“ดวงจันทร์ไอโอ” ดวงจันทร์ภูเขาไฟแห่งระบบสุริยะ

ยานอวกาศจูโนเพิ่งเดินทางเฉียดดวงจันทร์ไอโอ ดวงจันทร์ที่มีวงโคจรใกล้ดาวพฤหัสบดีที่สุดไปเมื่อกลางเดือนกุมภาพันธ์ที่ผ่านมา ซึ่งก่อให้เกิดการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ใหม่ ๆ เกี่ยวกับดวงจันทร์ดวงนี้ อะไรคือความลับเบื้องหลังของดวงจันทร์ภูเขาไฟแห่งนี้ อะไรทำให้ดวงจันทร์ดวงนี้ยังคงมีพลังและคุกรุ่นอย่างต่อเนื่องยาวนานมานับพันล้านปี

ร่องรอยแผลพุพองกระจายตัวทั่วทั้งพื้นผิว ชวนให้รู้สึกขนหัวลุก คือพื้นผิวของดวงจันทร์ที่เต็มไปด้วยภูเขาไฟที่ชื่อว่าไอโอ (Io) หนึ่งในดวงจันทร์ทั้งสี่แห่งกาลิเลียน (Galilean Moons) ดวงจันทร์ที่ถูกค้นพบโดยกาลิเลโอ กาลิเลอี ซึ่งไอโอเป็นดวงจันทร์ที่โคจรใกล้ดาวพฤหัสบดีที่สุดในกลุ่มนี้

ดวงจันทร์ไอโอห่างจากชั้นเมฆของดาวพฤหัสบดีเพียงแค่ 350,000 กิโลเมตรเท่านั้น ใกล้เคียงกับระยะห่างจากโลกไปถึงดวงจันทร์ เพียงแต่ว่าดาวพฤหัสบดีนั้นใหญ่กว่าโลกประมาณ 11 เท่า พร้อมกับมวลที่มากกว่าอีก 300 เท่า นั่นหมายถึงดวงจันทร์ดวงนี้กำลังได้รับความเครียดทางฟิสิกส์จากแรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของดาวพฤหัสบดีฉุดกระชากอยู่ตลอดเวลา

วงโคจรที่อยู่ใกล้รวมกับแรงโน้มถ่วงอันมหาศาลกำลังดึงผิวหน้าของดวงจันทร์ไอโออย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดปรากฏการณ์ไทดัล (Tidal Effect) ขึ้นกับดวงจันทร์ไอโอเช่นเดียวกับดวงจันทร์ดวงอื่น ๆ อย่างแกนีมีด (Ganymede) และยูโรปา (Europa) ผิดแค่ดวงจันทร์ดวงนี้อยู่ใกล้กับดาวพฤหัสบดีมากที่สุด ผลจากแรงไทดัลอันมหาศาลจากดาวพฤหัสบดีจึงแสดงออกมาที่ตัวดวงจันทร์ดวงนี้อย่างไม่น่าเชื่อ ทั้งการเกิดขึ้นของความร้อนภายในตัวเนื้อดวงจันทร์และทำให้ด้านที่หันเข้าหาดาวพฤหัสบดียืดออกมากกว่าอีกด้านหนึ่ง

พลังงานความร้อนส่วนใหญ่ของดวงจันทร์ไอโอนั้นมาจากแรงไทดัล แตกต่างจากโลกและดวงจันทร์ที่พลังงานความร้อนภายในเนื้อในมาจากการสลายตัวทางนิวเคลียร์ของสสารภายใน และด้วยการที่เนื้อของดวงจันทร์ไอโอถูกยืดออกจากแรงไทดัลทำให้ความเครียดเหล่านี้สร้างทั้งความร้อนและรอยแตกบนพื้นผิวเกิดเป็นภูเขาไฟที่ปะทุและพ่นลาวาออกมาอย่างมากมาย เกิดเป็นกลุ่มก๊าซและชั้นบรรยากาศล้อมรอบดวงจันทร์และมีเอกลักษณ์จากเถ้าถ่านภูเขาไฟ

ชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ไอโอนั้นเกิดจากการสะสมตัวของฝุ่นควันและเถ้าละอองจากการปะทุของภูเขาไฟ ซึ่งคาดว่าเป็นก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่ถูกปลดปล่อยออกมา ชั้นบรรยากาศจุดที่หนาแน่นที่สุดจะเป็นบริเวณใกล้กับปากปล่องภูเขาไฟซึ่งสามารถมีความดันของชั้นบรรยากาศสูงถึง 5 มิลลิปาสคาล ซึ่งเบาบางกว่าชั้นบรรยากาศของโลกหลายพันล้านเท่า แต่ด้วยการที่ลาวาพวยพุ่งออกมาอย่างต่อเนื่อง ดวงจันทร์ดวงนี้จึงมีการสะสมของชั้นบรรยากาศและเกิดปรากฏการณ์ออโรราเหนือพื้นผิวของมัน ซึ่งแตกต่างจากเทหวัตถุที่มีสนามแม่เหล็กอื่น ๆ ที่การเกิดขึ้นของออโรราจะเกิดบริเวณขั้วเหนือและใต้ของวัตถุนั้น แต่ดวงจันทร์ไอโอ ออโรราเกิดขึ้นบริเวณเส้นศูนย์สูตร เพราะดวงจันทร์ไอโอนั้นไม่ได้มีสนามแม่เหล็กด้วยตัวของมันเอง อนุภาคที่พุ่งชนจึงไม่ได้เกิดจากการเหนี่ยวนำจากตัวของมันเอง แต่เป็นอนุภาคที่ถูกดักจับโดยสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีที่เข้ามาพุ่งชนชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ไอโอแทน ซึ่งสีของออโรราที่เกิดขึ้นเหนือพื้นผิวดวงจันทร์ไอโอนี้มีสีแดงมาจากออกซิเจนที่เป็นส่วนประกอบของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และมีสีเขียวจากไอออนของซัลเฟอร์

ด้วยความที่ดวงจันทร์ไอโออยู่ใกล้กับดาวพฤหัสบดีมาก ทุก ๆ วินาทีที่ดวงจันทร์ไอโอโคจรรอบดาวพฤหัสบดี สนามแม่เหล็กที่รุนแรงของพฤหัสบดีจะกวาดผ่านดวงจันทร์ไอโอและดึงมวลสารที่อยู่บนดวงจันทร์ให้หลุดออกจากพื้นผิวด้วยอัตราการสูญเสียมวลประมาณ 1 ตันในทุก ๆ วินาที ซึ่งมวลสารที่ถูกดึงออกจากพื้นผิวของดวงจันทร์ไอโอจะไปแตกตัวในชั้นสนามแม่เหล็กที่อยู่รอบดาวพฤหัสบดี เกิดเป็นชั้นพลาสมาลักษณะคล้ายโดนัทล้อมรอบดาวพฤหัสบดีและสร้างแสงออโรราบริเวณชั้นบรรยากาศส่วนบนของดาวพฤหัสบดี ไอออนและมวลสารที่หลุดออกจากดวงจันทร์ไอโอนี้เองที่ทำให้สนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีขยายใหญ่มากกว่าที่มันควรจะเป็นถึง 2 เท่า

ดวงจันทร์ไอโอได้รับการสำรวจหลากหลายครั้งจากยานอวกาศที่ได้เดินทางไปเยือนดาวพฤหัสบดี และยานจูโนก็คือหนึ่งในยานสำรวจที่ได้มีภารกิจในการสำรวจดวงจันทร์ไอโออย่างห่าง ๆ รอบวงโคจรของดาวพฤหัสบดี เมื่อช่วงธันวาคม 2023 และกุมภาพันธ์ 2024 ยานจูโนได้มีวงโคจรที่เฉียดกับดวงจันทร์ไอโอด้วยระยะห่างเพียงแค่ 15,000 กิโลเมตรเท่านั้น ในการบินโฉบครั้งนั้น ยานจูโนได้ใช้อุปกรณ์ต่าง ๆ บนยานสำรวจพื้นผิวและชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ดวงนี้ นำมาซึ่งภาพถ่ายภูมิทัศน์อันน่าตื่นเต้นบนพื้นผิวที่ขรุขระ เช่น ทะเลสาบลาวาที่มีความยาวถึง 200 กิโลเมตร ที่ชื่อว่า Loki Patera ที่มีเกาะอยู่ใจกลางทะเลสาบลาวา นอกจากนี้อุปกรณ์ตรวจจับการสะท้อนแสงพบว่าผิวของทะเลสาบลาวานี้ราบเรียบราวกับแก้วหรือหินออบซิเดียนบนโลกไม่มีผิด

ถึงแม้ดวงจันทร์ไอโอจะไม่ได้มีโอกาสที่จะมีสิ่งมีชีวิตอยู่ใต้พื้นผิวเหมือนกับดวงจันทร์พี่น้องของมัน แต่ดวงจันทร์ดวงนี้ก็ยังมีปริศนามากมายที่รอการค้นพบอยู่ ทั้งเรื่องของการกำเนิดดวงจันทร์ ลักษณะทางธรณี และการถ่ายเทมวลสารระหว่างดาวพฤหัสบดีกับวัตถุบนดวงจันทร์ ที่ยังรอคอยให้ยานสำรวจใหม่ ๆ มาบุกเบิกเพื่อสร้างสรรค์องค์ความรู้ใหม่ ๆ เหล่านี้ต่อไป

เรียบเรียงโดย : จิรสิน อัศวกุล

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS  

ที่มาข้อมูล: NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech