การวิเคราะห์ตัวอย่างดวงจันทร์จากฉางเอ่อ 5 เบื้องต้น

 

ภาพพานอรามาแสดงพื้นที่ลงจอดของฉางเอ่อ 5 

     จากตัวอย่างดวงจันทร์ที่เก็บได้ใหม่ 45 ปีหลังจากปฏิบัติการลูนาของอดีตสหภาพโซเวียตในปี 1976 “ทะเล” ขนาดใหญ่ที่สุดบนดวงจันทร์อาจจะมีคลื่นลมเยอะกว่าชื่อที่ตั้งให้กับมัน

     ในเดือนธันวาคม 2020 ยานฉางเอ่อ 5(Chang’e 5) ของจีนได้รวบรวมดินและหินราว 1.7 กิโลกรัมจากพื้นที่สีมืดและค่อนข้างราบเรียบแห่งหนึ่งที่เรียกว่า มหาสมุทรแห่งพายุ(Oceanus Procellarum) ที่ครอบคลุมพื้นที่มากกว่า 10% บนดวงจันทร์ การวิเคราะห์องค์ประกอบของตัวอย่างนี้ได้ให้หินภูเขาไฟชนิดใหม่ที่น่าจะเผยถึงความซับซ้อนเกี่ยวกับกิจกรรมภูเขาไฟดวงจันทร์ที่มีมากกว่าที่เคยคิด งานวิจัยคุณลักษณะของตัวอย่างดวงจันทร์นำเสนอใน National Science Review วันที่ 14 ตุลาคม 2021

    Li Chunlai ผู้เขียนคนแรก นักวิจัยที่หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์แห่งชาติของสำนักวิทยาศาสตร์จีน(NAOC) กล่าวว่า การประเมินตัวอย่างจากดวงจันทร์อย่างครบถ้วนสมบูรณ์งานแรกนี้ มีพื้นฐานจากภาพจากดาวเทียมในช่วงต้นทศวรรษ 1960 และมันได้แบ่งดวงจันทร์ออกเป็น 2 พื้นที่ คือ มาเรีย(maria) ที่ราบเรียบซึ่งเป็นทะเลบะซอลต์ และที่ราบสูง(highlands) ที่ปุปะด้วยหลุมอุกกาบาต ซึ่งทั้งสองพื้นที่ก็มีหลุมที่มีขนาดหลากหลายมาก ตัวอย่างเป็นกุญแจสู่การส่งเสริมงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ของเราจากการสำรวจระยะไกลสู่การตรวจสอบในห้องทดลอง

     การศึกษาพื้นผิวดวงจันทร์ก่อนหน้านี้ ได้บ่งชี้ว่ามาเรียอาจจะเต็มไปด้วยหินบะซอลต์ที่ก่อตัวขึ้นจากลาวาที่เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่หลุมอุกกาบาตเกิดขึ้นจากการชน ตัวอย่างดวงจันทร์ที่ส่งกลับมาจากปฏิบัติการอพอลโล 6 ‘koและลูนาอีก 3 งานเมื่อศตวรรษที่แล้ว ได้ขยายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับประวัติและวิวัฒนาการดวงจันทร์ได้พอสมควร Li กล่าว โดยบ่งชี้ว่าดวงจันทร์เย็นตัวลงและภูเขาไฟก็หยุดปะทุเมื่อราว 3 พันล้านปีก่อน อย่างไรก็ตาม การเก็บตัวอย่างมุ่งเป้าไปที่พื้นที่ที่ไม่ได้เป็นรายละเอียดพื้นผิวดวงจันทร์ที่แผ่กว้างมากที่สุด พื้นที่เก็บตัวอย่างที่จำกัดเหล่านั้นจึงจำกัดความเข้าใจใหม่ๆ เกี่ยวกับดวงจันทร์ไปด้วย

ตัวอย่างดวงจันทร์จากปฏิบัติการฉางเอ่อ 5 ของจีน 

     นักวิจัยถ่ายภาพตัวอย่างจากฉางเอ่อ 5 ทั้งสิ้น 316,800 ภาพ และจำแนกอนุภาคได้เกือบ 3 ล้านอนุภาคซึ่งมีขนาดตั้งแต่ไม่ถึง 10 ไมครอน จนถึง 500 ไมครอน อนุภาคเกือบทั้งหมดในดินดวงจันทร์ มีขนาดราว 50 ไมครอน(ควมกว้างของเส้นผมมนุษย์) ในทางเคมีแล้ว อนุภาคเหล่านั้นเกือบทั้งหมดปราศจากหลักฐานจากเศษซากการชน ซึ่งบ่งชี้ว่าพวกมันมีกำเนิดบนดวงจันทร์เอง พวกมันมีคุณลักษณะทั่วไปของบะซอลต์ แต่มีความแตกต่างจากบะซอลต์บนโลกที่อุดมด้วยมักนีเซียมและอุดมด้วยเหล็ก บะซอลต์ดวงจันทร์นั้นมีมักนีเซียมที่ต่ำ แต่มีระดับสนิมเหล็ก(iron oxide) ที่สูง

     นี่น่าจะเป็นบะซอลต์ชนิดใหม่ Li เขียนไว้ ในขณะที่นี่หมายความว่าหลักเกณฑ์บนโลกไม่สามารถใช้เพื่อประเมินบนดวงจันทร์ได้ มันน่าจะเป็นบะซอลต์ดวงจันทร์ที่มีการแบ่งชั้นหิน ซึ่งนำไปสู่การเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกิจกรรมภูเขาไฟดวงจันทร์ ข้อมูลองค์ประกอบได้บอกว่าตัวอย่างจากฉางเอ่อ 5 น่าจะเป็นบะซอลต์ดวงจันทร์ชนิดใหม่ ที่แตกต่างจากปฏิบัติการอพอลโลและลูนา ก่อนหน้านี้ มีอายุราว 2 พันล้านปีและเกิดจากภูเขาไฟ นี่หมายความว่า จะต้องมีลาวาไหลนองทั่วพื้นที่ที่ฉางเอ่อ 5 จอด ล่าช้ากว่าที่เคยคิดไว้ 1 พันล้านปี

     Li ยังเสริมว่าการมีอยู่ของบะซอลต์ที่มีกำเนิดบนดวงจันทร์ เมื่อรวมกับการสำรวจพื้นที่เก็บตัวอย่าง ได้บ่งชี้ว่าบะซอลต์ดังกล่าวปรากฏขึ้นหลังจากการชนที่มีอายุที่จำเพาะ ซึ่งน่าจะเผยให้เห็ฯหลักฐานกิจกรรมภูเขาไฟเมื่อเร็วๆ นี้ และยังอาจต้องการทฤษฎีใหม่เกี่ยวกับกิจกรรมภูเขาไฟ เพื่อจัดการกับองค์ประกอบและอายุที่แตกต่างกันของตัวอย่างเหล่านั้น การศึกษานี้มุ่งเป้าไปที่การตรวจสอบตัวอย่างจากดวงจันทร์ของฉางเอ่อ 5 ในเบื้องต้น เพื่อให้ข้อมูลพื้นฐานเพื่องานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ต่อๆ ไป Li กล่าว ตัวอย่างเหล่านี้จะเปิดหน้าต่างใหม่สู่การศึกษาวิทยาศาสตร์ดวงจันทร์ เราได้พบแล้วว่าดวงจันทร์นั้นกว้างขวางและไม่เป็นเนื้อเดียวกันมากกว่าที่เราเคยคิดไว้ ดังนั้นจึงต้องการปฏิบัติการเพื่อรวบรวมตัวอย่างเพิ่มขึ้น

ตัวอย่างบะซอลต์ที่ได้จากดวงจันทร์ที่ฉางเอ่อ 5 ส่งกลับมา บ่งชี้ว่ามันเพิ่งก่อตัวเมื่อไม่นานนี้จากกิจกรรมภูเขาไฟบนดวงจันทร์

     ยิ่งกว่านั้น มีการศึกษาใกล้เคียงกันอีก 2 ชิ้นที่แสดงว่าตัวอย่างดวงจันทร์ใหม่นี้มีน้ำและธาตุกัมมันตรังสีในระดับที่ต่ำอย่างน่าประหลาดใจ น้ำลดจุดหลอมเหลวของหิน และธาตุกัมมันตรังสีโพทัสเซียม, ยูเรเนียม และธอเรียมได้ให้ความร้อนในการหลอมเหลวแมกมา ซึ่งปริมาณที่ต่ำมากทำให้การปะทุภูเขาไฟเกิดได้ง่ายขึ้น ในขณะที่ตัวอย่างจากอพอลโลและลูนามีองค์ประกอบทั้งสองที่สูงกว่า

     โดยรวมแล้ว รายงานใหม่เหล่านี้กลายเป็นปัญหา Qing-Zhu Yin นักธรณีเคมีที่มหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย เดวิส ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานวิจัยเหล่านี้กล่าวกับวารสาร Science ว่าการศึกษาเหล่านี้ได้สร้างคำถามว่าวัตถุที่มีขนาดเล็กพอๆ กับดวงจันทร์ของเรา น่าจะค้ำจุนการปะทุภูเขาไฟในช่วงบั้นปลายชีวิตได้อย่างไร เหตุผลที่การค้นพบเหล่านี้สร้างปัญหาก็คือ ดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศหรือสนามแม่เหล็กเพื่อรักษาความร้อนที่ต้องการเพื่อให้มีกิจกรรมภูเขาไฟ แต่มีแนวคิดสองสามอย่างว่าจะดักความร้อนไว้ได้ยาวนานได้อย่างไร

      อันแรกก็คือ ดินดวงจันทร์อาจจะหนาพอที่จะเก็บความร้อนไว้ได้นานกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยคิดถึง 1 พันล้านปี อีกข้อก็คือ ดวงจันทร์อาจจะร้อนขึ้นจากแรงบีบฉีกของโลก เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกได้ยืดและคลายภายในของดวงจันทร์เมื่อมันโคจรไปรอบๆ คำอธิบายที่เป็นไปได้ข้อสามก็คือ การชนจากดาวเคราะห์น้อยหรือดาวหางขนาดใหญ่ดวงหนึ่ง ซึ่งในบางกรณีก็ทำให้เกิดการปะทุภูเขาไฟได้ 

การเก็บกู้แคปซูลตัวอย่างดวงจันทร์จากฉางเอ่อ 5 ที่ตกลงในมองโกเลีย

     ฉางเอ่อ 5 ถูกส่งสู่ดวงจันทร์ในเดือนพฤศจิกายน มันร่อนลงจอดใกล้กับภูเขาไฟที่ตายแล้วแห่งหนึ่งใน “มหาสมุทรแห่งพายุ” ซึ่งปูด้วยหินภูเขาไฟสีดำที่เรียกว่าบะซอลต์ แลนเดอร์ได้รวบรวมตัวอย่าง ทั้งจากพื้นผิวและจากที่ลึกลงไปในเปลือกดวงจันทร์ราว 1.8 เมตร จากนั้น ฉางเอ่อ 5 ก็เก็บตัวอย่างไว้ในแคปซูลและส่งกลับมาที่โลก แคปซูลตกลงที่มองโกเลียในเดือนธันวาคม

     นักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมอีกมากจากตัวอย่างในอนาคตอย่างหินของฉางเอ่อ 5 ปฏิบัติการดวงจันทร์ลำดับถัดไปของจีนคือ ฉางเอ่อ 6 ตั้งเป้าที่จะส่งไปที่ด้านไกลของดวงจันทร์ในปี 2024 และส่งตัวอย่างกลับมาเพิ่มขึ้น ถ้าดวงจันทร์เป็นวัตถุขนาดเท่าทวีป ตัวอย่างจากอพอลโลกับลูกนาก็น่าจะเหมือนการเก็บตัวอย่างจากเพียงรัฐเดียว แล้วจินตนาการว่าเรารู้ถึงทั้งทวีป นักวิจัยกล่าว

แหล่งข่าว spaceref.com : China’s Chang’e 5 lunar samples reveals new information about the Moon  
               sciencealert.com : first Moon rocks brought to Earth in 45 years hint at mysterious volcanic eruptions