เมื่อครั้งอดีตดาวอังคารเคยมีมหาสมุทร และสูญเสียไปได้อย่างไร

“ดาวอังคาร”นับได้ว่าเป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะจักรวาลลำดับถัดจากโลก ที่ได้รับความสนใจในการสำรวจตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน และมีการคาดหวังว่าดาวดวงนี้อาจจะเป็นบ้านหลังที่สองของมนุษย์ เนื่องจากมีลักษณะคล้ายโลกหลายประการ เช่น แกนของดาวเอียงไม่ต่างกันมาก ส่งผลให้ฤดูกาลที่เกิดขึ้นบนดาวอังคารคล้ายโลก แต่ดาวอังคาร มีวงโคจรที่ไกลกว่าฤดูกาลที่เกิดขึ้นจึงยาวนานกว่า และระยะเวลาในการหมุนรอบตัวเองของดาว ทั้งสองดวงใกล้เคียงกัน ส่งผลให้กลางวันและกลางคืนยาวนานพอๆ

จากข้อมูลในการสำรวจในปัจจุบันพบว่า แม้พื้นผิวของดาวอังคารจะมีลักษณะแห้งแล้ง โดยมีน้ำเพียงเล็กน้อยที่เกาะอยู่ ในรูปน้ำแข็งหรือน้ำที่อยู่ใต้พื้นผิว แต่เมื่อสังเกตดูที่ผิวดาวอย่างใกล้ชิด จะเห็นสิ่งที่ดูเหมือน แนวชายฝั่งหรือหุบเขาซึ่งครั้งหนึ่งในอดีตอันไกลโพ้นเคยเกิดน้ำท่วมใหญ่

เมื่อหลายพันล้านปีก่อน บรรยากาศของดาวอังคาร อาจหนาแน่นขึ้นและอากาศอุ่นขึ้นเล็กน้อย จากการดูสันดอนบนดาวอังคาร ซึ่งคล้ายกับสันดอนแม่น้ำบนโลก นักวิทยาศาสตร์บางคนเสนอว่า เคยมีมหาสมุทรปกคลุม พื้นที่ผิวดาวอังคารบางส่วน นอกจากนี้จากหลักฐาน องค์ประกอบของอุกกาบาตบนดาวอังคาร สามารถแสดงให้เห็นว่า คุณสมบัติทางเคมีของดาวอังคารเมื่อหลายพันล้านปีก่อนเป็นอย่างไร ผลจากหลักฐานทั้งสอง สามารถระบุได้ว่า เมื่อประมาณสี่พันล้านปีก่อน ซีกโลกเหนือของดาวอังคาร เคยถูกปกคลุมด้วยมหาสมุทรขนาดใหญ่

แต่วันนี้มหาสมุทรแห่งนั้น คงเหลือเพียงความทรงจำ ผลงานวิจัยล่าสุดที่นำเสนอ โดยมหาวิทยาลัยโตเกียว ได้อธิบายสาเหตุสำคัญที่ค้นพบ ทำไมเมื่อหลายพันล้านปีก่อน ดาวอังคารถึงเกิดการสูญเสียสนามแม่เหล็กไป เมื่อไม่ได้รับการป้องกันจากสนามแม่เหล็ก ทำให้ชั้นบรรยากาศดาวแดงถูกดึงแยกออก และในที่สุดมหาสมุทรก็ระเหยเป็นไอน้ำ ในชั้นบรรยากาศแล้วหายลับไปในอวกาศ


ระบบสุริยะของเราเป็นสถานที่ที่รุนแรง เมื่อดวงอาทิตย์ให้ชีวิตแก่เราได้ ก็สามารถพรากชีวิตเราไปได้เช่นเดียวกัน ดวงอาทิตย์มีการผลิตรังสีจำนวนมหาศาล หากโลกเราไม่ได้รับการป้องกันจากสนามแม่เหล็กโลก โลกของเราก็คงจะแตกสลาย หากไม่มีสนามแม่เหล็กโลก ลมสุริยะจากดวงอาทิตย์ จะดึงชั้นบรรยากาศโลกของเราไป มหาสมุทรก็จะระเหยและเลือนหายไปในอวกาศ แล้วโลกก็คงจะมีชะตากรรม ที่จบลงเหมือนดาวอังคาร

โลกเป็นดาวเคราะห์หิน ในระบบสุริยะที่มีสนามแม่เหล็กแรงสูง การปรากฏตัวของมัน น่าจะเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้ดาวอังคารและโลกแตกต่างกันอย่างมาก แต่เมื่อหลายพันล้านปีก่อน ดาวอังคารก็มีสนามแม่เหล็กแรงสูงเช่นกัน แล้วเกิดอะไรขึ้น ?

ในรายงานการวิจัย ที่นำทีมโดย Shunpei Yokoo แห่งมหาวิทยาลัยโตเกียว ได้จำลองการสร้างแกนกลางของดาวอังคาร ในห้องทดลองบนโลก โดยใช้วัสดุที่มีส่วนผสมของเหล็ก กำมะถัน และไฮโดรเจน ซึ่งเชื่อว่าเป็นส่วนประกอบหลักของแกนกลางของดาวอังคาร

โดยกำมะถันน่าจะอยู่ในแกนกลาง จากหลักฐานที่พบจากอุกกาบาตบนดาวอังคาร ส่วนไฮโดรเจนอาจมีอยู่มากในแกนกลาง เนื่องจากดาวอังคารอยู่ใกล้กับ "เส้นน้ำแข็ง" [เส้นน้ำแข็ง หมายถึง ระยะทางที่ห่างออกมาจากดวงอาทิตย์ ที่มีสารประกอบที่ระเหยได้ง่าย เช่น น้ำ แอมโมเนีย มีเทน และคาร์บอนไดออกไซด์ ที่สามารถควบแน่นเป็นเกล็ดน้ำแข็ง หรือ ก่อตัวเป็นก้อนน้ำแข็ง เช่น ดาวหาง] ในระบบสุริยะของเรา มีน้ำแข็งอยู่มากมาย ในระหว่างการก่อตัวดาวเคราะห์

เราจึงสามารถสันนิษฐานได้อย่างสมเหตุสมผลว่า [แกนกลางดาวแดง] เป็นของเหลวที่ประกอบด้วย Fe-S-H


จากนั้นทีมวิจัย ได้วางส่วนผสมของเหล็ก กำมะถัน และไฮโดรเจนนี้ ในระหว่างเพชรสองเม็ด ให้ความร้อนด้วยเลเซอร์ และทำการจำลองอุณหภูมิและความดันสูง ให้คล้ายกับสถานะที่อยู่ ในแกนกลางของดาวเคราะห์หิน สิ่งที่ทีมงานนักวิจัยตรวจพบ คือ วัสดุนี้ได้ถูกแยกออกเป็นของเหลว สองชนิดที่แตกต่างกัน ชิ้นแรกประกอบด้วยเหล็กและกำมะถัน และชิ้นที่สองประกอบด้วยธาตุเหล็กและไฮโดรเจน เนื่องจากของเหลวที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน มีความหนาแน่นน้อยกว่า มันจึงลอยตัวขึ้นไปด้านบน เมื่อของเหลวได้แยกตัวออกจากกัน กระแสการพาความร้อนก็ได้ก่อตัวขึ้น

สิ่งที่ตรวจพบนี้ คล้ายกับสิ่งที่จะเกิดขึ้น ในประวัติศาสตร์ยุคแรกของดาวอังคาร ของเหลวที่เป็นเหล็ก-กำมะถัน-ไฮโดรเจน ได้ก่อตัวเป็นกระแสพาความร้อน กระแสความร้อนเหล่านี้ จะก่อตัวเป็นสนามแม่เหล็กป้องกันรอบดาวอังคาร แต่กระแสความร้อนดังกล่าวมีอายุสั้น ทันทีที่ของเหลวทั้งสอง ได้แยกออกจากกันอย่างสมบูรณ์ กระแสความร้อนก็จะหยุดลง และนั้นเป็นสาเหตุที่ทำให้สนามแม่เหล็กหายไป ในที่สุดชั้นบรรยากาศก็จะหายไป และมหาสมุทรก็จะหายไปด้วย กลไกฟิสิกส์ดาวอังคารที่คล้ายกันกับแกนกลางของโลก


ทีมนักวิจัยพบว่า การแยกตัวออกของของเหลวที่เป็น เหล็ก-กำมะถัน และเหล็ก-ไฮโดรเจนนี้ ยังตรวจพบเห็นได้ภายในโลกเช่นกัน แต่มีความแตกต่างที่สำคัญนั้น คือ อุณหภูมิ

อุณหภูมิของแกนโลก (~5,500 C°) นั้นสูงกว่าแกนของดาวอังคารมาก (~1,600 C°) ด้วยอุณหภูมิสูงเหล่านี้ ทำให้ของเหลวที่เป็นเหล็ก-กำมะถันและเหล็ก-ไฮโดรเจน ยังคงผสมกัน อย่างไรก็ตาม เราพบการแบ่งชั้นของเหลวในระยะทางที่สูงขึ้น ห่างจากแกนกลางโลก เนื่องจากมันมีอุณหภูมิต่ำกว่า

“สิ่งนี้คือเหตุผลว่าที่อธิบายว่า ทำไมแกนโลกถึงถูกแบ่งชั้นเฉพาะที่ด้านบน ในขณะที่แกนของดาวอังคาร ได้ถูกแบ่งชั้นทั้งหมดตลอดแนว”

ขบวนการนี้ น่าจะใช้เวลานานมาก (เช่น หนึ่งพันล้านปี) เพื่อให้แกนโลกแบ่งชั้น ได้อย่างสมบูรณ์ เหมือนกับดาวอังคาร


การค้นพบนี้ มีความหมายมากต่อการค้นหา ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ที่สามารถอาศัยอยู่ได้ ตามปกติแล้ว สิ่งสำคัญในการพิจารณาว่า ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ สามารถให้กำเนิดชีวิตได้หรือไม่นั้น คือ การมีอยู่ของน้ำในรูปของเหลวบนพื้นผิวดาวระยะห่างจากดาวฤกษ์แม่ที่เหมาะสม ในตำแหน่งที่ไม่เย็นหรือร้อนเกินไป

นอกจากนี้ เราควรจะคำนึงถึงผลของ สนามแม่เหล็กแรงสูงของดาวเคราะห์ด้วย สิ่งนี้ควรเป็นตัวชี้วัดสำคัญอีกประการหนึ่ง ในการตัดสินว่าดาวเคราะห์จะสามารถกักเก็บน้ำไว้ได้หรือไม่ และอาจเป็นไปได้ว่าสนามแม่เหล็กที่แรงพอๆ กับโลกนั้น ค่อนข้างหายากในจักรวาล

ดังนั้น การค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ที่คล้ายกับโลกที่สามารถให้กำเนิดชีวิตได้ จึงไม่ง่ายนัก 


ขอบคุณข้อมูลจาก : nature.com /  FB : สมาคมดาราศาสตร์ไทย