สมดุลความร้อนในมหาสมุทรเอนเซลาดัส
การศึกษางานใหม่ที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยออกฟอร์ด, สถาบันวิจัยเซาธ์เวสต์ และสถาบันวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ ในทูซอน อริโซนา ได้ให้หลักฐานชิ้นแรกแสดงการถ่ายเทความร้อนที่ขั้วเหนือของดวงจันทร์เอนเซลาดัส พลิกข้อสันนิษฐานก่อนหน้านี้ที่บอกว่าการสูญเสียความร้อนจำกัดอยู่เฉพาะที่ขั้วใต้ที่มีกิจกรรมทางธรณีวิทยาเท่านั้น
การค้นพบนี้ช่วยยืนยันว่าดวงจันทร์น้ำแข็งดวงนี้กำลังเปล่งความร้อนมากกว่าที่คาดจะเป็นถ้ามันเป็นเพียงวัตถุที่รอรับชะตากรรม แต่ย้ำให้เห็นว่ามันอาจจะเกื้อหนุนสิ่งมีชีวิตได้ งานวิจัยเผยแพร่ในวารสาร Science Advances
เอนเซลาดัส(Enceladus) เป็นพิภพที่เปี่ยมด้วยกิจกรรม โดยมีชั้นของมหาสมุทรน้ำเกลืออยู่ใต้พื้นผิว ซึ่งเชื่อกันว่าเป็นแหล่งของความร้อน การมีอยู่ของน้ำในสภาพของเหลว, ความร้อน และสารเคมีที่เหมาะสม(เช่น ฟอสฟอรัส และไฮโดรคาร์บอนเชิงซ้อน) หมายความว่า เชื่อกันว่ามหาสมุทรใต้พื้นผิวของมันเป็นหนึ่งในสถานที่ที่ดีที่สุดในระบบสุริยะของเราที่จะมีสิ่งมีชีวิตพัฒนานอกเหนือจากโลก
สภาพของกิจกรรมการระบายความร้อนที่ก้นมหาสมุทร(hydrothermal activity) บนเอนเซลาดัสที่น่าจะเป็น อ้างอิงจากข้อมูลจากปฏิบัติการคาสสินี-ไฮเกนส์ของนาซาและอีซา
และมหาสมุทรนี้จะสามารถเกื้อหนุนชีวิตได้ก็ต่อเมื่อมันอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เสถียร โดยการสูญเสียและสร้างพลังงานจะต้องอยู่ในสมดุล สมดุลนี้รักษาไว้โดยความร้อนจากความแตกต่างของแรงโน้มถ่วง(tidal heating) แรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์ยืดและบีบดวงจันทร์เมื่อมันโคจรไป ผลิตความร้อนขึ้นภายใน ถ้าเอนเซลาดัสสร้างพลังงานได้ไม่พอ กิจกรรมที่พื้นผิวก็จะค่อยๆ ช้าลงหรือหยุดไป และมหาสมุทรนี้ก็น่าจะเยือกแข็งในที่สุด ในทางตรงกันข้าม ถ้ามีพลังงานมากเกินไปก็น่าจะทำให้กิจกรรมในมหาสมุทรมีมากขึ้น ส่งผลต่อสภาพแวดล้อม
เอนเซลาดัสเป็นเป้าหมายหลักในการสำรวจหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก และการเข้าใจการผลิตพลังงานในระยะยาวของดวงจันทร์ ก็เป็นกุญแจสำคัญในการตรวจสอบว่ามันจะค้ำจุนชีวิตได้หรือไม่ ดร Georgina Miles จากสถาบันวิจัยเซาธ์เวสต์ และนักวิทยาศาสตร์เยี่ยมเยือนที่แผนกฟิสิกส์ ออกฟอร์ด ผู้เขียนนำในรายงานนี้ กล่าว
จนกระทั่งบัดนี้ การตรวจสอบการสูญเสียความร้อนจากเอนเซลาดัสโดยตรงทำได้แค่ที่ขั้วใต้เท่านั้น ซึ่งพบพวยพุไอน้ำและน้ำแข็งปะทุจากรอยเลื่อนลึกบนพื้นผิว ในทางตรงกันข้าม คิดกันว่าที่ขั้วเหนือน่าจะเฉื่อยในแง่กิจกรรมธรณีวิทยา
ด้วยการใช้ข้อมูลจากยานคาสิสินีของนาซา นักวิจัยได้เปรียบเทียบการสำรวจพื้นที่รอบขั้วเหนือในช่วงกลางฤดูหนาว(2005) กับฤดูร้อน(2015) เพื่อจะตรวจสอบว่าเอนเซลาดัสได้สูญเสียพลังงานจากมหาสมุทรใต้พื้นผิวที่ “อบอุ่น”(อุณหภูมิราว 0 องศาเซลเซียส) ไปมากแค่ไหน เมื่อความร้อนเดินทางไปทั่วเปลือกน้ำแข้งสู่พื้นผิวที่เย็นจัด(-223 องศาเซลเซียส) และจากนั้นก็กระจายออกสู่อวกาศ
ด้วยการทำแบบจำลองอุณหภูมิพื้นผิวคาดการณ์ ในระหว่างช่วงกลางคืนที่ขั้ว(polar night) และเปรียบเทียบพวกมันกับการสำรวจอินฟราเรดจาก CIRS(Composite InfraRed Spectrometer) บนคาสสินี ทีมได้พบว่าพื้นผิวที่ขั้วเหนือมีอุณหภูมิอุ่นกว่าที่คาดไว้ราว 7 เคลวิน ความแตกต่างนี้น่าจะอธิบายได้เพียงแค่ความร้อนที่หลุดรั่วออกจากมหาสมุทรข้างใต้เท่านั้น
การศึกษาการไหลเวียนความร้อนจากการพาทั่วเอนเซลาดัสโดยศึกษาความแปรผันของอุณหภูมิตามฤดูกาลที่ขั้วเหนือ(สีเหลือง) เมื่อรวมกับการตรวจสอบพื้นที่ขั้วใต้ที่มีกิจกรรมสูง(สีแดง) ให้ค่าการสูญเสียพลังงานไม่ถึง 54 กิกะวัตต์ สอดคล้องกับพลังงานที่ได้จากแรงบีบฉีก 50-55 กิกะวัตต์ นี่บอกว่ากิจกรรมปัจจุบันของดวงจันทร์เกิดได้ในระยะยาวเป็นการเกื้อหนุนวิวัฒนาการของชีวิตซึ่งน่าจะมีอยู่ในมหาสมุทรใต้เปลือกน้ำแข็ง
การไหลเวียนความร้อนที่พบ 46 ±4 มิลลิวัตต์ต่อตารางเมตร อาจจะฟังดูน้อย แต่นี่ก็เป็นสองในสามของการสูญเสียความร้อน(ต่อตารางพื้นที่) จากเปลือกทวีปของโลก โดยรวมในพื้นที่ขั้วเหนือเสียความร้อนราว 1.7 กิกะวัตต์ ในขณะที่ เอนเซลาดัสส่วนอื่นยกเว้นที่ขั้วใต้ การสูญเสียความร้อนจากการนำนี้อยู่ที่ราว 35 กิกะวัตต์ หรือพอๆ กับพลังงานที่ผลิตได้จากโซลาร์เซลล์(ที่ให้กำลังไฟ 530 วัตต์) 66 ล้านแผ่น หรือกังหันลม(ที่ให้กำลังไฟ 3.4 เมกะวัตต์) 10500 ตัว
เมื่อรวมกับการประเมินความร้อนที่หนีออกจากขั้วใต้เอนเซลาดัสที่มีกิจกรรมสูงด้วย(19 กิกะวัตต์) การสูญเสียความร้อนรวมของดวงจันทร์เพิ่มขึ้นเป็น 54 กิกะวัตต์ เป็นตัวเลขที่สอดคล้องกับความร้อนที่ทำนายไว้จากแรงบีบฉีก(ระหว่าง 50-55 กิกะวัตต์) สมดุลระหว่างการผลิตความร้อนกับการสูญเสียความร้อนได้บอกอย่างชัดแจ้งว่ามหาสมุทรของเอนเซลาดัสยังคงเป็นของเหลวอยู่แม้ผ่านธรณีกาลมาหลายยุค ได้ให้สภาพแวดล้อมที่เสถียรที่อาจจะมีสิ่งมีชีวิตอุบัติขึ้นได้
อย่างไรก็ตาม สมดุลพลังงานบนพื้นผิวส่วนอื่นของเอนเซลาดัสเป็นการประมาณค่าโดยใช้อัตราเดียวกับพื้นที่ขั้วเหนือ ซึ่งยังไม่ได้รับการยืนยัน การค้นพบได้บอกว่าเปลือกน้ำแข็งมีความลึก 20 ถึง 23 กิโลเมตรที่ขั้วเหนือ โดยทั่วพิภพเอนเซลาดัสมีความลึกเฉลี่ย 25 ถึง 28 กิโลเมตร ลึกกว่าที่เคยประเมินไว้เล็กน้อย โดยใช้การสำรวจจากระยะไกล(remote sensing) และเทคนิคการทำแบบจำลอง
การเข้าใจว่าเอนเซลาดัสกำลังสูญเสียความร้อนในระดับพิภพไปมากแค่ไหน เป็นเรื่องสำคัญอย่างยิ่งเพื่อทราบว่ามันจะค้ำจุนชีวิตได้หรือไม่ ดร Carly Howett จากแผนกฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยออกฟอร์ด และสถาบันวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ทูซอน อริโซนา ผู้เขียนในรายงานนี้ กล่าว นี่เป็นเรื่องที่สร้างความตื่นเต้นอย่างแท้จริงเมื่อผลสรุปใหม่ได้สนับสนุนความยั้งยืนในระยะยาวของเอนเซลาดัส ซึ่งเป็นส่วนที่สำคัญอย่างมากเพื่อให้สิ่งมีชีวิตได้พัฒนาตัว
ภาพพุน้ำแข็งรอบพื้นที่ขั้วใต้ของเอนเซลาดัส ที่คาสสินีจับภาพเงาได้
อย่างไรก็ตาม พลวัตที่เปลี่ยนแปลงไปในหมู่ดวงจันทร์ดาวเสาร์ และความรี(eccentricity) ของวงโคจรเอนเซลาดัสที่แปรผันตลอด ก็หมายความว่าปริมาณความร้อนที่สร้างขึ้นก็เปลี่ยนแปลงไปในช่วงหลายสิบล้านปีด้วย นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์บางส่วนยังเสนอว่า ในช่วงเวลาที่มีการผลิตความร้อนที่ต่ำ เอนเซลาดัสอาจจะเป็นของแข็งเย็นเยือก ชีวิตแม้จะอยูรอดก็ถูกกักไว้ในน้ำแข็งมาหลายยุค เพิ่งจะฟื้นคืนเมื่อมหาสมุทรของเหลวกลับมา ซึ่งอาจเป็นช่วงเวลาสั้นๆ ที่ชีวิตจะปรากฏและงอกงามได้
นักวิจัยยังบอกว่า ก้าวต่อไปจะเป็นการตรวจสอบว่ามหาสมุทรของเอนเซลาดัสคงอยู่นานพอที่สิ่งมีชีวิตจะพัฒนาได้หรือไม่ สำหรับในตอนนี้ อายุของมหาสมุทรยังเป็นเรื่องไม่แน่ชัด การศึกษายังได้แสดงว่าสามารถใช้ข้อมูลความร้อนเพื่อประเมินความร้อนของเปลือกน้ำแข็งได้ด้วย ซึ่งจะเป็นยุทธศาสตร์สำคัญสำหรับปฏิบัติการในอนาคตที่วางแผนที่จะสำรวจมหาสมุทรของเอนเซลาดัส ยกตัวอย่างเช่น การใช้แลนเดอร์ลงจอด หรือใช้หุ่นยนต์ดำน้ำ
การสืบสวนหาความแปรผันของอุณหภูมิพื้นผิวเล็กน้อยที่เกิดขึ้นจากการไหลเวียนพาความร้อน จากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิรายวันและฤดูกาลเป็นสิ่งที่ท้าทาย และก็ทำได้เมื่อมีปฏิบัติการภาคต่อของคาสสินี Miles กล่าวเสริม การศึกษาของเราเน้นให้เห็นความต้องการปฏิบัติการระยะยาวสู่พิภพมหาสมุทรที่อาจจะมีชีวิต และความจริงที่ว่าข้อมูลอาจจะยังไม่เผยความลับออกมาจนกว่าจะอีกเป็นสิบๆ ปีหลังจากที่เก็บข้อมูลได้
แหล่งข่าว phys.org : Saturn’s icy moon may host a stable ocean fit for life
iflscience.com : Enceladus’s north pole is leaking heat, indicating its ocean is ancient and boosting prospect for life
- 2
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
