ก่อนหน้านี้ “ดวงจันทร์แอเรียล” (Ariel) มีปริศนาอยู่ประการหนึ่งคือ “น้ำแข็งแห้ง” (คาร์บอนไดออกไซด์เยือกแข็ง) บนพื้นผิวดาว ทั้ง ๆ ที่ดาวยูเรนัสและดวงจันทร์บริวารอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มาก ซึ่งที่ระยะห่างดังกล่าว คาร์บอนไดออกไซด์ที่ออกมาจากดวงจันทร์แอเรียลควรเป็นเพียงแก๊สที่หลุดออกสู่อวกาศไป การคงอยู่เป็นน้ำแข็งแห้งเช่นนี้นั้นแสดงว่าต้องมีกระบวนการหรืออะไรบางอย่างเป็นแน่

ทฤษฎีก่อนหน้านี้ เสนอว่า น้ำแข็งแห้งบนดวงจันทร์แอเรียล อาจเกิดขึ้นจากอันตรกิริยาระหว่างพื้นผิวของดวงจันทร์ กับอนุภาคมีประจุไฟฟ้าที่ถูกกักอยู่ในสนามแม่เหล็กของดาวยูเรนัส เกิดเป็น “รังสีก่อไอออน” (ionizing radiation) ที่สามารถทำให้โมเลกุลแตกออก กระบวนการนี้เรียกว่า “การแยกสลายโมเลกุลด้วยรังสี” (radiolysis) ซึ่งในกรณีของดวงจันทร์แอเรียล โมเลกุลที่เหลือจากกระบวนการนี้คือโมเลกุลของสารคาร์บอนไดออกไซด์

อย่างไรก็ตาม หลักฐานใหม่จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ เสนอว่าแหล่งกำเนิดของคาร์บอนไดออกไซด์บนดวงจันทร์แอเรียล ไม่ได้มาจากภายนอกดวงจันทร์ แต่มาจากภายในตัวดวงจันทร์เอง ซึ่งแหล่งกำเนิดนั้นอาจเป็น “มหาสมุทรใต้พื้นผิวดาว”

ปกติแล้วธาตุและโมเลกุลของสารเคมีชนิดต่าง ๆ จะดูดกลืนและเปล่งรังสีออกมา ณ ค่าความยาวคลื่นเฉพาะตัวของสารนั้น ๆ จึงเปรียบเสมือน “ลายนิ้วมือ” ของสารแต่ละชนิดบนสเปกตรัม ทีมนักวิจัยที่ค้นพบเรื่องนี้ใช้กล้องฯ เจมส์ เว็บบ์ สังเกตการณ์สเปกตรัมของแสงดวงจันทร์แอเรียล เพื่อศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของดวงจันทร์ดวงนี้

“ดวงจันทร์แอเรียล” (Ariel) ภาพจาก NASA

จากนั้นได้เปรียบเทียบสเปกตรัมของดวงจันทร์แอเรียล กับสเปกตรัมของสารเคมีที่จำลองขึ้นในห้องแล็บบนโลก พบว่า ดวงจันทร์แอเรียลมีแหล่งทับถมของคาร์บอนไดออกไซด์ (ในสภาพน้ำแข็งแห้ง) สูงที่สุดแห่งหนึ่งในระบบสุริยะ ชั้นน้ำแข็งแห้งบนพื้นผิวดวงจันทร์แอเรียลด้านที่ถูกแรงไทดัลตรึงให้หันออกจากดาวยูเรนัส ขณะนี้มีความหนาเพิ่มประมาณ 1 เซนติเมตร และยังเผยให้เห็นตะกอนคาร์บอนมอนอกไซด์อย่างชัดเจนเป็นครั้งแรกอีกด้วย

Richard Cartwright จากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์จอนส์ฮอปคินส์ (APL) ในสหรัฐฯ ผู้นำทีมนักวิจัย กล่าวว่า ชั้นน้ำแข็งแห้งดังกล่าวไม่น่าจะอยู่บนดวงจันทร์แอเรียลได้ เพราะอุณหภูมิเฉลี่ยของพื้นผิวดวงจันทร์แอเรียลอยู่ที่ 18 องศาฯ ซึ่งอุ่นกว่าจุดเยือกแข็งของสารประกอบระหว่างคาร์บอนกับออกซิเจน อย่างเช่นน้ำแข็งของคาร์บอนมอนอกไซด์จะเสถียรที่อุณหภูมิตั้งแต่ -243 องศาเซลเซียสลงไป ดังนั้นหมายความว่า น้ำแข็งของสารประกอบเหล่านี้บนดวงจันทร์แอเรียลจะต้องถูกเติมอยู่ตลอด

นอกจากนี้ “การแยกสลายโมเลกุลด้วยรังสี” อาจเป็นตัวช่วยเติมสารประกอบเหล่านี้ส่วนหนึ่ง แต่จากการสังเกตการณ์ดาวยูเรนัสและเหล่าดวงจันทร์บริวาร เมื่อยานวอยเอเจอร์ 2 เฉียดใกล้ดาวยูเรนัสในปี ค.ศ. 1986 พบว่าอันตรกิริยาที่อยู่เบื้องหลัง “การแยกสลายโมเลกุลด้วยรังสี” น่าจะมีข้อจำกัด เนื่องจากแกนสนามแม่เหล็กของดาวยูเรนัสและระนาบวงโคจรของดวงจันทร์บริวาร ทำมุมเอียงระหว่างกันราว 58 องศา หมายความว่า สารประกอบจากคาร์บอน-ออกซิเจนส่วนใหญ่ที่พบตามพื้นผิวของดวงจันทร์แอเรียล อาจเกิดจากกระบวนการทางเคมีในมหาสมุทรของน้ำที่อยู่ใต้เปลือกน้ำแข็งของดาว

และเมื่อสารประกอบคาร์บอนออกไซด์เหล่านี้เกิดขึ้นในมหาสมุทรใต้เปลือกดวงจันทร์แอเรียล สารประกอบเหล่านี้น่าจะหลุดออกมาตามรอยแตกของเปลือกดาวที่เป็นน้ำแข็ง หรือ ถูกพ่นออกมาตามพวยพุบนพื้นผิวดวงจันทร์นั่นเอง

ทีมนักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าพวกรอยแตกและพื้นผิวขรุขระของดวงจันทร์แอเรียลอาจช่วยบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของกระบวนการทาง “ภูเขาไฟน้ำแข็ง” (cryovolcano) ซึ่งเป็นภูเขาไฟที่พ่นพวยพุของน้ำและน้ำแข็งออกมาแทนที่จะเป็นลาวา (แบบภูเขาไฟบนโลก) พวยพุเหล่านี้สามารถมีพลังเพียงพอที่จะปล่อยสารจากภายในมหาสมุทรใต้เปลือกดวงจันทร์แอเรียลออกสู่สนามแม่เหล็กของดาวยูเรนัส

แนวรอยแตกและแนวร่องส่วนใหญ่บนพื้นผิวดวงจันทร์แอเรียล จะอยู่บนพื้นผิวด้านที่หันออกจากดาวยูเรนัส หากคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์ถูกปล่อยออกมาจากลักษณะภูมิประเทศเหล่านี้ จะช่วยอธิบายว่าทำไมสารประกอบพวกนี้ถึงสามารถพบได้ในพื้นผิวดวงจันทร์แอเรียลฝั่งไกลดาวยูเรนัส

กล้องฯ เจมส์ เว็บบ์ ยังตรวจพบหลักฐานทางเคมีอื่น ๆ ที่บ่งชี้ถึงมหาสมุทรใต้เปลือกดวงจันทร์แอเรียล นั่นคือสเปกตรัมที่บ่งชี้ถึงแร่คาร์บอเนต ซึ่งเป็นเกลือประเภทที่เกิดขึ้นจากอันตรกิริยาระหว่างหินกับน้ำในสถานะของเหลว

Richard Cartwright กล่าวเพิ่มว่า หากการตีความของทีมนักวิจัยของพวกเขาถึงแร่คาร์บอเนตเป็นจริง จะแสดงว่าสารเหล่านี้เกิดขึ้นจากภายในตัวดวงจันทร์แอเรียล ซึ่งยังต้องรอการยืนยันจากการสังเกตการณ์และแบบจำลองเชิงทฤษฎีที่เกี่ยวข้องในอนาคต และเชื่อว่าหากมีภารกิจยานสำรวจดาวเคราะห์น้ำแข็งในอนาคต จะเป็นโอกาสเก็บข้อมูลสำคัญของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนเพิ่มเติม รวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับเหล่าดวงจันทร์บริวารที่อาจมีมหาสมุทรใต้เปลือกน้ำแข็งของดาว ซึ่งจะสามารถใช้ประยุกต์กับการศึกษาถึงดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะต่อไปได้

ขณะที่ Ian Cohen นักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ของนาซากล่าวว่า การศึกษาดาวยูเรนัสและดวงจันทร์บริวารเพิ่มเติม จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์สามารถศึกษาเรื่องการก่อตัวของระบบสุริยะ สนามแม่เหล็กอันซับซ้อนของดาวเคราะห์ ไปจนถึงเหล่าดวงจันทร์บริวารที่อาจมีมหาสมุทรได้ดีขึ้น ดังนั้น วงการนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์จึงต้องการภารกิจยานสำรวจดาวยูเรนัสในอนาคตต่อไป

รายงานการวิจัยครั้งนี้ได้รับการตีพิมพ์ลงวารสารวิจัย The Astrophysical Journal Letters เมื่อวันที่ 24 กรกฎาคม ค.ศ. 2024

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

แหล่งข้อมูลอ้างอิง : space, พิสิฏฐ นิธิยานันท์ - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สดร.

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

“กล้องฯ เจมส์ เว็บบ์” เผย “ดวงจันทร์แอเรียล” อาจมีมหาสมุทรอยู่ใต้พื้นผิวดาว