ครั้งแรก! พบบรรยากาศมีออกซิเจนบนดวงจันทร์ของดาวเสาร์

ยานแคสสินีของนาซาพบชั้น บรรยากาศที่เต็มไปด้วยออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์บน “ดวงจันทร์เรีย” ของดาวเสาร์ มีชั้นบรรยากาศหนากว่าชั้นบรรยากาศดวงจันทร์ของโลกถึง 100 เท่า แต่ก็บางกว่าดวงจันทร์ของดาวพฤหัส 100 เท่า จึงตรวจไม่พบจากระยะไกลๆ

           

ทั้งนี้ ยานอวกาศแคสสินี (Cassini) ขององค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐฯ (นาซา) ได้พบชั้นบรรยากาศของ “ดวงจันทร์เรีย” (Rhea) ดวงจันทร์ที่หนาวเย็นเป็นน้ำแข็ง และเป็นดวงจันทร์ขนาดใหญ่อันดับ 2 ของดาวเสาร์ ระหว่างบินผ่านดาวบริวารของวงแหวนดวงนี้เมื่อเดือน มี.ค.ที่ผ่านมา

           

เราพบชั้นบรรยากาศที่มีออกซิเจนอยู่ในดวงจันทร์อื่นภายในระบบสุริยะ เช่น ยูโรปา (Europa) และ แกนีมีด (Ganymede) ซึ่งเป็นดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีและยังเต็มไปด้วยก๊าซออกซิเจน เป็นต้น หากแต่การค้นพบชั้นบรรยากาศบนดวงจันทร์เรีย ชี้ให้เห็นว่า ยังมีวัตถุอวกาศขนาดใหญ่อื่นๆ ที่ปกคลุมไปด้วยน้ำแข็งภายในระบบสุริยะนี้ ซึ่งอาจมีชั้นบรรยากาศบางๆ ที่เต็มไปด้วยก๊าซออกซิเจนปกคลุมอยู่ และอาจจะมีองค์ประกอบเคมีที่ซับซ้อน

ดวงจันทร์เรีย

“เรา เห็นเหตุการณ์เดียวกันนี้ในดาวพฤหัส และตอนนี้เราได้ยืนยันสิ่งเดียวกันบนดวงจันทร์ของดาวเสาร์ ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับการกระจายตัวของบรรยากาศที่พบนี้เป็นสิ่งที่น่า ตื่นเต้นมาก” เบน ทีโอลิส (Ben Teolis) นักวิจัยผู้นำการศึกษาวิจัยครั้งนี้ จากสถาบันวิจัยเซาท์เวสต์ (Southwest Research Institute) ในซานอันโตนิโอ สหรัฐฯ บอกกับทางสเปซด็อทคอม

            

เมื่อราวทศวรรษ 1990 กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) ของนาซาได้ตรวจพบชั้นออกซิเจนรอบๆ ดวงจันทร์ยูโรปา และ แกนีมีด ซึ่งออกซิเจนในบริวารทั้งสองดวงของดาวแห่งเทพจูปิเตอร์นี้มาจากพื้นผิวน้ำ แข็งที่แตกตัวเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนภายใต้การกระหน่ำอย่างรุนแรงจากอนุภาค มีประจุที่ส่งมาจากดาวพฤหัส

       

ทีมนักวิจัยเชื่อว่ามีบางอย่างคล้ายๆ กันนี้ที่อาจเกิดขึ้นในระบบสุริยะซึ่งอัดแน่นไปด้วยดวงจันทร์และเย็นจนเป็น น้ำแข็ง โดยทีโอลิสกล่าวว่า ดวงจันทร์เรียตกเป็นหนึ่งในตัวเลือกของนักวิจัยเพราะเต็มไปด้วยน้ำแข็ง และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,529 กิโลเมตร ซึ่งเพียงพอที่แรงโน้มถ่วงจะดึงชั้นบรรยากาศไว้ได้

         

ก่อนหน้านี้ยานแคสสินีได้บินผ่านดวงจันทร์เรียเพื่อสำรวจหาชั้น บรรยากาศที่มีออกซิเจนรอบๆ ดวงจันทร์ โดยทำการบิน 2 ครั้งคือ ในปี 2005 และ ปี 2007 ซึ่งยานอวกาศพบเค้าลางบางอย่างแต่ยังไม่ได้หลักฐานเป็นชิ้นเป็นอัน โดยครั้งนั้นแคสสินีเฉียดเข้าไปใกล้ดวงจันทร์เรีย 502 กิโลเมตร และ5,736 กิโลเมตร ตามลำดับ

             

กระทั่งเมื่อเดือน มี.ค.ที่ผ่านมานี้ ยานแคสสินีเข้าใกล้ดวงจันทร์ดวงนี้ได้มากกว่าเดิม โดยผ่านขั้วเหนือของดวงจันทร์และอยู่ห่างจากพื้นผิวเพียง 97 กิโลเมตร ซึ่งใกล้มากในการบินผ่านชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ นอกจากนี้เครื่องตรวจสเปกตรัมของมวลบนยานแคสสินียังยืนว่าในชั้นบรรยากาศ ของดวงจันทร์มีออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์อยู่

           

ทีโอลิสให้ข้อมูลว่า ดวงจันทร์เรียมีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบ 70% และคาร์บอนไดออกไซด์ 30% โดยจุดที่ศึกษาพบว่าชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ดวงนี้บางกว่าดวงจันทร์ยูโรปา และดวงจันทร์แกนีมีดประมาณ 100 เท่า จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมยานแคสสินีจึงไม่พบชั้นบรรยากศจากตำแหน่งที่อยู่ไกลๆ

           

“ชั้นบรรยากาศบางเกินกว่าที่จะพบจากที่ไกลๆ” ทีโอลิสกล่าว

         

เมื่อเปรียบเทียบกับโลกออกซิเจนในชั้นบรรยากาศของเราเข้มข้นกว่าที่ พบบนดวงจันทร์เรียอย่างน้อย 5 ล้านล้านเท่า แต่ถึงอย่างนั้นดวงจันทร์ของดาวเสาร์ก็ยังมีชั้นบรรยากาศที่หนากว่าดวง จันทร์ของโลกหรือดาวพุธ

   

อย่างไรก็ดี ดวงจันทร์เรียไม่ใช่ดวงจันทร์ของดาวเสาร์เพียงดวงเดียวที่มีชั้นบรรยากาศ ไททัน (Titan) ดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ก็มีชั้นบรรยากาศที่หนากว่ามาก หากแต่การศึกษาล่าสุดนี้เป็นการพบชั้นบรรยากาศที่เต็มไปด้วยออกซิเจนซึ่ง เกิดจากน้ำแข็งเป็นครั้งแรกนอกระบบดาวพฤหัสบดี การค้นพบครั้งนี้ทีโอลิสและคณะได้เผยแพร่งานวิจัยลงวารสารออนไลน์ของไซน์ (Science)    

นักวิจัยระบุว่าพวกเขาค่อนข้างมั่นใจว่ารู้ที่มาของออกซิเจนบนดวง จันทร์เรีย ซึ่งอนุภาคมีประจุจากสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ได้แตกโมเลกุลของน้ำแข็งออกมา เป็นออกซิเจน หากแต่แหล่งกำเนิดของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นั้นยังคงเป็นเรื่องลึกลับสำหรับ นักวิจัยอยู่

           

เป็นไปได้ว่าดวงจันทร์เรียอาจจะเหมือนเทหวัตถุอื่นในระบบสุริยะ ซึ่งมีโมเลกุลอินทรีย์ที่อุดมไปด้วยคาร์บอนอยู่ใกล้ๆ พื้นผิวของดวงจันทร์เอง และสารอินทรีย์เหล่านั้นอาจแตกตัวได้จากอนุภาคมีประจุของดาวเสาร์ เช่นเดียวกับน้ำแข็งของดวงจันทร์เรียที่ทำให้เกิดออกซิเจน และคาร์บอนอิสระกับออกซิเจนอิสระอาจรวมตัวกันแล้วก่อตัวเป็นคาร์บอน ไดออกไซด์ อุกกาบาตขนาดเล็กอาจทำให้เกิดคาร์บอนขึ้นได้จากปฏิกริยาที่สันนิษฐานเช่น เดียวกันนี้

         

นอกจากนี้ยังมีข้อสันนิษฐานอีกว่า คาร์บอนไดออกไซด์อาจหนีออกมาจากภายในดวงจันทร์เรีย หรืออาจหลงเหลือจากการก่อตัวขึ้นเป็นดวงจันทร์เมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน หรืออาจเป็นผลจากปฏิกริยาที่เกิดขึ้นอันยาวนานภายในดวงจันทร์เรีย ซึ่งตอนนี้กลายเป็นภูมิประเทศที่แร้นแค้น

           

“เราไม่รู้เลยว่ากลไกไหนที่ผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ขึ้นมา ซึ่งเป็นเรื่องที่เราต้องการค้นหาต่อไปในอนาคต” ทีโอลิสกล่าว ซึ่งนักวิจัยอาจมีโอกาสทำอย่างที่คาดไว้เร็วๆ นี้ เพราะยานแคสสินีมีกำหนดบินผ่านดวงจันทร์เรียอีกครั้งในเดือน ม.ค.ที่จะถึงนี้ ด้วยระยะทางใกล้ประมาณ 75 กิโลเมตร จากขั้วใต้ของดวงจันทร์

          

งานวิจัยล่าสุดนี้ชี้ให้เห็นว่าชั้นบรรยากาศที่มีออกซิเจนนั้นสร้าง ขึ้นจากการแตกตัวของพื้นผิวน้ำแข็ง และอาจเป็นปรากฎการณ์ทั่วไปที่เกิดขึ้นกับวัตถุที่ปกคลุมไปด้วยน้ำแข็งใน ระบบสุริยะของเราและออกไปนอกระบบสุริยะ ซึ่งทีโอลิสกล่าวว่าคล้ายเป็นรูปแบบของการเกิดออกซิเจนเลยทีเดียว

          

จุดนี้เป็นนัยบ่งบอกว่าดวงจันทร์น้ำแข็งอาจมีแหล่งขององค์ประกอบเคมี ที่ซับซ้อนอยู่ใกล้บริเวณพื้นผิวดวงจันทร์มากกว่าที่เราคิด ทั้งนี้เพราะออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่ไวต่อการทำปฏิกริยา องค์ประกอบเคมีเหล่านี้ยิ่งมีความน่าสนใจมากขึ้นหากออกซิเจนลงสู่ใต้ดินและ ผสมเข้ากับน้ำทะเลที่อยู่ในรูปของเหลว หากแต่ดวงจันทร์เรียไม่มีแหล่งน้ำใต้ดิน ต่างจากดวงจันทร์น้ำแข็งอื่นๆ เช่น ดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสบดี และดวงจันทร์เอ็นเซลาดัส (Enceladus) ดวงจันทร์ขนาดใหญ่เป็นอันดับ 6 ของดาวเสาร์

          

“หากกลไกนี้เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเป็นปกติอย่างที่ควรจะเป็น ก็จะทำให้เกิดคำถามที่น่าสนใจตามมาอีก 2-3 คำถาม” ทีโอลิสกล่าว