กล้องโทรทรรศน์บนเครื่องบินไอพ่นวิจัยคู่หนึ่งจะสร้างแผนที่ความร้อนของดาวเคราะห์ในช่วงคราสในเช้าวันที่ 21 สิงหาคม เครื่องบินเจ็ตคู่หนึ่งจะออกจากศูนย์อวกาศจอห์นสันของนาซ่าในฮูสตันเพื่อไล่ล่าเงาของดวงจันทร์ พวกเขาจะปีนขึ้นไปถึง 15 กิโลเมตรในสตราโตสเฟียร์และบินในเส้นทางของสุริยุปราคาเต็มดวงเหนือมิสซูรี อิลลินอยส์ และเทนเนสซีที่ 750 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
แต่เครื่องมือบางอย่างที่เครื่องบินเจ็ตถืออยู่นั้นไม่ได้มองที่ดวงอาทิตย์ หรือแม้แต่ที่โลก พวกเขาจะมุ่งเน้นไปที่เทห์ฟากฟ้าที่แตกต่างกัน: ดาวพุธ ภายในเวลาไม่กี่นาทีที่เครื่องบินแล่นไปในความมืด เครื่องมือสามารถรวบรวมข้อมูลได้มากพอที่จะตอบความลึกลับของดาวพุธนี้: พื้นผิวของดาวเคราะห์ชั้นในสุดทำมาจากอะไร?
เนื่องจากอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มาก ดาวพุธจึงยากต่อการศึกษาจากโลก
เป็นการยากที่จะสังเกตอย่างใกล้ชิดเช่นกัน ความร้อนและการแผ่รังสีที่รุนแรงคุกคามยานอวกาศที่เข้าใกล้เกินไป และความสว่างของดวงอาทิตย์สามารถท่วมท้นความพยายามของยานอวกาศที่ทนทานในการส่งสัญญาณกลับสู่โลก
ยานอวกาศ Messenger ของ NASA โคจรรอบดาวพุธระหว่างปี 2011 ถึงปี 2015 และเผยให้เห็นภูมิประเทศที่ถูกทำลายและมีรอยแผลเป็นที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างจากดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ( SN: 11/19/11, p. 17 )
แต่เมสเซนเจอร์ก็เกาแค่ผิวเผินเท่านั้น มันวิเคราะห์องค์ประกอบของดาวเคราะห์ด้วยเครื่องมือที่เรียกว่ารีเฟลกแทนซ์ สเปกโตรมิเตอร์ ซึ่งรวบรวมแสงแล้วแยกแสงนั้นออกเป็นความยาวคลื่นของส่วนประกอบเพื่อค้นหาว่าแสงนั้นสะท้อนมาจากองค์ประกอบใด
Messenger ทำการวัดแสงสะท้อนจากพื้นผิวของดาวพุธที่ความยาวคลื่นสั้นกว่า 1 ไมโครเมตร ซึ่งเผยให้เห็นว่าดาวพุธมีกำมะถันและโพแทสเซียมในปริมาณที่น่าประหลาดใจ ( SN: 7/16/11 , p. 12 ) ความยาวคลื่นเหล่านั้นมาจากไมโครมิเตอร์เพียงไม่กี่ไมโครเมตรบนสุดเท่านั้น สิ่งที่อยู่ด้านล่างยังไม่ทราบ
ในการขุดลึกลงไปอีกสองสามเซนติเมตรบนพื้นผิวของดาวพุธ Amir Caspi นักฟิสิกส์สุริยะและนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ Constantine Tsang จากสถาบันวิจัยตะวันตกเฉียงใต้ในโบลเดอร์ รัฐโคโล และเพื่อนร่วมงานจะใช้กล้องอินฟราเรดที่ Southern Research ในอลาบามาสร้างขึ้นเป็นพิเศษเพื่อตรวจจับความยาวคลื่น ระหว่าง 3 ถึง 5 ไมโครเมตร
สำเนาของเครื่องมือจะบินบนเครื่องบินไอพ่นวิจัย WB-57 ของ NASA สองลำซึ่งระดับความสูงและความเร็วจะให้ข้อดีสองประการแก่ผู้สังเกตการณ์: การรบกวนบรรยากาศน้อยลง และมีเวลามากขึ้นในเส้นทางของสุริยุปราคา การไล่ตามเงาของดวงจันทร์จะทำให้เครื่องบินอยู่ในสถานะทั้งหมด ซึ่งเป็นบริเวณที่ดวงจันทร์บดบังจานสว่างของดวงอาทิตย์จนหมด เป็นเวลารวมกัน 400 วินาที (6.67 นาที) นานกว่าที่พวกเขาจะได้รับจากการอยู่ในที่เดียวเกือบสามเท่า
พื้นผิวกลางวันของดาวพุธอยู่ที่ 425 องศาเซลเซียส
และปล่อยแสงจริงที่ 4.1 ไมโครเมตร ซึ่งอยู่ตรงกลางช่วงของอุปกรณ์ของ Caspi ในขณะที่จุดใดก็ตามบนดาวพุธหมุนออกจากดวงอาทิตย์ อุณหภูมิของมันจะลดลงเหลือ ‒179° C การวัดความเร็วของดาวเคราะห์ที่สูญเสียความร้อนสามารถช่วยนักวิจัยค้นหาว่าวัสดุใต้ผิวดินทำมาจากอะไรและมีความหนาแน่นมากน้อยเพียงใด ทรายที่คลายตัวจะคายความร้อนได้ง่ายกว่า ในขณะที่หินที่อัดแน่นกว่าจะกักความร้อนได้นานกว่า
“นี่คือสิ่งที่ไม่เคยทำมาก่อน” Caspi กล่าว “เราจะพยายามสร้างแผนที่ความร้อนของภาพความร้อนแรกของพื้นผิวดาวพุธ”
น่าเสียดายสำหรับ Caspi มีเพียงสองคนเท่านั้นที่สามารถบินบนเครื่องบินได้: นักบินและคนที่จะใช้เครื่องมือนี้ Caspi จะยังคงอยู่บนพื้นดินในฮูสตันจากเส้นทางแห่งความสมบูรณ์ “ฉันจะไปดูสุริยุปราคาทางทีวี” Caspi กล่าว
แสงระเรื่อนั้นยังเผยให้เห็นเรื่องราวที่น่าทึ่งของการเล่นแร่แปรธาตุของดวงดาวด้วยความตายของดวงดาวทำให้เกิดองค์ประกอบ เมื่อเกิดการชนกันของวัสดุที่อุดมด้วยนิวตรอนเข้าสู่อวกาศ กลุ่มของธาตุหนักก็ก่อตัวขึ้นผ่านปฏิกิริยาลูกโซ่ที่เรียกว่ากระบวนการ r ( SN: 5/14/16, p. 9 ) ในกระบวนการนี้ ซึ่งต้องใช้สภาพแวดล้อมที่อัดแน่นไปด้วยนิวตรอน นิวเคลียสของอะตอมจะกลืนนิวตรอนอย่างรวดเร็วและสลายตัวด้วยกัมมันตภาพรังสี ซึ่งจะแปรสภาพเป็นองค์ประกอบใหม่ ก่อนที่จะกลับสู่ช่องแคบนิวตรอนของพวกมัน กระบวนการ r คาดว่าจะผลิตองค์ประกอบที่หนักกว่าเหล็กประมาณครึ่งหนึ่ง
นักวิทยาศาสตร์ตรวจพบการเรืองแสงที่เป็นลักษณะเฉพาะของกระบวนการนี้ ซึ่งเรียกว่ากิโลโนวา ในการสังเกตติดตามผล “จนถึงเหตุการณ์นี้ เราไม่เคยเห็นองค์ประกอบหนักเหล่านี้โดยตรงในธรรมชาติมาก่อน ตอนนี้เรามีแล้ว” Brian Metzger นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียกล่าว “มันเป็นความรู้สึกราวกับว่าคุณได้ค้นพบความลับของธรรมชาติบางอย่าง”
ก่อนหน้านี้ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ไม่เห็นด้วยกับที่ที่กระบวนการ r เกิดขึ้น: วัตถุสองดวงที่เป็นดาวระเบิด ที่ เรียกว่าซุปเปอร์โนวา ( SN: 2/18/17, p. 24 ) และการควบรวมดาวนิวตรอน แม้ว่านักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถบอกได้ว่าธาตุในกระบวนการ r ทั้งหมดถูกผลิตขึ้นในการควบรวมดาวนิวตรอนหรือไม่ แต่ปริมาณที่เกิดการชนกันดังกล่าวน่าจะใหญ่พอที่จะอธิบายความอุดมสมบูรณ์ที่พบในจักรวาลได้
