ยานอวกาศจูโนตรวจวัดความร้อนใต้พื้นผิวของดวงจันทร์ไอโอเป็นครั้งแรก

ยานอวกาศจูโน (Juno) ได้เผยข้อมูลเกี่ยวกับอุณหภูมิใต้พื้นผิวของดวงจันทร์ไอโอ (Io) ของดาวพฤหัสบดีได้เป็นครั้งแรกโดยไม่ต้องลงจอด ข้อมูลจากการบินโฉบสองครั้งล่าสุด ชี้ให้เห็นถึงความร้อนใต้ดินที่สูงผิดปกติ ซึ่งถือเป็นการเปิดมิติใหม่ในการศึกษาธรณีวิทยาของดวงดาว ทั้งกลุ่มที่เป็นดาวเคราะห์หินและดวงจันทร์น้ำแข็ง

วัดอุณหภูมิใต้พื้นผิวด้วยคลื่นไมโครเวฟ

ที่ผ่านมา ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับวัฏจักรความร้อนภายในดวงจันทร์ไอโอนั้น ส่วนใหญ่ได้มาจากการสังเกตการณ์ผ่านรังสีอินฟราเรด ซึ่งมีข้อจำกัดคือตรวจวัดได้เฉพาะอุณหภูมิบริเวณพื้นผิวชั้นบนสุด ส่วนที่อยู่ลึกลงไปนั้นไม่สามารถตรวจวัดได้ แต่จากงานวิจัยล่าสุด ทีมนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรของโครงการจูโนได้ใช้เครื่องมือวิทยาศาสตร์ ไมโครเวฟเรดิโอมิเตอร์ (Microwave Radiometer - MWR) เครื่องตรวจจับคลื่นไมโครเวฟในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 1.3 - 51 เซนติเมตร มาศึกษาอุณหภูมิภายในของดวงจันทร์ไอโอ

เครื่องมือดังกล่าวออกแบบมาเพื่อใช้ในการตรวจวัดอุณหภูมิภายในเมฆระดับชั้นต่าง ๆ ของดาวพฤหัสบดี เนื่องจากชั้นเมฆของดาวพฤหัสบดีมีโครงสร้างที่ซับซ้อน ทึบแสง ทั้งยังลึกหลายร้อยกิโลเมตร ความลึกในแต่ละระดับและในอุณหภูมิช่วงต่าง ๆ จะมีการแผ่รังสีออกมาในรูปของคลื่นไมโครเวฟ ทีมนักวิทยาศาสตร์จึงสามารถใช้เครื่องมือนี้วัดอุณหภูมิของชั้นเมฆหนาได้

ต่อมา นักวิทยาศาสตร์ของโครงการจูโนได้นำวิธีการนี้มาดัดแปลงใช้กับการตรวจวัดความร้อนของชั้นหินภายในดวงจันทร์ไอโอร่วมด้วย ความยาวคลื่นแตกต่างกันที่ตรวจจับได้ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถมองเห็นราวกับทะลุลงไปในระดับความลึกของชั้นหิน เทคโนโลยีนี้จึงเปรียบเสมือนเครื่องเอกซเรย์ที่ทำให้ทีมสำรวจสามารถมองเห็นการกระจายตัวของความร้อนใต้พื้นผิวได้อย่างชัดเจนเป็นครั้งแรก

พลังงานความร้อนมหาศาลภายในไม่ได้มาจากดวงอาทิตย์

พลังงานความร้อนมหาศาลภายในดวงจันทร์ไอโอไม่ได้มาจากดวงอาทิตย์ แต่เกิดจากกลไกที่เรียกว่า ความร้อนจากแรงไทดัล (tidal heating) เนื่องจากไอโอโคจรลักษณะเป็นวงรีเล็กน้อย และอยู่ใกล้กับดาวพฤหัสบดีมาก แรงโน้มถ่วงมหาศาลของดาวพฤหัสบดีจึงดึงดูดและบีบอัดดวงจันทร์ดวงนี้อย่างต่อเนื่อง กระบวนการเสียดสีภายในตัวดวงดาวก่อให้เกิดความร้อนสูงกว่าที่พบในโลกหลายเท่า

ข้อมูลจากเครื่อง MWR เผยให้เห็นสิ่งที่น่าประหลาดใจ เมื่อสแกนลึกลงไปใต้พื้นผิวเพียงไม่กี่เซนติเมตร อุณหภูมิกลับพุ่งสูงขึ้นกว่า 40 องศาฟาเรนไฮต์หรือราวสี่องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (temperature gradient) ที่สูงเกินกว่าจะเป็นผลมาจากความร้อนของแสงอาทิตย์เพียงอย่างเดียว นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานเพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้ไว้สองประการ ได้แก่

หนึ่ง การนำพาความร้อนจากใต้ผิวดวงจันทร์ส่งมายังดวงจันทร์อย่างต่อเนื่อง แม้การไหลของความร้อนในแต่ละพื้นที่อาจดูไม่รุนแรงมากนัก (ประมาณหนึ่งถึงสามวัตต์ต่อตารางเมตร) แต่เมื่อคำนวณรวมพื้นที่ผิวทั้งดวงจันทร์ จะคิดเป็นปริมาณการปลดปล่อยพลังงานที่สูงกว่าค่าเฉลี่ยของโลกถึง 30 เท่า

และ สอง ธารลาวาใต้ผิวดินที่กำลังเย็นตัว ลักษณะสัญญาณความร้อนนี้อาจมาจากธารลาวาที่ถูกปกคลุมด้วยเปลือกแข็งหนาประมาณ 9 –11 เมตร ซึ่งคาดว่าครอบคลุมพื้นที่ราว 10% ของพื้นผิวดวงจันทร์ในแต่ละช่วงเวลา

ที่ราบใหญ่บนพื้นผิว คือกองเถ้าภูเขาไฟยักษ์

นอกเหนือจากข้อมูลด้านอุณหภูมิแล้ว ข้อมูลจากการสะท้อนของคลื่นไมโครเวฟยังช่วยปรับเปลี่ยนภาพจำของดวงจันทร์ไอโอไปด้วย แม้ว่าภาพถ่ายทั่วไปจะแสดงให้เห็นภูเขาสูงตระหง่านและร่องรอยการปะทุ แต่ข้อมูลจากยานจูโนระบุว่า พื้นที่ส่วนใหญ่ของดวงจันทร์กลับเป็นที่ราบเรียบกว้างใหญ่ที่ทอดยาวกว่า 100 กิโลเมตร มีลักษณะคล้ายคลึงกับพื้นที่ราบเกรตเพลนส์ (Great Plains) ในทวีปอเมริกาเหนือ

สสารที่ประกอบเป็นพื้นผิวดังกล่าวมีความหนาแน่นต่ำมาก ไม่ใช่หินแข็งทึบเหมือนกับบนโลกอย่างที่คาดการณ์ไว้ แต่มีลักษณะทางกายภาพที่เบาและฟูคล้ายคลึงกับหินพัมมิซ (pumice) หรือเถ้าภูเขาไฟ

จากดวงจันทร์ภูเขาไฟ สู่กุญแจเข้าใจดวงจันทร์น้ำแข็งและภายในโลกของเรา

การค้นพบครั้งนี้มีนัยสำคัญอย่างยิ่งต่อวงการดาราศาสตร์และธรณีวิทยา นักวิทยาศาสตร์ของโครงการจูโนชี้ให้เห็นว่า การใช้เครื่องมืออย่าง MWR สแกนพื้นผิวของไอโอ แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเทคโนโลยีในการนำมาประยุกต์ใช้เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิใต้ดินของภูเขาไฟบนโลก ซึ่งจะช่วยให้มนุษย์เข้าใจกลไกการเกิดและพฤติกรรมของภูเขาไฟได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น

นอกจากนี้ การทำความเข้าใจกลไกความร้อนจากแรงไทดัลบนดวงจันทร์ไอโอ ยังเป็นกุญแจสำคัญที่นำไปสู่ความเข้าใจเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์ภายในดวงจันทร์น้ำแข็งดวงอื่น ๆ เช่น ยูโรปา (Europa) และแกนีมีด (Ganymede) ซึ่งเชื่อว่ามีมหาสมุทรของเหลวซ่อนอยู่ใต้เปลือกน้ำแข็งหนา การค้นพบนี้จึงไม่เพียงแต่ทำให้เราเข้าใจพลวัตของดาวพฤหัสบดีได้ดีขึ้น แต่ยังปูทางไปสู่การค้นหาสภาพแวดล้อมที่อาจเอื้อต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตในระบบสุริยะจักรวาลอีกด้วย

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

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

ที่มาข้อมูล : NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech