ความเป็นด่างของมหาสมุทรและปฏิกิริยาอินทรีย์บนพื้นผิวเอนเซลาดัส
ยานคาสสินีของนาซาได้บินผ่านพวยพุไอน้ำที่พ่นออกจากมหาสมุทรภายในดวงจันทร์เอนเซลาดัสของดาวเสาร์ในหลายโอกาส ซึ่งช่วยให้นักวิจัยได้ตรวจสอบความเป็นกรดด่าง(pH) ของน้ำ ซึ่งมีความเป็นด่างที่สูง
จากจุดนี้เอง นักวิจัยก็ทำนายได้ถึงองค์ประกอบแร่ธาตุทั้งหมดที่มีในมหาสมุทร ได้พบว่ามันมีทั้งจุดดีและจุดด้อยสำหรับจุลชีพใดๆ ที่อาจจะมีอยู่ภายในนั้น แม้โอกาสที่จะอาศัยในสภาวะเหล่านั้นจะยากขึ้น แต่ก็ไม่ได้เป็นไปไม่ได้อย่างแน่นอน Christopher Glein นักวิทยาศาสตร์พิภพมหาสมุทรที่สถาบันวิจัยเซาธ์เวสต์ ในซานอันโตนิโอ กล่าว
คาสสินีพบพวยพุไอน้ำบนเอนเซลาดัส(Enceladus) ซึ่งปะทุออกจากรอยแตกขนาดใหญ่บนพื้นผิวน้ำแข็งที่เรียกว่า ลายพาดกลอน(tiger stripes) บนพื้นที่ขั้วใต้ของดวงจันทร์ในปี 2005 แม้ว่าคาสสินีซึ่งจบปฏิบัติการด้วยการพุ่งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศดาวเสาร์เมื่อเดือนกันยายน 2017 ไม่ได้ถูกออกแบบมาให้ตรวจสอบตัวอย่างวัสดุสารจากพวยพุเหล่านั้น แต่เครื่องมือสองชิ้นบนยาน คือ Cosmic Dust Analyzer และ Ion and Neutral Mass Spectrometer อย่างน้อยก็สามารถ “ชิม” ตัวอย่างได้ในระหว่างการบินผ่านเข้าใกล้ดวงจันทร์
สิ่งที่ได้พบได้ให้เงื่อนงำจนถึงองค์ประกอบของมหาสมุทรที่อยู่ลึกข้างใต้เอนเซลาดัสซึ่งป้อนวัสดุสารให้กับพวยพุ ระวางวิทยาศาสตร์บนคาสสินีทำงานได้เกินกว่าที่ถูกออกแบบไว้ Glein กล่าว เราได้พบมหาสมุทรที่เอื้ออาศัยได้บนเอนเซลาดัส การตรวจสอบเหล่านี้เป็นการศึกษาดวงจันทร์มหาสมุทรในระบบสุริยะส่วนนอกที่ดีที่สุดของเราเท่าที่เคยทำมา และจากสิ่งเหล่านั้น นักวิทยาศาสตร์ทำแบบจำลองธรณีเคมีก็สามารถสร้างข้อสรุปบางอย่างได้
ภาพถ่ายความเปรียบต่างจากยานคาสสินีแสดงพวยพุที่พุ่งขึ้นจากรอยแตกใกล้ขั้วใต้ดวงจันทร์เอนเซลาดัส โดยพวยพุอาบแสงอาทิตย์ทำให้มองเห็นได้อย่างชัดเจน
งานวิจัยใหม่โดย Glein และ Ngoc Truong นักโบราณคดีดาวเคราะห์ เพื่อนร่วมงานที่เซาธ์เวสต์ ตรวจสอบพบว่า pH ของมหาสมุทรใต้น้ำแข็งของเอนเซลาดัสนั้นค่อนข้างสูง คือ ระหว่าง 10.1 ถึง 11.6 ค่าพีเอชเป็นการตรวจสอบว่าสิ่งนั้นมีความเป็นกรดหรือเป็นด่างแค่ไหน โดย 1 คือเป็นกรดรุนแรง ส่วน 14 เป็นด่างรุนแรง และ 7 คือเป็นกลาง มหาสมุทรของเอนเซลาดัสจึงค่อนข้างเป็นด่าง ยกตัวอย่างเทียบกับมหาสมุทรบนโลกที่มี p H 8
นักวิจัยได้ข้อสรุปนี้โดยการศึกษาปริมาณและการกระจายของแร่ฟอสเฟตในเม็ดน้ำแข็งในพวยพุ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อัตราส่วนของ โมโนไฮโดรเจนฟอสเฟต(HPO4) เทียบกับฟอสเฟตทั่วไป(PO4) ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้พีเอชน้ำได้โดยตรง ค่าพีเอชที่ทีมเซาธ์เวสต์ได้นั้นสูงกว่าการประเมินก่อนหน้านี้ที่ 8 ถึง 9 อย่างไรก็ตาม การประเมินก่อนหน้านั้นทำก่อนปี 2023 เมื่อการวิเคราะห์ข้อมูลคาสสินีในรายละเอียดในเวลาต่อไปได้เผยให้เห็นฟอสเฟตความเข้มข้นสูงในพวยพุ
ความเป็นด่างเป็นสัญญาณของปฏิสัมพันธ์ระหว่างน้ำ กับหินซิลิเกตที่มีโซเดียม, เหล็ก, มักนีเซียมที่ก้นมหาสมุทร ปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ได้ปล่อยโซเดียมไฮดรอกไซด์(NaOH) ออกมาในมหาสมุทรซึ่งต่อมาจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์และสร้างความเป็นด่างสูง ผลที่ตามมาอย่างหนึ่งของสภาวะเหล่านี้ก็คือ ความเป็นด่างคาร์บอเนตที่สูง ซึ่งจะยิ่งเร่งความสามารถในการละลายของแร่คัลเซียมฟอสเฟตอย่าง อะปาไทต์(apatite) ฟันของคุณก็อาจจะละลายได้ในมหาสมุทรเอนเซลาดัส Glein กล่าว
ความเป็นด่างสูงน่าจะเป็นสิ่งท้าทายสำหรับสิ่งมีชีวิต พีเอชที่สูงดูจะทำลายโพลีเมอร์ทางชีววิทยาได้ Glein กล่าว อย่างไรก็ตาม เราทราบว่ามีจุลชีพบางชนิดบนโลกที่สามารถทนต่อช่วงพีเอชอย่างที่พบในเอนเซลาดัสได้
จากสารประกอบที่ตรวจพบในพวยพุุเอนเซลาดัส บอกใบ้ว่ามีกิจกรรมการระบายความร้อนที่พื้นมหาสมุทร(hydrothermal vent) ซึ่งบนโลกพบระบบนิเวศรอบปล่องที่ก้นทะเล
จุลชีพที่ชอบความเป็นด่างบนโลกเป็นจุลชีพที่อยู่ในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว
(extremophiles) ที่เรียกว่า อัลคาไลไฟล์(alkaliphiles) และก็ยังมีข้อดีอีกด้านสำหรับความเป็นไปได้ของชีวิตในมหาสมุทรบนเอนเซลาดัส เนื่องจากปฏิสัมพันธ์น้ำกับหิน ได้สร้างแร่และไอออนที่จุลชีพสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานได้ สภาวะนี้ยังอาจให้เงื่อนงำสู่ตำแหน่งในมหาสมุทรที่เราอาจจะพบชีวิตลักษณะนี้ด้วย ถ้ามันมีอยู่
โลหะจะละลายได้น้อยลงในสภาพพีเอชสูงขึ้น ดังนั้นเหล็กอาจจะขาดแคลนในมหาสมุทรเอนเซลาดัส Glein กล่าว ผมคิดว่าที่ที่ดีที่สุดที่จะอยู่อาศัยน่าจะเป็นที่พื้นมหาสมุทร ถ้าคุณเป็นจุลชีพ คุณก็อาจจะเก็บเกี่ยวเหล็กและโลหะอื่นๆ จากแร่ได้โดยตรงโดยไม่ต้องพึ่งพาความสามารถในการละลายน้ำของพวกมัน เราอาจจะต้องคิดถึงไบโอฟิล์ม(biofilms) บนเอนเซลาดัส
อ้างอิงจากความเป็นด่าง องค์ประกอบเคมีของพวยพุตามที่ตรวจสอบโดยคาสสินีและการปะทุคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณน้อยที่สุดจากมหาสมุทร ทีมได้รวบรวมรายชื่อแร่ธาตุและโมเลกุลที่เราน่าจะได้พบในมหาสมุทรเอนเซลาดัส สารประกอบที่พบได้มากที่สุดในรายชื่อก็คือ โซเดียม, คลอรีน, โซเดียมคาร์บอเนต, คาร์บอเนตไอออน, อัมโมเนีย และโพทัสเซียมไอออน การค้นพบของ Glein และ Truong เผยแพร่ออนไลน์ในวารสาร Icarus วันที่ 20 มิถุนายน
the Lost City hydrothermal field
องค์ประกอบเหล่านั้นดูสมเหตุสมผลสำหรับการไหลเวียนของน้ำในมหาสมุทรเบื้องลึกที่วิ่งผ่านแกนหินของเอนเซลาดัส Glein กล่าว เรื่องประหลาดใจอย่างหนึ่งก็คือ ปริมาณไฮโดรเจนโมเลกุล(H2) ที่น่าจะสูง อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นของมันนั้นใกล้เคียงกับสภาพแวดล้อมในทะเลลึกบางแห่งบนโลก เช่น ที่ทุ่งปล่องระบายความร้อนในหินที่อุดมด้วยเหล็กที่เรียกว่า นครที่สาบสูญ(the Lost City) ในมหาสมุทรแอตแลนติก
ที่นั่น โมเลกุลไฮโดรเจนเกื้อหนุนชีวิตโดยเป็นแหล่งพลังงานเคมี Glein กล่าว แม้ว่าจะยังไม่สามารถยืนยันรายชื่อองค์ประกอบแร่ในมหาสมุทรได้(เราคงต้องกลับไปที่เอนเซลาดัสเพื่อทดสอบ) มันก็ยังแสดงว่าเราไม่ต้องเดินทางลึกลงไปในน้ำเพื่อเรียนรู้ความลับของมหาสมุทรนี้ ก็เพียงแต่บินผ่านพวยพุก็เพียงพอที่จะได้ข้อบ่งชี้แล้ว คาสสินีเองก็ทำอย่างนั้นโดยไม่ต้องมีอุปกรณ์จำเพาะเพื่อการวิเคราะห์โมเลกุลและสารประกอบในพวยพุเลย เนื่องจากเมื่อมันถูกส่งออกสู่อวกาศในปี 1997 ยังไม่เคยทราบว่ามีพวยพุอยู่
อนึ่ง งานวิจัยล่าสุดบอกว่า โมเลกุลอินทรีย์ที่ตรวจพบในพวยพุที่พุ่งออกจากรอยแตกของเอนเซลาดัสนั้น อาจจะก่อตัวจากพื้นผิวที่อาบรังสี แทนที่จะมีกำเนิดจากเบื้องลึกในมหาสมุทรใต้พื้นผิว การค้นพบนำเสนอในการประชุมร่วม EPSC–DPS2025 ในเฮลซิงกิ ฟินแลนด์ เพื่อประเมินความสามารถในการเอื้ออาศัยได้ของมหาสมุทรในเอนเซลาดัส งานวิจัยเผยแพร่ใน Planetary and Space Science
สัญญาณสารอินทรีย์ที่พบบนเอนเซลาดัส อาจทำให้สร้างปัญหาในการแยกแยะว่า เกิดจากการอาบรังสีบนพื้นผิว หรือมาจากมหาสมุทรข้างใต้เปลือกน้ำแข็ง
ในขณะที่การจำแนกโมเลกุลอินทรีย์เชิงซ้อนในสภาพแวดล้อมของเอนเซลาดัสยังคงเป็นเงื่อนงำสำคัญในการประเมินความสามารถในการเอื้ออาศัยได้ของดวงจันทร์นี้ แต่ผลสรุปได้แสดงว่าปฏิกิริยาเคมีที่ขับเคลื่อนโดยรังสีบนพื้นผิวและในพวยพุเองก็อาจจะสร้างโมเลกุลเหล่านี้ได้
ผลสรุปจากการทดลองที่นำโดย ดร Grace Richards จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์และวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์(INAF) ในโรม อิตาลี และเพื่อนร่วมงานได้แสดงว่า การอาบรังสีที่ถูกดักไว้ในมักนีโตสเฟียร์ที่ทรงพลังของดาวเสาร์อาจเหนี่ยวนำให้เกิดการก่อตัวสารประกอบอินทรีย์บนพื้นผิวน้ำแข็ง
ทีมได้จำลององค์ประกอบของน้ำแข็งบนพื้นผิวและที่ผนังของ “ลายพาดกลอน” ของเอนเซลาดัส น้ำแข็งนี้ประกอบด้วยน้ำ, คาร์บอนไดออกไซด์, มีเธน และอัมโมเนีย และเย็นถึงอุณหภูมิ -200 องศาเซลเซียส จากนั้น ทีมก็ระดมยิงไอออน(อะตอมหรือโมเลกุลที่ถูกดึงอิเลคตรอนออก) กลุ่มน้ำเข้าใส่เพื่อจำลองสภาพการอาบรังสีรอบเอนเซลาดัส
ไอออนทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบในน้ำแข็ง สร้างโมเลกุลหลากหลายชนิด รวมถึงคาร์บอนมอนอกไซด์, ไซยาเนต และอัมโมเนียม(ทั้งสามชนิดพบในพวยพุด้วย) และเมื่อตัวอย่างน้ำแข็งอุ่นขึ้นเล็กน้อยก็ยิ่งสร้างโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งรวมถึง กรดคาร์บามิก, อัมโมเนียมคาร์บาเมต และสารตั้งต้นให้กับกรดอะมิโนอย่าง เมธานอลและเอธานอล เช่นเดีวกับโมเลกุลอย่าง อะเซทิลีน, อะเซทัลดีไฮด์ และฟอร์มาไมด์ ซึ่งล้วนเป็นสารตั้งต้นทางชีววิทยา
แนวคิดปฏิบัติการเอนเซลาดัสขององค์กรอวกาศยุโรป(ESA)
แม้ว่า ก่อนหน้านี้จะเคยพบสารประกอบเหล่านี้บางส่วนบนพื้นผิวเอนเซลาดัสมาแล้ว แต่บางส่วนเองก็จำแนกพบในพวยพุด้วย Richards กล่าว โมเลกุลที่เป็นสารตั้งต้นทางชีววิทยาก่อตัวขึ้นได้ในพื้นที่ เมื่อผ่านกระบวนการอาบรังสี แทนที่จะมีกำเนิดจากมหาสมุทรใต้พื้นผิว แม้ว่านี่จะไม่ได้กำจัดความเป็นไปได้ที่มหาสมุทรของเอนเซลาดัสอาจจะเอื้ออาศัยได้ แต่มันก็หมายความว่า เราต้องระมัดระวังในการตั้งข้อสันนิษฐาน เพียงเพราะว่าองค์ประกอบที่พบในพวยพุ
เป็นไปได้ที่องค์ประกอบในพวยพุ หรือวัสดุสารที่สะสมบนพื้นผิวที่อยู่ใกล้กับพวยพุ อาจจะไม่สะท้อนถึงองค์ประกอบของมหาสมุทรใต้พื้นผิวอย่างเที่ยงตรง ความเข้าใจว่าจะแยกแยะระหว่างสารอินทรีย์ที่พัฒนาขึ้นจากมหาสมุทร กับโมเลกุลที่ก่อตัวโดยพื้นผิวและลายพาดกลอนต้องอาบรังสีจะเป็นเรื่องที่ท้าทายอย่างมาก
ยังต้องการข้อมูลเพิ่มเติมจากปฏิบัติการในอนาคต อย่างเช่น ปฏิบัติการเอนเซลาดัสที่เสนอขึ้นมาในการพิจารณาอันเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิทยาศาสตร์ Voyage 2050 recommendations ให้กับองค์กรอวกาศยุโรป และนาซาเองก็เคยศึกษาแนวคิดยานลูกผสม Orbilander ซึ่งออกแบบเพื่อเก็บตัวอย่างพวยพุเอนเซลาดัสจากวงโคจร ในขณะเดียวกัน จีนก็กำลังศึกษาปฏิบัติการที่มีโครงสร้างหลายส่วน ทั้งยานโคจร, ยานลงจอด และหุ่นยนต์ที่ขุดเจาะ
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
