ต้นเหตุความแตกต่างด้านไกล-ใกล้ของดวงจันทร์

 

ด้านใกล้และด้านไกลของดวงจันทร์ดูแตกต่างกันอย่างมาก และในที่สุดเราก็อาจมีคำอธิบายให้กับความแตกต่างนี้ ทั้งหมดนั้นเกี่ยวข้องกับปื้นสีมืดจางๆ ใกล้ขั้วใต้บนด้านไกล

     ไม่ว่าคุณจะอยู่มุมใดบนโลก ก็จะเห็นดวงจันทร์ได้เพียงด้านเดียว ด้านของดวงจันทร์ที่หันเข้าหาโลกก็ดูแตกต่างอย่างมากกับด้านที่มันซ่อนไว้ที่ด้านไกล

     ด้านใกล้นั้นเต็มไปด้วยทะเล(sea หรือ maria) เมื่อลาวาโบราณไหลกินพื้นที่กว้างใหญ่ มีสีคล้ำ ในทางตรงกันข้าม ด้านไกลปุปะด้วยหลุมอุกกาบาตนั้นแทบจะมองไม่เห็นรายละเอียด “ทะเล” ขนาดใหญ่เลย เพราะเหตุใดทั้งสองด้านจึงแตกต่างกันมากเป็นหนึ่งในปริศนาที่อยู่มายาวนานที่สุดประการหนึ่งของดวงจันทร์

     ขณะนี้ นักวิจัยมีคำอธิบายใหม่ให้กับดวงจันทร์สองหน้านี้ คือเกี่ยวข้องกับการชนขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อนใกล้กับขั้วใต้ของดวงจันทร์ การศึกษาใหม่ที่เผยแพร่ในวารสาร Science Advances ได้แสดงว่าการชนที่ก่อตัวแอ่งขั้วใต้-ไอค์เคน(South Pole-Aitken basin; SPA basin) ขนาดใหญ่ของดวงจันทร์เมื่อราว 4.3 พันล้านปีก่อน น่าจะสร้างความร้อนจำนวนมหาศาลที่แทรกซึมไปทั่วภายในดวงจันทร์ กลุ่มความร้อนซึ่งน่าจะนำวัสดุสารที่จำเพาะเช่น กลุ่มของธาตุแรร์เอิร์ธ(rare-Earth elements)และธาตุที่สร้างความร้อน ไปสู่ด้านใกล้ของดวงจันทร์ ความเข้มข้นของธาตุน่าจะทำให้เกิดกิจกรรมภูเขาไฟที่สร้างที่ราบทุ่งลาวาที่ด้านใกล้ของดวงจันทร์

การกระจุกตัวอย่างไม่ปกติของเหล็กและธอเรียมใน PKT(Procellarum KREEP Terrane) 

     เราทราบว่าการชนครั้งใหญ่อย่างที่สร้างแอ่ง SPA ก็น่าจะสร้างความร้อนจำนวนมากด้วย Matt Jones ว่าที่ดอกเตอร์ที่มหาวิทยาลัยบราวน์ และผู้เขียนนำการศึกษา กล่าว คำถามก็คือแล้วความร้อนส่งผลต่อพลวัตภายในดวงจันทร์อย่างไรบ้าง สิ่งที่เราแสดงก็คือภายในสภาวะที่เหมาะสมในช่วงเวลาที่ก่อตัว SPA ขึ้นมา มันก็ทำให้เกิดการกระจุกตัวของธาตุที่สร้างความร้อนเหล่านี้บนด้านใกล้ด้วย เราคาดว่านี่จะทำให้แมนเทิลเกิดการหลอมเหลว ซึ่งสร้างการไหลลาวาที่เราเห็นบนพื้นผิว

     การศึกษานี้เป็นความร่วมมือระหว่าง Jones กับอาจารย์ที่ปรึกษาของเขา Alexander Evans ผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่บราวน์ พร้อมทั้งนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเพอร์ดิว, ห้องทดลองวิทยาศาสตร์ดวงจันทร์และดาวเคราะห์ในอริโซนา, มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด และห้องทดลองไอพ่นขับดัน(JPL) ของนาซา

     ความแตกต่างระหว่างด้านใกล้และด้านไกลบนดวงจันทร์เปิดเผยออกมาเป็นครั้งแรกในทศวรรษ 1960 โดยปฏิบัติการลูนา(Luna) ของอดีตสหภาพโซเวียตและโครงการอพอลโลของสหรัฐฯ ในขณะที่มองเห็นความแตกต่างจากกิจกรรมภูเขาไฟได้ง่าย ปฏิบัติการในอนาคตก็น่าจะเผยให้เห็นความแตกต่างในองค์ประกอบธรณีเคมีได้ด้วยเช่นกัน ทะเลที่ใหญ่ที่สุดบนดวงจันทร์ด้านใกล้ Oceanus Procellarum เป็นที่ที่พบความผิดปกติในองค์ประกอบ(เคมี) ที่เรียกว่า PKT(Procellarum KREEP terrane) เป็นการกระจุกของธาตุโพทัสเซ๊ยม(K), แรร์เอิร์ธ(REE), ฟอสฟอรัส(P) พร้อมกับธาตุที่สร้างความร้อนอย่าง ธอเรียม(Th)  KREEP ดูจะกระจุกอยู่ภายในและรอบๆ ทะเลแห่งนี้ แต่ก็กระจายเบาบางอยู่ทั่วดวงจันทร์ แต่แทบไม่พบที่ด้านไกลเลยซึ่งบอกใบ้ว่า KREEP อาจจะเป็นกุญแจสำคัญ

ตำแหน่งของ Oceanus Procellarum ที่ด้านใกล้ และ South Pole-Aitken บนด้านไกล 

     นักวิทยาศาสตร์บางส่วนสงสัยถึงความเชื่อมโยงระหว่าง PKT กับการไหลลาวาบนด้านใกล้ แต่คำถามก็คือเพราะเหตุใดชุดธาตุเหล่านั้นจึงกระจุกเหลืออยู่ที่ด้านใกล้ การศึกษาใหม่ได้ให้คำอธิบายที่เชื่อมโยงกับแอ่งขั้วใต้-ไอค์เคน ซึ่งเป็นแอ่งการชนที่มีขนาดใหญ่ที่สุดเป็นอันดับสองบนระบบสุริยะ และมีโครงสร้างประหลาดที่เป็นโลหะซึ่งอาจเป็นวัตถุที่พุ่งมาชนอยู่ข้างใต้แอ่ง  

     ในการศึกษานี้ นักวิจัยได้ทำแบบจำลองเสมือนจริงคอมพิวเตอร์แสดงว่าความร้อนที่สร้างในการชนครั้งใหญ่น่าจะส่งผลต่อรูปแบบการพาความร้อน(convection) ในภายในดวงจันทร์อย่างไร และสิ่งที่เกิดขึ้นจะทำให้วัสดุสาร KREEP ในแมนเทิลดวงจันทร์กระจายตัวใหม่อย่างไร คิดกันว่า KREEP เป็นตัวแทนของแมนเทิลส่วนท้ายสุดที่แข็งตัวหลังจากการก่อตัวของดวงจันทร์ ด้วยเหตุนี้ มันก็น่าจะก่อตัวแมนเทิลชั้นนอกสุดซึ่งอยู่ใต้เปลือกดวงจันทร์ลงไปเล็กน้อยด้วย แบบจำลองภายในดวงจันทร์ได้บอกว่ามันน่าจะกระจายค่อนข้างสม่ำเสมอใต้พื้นผิว แต่แบบจำลองใหม่บอกถึงการกระจายที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งน่าจะถูกรบกวนโดยกลุ่มความร้อนจากการชนที่ขั้วใต้-ไอค์เค่น

     จากแบบจำลอง วัสดุสาร KREEP น่าจะล่องไปกับคลื่นความร้อนที่ปล่อยออกจากการชนที่ SPA เหมือนกับนักโต้คลื่น เมื่อกลุ่มความร้อนกระจายใต้เปลือกดวงจันทร์ วัสดุสารเหล่านี้ก็จะถูกนำไปกองที่ด้านใกล้ ทีมได้เดินแบบจำลองเสมือนจริงลำดับเหตุการณ์การชนที่แตกต่างกันมากมาย ตั้งแต่ การชนแบบจังๆ จนถึงการชนแบบเฉียดเฉี่ยว ในขณะที่แต่ละอันก็สร้างรูปแบบความร้อนที่แตกต่างกันไปและผลักดัน KREEP ไปด้วยปริมาณที่แตกต่างกัน แต่ทั้งหมดสร้างการกระจุก KREEEP บนด้านใกล้สอดคล้องกับความผิดปกติที่ Oceanus Procellanum  

การศึกษาใหม่ได้เผยว่าการชนโบราณบนขั้วใต้ของดวงจันทร์ได้เปลี่ยนแปลงรูปแบบการพาความร้อน(convection) ในชั้นแมนเทิลของดวงจันทร์ โดยทำให้เกิดการกระจุกตัวธาตุกลุ่มที่สร้างความร้อนบนด้านใกล้ ธาตุเหล่านั้นแสดงบทบาทสำคัญในการสร้างทะเลบนดวงจันทร์กว้างใหญ่ที่เห็นได้จากโลก

     ในแบบจำลองเสมือนจริงนี้ ที่ราบภูเขาไฟด้านใกล้ที่โบราณที่สุดปะทุขึ้นราว 2 ร้อยล้านปีหลังจากการชน ในความเป็นจริง กิจกรรมภูเขาไฟที่รุนแรงเกิดขึ้นเป็นช่วงๆ ดำเนินไปบนด้านใกล้ของดวงจันทร์ยาวนานถึง 7 ร้อยล้านปีหลังการชน

     นักวิจัยบอกว่างานนี้ได้ให้คำอธิบายที่มีน้ำหนักกับปริศนาที่ยาวนานอย่างหนึ่งของดวงจันทร์ PKT ก่อตัวได้อย่างไรนั้นเป็นคำถามที่สำคัญที่สุดในวิทยาศาสตร์ดวงจันทร์ Jones กล่าว และการชนที่ขั้วใต้-ไอค์เคน ก็เป็นหนึ่งในเหตุการณ์ที่สำคัญที่สุดในความเป็นมาดวงจันทร์ งานศึกษานี้นำสองสิ่งนี้มาไว้ด้วยกัน และผมก็คิดว่าผลสรุปนั้นน่าตื่นเต้นมากจริงๆ

แหล่งข่าว phys.org : differences between the Moon’s near and far sides linked to colossal ancient
impact    
               sciencealert.com : the far side of the Moon is significantly more cratered. We may finally know why
                iflscience.com : huge impact may be why the Moon’s near and far sides differ so much