น้ำบนดวงจันทร์ การค้นพบครั้งใหม่ที่ช่วยเปิดมุมมองการสำรวจดวงจันทร์ในอนาคต

ครั้งหนึ่งอาจมีน้ำอยู่บนพื้นผิวดวงจันทร์

การศึกษาชิ้นใหม่ 2 หัวข้อที่จะช่วยตอบคำถามที่แสนลึกลับของวัฏจักร น้ำบนดวงจันทร์ และอาจจะได้เบาะแสเกี่ยวกับทรัพยากรน้ำบนดวงจันทร์ให้แก่นักบินอวกาศในอนาคต

ในปีนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นคว้าวิจัยเรื่องน้ำบนพื้นผิวของดวงจันทร์ และมีการตีพิมพ์ลงในวารสารเนเจอร์แอสโตรโนมี (Nature Astronomy) ยืนยันเรื่องการมีอยู่ของ น้ำบนดวงจันทร์

การศึกษาเรื่องแรก คือหลักฐานเรื่องโมเลกุลของน้ำที่เกาะติดหรือถูกหุ้มอยู่ภายในพื้นผิวดวงจันทร์ที่แสงแดดส่องถึง การศึกษาเรื่องที่สองเกี่ยวกับการจำลองพื้นที่เล็ก ๆ บนดวงจันทร์ที่เกิดเงา พบว่าพื้นที่ 39,856 ตารางกิโลเมตร ซึ่งเป็นพื้นที่เทียบเท่ากับสนามฟุตบอลเกือบ 7,500,000 แห่ง พบว่าบริเวณดังกล่าวมีอากาศเย็นพอที่จะเก็บน้ำแข็งได้ประมาณร้อยละ 20 ของพื้นที่ที่เกิดเงา

จากการตรวจสอบรูปแบบของน้ำ และบริเวณที่พบน้ำบนพื้นผิวดวงจันทร์ นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะเข้าใจวัฏจักรน้ำบนดวงจันทร์ซึ่งแตกต่างจากบนโลกมากขึ้น การก่อตัวของน้ำบนดวงจันทร์อาจจะประกอบด้วยไฮโดรเจนจากระบบสุริยะทําปฏิกิริยากับออกซิเจนบนพื้นผิวดวงจันทร์

การศึกษาชิ้นนี้มีความสําคัญสําหรับมนุษย์ในอนาคตที่เดินทางไปยังดวงจันทร์ รวมทั้งภารกิจอาร์ตาของนาซาที่กำลังจะเกิดขึ้น ซึ่งเป็นภารกิจที่จะมีผู้หญิงคนแรกไปเยียบผิวดวงจันทร์ การค้นพบน้ำและน้ำแข็งในอนาคตจึงอาจจะเป็นเหมืองทรัพยากรที่ใช้แปลงเป็นเชื้อเพลิงสำหรับงานสำรวจบนดวงจันทร์

น้ำบนดวงจันทร์

 

โลกของน้ำ

ดวงจันทร์ถือเป็นสถานที่ที่มีความผันผวนของอุณหภูมิสูงมาก โดยในกลางวันอาจขึ้นไปสูงสุด 121 องศาเซลเซียส และในช่วงกลางคืนอาจมีอุณหภูมิติดลบต่ำสุดที่ -133 องศาเซลเซียส หากไม่มีชั้นบรรยากาศป้องกันที่หนาพอ น้ำอาจจะระเหยหายไปในอวกาศได้อย่างรวดเร็ว

นักวิจัยมองหาร่องรอยจำเพาะของน้ำบนพื้นผิวดวงจันทร์ด้วยแสงอินฟราเรด เคซีย์ ฮอนนิบัลล์ นักวิจัยหลังปริญญาเอกจากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซา และผู้เขียนบรรยายการศึกษาเกี่ยวกับโมเลกุลของน้ำ การวิเคราะห์ก่อนหน้านี้มุ่งเน้นไปที่ส่วนหนึ่งของสเปกตรัมอินฟราเรดที่ทั้งน้ำและไฮดรอกซิลเกิดการเรืองแสง ด้วยการเลือกส่วนที่แตกต่างกันของสเปกตรัม

“ ฉันไม่รู้จริง ๆ ว่าทำไมใครบางคนถึงไม่คิดเรื่องนี้เร็วกว่านี้ มันเป็นความคิดที่ยอดเยี่ยม” ซันไชน์ซึ่งทำงานเกี่ยวกับการตรวจจับสัญญาณน้ำบนดวงจันทร์ในปี 2009 กล่าว

สำหรับการศึกษาใหม่นี้ฮอนนิบัลล์และเพื่อนร่วมงานของเธอ ได้รวบรวมข้อมูลจากการสำรวจชั้นบรรยากาศสตราโทสเฟียร์สำหรับดาราศาสตร์ด้วยแสงอินฟราเรด ในปี 2018 ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดที่ติดตั้งบนเครื่องบินจัมโบ้เจ็ท หลังจากนั้นราวสองเดือน ฮอนนิบัลล์ที่กำลังนั่งประมวลผลข้อมูลบนโซฟาอันแสนสบายของเธอ เธอพบสัญญาณน้ำปรากฏขึ้น “ฉันกรีดร้องเสียงดังมาก” เธอกล่าว

จากข้อมูลเธอพบว่า น้ำบนดวงจันทร์ค่อนข้างหายาก โดยเทียบเท่าได้ประมาณ 340 กรัมต่อลูกบาศก์เมตรของตัวอย่างที่สำรวจ ฮอนนิบัลล์ตั้งข้อสังเกตว่า เนื่องจากอากาศแห้งกว่าทะเลทรายซาฮาราถึงร้อยเท่า แม้ว่าเธอต้องทำงานเพิ่มขึ้นเพื่อตรวจสอบความเข้มข้นของน้ำเนื่องจากการประมาณขึ้นอยู่กับการสังเกตหนึ่งครั้งในสถานที่เดียวกันในวันพระจันทร์เต็มดวง

แต่เป็นการยืนยันที่รอคอยมานานสำหรับซันไชน์ “มันคุ้มค่ามาก” เธอกล่าว “ฉันรู้สึกขอบคุณมากที่พวกเขาทำงานได้ดี”

น้ำบนดวงจันทร์

สู่เงามืด

การศึกษาครั้งที่สองเน้นเรื่องร่องแยกของน้ำที่เป็นเงาบนผิวดวงจันทร์  นักวิทยาศาสตร์สงสัยมานานแล้วว่า น้ำอาจคงสถานะเป็นน้ำแข็งภายในหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ในบริเวณที่มีร่มเงาอย่างถาวร

การปรากฏของน้ำแข็งในจุดดังกล่าวได้รับการยืนยันในเดือนตุลาคม ปี 2009 เมื่อยานสำรวจของนาซาลงจอด และปฏิบัติภารกิจสำรวจปล่องภูเขาไฟบนดวงจันทร์ ที่มีเงาใกล้ขั้วใต้ และตรวจพบหลักฐานของน้ำแข็ง

นักวิจัยได้ทำแผนที่บริเวณที่หนาวจัดขนาดใหญ่เหล่านี้  แต่หลังจากดูภาพความละเอียดสูงของพื้นผิวดวงจันทร์จากยานลูนาร์รีคอนเนสเซนซ์ออร์บิเตอร์ หรือ แอลอาร์โอ  ทีมวิจัยพบว่า พื้นที่น้ำแข็งที่มีเงาอาจเกิดขึ้นได้บ่อยกว่าที่คิด ซึ่งเกิดขึ้นได้แม้ในพื้นที่ขนาดเล็กมาก  ทุกครั้งที่ซูมภาพพวกเขาจะเห็นมากขึ้นเรื่อย ๆ :“มันมีเงาอยู่ตลอดทาง” เฮย์เนกล่าว

จากการสร้างแบบจำลองอุณหภูมิและเงาบนดวงจันทร์ทีมงานพบว่าน้ำแข็งสามารถก่อตัวในพื้นที่เล็ก ๆ ขนาดเล็กเท่ามด  เฮย์เนกล่าว ชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์เบาบางมาก อุณหภูมิพื้นผิวไม่เท่ากัน ดังนั้น จุดที่ได้รับแสง และจุดที่เป็นเงา อาจมีอุณหภูมิต่างกันหลายร้อยองศาเซลเซียส

การวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่า พื้นที่ที่ปกคลุมไปด้วยเขตหนาวและมีเงา มีมากกว่าร้อยละ 20 หากพื้นที่เหล่านี้เต็มไปด้วยน้ำค้างแข็ง ปริมาณน้ำแข็งจะเท่ากับน้ำหลายพันล้านกิโลกรัม เฮย์เนกล่าว  แต่จำนวนน้ำแข็งที่แน่ชัดยังคงเป็นคำถามปลายเปิด ที่รอการศึกษาต่อในอนาคต

การเปลี่ยนแปลงอย่างช้า ๆ

การศึกษาร่วมกันสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เริ่มจับต้นชนปลายได้ว่า วัฏจักรของน้ำบนดวงจันทร์ทำงานอย่างไร

น้ำบนดวงจันทร์มาจากแหล่งต่าง ๆ ไม่กี่แห่ง อาจมาพร้อมกับอุกกาบาตที่ชนกับพื้นผิว แต่บางชนิดก็มีแนวโน้มที่จะก่อตัวขึ้นเมื่อไฮโดรเจนจากลมสุริยะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนบนพื้นผิว เพื่อสร้างไฮดรอกซิล

ความร้อนจากดวงอาทิตย์หรือผลกระทบจากอุกกาบาตขนาดเล็กอาจทำให้โมเลกุลของไฮดรอกซิลชนกันเพื่อสร้างน้ำได้ ฮอนนิบัลล์ กล่าว

ความร้อนจากปัจจัยภายนอก เช่น อุกกาบาตขนาดเล็กสามารถละลายพื้นผิวหินบางส่วนและทำให้น้ำที่อยู่ใกล้เคียงกลายเป็นเป็นไอ ในขณะที่การหลอมละลายของหินและทรายจนกลายเป็นผลึกซิลิกา ส่งผลให้โมเลกุลของน้ำถูกหุ้มไว้ด้วผลึกเหล่านี้ และนั่นอาจเป็นสัญญาณที่ฮอนนิบัลล์และทีมของเธอสังเกตเห็น

อย่างไรก็ตาม ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าน้ำเคลื่อนที่ไปมาอย่างไร และตำแหน่งใดบนพื้นผิวอุกกาบาตสามารถปลดปล่อยน้ำบางส่วนออกจากพื้นผิวได้ และดวงอาทิตย์ยังมีบทบาทในการเคลื่อนย้ายน้ำไปรอบ ๆ เนื่องจากสัญญาณของน้ำและไฮดรอกซิลจะอ่อนตัวลงเมื่อความร้อนสูงสุดในวันพระจันทร์เต็มดวง

นักวิทยาศาสตร์ยังคงมีหลายเรื่องให้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับน้ำบนดวงจันทร์ แต่คำตอบบางอย่างอาจอยู่ในระหว่างการเดินทาง

ในปี 2022 นาซาวางแผนที่จะส่งยานสำรวจไวเปอร์ ไปยังขั้วใต้ของดวงจันทร์เพื่อค้นหาน้ำแข็งในน้ำ และได้หลักฐานเพิ่มเติมจากระบบถ่ายภาพอินฟราเรด หรือแอลซิริส ซึ่งกำหนดไว้สำหรับภารกิจในปี 2022 เฮย์เนกล่าว

นักวิทยาศาสตร์ได้คาดการณ์เกี่ยวกับการปรากฏตัวของน้ำบนดวงจันทร์ตั้งแต่ปี 1960 แต่ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ในที่สุดเราก็พัฒนาจนได้รู้ถึงจุดที่น้ำบนดวงจันทร์มีอยู่ และเราจะใช้มันเพื่อช่วยเหลือนักสำรวจในอนาคต

เรื่อง มายา เว่ย-ฮาส์

***แปลและเรียบเรียงโดย พชร พงศ์ยี่ล่า

โครงการนักศึกษาฝึกงาน กองบรรณาธิการ นิตยสารเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับภาษาไทย


เรื่องอื่น ๆ ที่น่าสนใจ : สิ่งมีชีวิตบนดาวศุกร์ มีจริงหรือ

สิ่งมีชีวิตบนดาวศุกร์, ดาวศุกร์, ดาวเคราะห์, ฟอสฟีน

 

เรื่องแนะนำ

หมอกควัน หรือ “หมอกพิษ” (Smog)

หมอกควัน หรือ “หมอกพิษ” (Smog) คือ หนึ่งในมลภาวะทางอากาศที่ปกคลุมมหานครทั่วโลกมาตั้งแต่ต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 เป็นการรวมตัวกันของกลุ่มควันและหมอกหนาหนักในชั้นบรรยากาศซึ่ง หมอกพิษ มีส่วนผสมขององค์ประกอบมากมายที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ไม่ว่าจะเป็นสารเคมีจากควันโรงงานและอุตสาหกรรมต่าง ๆ ทั้งที่อยู่ในสถานะของเหลวและก๊าซ ควันจากท่อไอเสียของรถยนต์ตามท้องถนน หรือแม้แต่ฝุ่นละอองจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ของเชื้อเพลิงธรรมชาติ ประกอบกับการก่อตัวขึ้นภายใต้สภาพอากาศที่อุณหภูมิบริเวณภาคพื้นดินต่ำกว่าชั้นบรรยากาศด้านบนในฤดูหนาว ซึ่งทำให้ชั้นบรรยากาศเกิดแนวผกผัน (Inversion Layer) หรือ สภาวะอุณหภูมิผกผัน (Temperature Inversion) ที่ทำให้หมอกควันเหล่านี้ถูกกดทับให้ลอยตัวต่ำ โดยไม่ถูกพัดพาไปตามการเคลื่อนที่ของกระแสลมตามปกติ กลายเป็นการสะสมสารพิษในอากาศที่หนาแน่น เข้มข้น และฟุ้งกระจายอยู่เหนือมหานครทั้งหลาย นิยามและความหมาย “สม็อก” (Smog) คือ คำศัพท์ที่ได้รับการบัญญัติขึ้นใหม่ในช่วงต้น ค.ศ. 1900 ซึ่งเป็นการอธิบายถึงการผสานหรือการรวมกันของ “ควัน” (Smoke – สโมก) ซึ่งเป็นสารคอลลอยด์ (Colloid) หรืออนุภาคของสสารต่าง ๆ ที่กระจายตัวอยู่ในอากาศและ “หมอก” (Fog – ฟ็อก) ที่เกิดจากการรวมตัวกันของไอน้ำและหยดน้ำจำนวนมาก กลายเป็นกลุ่มหมอกควันที่มีส่วนผสมของทั้งเขม่า ขี้เถ้า ฝุ่นละออง ไอน้ำ และสารเคมีที่อยู่ในอากาศทั้งหลาย […]

ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต ในระบบนิเวศ

การอาศัยอยู่ร่วมกันในระบบนิเวศต่างมีรูปแบบการปฏิสัมพันธ์ที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งช่วยให้เกิด ความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิต และเกิดการปรับตัวร่วมกัน นอกเหนือไปจากความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นระหว่างสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน ทั้งที่อาศัยอยู่รวมกันเป็นฝูงและดำรงชีวิตอยู่อย่างโดดเดี่ยวลำพัง ในระบบนิเวศยังมีการปฏิสัมพันธ์หรือความเกี่ยวข้องอีกหลากหลายรูปแบบเกิดขึ้น เมื่อมีสิ่งมีชีวิตหลายชนิดอาศัยอยู่ร่วมกันในพื้นที่ซึ่งมีอาณาบริเวณอันจำกัด มีปริมาณอาหาร น้ำดื่มและปัจจัยที่จำเป็นอีกมากมาย ซึ่งไม่สามารถรองรับและตอบสนองต่อความต้องการของทุกชีวิต  ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างชนิด (Interspecific interactions) หมายถึง ความเกี่ยวข้องหรือสายสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นจากการอาศัยอยู่ร่วมกันของสิ่งมีชีวิตต่างชนิดในระบบนิเวศ โดยก่อให้เกิดทั้งภาวะของการพึ่งพาอาศัยกันและกัน การแก่งแย่งแข่งขัน หรือแม้แต่การเบียดเบียนสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นเพื่อความอยู่รอด ซึ่งความสัมพันธ์เหล่านี้ สามารถจำแนกออกเป็น 6 ประเภท โดยส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดในลักษณะที่แตกต่างกันออกไป เช่น เป็นประโยชน์ต่อกัน (+) เป็นโทษหรือภัยคุกคาม (-) และการไม่ได้รับผลกระทบและผลประโยชน์ใด ๆ (0) ดังนี้ ภาวะพึ่งพาอาศัยกัน (Mutualism : +/+) หมายถึง ความสัมพันธ์ระยะยาวของสิ่งมีชีวิต 2 ชนิดที่อาศัยอยู่ร่วมกันในระบบนิเวศ โดยที่ทั้ง 2 ฝ่ายต่างได้รับผลประโยชน์จากความสัมพันธ์ในลักษณะนี้ ทำให้สิ่งมีชีวิตทั้ง 2 ชนิดไม่สามารถแยกตัวออกจากกันได้อีกเลยตลอดช่วงชีวิต เช่น  ไลเคน (Lichens) : สิ่งมีชีวิตที่เกิดจากการพึ่งพาอาศัยกันของราและสาหร่าย โดยที่ราทำหน้าที่ให้ความชุ่มชื้นและแร่ธาตุแก่สาหร่าย ขณะที่สาหร่ายทำหน้าที่สร้างอาหารให้ราผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ไรโซเบียม […]

การกำเนิดภูเขาไฟ

ภูมิประเทศอันน่าพรั่นพรึง กลุ่มควันพวยพุ่งออกมาจากพิภพ เป็นภาพที่สร้างความตื่นตาและน่าเกรงขามในเวลาเดียวกัน ภูเขาไฟ เป็นหนึ่งในลักษณะทางภูมิประเทศที่เกี่ยวโยงทั้งเรื่องระบบนิเวศ การเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลก รวมไปถึงความเชื่อของผู้คนที่อาศัยอยู่โดยรอบ ภูเขาไฟ (Volcano) คือ ช่องรอยแตกบนพื้นผิวของดาวเคราะห์หรือแผ่นเปลือกโลก (Crust) ที่ทำให้ลาวา (Lava) ฝุ่นละออง และเถ้าถ่านภูเขาไฟเคลื่อนที่ขึ้นมาตามช่องหินหนืด (Magma Chamber) จากใต้พื้นพิภพ โดยทั่วไปแล้ว ภูเขาไฟมักก่อตัวขึ้นตามแนวรอยต่อหรือเขตมุดตัวของแผ่นเปลือกโลก (Subduction Zone) โดยเฉพาะตามขอบแผ่นเปลือกโลกที่ยังคงมีการเคลื่อนไหวอยู่ อย่างวงแหวนแห่งไฟ (Ring of Fire) ที่ประกอบขึ้นจากภูเขาไฟกว่า 452 ลูก รวมถึงตามบริเวณเขตความร้อนสูง (Volcanic Hotspot) ทั่วโลก ภูเขาไฟสามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ตามกิจกรรมและระดับของการปะทุ ดังนี้ ภูเขาไฟที่สงบ (Dormant Volcano) หมายถึง ภูเขาไฟที่ยังคงหลับใหล เนื่องจากไม่มีประวัติการปะทุในช่วง 10,000 ปีที่ผ่านมา แต่ภูเขาไฟประเภทนี้ยังมีกิจกรรมต่าง ๆ เฉกเช่นภูเขาไฟที่ยังคุกรุ่นอยู่ อย่างเช่นการปลดปล่อยก๊าซต่าง ๆ ดังนั้น ภูเขาไฟเหล่านี้จึงยังสามารถปะทุและก่อให้เกิดการระเบิดขึ้นได้ในอนาคต […]