ตลอดหนึ่งทศวรรษของยาน MAVEN ที่โคจรรอบดาวอังคาร มันได้ติดตามการเปลี่ยนแปลงชั้นบรรยากาศของดาวอังคารมาโดยตลอด ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ได้สนใจการสูญเสียชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเมื่อหลายพันล้านปีก่อนอาจเกิดจากการกระเด็นของอะตอมในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเป็นตัวผลักโมเลกุลอากาศในชั้นบรรยากาศให้หลุดออกไปสู่นอกอวกาศ

ยาน MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) เข้าสู่วงโคจรของดาวอังคารมาตั้งแต่ปี 2014 เป้าหมายหลักคือการติดตามการเปลี่ยนแปลงของชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร เพื่อศึกษาการสูญเสียชั้นบรรยากาศและติดตามมีเทนในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร

ภาพวาดของยาน MAVEN ภาพจาก NASA

การสูญเสียชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเป็นหนึ่งในโจทย์ที่ทั่วทั้งโลกให้ความสนใจ เรามีการตั้งทฤษฎีไว้ว่าเพราะการสนามแม่เหล็กดาวอังคารที่หายไปทำให้น้ำบนพื้นผิวและชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่ของดาวอังคารนั้นหลุดออกไปจากดาวอังคาร เหลือเพียงชั้นบรรยากาศที่เบาบางดังที่เราพบกันในปัจจุบันนี้ นับเป็นสิ่งที่แปลกประหลาด เพราะเมื่อเทียบกันแล้ว ดาวศุกร์ที่ไม่มีสนามแม่เหล็กเหมือนดาวอังคารกลับยังคงชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นกว่าดาวอังคารได้ ทางนักวิทยาศาสตร์จึงตั้งประเด็นที่ข้อนี้เป็นสำคัญว่าต้องมีกระบวนการบางอย่างภายในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารที่เตะโมเลกุลของชั้นบรรยากาศด้วยกันเองออกไปจากตัวดาว

เราเรียกกระบวนการนี้ว่า การกระเด็น (sputtering) เป็นกระบวนการที่อะตอมในบรรยากาศถูกอนุภาคประจุที่มีพลังงานสูงพุ่งชนจนกระเด็นออกจากชั้นบรรยากาศ เปรียบได้กับคนตัวใหญ่กระโดดลงไปในสระน้ำและน้ำกระเด็นออกมาจากสระน้ำ อะตอมหนักที่มีพลังงานสูงได้พุ่งชนชั้นบรรยากาศของดาวอังคารและแหวกทางภายในชั้นบรรยากาศจนอะตอมต่าง ๆ ที่เป็นกลางในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารกระเด็นออกไป

ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์เคยพบหลักฐานทางอ้อมว่ากระบวนการนี้อาจเกิดขึ้นจริง โดยอิงจากการศึกษาสัดส่วนของไอโซโทปเบาและหนักของอะตอมอาร์กอน (Argon) ในชั้นบรรยากาศชั้นบนของดาวอังคาร โดยพบว่าไอโซโทปเบาจะลอยอยู่สูงกว่าไอโซโทปหนัก และพบว่ามีไอโซโทปเบาน้อยมากเมื่อเทียบกับไอโซโทปอาร์กอนหนัก ซึ่งเป็นการบ่งชี้ว่ามีการหลุดออกโดยกระบวนการกระเด็นที่พูดถึงนี้

ภาพจำลองสนามไฟฟ้ารอบดาวอังคารที่เกิดจากลมสุริยะพัดผ่านดาว ซึ่งเป็นปัจจัยที่ทำให้เกิดการกระเด็นของอนุภาคในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารขึ้น ภาพจาก NASA

เพื่อให้พบหลักฐานจริงของการหลุดของชั้นบรรยากาศจากอาร์กอน ทีมนักวิจัยต้องอาศัยการวัดข้อมูลพร้อมกันจากเครื่องมือสามชนิดบนยาน MAVEN ได้แก่ เครื่องวิเคราะห์ไอออนจากลมสุริยะ (Solar Wind Ion Analyzer) เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก (Magnetometer) และเครื่องตรวจวัดมวลของก๊าซและไอออนที่เป็นกลาง (Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer) นอกจากนี้ยังต้องเก็บข้อมูลทั้งด้านกลางวันและกลางคืนของดาวอังคารในระดับความสูงต่ำ ซึ่งต้องใช้เวลาในการเก็บข้อมูลร่วมสิบปี

การรวบรวมข้อมูลจากยาน MAVEN ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างแผนที่อาร์กอนที่กระเด็นออกไปโดยสัมพันธ์กับทิศทางของลมสุริยะ แผนที่ทำให้เราทราบว่ามีอาร์กอนกระเด็นออกมาบริเวณที่อนุภาคพลังงานสูงพุ่งชนบรรยากาศพอดี แสดงให้เห็นกระบวนการกระเด็นแบบจะจะเป็นครั้งแรก นักวิจัยยังพบด้วยว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นในอัตราที่สูงกว่าที่คาดไว้ถึง 4 เท่า และอัตรานี้จะเพิ่มขึ้นระหว่างในช่วงที่มีพายุสุริยะพัดผ่าน

การสังเกตโดยตรงครั้งนี้ยืนยันว่าการกระเด็นเป็นกลไกหลักที่ทำให้ดาวอังคารสูญเสียบรรยากาศไปมากในอดีตยุคต้น ในสมัยที่ดวงอาทิตย์ยังมีพลังงานสูงกว่าปัจจุบันมาก

การค้นพบนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจกระบวนการสูญเสียชั้นบรรยากาศและวิวัฒนาการของดาวอังคารได้ดียิ่งขึ้น เกิดเป็นโจทย์ใหม่สำหรับการศึกษาของยานอวกาศในยุคถัดไปในแง่มุมที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น เพื่อที่จะได้กลับมาทำความเข้าใจโลกของเราได้มากขึ้น

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

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

ยาน MAVEN กับการไขปริศนาการสูญเสียชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร