ทะเลอุ่นใต้พื้นผิวน้ำแข็งดาวเคราะห์แคระ
ทีมที่มีสถาบันวิจัยเซาธ์เวสต์เป็นผู้นำร่วมได้พบหลักฐานกิจกรรมการระบายความร้อนใต้ทะล(hydrothermal) หรือกิจกรรมการแปรสภาพ(metamorphic) ภายในดาวเคราะห์แคระ(dwarf planet) สองดวงในระบบสุริยะคือ เอริส(Eris) และมาเคะมาเคะ(Makemake) ซึ่งอยู่ในแถบไคเปอร์(Kuiper Belt)
เมื่อมีการตรวจพบมีเธนแข็งพบพื้นผิวของพวกมันซึ่งเป็นสัญญาณของกิจกรรมธรณีเคมีแบบอุ่นหรือกระทั่งร้อน ในแกนกลางหินของพวกมัน ซึ่งมีความแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดจากสัญญาณของมีเธนที่มาจากดาวหาง เราได้เห็นสัญญาณความอบอุ่นที่น่าสนใจในสถานที่ที่เย็น Dr. Christopher Glein จากสถาบันวิจัยเซาธ์เวสต์ ผู้เชี่ยวชาญธรณีเคมีดาวเคราะห์ และผู้เขียนนำรายงานการค้นพบใหม่นี้
ผมเข้ามาร่วมกับโครงการนี้โดยคิดว่า วัตถุในแถบไคเปอร์(Kuiper Belt Objects, KBOs) ขนาดใหญ่น่าจะมีพื้นผิวที่เก่าแก่ที่เต็มไปด้วยวัสดุสารที่เป็นมรดกตกทอดจากกลุ่มก๊าซฝุ่นที่สร้างดวงอาทิตย์(solar nebula) ขึ้นมา เมื่อพื้นผิวที่เย็นของพวกมันสามารถรักษาสารระเหยง่ายอย่างมีเธนไว้ได้ แต่กล้องเวบบ์กลับทำให้เราประหลาดใจ เราได้พบหลักฐานที่ชี้ไปถึงกระบวนการความร้อนที่สร้างมีเธนจากภายในเอริสและมาเคะมาเคะ
เอริสซึ่งถูกพบในเดือนมกราคม 2005 สร้างปัญหาให้กับสถานะของพลูโตจนถึงจุดวิกฤติ ด้วยขนาดที่เล็กกว่าพลูโตเพียง 44 กิโลเมตรแต่กลับมีมวลสูงกว่า 25% ต้องขอบคุณสัดส่วนหินในแกนกลางที่สูงกว่า เอริสจึงกลายเป็นต้นแบบของดาวเคราะห์แคระ ซึ่งทำให้พลูโตต้องหล่นมาอยู่ในกลุ่มนี้ตามไปด้วย ส่วนมาเคะมาเคะนั้นถูกพบในอีกสองเดือนถัดมา และมีความกว้าง 1430 กิโลเมตร เล็กกว่าเอริสและพลูโตราวหนึ่งพันกิโลเมตร
วงโคจรของเอริส และมาเคะมาเคะ ที่ชายขอบที่เย็นเยือกของระบบสุริยะ
แถบไคเปอร์เป็นพื้นที่รูปวงแหวนขนาดใหญ่ที่เป็นที่อยู่ของวัตถุน้ำแข็ง อยู่เลยวงโคจรเนปจูนออกไป เอริสและมาเคะมาเคะ(อยู่ไกลออกไปราว 14.4 และ 7.7 พันล้านกิโลเมตร ตามลำดับ) มีขนาดพอๆ กับพลูโตและดวงจันทร์คารอน(Charon) วัตถุเหล่านี้น่าจะก่อตัวขึ้นตั้งแต่ช่วงต้นๆ ในความเป็นมาของระบบสุริยะเมื่อ 4.5 พันล้านปีก่อน ไกลจากความร้อนของดวงอาทิตย์ เชื่อกันว่า KBOs เป็นวัตถุที่เย็นและตายแล้ว
แต่งานใหม่จากการสำรวจของเวบบ์ได้พบโมเลกุลไอโซโทปบนพื้นผิวเอริสและมาเคะมาเคะ สิ่งที่เรียกว่า ไอโซโทโปล๊อก- isotopologues นี้เป็นโมเลกุลที่มีอะตอมที่มีจำนวนนิวตรอนที่แตกต่างกัน ซึ่งได้ใช้ข้อมูลที่มีประโยชน์เพื่อเข้าใจวิวัฒนาการดาวเคราะห์ ทีมเวบบ์ตรวจสอบองค์ประกอบบนพื้นผิวดาวเคราะห์แคระ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อัตราส่วนของดิวทีเรียม(deuterium-D; ไฮโดรเจนรูปแบบหนัก) ต่อไฮโดรเจนปกติ(H) ในมีเธน
เชื่อกันว่า ดิวทีเรียมก่อตัวขึ้นในบิ๊กแบง และไฮโดรเจนก็เป็นนิวเคลียสที่พบได้มากที่สุดในเอกภพ อัตราส่วน D/H บนวัตถุจะให้ข้อมูลเกี่ยวกับกำเนิด, ประวัติทางธรณีวิทยา และเส้นทางการก่อตัวของสารประกอบที่มีไฮโดรเจนอยู่ อัตราส่วน D/H ระดับปานกลางที่เราพบด้วยเวบบ์ไม่ตรงกับการมีอยู่ของมีเธนดั้งเดิมบนพื้นผิวที่เก่าแก่ มีเธนดั้งเดิมอย่างที่พบในดาวหางจะมี D/H สูงกว่านี้มาก Glein กล่าว
อัตราส่วน D/H นี้กลับชี้ไปถึงกำเนิดทางธรณีเคมีของมีเธนที่เกิดขึ้นจากเบื้องลึกภายในวัตถุ อัตราส่วน D/H จึงเหมือนเป็นหน้าต่าง เราสามารถใช้มันเพื่อเจาะทะลุลงไปใต้พื้นผิว ข้อมูลของเราบอกว่าอุณหภูมิที่อบอุ่นกว่าของแกนกลางหินบนพิภพเหล่านี้ ได้สร้างมีเธนขึ้นมา โดยอาจจะสร้างไนโตรเจนโมเลกุล(N2) ขึ้นเช่นเดียวกัน และเราก็พบมันบนเอริส แกนกลางที่ร้อนน่าจะชี้ไปถึงแหล่งน้ำของเหลวที่อาจมีอยู่ใต้พื้นผิวน้ำแข็งของวัตถุเหล่านี้
กิจกรรมความร้อนที่อาจเกิดขึ้นบนดาวเคราะห์แคระเอริส และมาเคะมาเคะ
กิจกรรมการระบายความร้อนที่ก้นมหาสมุทรหรือการแปรสภาพก็ตาม เกี่ยวข้องกับความร้อนและความดันที่กระทำต่อหิน จะต้องสร้างมีเธนขึ้นอยู่ลึกในเอริสและมาเคะมาเคะ จากนั้นมีเธนก็หาทางออกมาที่พื้นผิว สำหรับมีเธนที่จะก่อตัวด้วยวิธีนี้ได้ อุณหภูมิต้องเกิน 150 องศาเซลเซียส อุณหภูมิขนาดนี้น่าจะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อมีไอโซโทปกัมมันตรังสีปรากฏอยู่ภายในแกนกลางหินของดาวเคราะห์แคระแต่ละดวง ซึ่งสร้างความร้อนออกมาเมื่อไอโซโทปสลายตัว
ในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้ว่าพิภพน้ำแข็งมีการพัฒนาสภาพภายในไปมากกว่าที่เคยเชื่อกัน หลักฐานของมหาสมุทรใต้พื้นผิวพบได้ในดวงจันทร์น้ำแข็งหลายดวง เช่นที่ ดวงจันทร์เอนเซลาดัส(Enceladus) ของดาวเสาร์ และดวงจันทร์ยูโรปา(Europa) ของดาวพฤหัสฯ น้ำของเหลวเป็นองค์ประกอบหลักชนิดหนึ่งที่อาจระบุถึงความสามารถที่อาจเอื้ออาศัยต่อชีวิตของพิภพนั้นๆ
ความเป็นไปได้ที่จะมีมหาสมุทรน้ำภายในเอริสและมาเคะมาเคะ เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์จะต้องศึกษาต่อไปในอีกหลายปีข้างหน้า ถ้ามีสักดวงที่เอื้ออาศัยได้ จากนั้นก็น่าจะกลายเป็นพิภพที่ห่างไกลที่สุดในระบบสุริยะที่อาจจะค้ำจุนสิ่งมีชีวิตได้ การค้นพบตัวบ่งชี้ทางเคมีแสดงกระบวนการที่ผลักดันอยู่ภายในจะนำนักวิจัยก้าวไปอีกขั้น
Dr. Will Grundy นักดาราศาสตร์ที่หอสังเกตการณ์โลเวลล์ หนึ่งในผู้เขียนร่วมของ Glein และผู้เขียนนำรายงานข้างเคียง กล่าวว่า ถ้าเอริสและมาเคะมาเคะเคยมีหรือกำลังมีกิจกรรมระบายความร้อนที่ก้นมหาสมุทรแบบอุ่น หรือกระทั่งแบบร้อนในแกนกลางหิน กระบวนการปุดเป็นฟองก๊าซ(outgassing) หรืออาจเป็นกิจกรรมภูเขาไฟน้ำแข็ง(cryovolcanic) ก็อาจจะนำมีเธนขึ้นสู่พื้นผิวดาวเคราะห์เหล่านั้น บางทีอาจจะเกิดขึ้นไม่นานมานี้
เรายังได้พบอัตราส่วนไอโซโทปคาร์บอน(13C/12C) ที่บอกถึงกระบวนการสร้างพื้นผิวใหม่(resurfacing) ที่เกิดขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้
ปฏิบัติการดรากอนฟลาย(Dragonfly) ซึ่งเป็นโดรนที่จะลงจอดบนพื้นผิวไททัน เพื่อสำรวจดวงจันทร์ชั้นบรรยากาศหนาทึบแห่งนี้
งานนี้เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการขับเคลื่อนทางวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ ซึ่งตระหนักมากขึ้นว่าพิภพน้ำแข็งที่เย็นเยือกอาจมีแกนกลางที่อุ่น แบบจำลองที่พัฒนาสำหรับการศึกษานี้ยังชี้เพิ่มเติมไปถึงการก่อตัวของก๊าซทางธรณีความร้อนบนดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์ ซึ่งก็มีมีเธนจำนวนมาก ยิ่งกว่านี้ อ้างอิงจากกิจกรรมที่ไม่คาดคิดในเอริสและมาเคะมาเคะ ก็เน้นถึงความสำคัญของกระบวนการภายในที่กำลังตกแต่งสิ่งที่เราพบเห็นบน KBOs ขนาดใหญ่และสอดคล้องกับการค้นพบจากพลูโต
นัยสำคัญของการค้นพบนี้ ยังสามารถปรับใช้กับไททันได้ งานวิจัยที่เพิ่งเผยแพร่ออกมาก่อนหน้านี้บ่งชี้ว่ามีเธนและโมเลกุลคาร์บอนอื่นๆ ที่จำเป็นต่อชีวิตอาจจะไม่สามารถลงมาถึงมหาสมุทรใต้พื้นผิวของไททันได้ หลังจากที่ค้างเติ่งอยู่บนพื้นผิวอยู่นานซึ่งพบไฮโดรคาร์บอนจำนวนมาก ซึ่งสร้างคำถามถึงความสามารถในการเอื้ออาศัยได้ของมหาสมุทรใต้พื้นผิวไททัน
อย่างไรก็ตาม ถ้ามีเธนและก๊าซอื่นๆ ถูกสร้างได้จากกิจกรรมการระบายความร้อนของแกนหินไททันอย่างที่เกิดกับเอริส และมาเคะมาเคะ มหาสมุทรของไททันก็น่าจะได้แหล่งสารประกอบคาร์บอนจากภายในแทนที่จะมาจากพื้นผิว
หลังจากปฏิบัติการนิวฮอไรซันส์(New Horizons) บินผ่านระบบพลูโตและสร้างการค้นพบขึ้น แถบไคเปอร์ก็ดูมีชีวิตชีวามากขึ้นกว่าที่เราจินตนาการในแง่ที่เป็นที่อยู่ของพิภพที่มีพลวัต Glein กล่าว ยังคงไม่เร็วเกินไปที่จะเริ่มคิดถึงการส่งยานอีกสักลำไปบินผ่านวัตถุเหล่านี้อีกสักดวงเพื่อใช้ข้อมูลจากเวบบ์ในบริบททางธรณีวิทยา ผมเชื่อว่าเราจะต้องอึ้งกับสิ่งมหัศจรรรย์ที่รอคอยอยู่ รายงานเผยแพร่ใน Icarus ฉบับเดือนเมษายน 2024
แหล่งข่าว phys.org : scientists find evidence of geothermal activity within icy dwarf planets
space.com : scientists say 2 solar system dwarf planets may harbor underground oceans
sciencealert.com : dwarf planets at our solar system’s frozen edge could be hiding warm oceans
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
