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
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”
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
