ไมมาส: ดวงจันทร์มหาสมุทรแห่งใหม่

 

ไมมาส(Mimas) ดวงจันทร์วงในสุดของดาวเสาร์ เมื่อมองเผินๆ ดูคล้ายกับ เดธสตาร์(Death Star) ในภาพยนตร์สตาร์วอร์ส ด้วยพื้นผิวที่ปุปะไปด้วยหลุมอุกกาบาตมากมาย ไม่แสดงถึงกิจกรรมทางธรณีวิทยาเช่น การสร้างพื้นผิวใหม่(resurfacing) นักวิทยาศาสตร์จึงคิดว่าไมมาสเป็นดวงจันทร์ที่แข็งตัวแล้ว 

    นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัยเซาธ์เวสต์ได้พิสูจน์แล้วว่าดวงจันทร์จิ๋วที่อยู่วงในสุดของดาวเสาร์ และเป็นวัตถุที่มีขนาดเล็กที่สุดในระบบสุริยะที่มีรูปร่างกลม ไม่ได้เป็นวัตถุเฉื่อยเยือกแข็ง

     แต่กลับได้พบหลักฐานว่า ไมมาส(Mimas) มีมหาสมุทรภายในที่เป็นของเหลว ในช่วงปลายของปฏิบัติการคาสสินี ยานได้พบการหมุนรอบตัวส่าย(libration) ของดวงจันทร์ ซึ่งมักจะชี้ไปถึงวัตถุที่ยังมีกิจกรรมทางธรณีวิทยาที่สามารถค้ำจุนมหาสมุทรภายในได้

    ถ้าไมมาสมีมหาสมุทร มันก็จะเป็นตัวแทนของพิภพมหาสมุทรล่องหนขนาดเล็กกลุ่มใหม่ ที่มีพื้นผิวที่ไม่ได้บ่งบอกถึงการมีอยู่ของมหาสมุทรเลย Alyssa Rhoden จากสถาบันวิจัยเซาธ์เวสต์(SwRI) ผู้เชี่ยวชาญธรณีฟิสิกส์ดวงจันทร์น้ำแข็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งดวงจันทร์ที่มีมหาสมุทร และวิวัฒนาการของระบบดวงจันทร์รอบดาวเคราะห์ยักษ์

     หนึ่งในการค้นพบที่น่าตื่นเต้นที่สุดในวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ในช่วง 25 ปีทีผ่านมาก็คือ พิภพที่มีมหาสมุทรอยู่ใต้ชั้นหินและน้ำแข็งนั้น พบได้ทั่วไปในระบบสุริยะของเรา พิภพลักษณะดังกล่าวรวมถึงดวงจันทร์น้ำแข็งของดาวเคราะห์ยักษ์ เช่น ยูโรปา(Europa),
ไททัน(Titan) และเอนเซลาดัส(Enceladus) เช่นเดียวกับดาวเคราะห์(แคระ) ที่ห่างไกลอย่างพลูโต พิภพอย่างโลกที่มีมหาสมุทรบนพื้นผิวจะต้องอาศัยอยู่ในช่วงระยะทางแคบๆ จากดาวฤกษ์แม่ เพื่อรักษาอุณหภูมิให้ค้ำจุนมหาสมุทรของเหลวได้ อย่างไรก็ตาม พิภพมหาสมุทรของเหลวภายใน(interior water ocean worlds; IWOWs) จะพบได้ในช่วงระยะทางที่กว้างกว่า ยิ่งเพิ่มจำนวนพิภพที่เอื้ออาศัยได้ทั่วกาแลคซีขึ้นอีกมากมาย

นักวิทยาศาสตร์ได้พบว่าดวงจันทร์ขนาดเล็กของดาวเสาร์ ไมมาส(ซ้าย) น่าจะมีความเหมือนกับเพื่อนบ้านขนาดใหญ่กว่า เอนเซลาดัส(ขวา) ในแง่ของมหาสมุทรภายใต้เปลือกน้ำแข็งหนา

     เนื่องจากพื้นผิวของไมมาสนั้นปุปะด้วยหลุมอุกกาบาต เราจึงคิดว่ามันคงเป็นแค่ก้อนน้ำแข็งเท่านั้น Rhoden กล่าว แต่พิภพมหาสมุทรของเหลวภายใน อย่างเช่น เอนเซลาดัสและยูโรปา ดูจะมีรอยเลื่อนและแสดงสัญญาณกิจกรรมทางธรณีวิทยาอื่นๆ อีก กลับกลายเป็นว่า พื้นผิวไมมาสกำลังหลอกเรา และความเข้าใจใหม่นี้ก็ได้ขยายนิยามพิภพที่มีศักยภาพเอื้ออาศัยได้(potentially habitable world) ในระบบสุริยะของเราและข้างนอก ออกไปอีกมากมาย

     บนโลก ชีวิตมักจะพึ่งพาแสงอาทิตย์เพื่ออยู่รอด แต่ก็มีสถานที่สองสามแห่งที่สิ่งมีชีวิตจะอาศัยอยู่ในสภาพมืดมิดได้ ที่ก้นมหาสมุทรก็เป็นที่หนึ่ง โดยกระจุกอยู่รอบๆ ปล่องระบายความร้อนที่ก้นทะเล(hydrothermal vents) ซึ่งปล่อยความร้อนและสารอาหารจากภายในโลก ที่นั่น ชีวิตไม่ได้พึ่งพากระบวนการสังเคราะห์แสง(photosynthesis) แต่เป็นการสังเคราะห์ด้วยเคมี(chemosynthesis) ซึ่งใช้พลังงานจากปฏิกิริยาเคมีเพื่อสังเคราะห์อาหารขึ้น นี่จึงมีความจำเป็นต่อการสำรวจหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก เมื่อพบว่าดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสฯ และเอนเซลาดัสของดาวเสาร์มีมหาสมุทรของเหลวอยู่ใต้เปลือกน้ำแข็งของพวกมัน  

     กิจกรรมทางธรณีวิทยาลึกลงไปภายในดวงจันทร์ ผลักดันโดยการยืดและหดด้วยปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง กระบวนการรบกวนด้วยแรงโน้มถ่วงจะสลายพลังงานการโคจรและการหมุนรอบตัว ให้กลายเป็นความร้อนในดวงจันทร์บริวาร เพื่อให้สอดคล้องกับโครงสร้างภายในที่บอกใบ้จากการหมุนรอบตัวส่ายของไมมาส ความร้อนจากแรงบีบฉีก(tidal heating) ภายในดวงจันทร์จะต้องมากพอที่จะรักษาให้มหาสมุทรไม่เยือกแข็ง แต่ก็ไม่มากพอที่จะหลอมเปลือกน้ำแข็งหนาของดวงจันทร์ ด้วยการใช้แบบจำลอง ทีมได้หาวิธีการมากมายเพื่อสร้างคำอธิบายที่สมเหตุสมผลที่สุด โดยบอกว่า จะต้องมีเปลือกน้ำแข็งที่ดูไร้ชีวิตชีวา หนาระหว่าง 24 ถึง 31 กิโลเมตร เหนือมหาสมุทรของเหลว เนื่องจากไมมาสมีเส้นผ่าศูนย์กลางเพียง 396 กิโลเมตร เปลือกนี้จัดว่าค่อนข้างหนา เมื่อเทียบกับเอนเซลาดัสซึ่งมีเปลือกน้ำแข็งหนาระหว่าง 5 ถึง 35 กิโลเมตรจากเส้นผ่าศูนย์กลาง 513 กิโลเมตร

ภาพจากศิลปินแสดงภาพตัดดวงจันทร์เอนเซลาดัส ตามหลักฐานการพบพวยพุที่ปะทุจากพื้นที่รอบขั้วใต้ดวงจันทร์(ภาพล่างขวา) และการตรวจพบก๊าซไฮโดรเจน ซึ่งน่าจะเกิดจากปฏิกิริยาความร้อนคล้ายกับที่เกิดที่ปล่องระบายความร้อนที่ก้นทะเล(hydrothermal vents) บนโลก(ภาพล่างกลาง) 

     เมื่อเราสร้างแบบจำลองเหล่านี้เวลาเกือบทั้งหมดที่ใช้ก็เพื่อค่อยๆ ปรับแต่งแบบจำลองให้สร้างสิ่งที่เราสำรวจพบ Rhoden กล่าว ครั้งนี้หลักฐานมหาสมุทรภายในก็โผล่ขึ้นมาในลำดับเหตุการณ์เปลือกน้ำแข็งสถิตและการส่ายของแกนการหมุนรอบตัวแทบทุกอัน

     ทีมยังพบว่า การถ่ายเทความร้อนจากพื้นผิวขึ้นอยู่กับความหนาของเปลือกน้ำแข็งอย่างแยกจากกันไม่ได้ ซึ่งการใช้ยานอวกาศน่าจะบอกได้ ยกตัวอย่างเช่น ยานจูโน(Juno) ซึ่งมีกำหนดบินผ่านยูโรปาในเดือนกันยายนนี้ และจะใช้เครื่องส่งคลื่นไมโครเวฟเพื่อตรวจสอบการถ่ายเทความร้อนในดวงจันทร์นี้ ข้อมูลนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใจว่าการถ่ายเทความร้อนส่งผลต่อเปลือกน้ำแข็งของพิภพมหาสมุทรอย่าง ไมมาส อย่างไร ซึ่งมีความน่าสนใจเป็นพิเศษเมื่อปฏิบัติการยูโรปา คลิปเปอร์(Europa Clipper) ของนาซา จะพร้อมส่งในปี 2024

     และสุดท้าย แบบจำลองยังบอกว่านอกจากจะมีมหาสมุทรของเหลวแล้ว แกนกลางของไมมาสยังมีการแบ่งชั้นหิน
(differentiated) ด้วย นี่ค้านกับแบบจำลองก่อนหน้านี้ว่าด้วยวิวัฒนาการของไมมาส เนื่องจากการแบ่งชั้นหินของดวงจันทร์ตั้งแต่ต้นๆ น่าจะสร้างวงโคจรที่แตกต่างจากที่เป็นในปัจจุบันอย่างมาก นี่ทำให้ไมมาสมีความน่าสนใจอย่างมากสำหรับการศึกษาและการสำรวจต่อไป  

ยูโรปา คลิปเปอร์ ตรวจสอบชั้นเปลือกน้ำแข็งของยูโรปา 

     แม้ว่าผลสรุปของเราจะสนับสนุนมหาสมุทรที่ไมมาสในยุคปัจจุบัน แต่มันก็ยังท้าทายที่จะประสานคุณลักษณะการโคจรและธรณีวิทยาของดวงจันทร์ กับความเข้าใจปัจจุบันของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการความร้อน-การโคจรของดวงจันทร์ Rhoden กล่าว การประเมินสถานะของไมมาสในฐานะดวงจันทร์มหาสมุทร น่าจะส่งผลต่อแบบจำลองการก่อตัวและวิวัฒนาการของมัน นี่น่าจะช่วยเราให้เข้าใจวงแหวนดาวเสาร์และดวงจันทร์ขนาดกลางของมันได้ดีขึ้น เช่นเดียวกับความชุกชุมของดวงจันทร์มหาสมุทรที่มีศักยภาพเอื้ออาศัยได้ โดยเฉพาะที่ยูเรนัส ไมมาสเป็นเป้าหมายที่น่าสนใจสำหรับการสืบสวนต่อไป รายงานการวิจัยเผยแพร่ใน Icarus

แหล่งข่าว phys.org : uncovering evidence for an internal ocean in small Saturn moon
                sciencealert.com : the moon that resembles the death star has been hiding another epic secret