กระแสน้ำในมหาสมุทรใต้พื้นผิวดวงจันทร์เอนเซลาดัส

 

ภาพจากศิลปินแสดงพุน้ำแข็งที่พบในพื้นที่รอยเลื่อนที่เรียกว่า ลายพาดกลอน(tiger stripes) รอบขั้วใต้ของดวงจันทร์เอนเซลาดัส

     หนึ่งในดวงจันทร์ของดาวเสาร์-เอนเซลาดัส ใต้เปลือกน้ำแข็งหนา 20 กิโลเมตรเป็นมหาสมุทรข้างใต้ ซึ่งดูเหมือนจะมีกระแสน้ำไหลคล้ายกับที่เกิดในมหาสมุทรบนโลก

      ทฤษฎีนี้เกิดขึ้นจากรูปร่างเปลือกน้ำแข็งของเอนเซลาดัส(Enceladus) ได้ท้าทายความคิดในปัจจุบันที่ว่ามหาสมุทรที่พบใต้เปลือกน้ำแข็งของดวงจันทร์จะเป็นเนื้อเดียวกัน(homogeneous) แบ่งแยกจากการผสมในแนวตั้งซึ่งผลักดันโดยความอบอุ่นของแกนกลางดวงจันทร์

      เอนเซลาดัสเป็นลูกบอลน้ำแข็งขนาดจิ๋วที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 500 กิโลเมตร(หรือหนึ่งในเจ็ดส่วนเส้นผ่าศูนย์กลางดวงจันทร์ของโลก) เป็นดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดเป็นอันดับหกของดาวเสาร์ แต่แม้มันจะมีขนาดที่เล็ก เอนเซลาดัสก็ดึงดูดความสนใจของนักวิทยาศาสตร์เมื่อในปี 2014 การบินผ่านของยานคาสสินี(Cassini) ได้พบหลักฐานมหาสมุทรขนาดใหญ่ใต้พื้นผิวดวงจันทร์ และเก็บตัวอย่างน้ำจากการปะทุที่คล้ายน้ำพุซึ่งเกิดขึ้นผ่านรอยเลื่อนในน้ำแข็งรอบๆ ขั้วใต้ดวงจันทร์ ที่นี่เป็นหนึ่งในสถานที่ไม่กี่แห่งในระบบสุริยะที่มีน้ำของเหลวอยู่(อีกที่ก็คือ Europa; ยูโรปาดวงจันทร์ของดาวพฤหัสฯ) ทำให้มันกลายเป็นเป้าหมายสำหรับนักดาราศาสตร์ชีววิทยาที่สำรวจหาสัญญาณของสิ่งมีชีวิต

      การมีน้ำของเหลวและรอยแตกบนเปลือกน้ำแข็งช่วยนักวิทยาศาสตร์ให้เข้าใจว่าเอนเซลาดัสทำงานอย่างไร เมื่อเอนเซลาดัสเคลื่อนที่ไปตามวงโคจรรี 1.37 วันรอบดาวเสาร์ แรงโน้มถ่วงจากดาวเคราะห์ที่เปลี่ยนแปลงไปจะยืดและดึงดวงจันทร์ออก ความเครียดนี้สร้างความร้อนภายในและกิจกรรมที่พื้นทะเล(geothermal activity) และสร้างรอยแตกบนเปลือกน้ำแข็ง

การไหลเวียนกระแสน้ำบนโลก น้ำที่ส่วนบนของมหาสมุทรจะอบอุ่นขึ้นจากแสงอาทิตย์ จนกระทั่งเย็นตัวลงใกล้กับขั้วโลก ซึ่งจะจมตัวลงไป น้ำจากเบื้องลึกซึ่งเย็นกว่าจะไหลขึ้นมาแทนที่ 

     มหาสมุทรบนเอนเซลาดัสนั้นแทบจะเหมือนกับมหาสมุทรของโลกทุกประการ มหาสมุทรของโลกนั้นค่อนข้างตื้น(ความลึกเฉลี่ย 3.6 กิโลเมตร) ปกคลุมพื้นผิวโลกสามในสี่ มีอุณหภูมิอบอุ่นกว่าที่ส่วนบนจากความร้อนของดวงอาทิตย์ และเย็นกว่าในส่วนที่ลึกใกล้ก้นทะเล และมีกระแสน้ำซึ่งได้รับผลจากลม เอนเซลาดัสก็ดูเหมือนจะมหาสมุทรใต้พื้นผิวที่แผ่กินไปทั่วดวงจันทร์โดยสิ้นเชิงและมีความลึกอย่างน้อย 30 กิโลเมตร ความร้อนภายในรักษาให้มหาสมุทรภายในยังเป็นของเหลวอยู่ และมันก็พ่นของเหลวออกมาผ่านรอยแตกเป็นน้ำพุซึ่งตกลงบนพื้นผิวดวงจันทร์และแข็งตัวอีกครั้ง ความร้อนภายในนี้ยังน่าจะสร้างกระแสน้ำที่เกิดการพาในแนวตั้ง(vertical convection currents) คล้ายกับที่เกิดบนโลก ความร้อนจากแกนกลางดวงจันทร์ส่งน้ำอุ่นลอยขึ้นมา ซึ่งน่าจะเย็นลงที่ส่วนบนใกล้เปลือกน้ำแข็งก่อนที่จะไหลเวียนลงไปด้านล่าง

     แม้จะมีความแตกต่าง Ana Lobo นักศึกษาจากสถาบันเทคโนโลจีแห่งคาลิฟอร์เนีย
(Caltech) บอกว่ามหาสมุทรบนเอนเซลาดัส
มีกระแสน้ำที่คล้ายกับที่เกิดบนโลก แต่ก็ยังมีอะไรมากกว่านั้น งานวิจัยนี้ทำโดยยืนพื้นจากการตรวจสอบของคาสสินีเช่นเดียวกับงานวิจัยโดย Andrew Thompson ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม ซึ่งศึกษาวิธีที่น้ำแข็งและน้ำของเหลวมีปฏิสัมพันธ์กันเพื่อขับเคลื่อนการผสมในมหาสมุทรรอบๆ ทวีปแอนตาร์กติกา

     มหาสมุทรของเอนเซลาดัสและโลกมีคุณลักษณะประการหนึ่งร่วมกันก็คือ พวกมันเป็นเกลือ และตามที่แสดงไว้ในการค้นพบที่เผยแพร่ใน Nature Geoscience วันที่ 25 มีนาคม ระดับความเค็ม(salinity) ที่แตกต่างน่าจะเป็นตัวขับดันการไหลเวียนในมหาสมุทรบนเอนเซลาดัส เหมือนกับที่เป็นในมหาสมุทรทางใต้ของโลกซึ่งล้อมรอบทวีปแอนตาร์ติกา Lobo และ Thompson ร่วมทีมกับ Steven Vance และ Saikiran Tharimena จากห้องทดลองไอพ่นขับดัน(JPL) ซึ่งนาซาให้คาลเทคดำเนินงาน

     การตรวจสอบแรงโน้มถ่วงและการคำนวณความร้อนจากคาสสินีได้เผยให้เห็นแล้วว่า เปลือกน้ำแข็งที่ขั้วดวงจันทร์นั้นบางกว่าที่ศูนย์สูตร พื้นที่ที่มีน้ำแข็งบางที่ขั้วก็น่าจะเกี่ยวข้องกับการหลอมเหลว และพื้นที่ที่มีน้ำแข็งหนาที่ศูนย์สูตรก็น่าจะเกิดการเยือกแข็ง Thompson กล่าว สิ่งนี้ส่งผลต่อกระแสน้ำในมหาสมุทรเนื่องจากเมื่อน้ำเกลือเยือกแข็ง มันจะปล่อยเกลือออกมา และทำให้น้ำที่อยู่รอบๆ หนักขึ้น เป็นสาเหตุให้น้ำจมลง สิ่งที่ตรงกันข้ามกันนี้เกิดขึ้นในพื้นที่ที่มีการหลอมเหลว ทำให้ความเข้มข้นของเกลือเจือจางลงและลดความหนาแน่นของน้ำ  

แบบจำลองกระแสน้ำในมหาสมุทรใต้พื้นผิวของเอนเซลาดัส เขตศูนย์สูตรมีอุณหภูมิต่ำกว่าที่ขั้วดวงจันทร์ ทำให้น้ำของเหลวกลายเป็นน้ำแข็ง(1) เกลือในน้ำทำให้น้ำของเหลวรอบๆ มีความเข้มข้นเกลือสูงขึ้น น้ำมีความหนาแน่นสูงขึ้นจะจมลง(2) ไหลไปสู่พื้นที่รอบขั้ว ความเข้มข้นเกลือในน้ำจางลงก็ลอยตัวขึ้น(3) ทำให้ชั้นน้ำแข็งรอบพื้นที่ขั้วหลอมเหลว ชั้นน้ำแข็งจึงบางลง 

     การทราบการกระจายของน้ำแข็งช่วยให้เราได้ระบุรูปแบบการไหลเวียน Lobo อธิบาย แบบจำลองคอมพิวเตอร์ซึ่งมีพื้นฐานจากการศึกษาแอนตาร์กติกาของ Thompson ได้บอกว่าพื้นที่การหลอมเหลวและเยือกแข็ง จำแนกได้โดยโครงสร้างของน้ำแข็งนั้น น่าจะเชื่อมโยงกันโดยกระแสน้ำในมหาสมุทร นี่น่าจะสร้างการไหลเวียนจากขั้วถึงศูนย์สูตร    

     ถ้าการแปลผลของทีมถูกต้อง ระดับเกลือในน้ำพุน้ำแข็งเหล่านั้นก็น่าจะอยู่ที่ด้านต่ำ เมื่อพวกมันถูกยิงออกจากพื้นที่ที่หลอมเหลว และน้ำรอบๆ ศูนย์สูตรของดวงจันทร์ก็อาจจะมีความเค็มสูงกว่า เรายังทราบว่ากระแสน้ำในมหาสมุทรบนโลกมีบทบาทในการกระจายสารอาหาร ความเข้าใจเกี่ยวกับระดับความเค็มและการกระจายสารอาหารที่ลึกมากขึ้นน่าจะช่วยบอกว่าพื้นที่ใดในมหาสมุทรใต้พื้นผิวที่อาจจะเป็นส่วนที่เกื้อหนุนสิ่งมีชีวิตมากที่สุดโดยวันหนึ่งก็อาจจะให้ข้อมูลต่อความพยายามเพื่อสำรวจหาสัญญาณของสิ่งมีชีวิตได้ Thompson กล่าว

     ขณะนี้ ยังคงไม่แน่ชัดว่ามีชีวิตบนเอนเซลาดัสหรือไม่ เมื่อมันอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์อย่างมาก แต่เนื่องจากกิจกรรมความร้อนที่พื้นทะเล มันก็อาจจะมีห่วงโซ่อาหารจากการสังเคราะห์ทางเคมี คล้ายกับที่พบรอบๆ ปล่องระบายความร้อนที่พื้นทะเล(hydrothermal vents) ในมหาสมุทรที่ลึกและดำมืดบนโลก ถ้ามีชีวิตซ่อนอยู่ลึกในมหาสมุทรบนเอนเซลาดัสจริง การค้นพบของทีมก็น่าจะช่วยบอกว่าน่าจะพบได้ที่ไหน แต่ ณ ตอนนี้ ยังไม่มีปฏิบัติการใดที่อุทิศให้กับการสำรวจเอนเซลาดัส อย่างไรก็ตาม ปฏิบัติการแมลงปอ(Dragonfly) สู่ดวงจันทร์ไททัน(Titan) ของดาวเสาร์, ปฏิบัติการยูโรปา คลิปเปอร์(Europa Clipper) เพื่อศึกษาดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสฯ และ ปฏิบัติการ JUICE(Jupiter Icy moons Explorer) ก็น่าจะเปิดช่องใหม่ๆ สู่การไหลเวียนในมหาสมุทรใต้พิภพเหล่านี้ได้

 

แหล่งข่าว phys.org : ocean currents predicted on Enceladus
                sciencealert.com : Enceladus could have ocean currents similar to those on Earth
                space.com : Enceladus may have ocean currents like we see around Antarctica