรคาร์บอน หรือโทลีน ซึ่งเกิดจากสารประกอบอินทรีย์ขนาดเล็กกว่าที่สัมผัสกับรังสีอัลตราไวโอเล็ตยาวนาน ผิวของเซดนาเหมือนกันทั้งสีและสเปกตรัมทั่วทั้งดาว ซึ่งอาจเกิดจากการที่เซดนาไม่ค่อยปะทะกับวัตถุอื่นใด ไม่เหมือนกับวัตถุอื่น ๆ ที่ใกล้ดวงอาทิตย์กว่าที่มักจะปะทะกับวัตถุอื่น ซึ่งแสดงให้เห็นแถบน้ำแข็งสว่างที่มีเหมือนกับบน 8405 แอสโบลัส เซดนาและวัตถุที่อยู่ไกลมากสองชิ้น ได้แก่ 2006 SQ₃₇₂ และ (87269) 2000 OO₆₇ มีสีเดียวกันกับวัตถุดั้งเดิมในแถบไคเปอร์ชั้นนอกและเซนทอร์ 5145 โฟบัส วัตถุเหล่านี้อาจมีต้นกำเนิดในบริเวณเดียวกัน
ทรูจีโลและเพื่อนร่วมงานยังวางค่าสูงสุดขององค์ประกอบพื้นผิวของเซดนาอยู่ที่มีเทนแข็ง 60% และน้ำแข็ง 70% การมีอยู่ของมีเทนแข็งยังช่วยสนับสนุนถึงการมีอยู่ของโทลีนบนผิวเซดนา เนื่องด้วยโทลีนเหล่านี้เกิดจากการฉายรังสีของมีเทน บารุชชีและเพื่อนร่วมงานของเขาเปรียบเทียบสเปกตรัมของเซดนากับไทรทัน และตรวจพบแถบดูดซึมอย่างอ่อนของมีเทนและไนโตรเจนแข็ง จากการสังเกตเหล่านี้ พวกเขาจึงเสนอองค์ประกอบผิวดาวเป็นโทลีนชนิดไทรทัน 24% คาร์บอนอสัณฐาน 7% ไนโตรเจนแข็ง 10% เมทานอล  26% และมีเทน 33% และได้ยืนยันการตรวจพบมีเทนและน้ำแข็งในปี พ.ศ. 2549 โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์ การมีอยู่ของไนโตรเจนบนผิวดาวเสนอว่าเซดนาอาจมีชั้นบรรยากาศบาง ๆ แม้เพียงระยะเวลาสั้น ระหว่าง 200 ปีใกล้กับจุดใกล้ที่สุด อุณหภูมิสูงสุดบนเซดนาควรเกิน 35.6 เคลวิน (-237.6 องศาเซลเซียส) การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างไนโตรเจนแข็งระยะแอลฟากับระยะบีตาบนไทรทัน ที่ 38 เคลวิน ความดันไอของ N₂ อาจอยู่ที่ 14 ไมโครบาร์ (1.4 ปาสกาล) ความชันสเปกตรัมสีแดงเข้มของเซดนาแสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของสารประกอบอินทรีย์จำนวนมากบนผิวดาว และแถบการดูดกลืนมีเทนจาง ๆ ชี้ว่ามีเทนบนผิวดาวนั้นมีอายุมาก สิ่งนี้หมายความว่าเซดนานั้นหนาวเกินกว่าที่มีเทนจะระเหยไปจากผิวดาวและตกกลับมาในรูปของหิมะ ซึ่งเกิดขึ้นบนไทรทันและอาจจะบนดาวพลูโตด้วย
แบบจำลองของความร้อนภายในดาวด้วยการสลายตัวกัมมันตรังสีเสนอว่าเซดนาอาจมีมหาสมุทรเป็นน้ำเหลวอยู่ใต้ผิวดาว

ประชากร

วงโคจรที่เยื้องอย่างมากของเซดนาหมายความว่า มีโอกาสตรวจพบเพียงแค่ 1 ใน 80 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าอาจมีวัตถุขนาดเท่าเซดนา 40–120 ชิ้นอยู่ในบริเวณเดียวกัน เว้นเสียแต่ว่าการค้นพบเซดนาเป็นเรื่องบังเอิญ 2000 CR₁₀₅ วัตถุอีกชิ้นหนึ่งมีวงโคจรที่คล้ายกันกับเซดนาแต่เยื้องน้อยกว่า โดยมีจุดที่ใกล้ที่สุดอยู่ที่ 44.3 AU จุดไกลที่สุดอยู่ที่ 394 AU และมีระยะเวลาการโคจรอยู่ที่ 3,240 ปี ซึ่งอาจจะได้รับผลกระทบในแบบเดียวกันกับเซดนา
แต่ละกลไกที่เสนอมาสำหรับวงโคจรสุดขั้วของเซดนานี้อาจทิ้งร่องรอยที่แตกต่างกันบนโครงสร้างและพลวัตของกลุ่มประชากรใด ๆ ที่กว้างกว่า ถ้าวัตถุพ้นดาวเนปจูนมีส่วนเกี่ยวข้อง วัตถุเหล่านี้ควรมีจุดที่ใกล้ที่สุดในบริเวณเดียวกัน (ประมาณ 80 AU) ถ้าระบบดาวเคราะห์อื่นที่หมุนรอบในทิศทางเดียวกันกับระบบสุริยะจับเซดนาได้ ประชากรทั้งหมดก็จะต้องมีวงโคจรที่เอียงน้อย และมีกึ่งแกนเอกอยู่ในช่วง 100–500 AU ถ้าดาวหมุนรอบในทิศทางตรงข้าม ประชากรสองกลุ่มจะเกิดขึ้น ได้แก่กลุ่มที่วงโคจรเอียงน้อยและเอียงมาก การรบกวนจากดาวฤกษ์ที่โคจรผ่านมาอาจทำให้เกิดความหลากหลายในทั้งจุดที่ใกล้ที่สุดและความเอียงของวงโคจร ขึ้นอยู่กับจำนวนครั้งและมุมที่ดาวดวงนั้นเข้ามา
การได้รับตัวอย่างที่ใหญ่กว่าของวัตถุเหล่านี้อาจช่วยให้ตัดสินใจว่าสถานการณ์แบบใดที่เป็นไปได้มากที่สุด "ผมเรียกเซดนาว่าเป็นฟอสซิลแห่งระบบสุริยะยุคแรกเริ่ม" กล่าวโดยบราวน์ในปี พ.ศ. 2549 "ในที่สุด เมื่อค้นพบฟอสซิลอื่น ๆ เซดนาช่วยบอกถึงวิธีการเกิดของดวงอาทิตย์และจำนวนดาวที่อยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์ครั้งตอนเกิด" การสำรวจโดยบราวน์ ราบิโนวิตซ์ และเมแกน ชวามบ์ในปี พ.ศ. 2550–2551 พยายามที่จะระบุตำแหน่งของวัตถุกลุ่มสมมติของเซดนาชิ้นอื่น ๆ แม้ว่าการสำรวจนั้นจะจับได้ถึงการเคลื่อนที่ที่ห่างออกไปถึง 1,000 AU และค้นพบดาวเคราะห์แคระที่เป็นไปได้อย่าง 2007 OR₁₀ แต่ก็ไม่พบวัตถุเซดนอยด์ใหม่เลย แบบจำลองต่อมาที่รวบรวมข้อมูลใหม่ ๆ เข้าด้วยแล้วเสนอว่าอาจมีวัตถุขนาดเท่าเซดนาอยู่ประมาณ 40 ชิ้นในบริเวณนั้น โดยวัตถุที่มีความส่องสว่างที่สุดอาจประมาณความส่องสว่างของอีริส (–1.0)
ในปี พ.ศ. 2557 นักดาราศาสตร์ประกาศการค้นพบ 2012 VP₁₁₃ วัตถุขนาดประมาณครึ่งหนึ่งของเซดนาในวงโคจรกว่า 4,200 ปีคล้ายกับวงโคจรของเซดนา และมีจุดที่ใกล้ที่สุดอยู่ภายในระยะของเซดนาที่ประมาณ 80 AU ซึ่งทำให้มีการคาดการณ์ว่าวัตถุนี้อาจเป็นหลักฐานของดาวเคราะห์พ้นดาวเนปจูน

การจัดระบบ

ศูนย์ดาวเคราะห์น้อยซึ่งเป็นหน่วยงานที่จัดระบบวัตถุต่าง ๆ ในระบบสุริยะ จัดให้เซดนาเป็นวัตถุแถบหินกระจาย การจัดนี้เป็นข้อสงสัยอย่างมาก โดยนักดาราศาสตร์จำนวนมากเสนอว่าเซดนาควรจัดอยู่ในหมวดหมู่ใหม่ของวัตถุไกลโพ้นที่เรียกว่า วัตถุแถบหินกระจายขยาย (Extended scattered disc objects) วัตถุที่ไกลออกไป วัตถุแยกออกระยะไกล หรือ วัตถุกระจาย–ขยาย ในการจัดระบบอย่างเป็นทางการโดย Deep Ecliptic Survey
การค้นพบเซดนานั้นรื้อฟื้นคำถามที่ว่าเทห์ฟ้าใดควรหรือไม่ควรเป็นดาวเคราะห์ ในวันที่ 15 มีนาคม พ.ศ. 2547 บทความเกี่ยวกับเซดนาของสำนักพิมพ์ที่มีชื่อเสียงรายงานว่าค้นพบดาวเคราะห์ดวงที่สิบแล้ว คำถามนี้สามารถตอบได้โดยใช้นิยามดาวเคราะห์ของสหพันธ์ดาราศาสตร์สากลที่นำมาใช้ในวันที่ 24 สิงหาคม พ.ศ. 2549 ซึ่งบอกว่าดาวเคราะห์ต้องไม่มีเทห์ฟ้าอื่น ๆ โคจรในบริเวณเดียวกัน เซดนามีค่าสเติร์น–เลวิสันต่ำกว่า 1 โดยประมาณ ดังนั้นจึงไม่จัดว่าเซดนาไร้ซึ่งเทห์ฟ้าโดยรอบ แม้ว่ายังไม่ค้นพบวัตถุอื่นในบริเวณเดียวกัน แต่คาดกันว่าเซดนาน่าจะเป็นดาวเคราะห์แคระ โดยเซดนาต้องอยู่ในสภาวะสมดุลอุทกสถิต เนื่องจากมีความสว่างพอ ดังนั้นดาวจึงมีขนาดใหญ่พอที่จะรักษาความเป็นทรงกลม และนักดาราศาสตร์หลายคนก็เรียกเซดนาว่าเป็นดาวเคราะห์แคระแล้ว

การสำรวจ

เซดนาจะอยู่ในตำแหน่งที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดประมาณปี พ.ศ. 2618–2619 การเข้าใกล้ครั้งนี้จะเป็นโอกาสในการสำรวจดาว ซึ่งจะไม่มีโอกาสเช่นนี้อีกจนกระทั่ง 12,000 ปีข้างหน้า ถึงแม้เซดนาจะมีรายชื่อในเว็บไซต์การสำรวจระบบสุริยะของนาซา แต่ปัจจุบันยังไม่มีแผนการใด ๆ เพื่อสำรวจเซดนา มีการคำนวณออกมาว่าจะใช้เวลา 24.48 ปี ในการเดินทางจากโลกถึงเซดนา โดยใช้แรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีช่วยเหวี่ยง คาดว่าวันปล่อยยานอาจจะเป็น 6 พฤษภาคม พ.ศ. 2576 หรือ 23 มิถุนายน พ.ศ. 2589 เมื่อยานไปถึงแล้วเซดนาจะอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ 77.27 และ 76.43 AU ตามลำดับ
ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2561 อีธาน ซีเกล นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ สนับสนุนยานอวกาศสำหรับศึกษาเซดนาที่ตำแหน่งใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดอย่างเปิดเผย ซีเกลกล่าวว่าเซดนาเป็นเป้าหมายที่น่าดึงดูด เนื่องจากเป็นไปได้ที่เซดนาจะเป็นวัตถุเมฆออร์ตชั้นใน และด้วยคาบการโคจรอันยาวนานของเซดนาซึ่งอาจเป็นเพียงโอกาสเดียวในหลายสหัสวรรษที่จะได้ศึกษาเซดนาที่ระยะใกล้จากดวงอาทิตย์ขนาดนั้น ภารกิจเช่นนี้สามารถทำให้สะดวกขึ้นได้ด้วยเครื่องพ่นไอออน Dual-Stage 4-Grid ที่สามารถย่นเวลาการเดินทางได้อย่างมาก ถ้าให้พลังงานด้วยบางอย่าง เช่น เตาปฏิกรณ์