ซากดาวเคราะห์โบราณอาจฝังตัวอยู่ภายในโลก

 

ภาพจากศิลปินแสดงธีอา(Theia) กำลังชนกับโลกในวัยทารก

 

    นักวิจัยค่อนข้างแน่ใจว่าเราได้ดวงจันทร์มา ภายหลังจากที่มีดาวเคราะห์ดวงหนึ่งซึ่งเรียกว่า ธีอา(Theia) ชนกับโลกในวัยทารกเมื่อ 4.5 พันล้านปีก่อน แต่ที่ยังไม่แน่ชัดก็คือรายละเอียดล้อมรอบชะตากรรมของธีอา มันจะเป็นการชนแล้วหนี หรือ แมนเทิล(mantle) ซึ่งเป็นชั้นหินหลอมเหลวของดาวเคราะห์ทั้งสองจะหลอมรวมเข้าด้วยกัน

     Qian Yuan นักวิทยาศาสตร์โลกที่มหาวิทยาลัยอริโซนาสเตท และเพือ่นร่วมงานของเขาเพิ่งเสนอหลักฐานแนวใหม่เพื่อสนับสนุนสมมุติฐานข้อหลังโดยบอกว่าธีอาไม่เพียงแต่หลอมรวมกับโลก แต่เราอาจจะรู้ว่าซากของมันอยู่ในชั้นแมนเทิลส่วนใดในโลก นักวิจัยนำเสนอหลักฐานในการประชุมวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์และดวงจันทร์แบบเสมือนจริงครั้งที่ 52

    เมื่อเทียบกับดวงจันทร์แล้ว เรารู้เรื่องราวของธีอาน้อยกว่าอย่างมาก Yuan กล่าว ดวงจันทร์อยู่ตรงนั้น เรามีตัวอย่างของมัน มีคนเคยไปที่นั่น แต่ก็มีไม่กี่คนที่สนใจเรื่องวัตถุที่เข้าชน มีงานมากมายเกี่ยวกับสมมุติฐานการชนครั้งใหญ่(giant impact hypothesis) หลักฐานโดยอ้อมตั้งแต่ ความเร็วเชิงมุมที่สูงในระบบโลก-ดวงจันทร์ปัจจุบัน, แกนกลางเหล็กขนาดเล็กของดวงจันทร์ และอัตราส่วนมวลที่สูงเมื่อเทียบกับโลก รวมถึงการเปรียบเทียบไอโซโทปที่พบบนดวงจันทร์กับที่พบบนโลก ความคล้ายคลึงในองค์ประกอบบอกว่าดวงจันทร์นั้นประกอบด้วยชิ้นส่วนของโลกโบราณจำนวนมาก ซึ่งหมายความว่าจะต้องมีบางสิ่งอย่างเช่นการชนครั้งใหญ่ที่ชนและเฉือนดาวเคราะห์จุดสีฟ้าจางของเราออกไป

ลำดับเหตุการณ์ใน สมมุติฐานการชนครั้งใหญ่ที่สร้างดวงจันทร์ขึ้นมา ในแบบง่ายๆ แต่ในความเป็นจริง มีความซับซ้อนในรายละเอียดมากกว่านี้

    แบบจำลองเดิมประเมินว่าวัตถุที่พุ่งเข้าชนหรือธีอา(ได้ชื่อตามยักษ์ไททันธีอาที่เป็นมารดาของเทพีแห่งดวงจันทร์-เซลีน; Selene) มีขนาดพอๆ กับดาวอังคาร(ครึ่งหนึ่งของโลกในปัจจุบัน) แม้ว่าการศึกษาล่าสุดหลายงานบอกว่ามันน่าจะมีขนาดพอๆ กับโลกในวัยทารก ไม่ว่าทางใด นักวิจัยเกือบทุกคนเห็นพ้องกันว่า แกนกลางของธีอาซึ่งเป็นส่วนที่หนาแน่นที่สุด ได้ควบรวมกับแกนกลางของโลกได้รวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อหลังจากการชน ในเวลาเพียงไมกี่ชั่วโมงเท่านั้น แล้วส่วนที่เหลือหายไปไหน

      ทุกวันนี้ ชั้นแมนเทิลของโลกก็ไม่ได้เป็นเนื้อเดียวกันอย่างสมบูรณ์ มีแมนเทิลประมาณ 8% ที่แตกต่างจากส่วนที่เหลือเล็กน้อย และก่อตัวเป็นกองขนาดใหญ่ 2 กองใกล้รอยต่อแกนกลาง-แมนเทิล กองทั้งสองเหล่านี้ถูกเรียกว่า LLSVPs(Large Low-Shear-Velocity Provinces) ซึ่งได้ชื่อเช่นนั้นเนื่องจาก คลื่นไหวสะเทือน(seismic wave) ที่เรียกว่า คลื่นเฉือน(shear wave) เคลื่อนที่ช้าลงประมาณ 1 ถึง 2% ผ่านพวกมัน และพวกมันมีขนาดใหญ่โตด้วยความหนาราว 1000 กิโลเมตรและกว้างอีกหลายพันกิโลเมตร กองหนึ่งอยู่ใต้ทวีปอาฟริกา และอีกกองอยู่ใต้มหาสมุทรแปซิฟิค โอบรอบแกนกลางของโลกราวกับเป็นที่ครอบหู(earmuffs) ขนาดมหึมาชุดหนึ่ง

     นักวิจัยบางคนคิดว่า LLSVPs ทำให้คลื่นเฉือนช้าลงเนื่องจากพวกมันมีอุณหภูมิสูงกว่าแมนเทิลส่วนที่เหลือ คนอื่นๆ ซึ่งรวมถึง Yuan และเพื่อนร่วมงานคิดว่า นอกเหนือจากจะร้อนกว่าแล้ว พวกมันยังมีความหนาแน่นสูงกว่า(ระหว่าง 1.5 ถึง 3.5%) และมีองค์ประกอบที่แตกต่างออกไป Yuan บอกว่าเขากำลังอยู่ในชั้นเรียนธรณีเคมีดาวเคราะห์ เมื่อแนวคิดว่า LLSVPs อาจจะเกี่ยวข้องกับธีอา ตามที่เขาบอก เขาอยู่ในชั้นเรียนของ Micha Zolotov ศาสตราจารย์ที่อริโซนาสเตท เรียนรู้เกี่ยวกับทฤษฎีการชนครั้งใหญ่ที่ก่อตัวดวงจันทร์ขึ้นมา Zolotov บอกว่าส่วนที่อ่อนที่สุดของทฤษฎีก็คือธีอาเอง เมื่อไม่มีใครเคยพบหลักฐานโดยตรงที่สนับสนุนการมีอยู่ของมันเลย มันหายไปซะอย่างนั้น ไม่มีหลักฐานใดๆ ของมันในอุกกาบาต, ในแถบดาวเคราะห์น้อย หรือที่อื่นเลย เมื่อ Zolotov พูดเช่นนี้ Yuan ย้อนความหลังให้ฟังว่า มันทำให้ผมฉุกคิด ถ้าหลังจากการชนแล้ว ธีอาหายเข้าไปในโลก ก็เป็นไปได้ที่มันจะอยู่ในโลกเป็น LLSVPs หรือไม่

LLSVPs ที่อยู่ลึกภายในโลก อิงจากการถ่ายภาพส่วนตัดคลื่นไหวสะเทือน(seismic tomography) 

     ความพยายามแรกของ Yuan ก็คือทำการคำนวณง่ายๆ เริ่มต้นด้วยการเปรียบเทียบขนาดของ LLSVPs ทั้งสองกับขนาดชั้น
แมนเทิลของดาวอังคาร ซึ่งเป็นการประมาณคร่าวๆ เพื่อทราบชั้นแมนเทิลของธีอา เขาพบว่า LLSVPs ทั้งสองมีขนาดประมาณ 80 ถึง 90% ชั้นแมนเทิลดาวอังคาร เมื่อรวมดวงจันทร์เข้าไป ก็แทบจะพอดีเป๊ะ เขากล่าว ผมเลยคิดว่ามันก็พอไปได้

      เขาตรวจสอบรายงานปี 2012 ใน Nature โดยนักธรณีเคมี Sujoy Mukhopadhyay จากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย เดวิส ซึ่งตรวจสอบไอโซโทปก๊าซมีตระกูล(noble gas) จากหินบะซอลต์ภูเขาไฟในไอซ์แลนด์ Mukhopadhyay ได้แสดงว่าชั้นแมนเทิลของโลกมีสภาพที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันในทางกายภาพ(heterogenous) โดยมีแหล่งที่แตกต่างกันอย่างน้อย 2 แหล่ง และแหล่งเหล่านั้นก็มีอายุอย่างน้อย 4.5 พันล้านปี ซึ่งนั้นเก่าแก่กว่าดวงจันทร์ นี่สอดคล้องกับสมมุติฐานของเรา Yuan กล่าว หนึ่งในแหล่งก็อาจเป็นชั้นแมนเทิลของธีอา ที่ถูกเก็บรักษาไว้ในชั้นแมนเทิลของโลกหลังจากการชน

     ต่อมา Yuan ก็หันไปปรึกษา Steven Desch นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่อริโซนาสเตท ซึ่งในปี 2019 ได้เผยแพร่การประเมินองค์ประกอบธีอางานใหม่ Desch พร้อมกับ Katherine Robinson ที่สถาบันดวงจันทร์และดาวเคราะห์ ในฮุสตัน ได้ใช้องค์ประกอบตัวอย่างจากดวงจันทร์จากปฏิบัติการอะพอลโล่เพื่อทำแบบจำลองธีอาที่น่าจะเป็น โดยสรุปว่ามันมีขนาดใหญ่กว่าที่เคยคาดไว้โดยมีขนาดพอๆ กับโลกยุคทารกหรือสี่เท่าดาวอังคาร และที่สำคัญก็คือ ทั้งสองได้ประเมินว่าชั้นแมนเทิลของธีอามีปริมาณเหล็กออกไซด์สูงกว่าในชั้นแมนเทิลบนโลก นี่หมายความว่ามันหนาแน่นมากกว่า ดังนั้นเมื่อดาวเคราะห์ทั้งสองชนกัน ชั้นแมนเทิลของธีอาก็น่าจะจมลง

     Yuan และ Desch ผนึกกำลังกันเพื่อระบุองค์ประกอบชั้นแมนเทิลของธีอาน่าจะเคยมีสภาพอย่างไร ถ้าปัจจุบันมันคือ LLSVPs หลังจากมีการพาในชั้นแมนเทิลแล้ว 4.5 พันล้านปี พวกเขาพบว่า ถ้าธีอามีความหนาแน่นสูงกว่าที่ Desch เคยประเมินไว้ก่อนหน้านี้ ชั้นแมนเทิลของมันก็น่าจะจมลงจนเกินไปและก่อตัวเป็นชั้นที่กระจายไปทั่วโลก แทนที่จะเป็นกองวัสดุสาร 2 กองแปะที่รอยต่อแกนกลาง การคำนวณได้เผยให้เห็นว่า การประเมินขนาดและความหนาแน่นของธีอานั้นถูกต้องแล้ว

ไดอะแกรมแสดงวิวัฒนาการชั้นแมนเทิล(mantle) ของโลก ธีอาชนกับโลก, แกนกลางทั้งสองหลอมรวมกัน และดวงจันทร์ก็ก่อตัวขึ้นจากการชน อย่างไรก็ตาม เมื่อแมนเทิลของธีอาหนาแน่นกว่าแมนเทิลของโลก ดังนั้นมันจึงไม่ผสมรวมแต่กลับจมลง ไปเกาะกันอยู่ที่รอยต่อกับแกนกลางส่วนนอก 

     สิ่งที่ได้จริงๆ จากการศึกษานี้ก็คือว่ามีความคิดสร้างสรรค์อยู่แค่ไหน Susannah Dorfman นักธรณีเคมีที่มหาวิทยาลัยมิชิกันสเตท ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้ กล่าว จะเชื่อมโยงแขนงวิชาสองแขนงเพื่อมองปัญหาในแบบที่แตกต่างกัน 2 ทางได้อย่างไร เธออธิบายว่าแบบจำลองเสมือนจริงที่ทีมใช้นั้นน่าเชื่อถือ ทางเดียวที่จะทำให้แนวคิดนี้ตกไปได้ก็คือ ข้อสันนิษฐานเกี่ยวกับองค์ประกอบของมันนั้นไม่ถูกต้อง อย่างเช่น ปริมาณเหล็กออกไซด์ในธีอา และความหนาแน่นของมันเปรียบเทียบกับของโลก แต่กระนั้นเธอก็บอกว่า เมื่อมีปัจจัยเริ่มต้นที่แน่ชัดชุดหนึ่งแล้ว มันก็จะให้ผลที่ดูเหมือนจะปฏิเสธไม่ได้ออกมา นี่เป็นความสวยงาม

      Yuan เป็นคนแรกที่บอกว่ายังคงมีความคลาดเคลื่อนมากมายกับแนวคิดใหม่นี้ เราต้องยอมรับจริงจังว่านี่ยังเป็นแค่สมมุติฐาน และเราก็แค่เสนอมันขึ้นมาเป็นครั้งแรก มันยังใหม่มากๆ ผมหวังว่าจะมีนักวิจัยคนอื่นๆ ที่มาทดสอบสมมุติฐานของพวกเรา เพื่อรวบรวมหลักฐานให้มากขึ้นเพื่อพิสูจน์หรือคัดค้านมัน เขาบอกว่าก้าวต่อไปดูเหมือนจะเป็นการเปรียบเทียบองค์ประกอบไอโซโทปก๊าซมีตระกูลในตัวอย่างจากดวงจันทร์ กับจาก LLSVPs ไม่มีเหตุผลใดเลยที่พวกมันจะมีความเกี่ยวข้องทางเคมีกัน ยกเว้นแต่ว่าพวกมันได้ไอโซโทปเหล่านั้นมาจากวัตถุต้นกำเนิดก็คือ ธีอา

     สำหรับ LLSVPs ซึ่งมีปริมาตรใหญ่กว่าเอเวอร์เรสต์หลายล้านเท่านั้น นักวิจัยคนอื่นๆ บอกว่าอาจมีความเชื่อมโยงกับสภาพสนามแม่เหล็กแหว่งเหนือพื้นที่ดังกล่าว Julien Aubert ผู้เชี่ยวชาญธรณีแม่เหล็ก จากสถาบันฟิสิกส์โลกแห่งปารีส คิดว่า การแหว่งนี้อาจเกิดเพราะกองขนาดใหญ่ทั้งสอง ไปรบกวนโลหะหลอมเหลวในแกนกลางส่วนนอกที่สร้างสนามแม่เหล็ก การไหลเวียนนี้เกิดขึ้นบางส่วนจากกระบวนการที่วัสดสารที่เบากว่าร้อนกว่า ในแกนกลางลอยขึ้นสู่ชั้นแมนเทิลที่กึ่งแข็ง ซึ่งมันจะไปแทนที่วัสดุสารในชั้นแมนเทิลที่หนาแน่นกว่าและเย็นกว่า ทำให้จมลง เกิดการพา(convection) ขึ้น ปัญหาก็คือ ถ้ามีบางสิ่งที่รอยต่อระหว่างแกนกลางกับชั้นแมนเทิลกำลังรบกวนการพา ก็จะทำให้ความแรงของสนามแม่เหล็กเหนือมันอ่อนแอลง 

แหล่งข่าว astronomy.com : there might be remnants of an ancient planet buried inside Earth
                sciencealert.com : a buried chunk of alien world could be behind a weak spot in Earth’s magnetic field    
                skyandtelescope.com : bits of Theia might be in Earth’s mantle