แม้ว่าทุกวันนี้เราจะยังเห็นดวงจันทร์เป็นสีขาวนวลกระจ่างตาในยามค่ำคืน แต่ข้อมูลจากยานอวกาศจันทรายาน-1 (Chandrayaan-1) แสดงให้เห็นว่ามีบางสิ่งที่คล้าย ‘สนิม’ ปรากฏอยู่บนพื้นผิวดวงจันทร์บริเวณขั้วดาว ซึ่งเป็นเรื่องน่าแปลกใจ เพราะบนดวงจันทร์ไม่มีน้ำในรูปของเหลวและอากาศอยู่เลย จึงไม่น่าจะทำให้เกิดกระบวนการออกไซด์ ที่สร้างสนิมจากเหล็กขึ้นมาได้ แล้วสนิมเหล่านี้เกิดขึ้นมาได้อย่างไรกัน
ธาตุต่าง ๆ บนดวงจันทร์ แหล่งที่มาของน้อง ‘สนิม’
ด้วยเครื่องมือเก็บข้อมูลเพื่อทำแผนที่ดวงจันทร์บนจันทรายาน-1 (Moon Mineralogy Mapper: M3) ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์พบน้ำแข็งบนดวงจันทร์เมื่อปี 2008 ต่อมาทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาวายได้ประมวลและวิเคราะห์ข้อมูลนั้น และพบว่า บริเวณขั้วของดวงจันทร์มีองค์ประกอบที่หลากหลายรวมถึงมีแร่ฮีมาไทต์ (Hematite) ซึ่งเป็นเหล็กสีแดงหรือสนิมชนิดหนึ่ง ที่โดยปกติแล้วพบได้ทั่วไปบนโลก ดาวอังคาร และดาวเคราะห์น้อยบางดวงด้วย
พื้นที่สีน้ำเงินแสดงถึงน้ำที่รวมตัวกันอยู่ที่ขั้วของดวงจันทร์ บริเวณที่นักวิจัยพบร่องรอยของฮีมาไทต์ซึ่งเป็นรูปแบบของสนิม
Credit: ISRO/NASA/JPL-Caltech/Brown University/USGS
ฮีมาไทต์เป็นรูปแบบหนึ่งของเหล็กออกไซด์หรือ ‘สนิม’ เกิดขึ้นเมื่อเหล็กสัมผัสกับออกซิเจนและน้ำ ก่อให้เกิดกระบวนการออกซิเดชัน (Oxidation) แต่เพราะบนดวงจันทร์ไม่มีทั้งน้ำที่อยู่ในสถานะของเหลว แถมยังมีตัวรีดิวซ์ (Reducing agent) อย่างไฮโดรเจนในปริมาณมหาศาลที่ขัดขวางไม่ให้เกิดกระบวนการ ออกซิเดชันขึ้น จึงเป็นเรื่องยากมากที่จะเกิดสนิมบนดวงจันทร์
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาวายนำทีมโดย ฉ่วย ลี่ (Shuai Li) จึงนำสิ่งที่ค้นพบมาปรึกษากับ อาบิเกล เฟรแมน (Abigail Fraeman) และ วิเวียน ซัน (Vivian Sun) นักวิทยาศาสตร์ที่ JPL ของนาซา และทั้งคู่ก็ยืนยันว่า นั่นคือสนิมจริง ๆ ทีมของลี่จึงพยายามหาว่า ปัจจัยอะไรที่ทำให้ออกซิเจนหรือน้ำไปสัมผัสกับแร่เหล็กในบริเวณดังกล่าวได้บ้าง จึงเกิดเป็นสมมติฐาน 3 ประการด้วยกัน
ความเป็นไปได้ที่ 1- ออกซิเจนวิ่งไปตามลู่ ‘สนามแม่เหล็กแห่งดวงดาว’
ทฤษฎีนี้คือ การที่ออกซิเจนจากโลกเดินทางผ่านสนามแม่เหล็กระหว่างโลกและดวงจันทร์ ทำให้ออกซิเจนจากโลกถูกถ่ายเทไปบนดวงจันทร์ เมื่อไปสัมผัสกับแร่เหล็ก จึงทำให้เกิดสนิมขึ้น โดยกระบวนการนี้ไม่จำเป็นต้องมีโมเลกุลน้ำในสถานะของเหลวมาเกี่ยวข้องก็ได้
ที่มาของทฤษฎี เกิดจากการค้นพบเมื่อปี 2007 ยานสำรวจคางุยะของญี่ปุ่นพบว่า ออกซิเจนในชั้นบรรยากาศโลกด้านบนสามารถเดินทางไปกับ ‘หางสนามแม่เหล็ก (Magnetotail)’ เป็นระยะทางโดยประมาณ 385,000 กิโลเมตร (239,000 ไมล์) ไปถึงดวงจันทร์ได้
Credit: NASA/Goddard/Aaron Kaase
ทฤษฎีนี้จะก่อให้เกิดสนิมบริเวณด้านดวงจันทร์ที่หันเข้าหาโลกมากกว่าจุดอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม ร่องรอยสนิมที่เกิดขึ้นไม่ได้มีเพียงด้านที่หันเข้าหาโลกเท่านั้น ทีมวิจัยเดียวกันนี้จึงเสนอความเป็นไปได้ที่ 2 ที่อาจมีส่วนเกี่ยวข้องขึ้นมา
คำตอบที่ 2 – อาจเป็นเพราะไฮโดรเจนที่หายไป
นอกจากออกซิเจนจากโลกแล้ว ดวงจันทร์ยังมีค่าไฮโดรเจนที่ผันผวนไปตามลมสุริยะ (Solar wind) อีกด้วย อย่างที่กล่าวข้างต้นว่ากระบวนการเกิดสนิมนั้นเกิดจากแร่เหล็กสัมผัสกับออกซิเจนและน้ำ โดยมีสิ่งกีดขวางกระบวนการนี้คือไฮโดรเจน ลมสุริยะที่เต็มไปด้วยไฮโดรเจนจากดวงอาทิตย์ จึงช่วยยับยั้งกระบวนการดังกล่าวได้ แต่เพราะสนามแม่เหล็กโลกที่ส่งอิทธิพลสกัดลมสุริยะนั้นได้เป็นครั้งคราว โดยเฉพาะช่วงที่ดวงจันทร์เต็มดวง ส่งผลให้บางช่วงเวลา ไฮโดรเจนอ่อนกำลังลง ส่งผลให้ค่าการปกป้องกระบวนการออกซิเดชันลดลงตามไปด้วย
สมมติฐานที่ 3 – ความร้อนจากการพุ่งชนของดวงดาวละลายน้ำแข็งที่มีอยู่
จากการทดลองการพุ่งชนด้วยแรงดันสูง (Hypervelocity impact experiments) พบว่า โมเลกุลน้ำสามารถกระจายตัว เคลื่อนที่ รวมตัวและกักเก็บในช่วงที่เกิดการพุ่งชนได้ นอกจากนี้ ความร้อนที่เกิดขึ้นในช่วงเวลานั้น น่าจะมีบทบาทสำคัญทำให้น้ำแข็งละลายเป็นของเหลวได้ ช่วยเพิ่มกระบวนการที่ก่อให้เกิดแร่สนิมและ FeOOH โดยสารตัวหลังนี้ เป็นสารที่มีค่าอุณภูมิความร้อนที่ค่อนข้างคงที่ในบริเวณขั้วดวงจันทร์ แต่ก็อาจถูกรังสีจากดวงอาทิตย์ การพุ่งชนของวัตถุในอวกาศต่าง ๆ ทำให้มันสลายตัวเป็นฮีมาไทต์ได้เช่นกัน
รวมสามเหตุปัจจัยต้องพิสูจน์ หากความจริงประจักษ์มันอาจเผย ‘วิวัฒนาการชั้นบรรยากาศโลก’ ด้วย
ด้วยเหตุนี้ทีมวิจัยจึงเสนอว่า ปัจจัยทั้ง 3 ประการน่าจะส่งผลต่อปรากฏการณ์ก่อสนิมบนดวงจันทร์ โดยมีแนวคิดว่า หากในอนาคต เราสามารถวัดไอโซโทปของออกซิเจน (Oxygen isotope measurements) ในบริเวณที่มีสนิมได้ ก็จะช่วยทดสอบสมมติฐานที่ตั้งขึ้นนี้ได้ เพราะถ้าฮีมาไทต์หรือสนิมเกิดขึ้นจากกระบวนการออกซิเดชันด้วยออกซิเจนที่ถ่ายเทจากโลก ค่าไอโซโทปที่วัดได้ก็ควรมีลักษณะใกล้เคียงหรือคล้ายคลึงกับค่าที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศโลก
ทั้งนี้ การก่อตัวของฮีมาไทต์หรือสนิมในบริเวณหลุมต่าง ๆ บนพื้นผิวดวงจันทร์ด้านใกล้ในช่วงระยะเวลาที่แตกต่างกัน อาจบันทึก ‘ลักษณะเฉพาะของชั้นบรรยากาศโลก’ ในอดีตเอาไว้ด้วย โดยอดีตที่ว่าอาจย้อนกลับไปได้ถึง 2.4 พันล้านปีเลยทีเดียว และนั่นก็ช่วยให้เราเข้าใจพัฒนาการและกระบวนการที่ช่วยก่อให้เกิดสิ่งมีชีวิตบนโลก และน่าจะเป็นประโยชน์ต่อการศึกษาและค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลกในดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะต่อไปด้วย
อ้างอิง
พิสูจน์อักษร : สุชยา เกษจำรัส