CO2 จากมหาสมุทรบนยูโรปา

 

ดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสฯ ซึ่งมีชั้นมหาสมุทรซ่อนอยู่ใต้เปลือกน้ำแข็งซึ่งหนาหลายกิโลเมตร น่าจะเป็นสถานที่ที่จะพบสิ่งมีชีวิตนอกโลก

    ดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสฯ เป็นหนึ่งในพิภพหลายแห่งในระบบสุริยะของเราที่น่าจะมีสภาวะที่เหมาะสมกับการมีสิ่งมีชีวิต งานวิจัยก่อนหน้านี้ได้แสดงว่า ข้างใต้เปลือกน้ำแข็งนั้นเป็นมหาสมุทรน้ำเกลือเหลว โดยมีพื้นทะเลเป็นหิน อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ไม่เคยยืนยันได้ว่ามหาสมุทรเหล่านั้นมีองค์ประกอบเคมีที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตอยู่หรือไม่ โดยเฉพาะคาร์บอน

      นักดาราศาสตร์ใช้ข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ ได้จำแนกคาร์บอนไดออกไซด์ในพื้นที่จำเพาะแห่งหึ่งบนพื้นผิวน้ำแข็งของยูโรปา(Europa) ได้ การวิเคราะห์บ่งชี้ว่าคาร์บอนนี้น่าจะมีกำเนิดในมหาสมุทรใต้พื้นผิวและไม่ได้ขนส่งมาโดยอุกกาบาตหรือแหล่งภายนอกอื่นๆ แต่อย่างใด ยิ่งกว่านั้น มันยังเพิ่งปรากฏเมื่อเร็วๆ นี้ การค้นพบนี้จึงมีนัยสำคัญต่อความสามารถในการเอื้ออาศัยได้ของมหาสุมทรยูโรปา

     บนโลก สิ่งมีชีวิตชอบความหลากหลายทางเคมี ยิ่งมีความหลากหลายก็ยิ่งดี เราเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีคาร์บอนเป็นโครงสร้าง(carbon-based) การเข้าใจองค์ประกอบเคมีในมหาสมุทรยูโรปาจะช่วยเราให้ตรวจสอบได้ว่ามันมีสภาพทารุณต่อสิ่งมีชีวิตรูปแบบที่เรารู้จักหรือไม่ หรือมันเป็นที่ๆ เหมาะสมที่จะมีสิ่งมีชีวิตอยู่ Geronimo Villanueva จากศูนย์การบินนอวกาศกอดดาร์ดของนาซาในกรีนเบลท์ มารีแลนด์ ผู้เขียนนำรายงานใหม่หนึ่งในสองฉบับที่อธิบายการค้นพบนี้ กล่าว รายงานทั้งสองฉบับเผยแพร่บน Science วันที่ 21 กันยายน

     ขณะนี้ เราคิดว่าเรามีหลักฐานจากการสำรวจว่าคาร์บอนที่เราได้พบบนพื้นผิวยูโรปานั้นมาจากมหาสมุทรข้างใต้ นี่ไม่ใช่เรื่องเล็กๆ เมื่อคาร์บอนเป็นธาตุที่จำเป็นในทางชีววิทยา Samantha Trumbo จากมหาวิทยาลัยคอร์เนล ผู้เขียนนำรายงานอีกฉบับที่วิเคราะห์ข้อมูลเหล่านี้ ในเดือนตุลาคม 2024 นาซาวางแผนจะส่งปฏิบัติการ ยูโรปา คลิปเปอร์(Europa Clipper) ซึ่งจะบินผ่านยูโรปาในระยะใกล้หลายสิบครั้ง เพื่อสืบสวนว่ายูโรปาจะมีสภาวะที่เหมาะสมต่อชีวิตหรือไม่

NIRCam ของเวบบ์จับภาพพื้นผิวยูโรปา เวบบ์จำแนกคาร์บอนไดออกไซด์บนพื้นผิวยูโรปาว่าน่าจะมีกำเนิดจากมหาสมุทรใต้พื้นผิว ดวงจันทร์มีสีฟ้าเกือบทั้งหมดเนื่องจากมันสว่างกว่าในอินฟราเรดช่วงสั้นกว่า รายละเอียดสีขาวเป็น Powys Regio(ซ้าย) และ Tara Regio(กลางและขวา) เน้นให้เห็นคาร์บอนไดออกไซด์ในรูปน้ำแข็งบนพื้นผิว

     ทั้งสองทีมจำแนกคาร์บอนไดออกไซด์โดยใช้ข้อมูลจาก NIRSpec/IFU(Near Infrared Spectrograph integral field unit) การสำรวจในรูปแบบ IFU เก็บสเปคตรัมด้วยความละเอียด 320*320 กิโลเมตรบนพื้นผิวยูโรปา ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 3100 กิโลเมตร ช่วยให้นักดาราศาสตร์ตรวจสอบว่าสารเคมีที่จำเพาะมีอยู่ในตำแหน่งใดบ้าง เนื่องจากบนพื้นผิวยูโรปา คาร์บอนไดออกไซด์ไม่เสถียร นักวิทยาศาสตร์จึงบอกว่าเป็นไปได้ที่มันจะถูกป้อนขึ้นมาเมื่อเร็วๆ นี้ เป็นข้อสรุปที่ได้จากความเข้มข้นของโมเลกุลในพื้นที่แห่งหนึ่งในภูมิประเทศอายุน้อยเหล่านี้

     กล้องเวบบ์พบว่าบนพื้นผิวยูโรปา จะพบคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากที่สุดในพื้นที่แห่งหนึ่งที่เรียกว่า Tara Regio ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีอายุน้อย(ในทางธรณีวิทยา) ความกว้าง 1800 กิโลเมตรซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีการสร้างพื้นผิวใหม่(resurfaced terrain) ที่เรียกกันว่า chaos terrain น้ำแข็งบนพื้นผิวในภูมิประเทศเหล่านี้ถูกรบกวน มีสันและรอยแตกพาดไปมามากมาย

     แม้จะยังไม่ทราบแน่ชัดว่า chaos terrain ถูกสร้างได้อย่างไร และน่าจะมีการแลกเปลี่ยนวัสดุสารระหว่างมหาสมุทรข้างใต้กับน้ำแข็งบนพื้นผิว แต่ทฤษฎีหนึ่งก็คือ น้ำอุ่นจากมหาสมุทรเอ่อขึ้นมาหลอมเหลวน้ำแข็งที่พื้นผิว จากนั้นก็แข็งตัวอีกครั้งเป็นรอยแตกที่ไม่สม่ำเสมอ

     การสำรวจก่อนหน้านี้จากกล้องฮับเบิลได้แสดงหลักฐานเกลือแกงจากมหาสมุทรใน Tara Regio ซึ่งทำให้พื้นที่นี้มีสีเหลืองมากกว่าพื้นผิวรอยแตกส่วนอื่นของยุโรปา Trumbo อธิบายว่า ขณะนี้เรากำลังได้เห็นว่าที่นี่ก็มีคาร์บอนไดออกไซด์ในความเข้มข้นสูงด้วยเช่นกัน เราคิดว่านี่บอกว่าคาร์บอนอาจจะมีกำเนิดจากมหาสมุทรภายในด้วย ดังนั้นแล้ว เรามีเกลือ เรามีคาร์บอนไดออกไซด์ เรากำลังเริ่มเรียนรู้เพิ่มเติมได้อีกนิดหน่อยว่าองค์ประกอบเคมีภายในน่าจะเป็นอย่างไร Trumbo กล่าว

ภาพกราฟฟิคแสดงแผนที่บนพื้นผิวยูโรปาโดยใช้ข้อมูล NIRSpec/IFU เป็นสามช่อง  

    Villanueva บอกว่า นักวิทยาศาสตร์กำลังโต้เถียงกันว่ามหาสมุทรของยูโรปาจะเชื่อมต่อกับพื้นผิวของมันได้แค่ไหน ผมคิดว่าคำถามนี้เป็นตัวขับเคลื่อนการสำรวจยูโรปาอย่างรุนแรง นี่บอกว่าเราอาจจะทราบเรื่องที่พื้นฐานที่สุดบางส่วนเกี่ยวกับองค์ประกอบมหาสมุทรได้ก่อนที่เราจะเจาะผ่านเปลือกน้ำแข็งลงไปเพื่อให้ได้เห็นภาพเต็มๆ

     การสำรวจเหล่านี้เพียงใช้เวลาไม่กี่นาทีในการสำรวจของเวบบ์ Heidi Hammel จากสมาคมมหาวิทยาลัยเพื่อการวิจัยดาราศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์เวบบ์ที่นำทีมสำรวจระบบสุริยะรอบ 1(Cycle 1 Guaranteed Time Observations of the solar system) แม้จะใช้เวลาที่สั้นอย่างนั้น เราก็สามารถสร้างงานวิทยาศาสตร์ชิ้นใหญ่ได้ งานนี้จึงเป็นคำบอกใบ้แรกของงานวิทยาศาสตร์ระบบสุริยะที่เราจะทำด้วยเวบบ์ในเวลาต่อไป

     ทีมของ Villanueva ยังมองหาหลักฐานของพวยพุไอน้ำที่ปะทุจากพื้นผิวยูโรปาด้วย นักวิจัยที่ใช้กล้องเวบบ์เคยรายงานการตรวจจับร่องรอยพวยพุในปี 2013, 2016 และ 2017 อย่างไรก็ตาม ยังไม่พบข้อพิสูจน์ที่คาหนังคาเขา ข้อมูลใหม่จากเวบบ์ไม่แสดงกิจกรรมพวยพุใดๆ ซึ่งช่วยให้ทีมได้กำหนดอัตราการพ่นวัสดุสารที่เป็นไปได้ขั้นสูงสุด อย่างไรก็ตาม ทีมบอกว่าการตรวจไม่พบพวยพุ ไม่ได้แปลว่ามันไม่มีอยู่

      ก็ยังมีความเป็นไปได้ที่พวยพุเหล่านี้จะมีความแปรผันและคุณจะเห็นพวกมันได้ก็ในเวลาหนึ่งๆ เท่านั้น ทั้งหมดที่เราบอกได้อย่างมั่นใจ 100% ก็คือเราไม่พบพวยพุบนยูโรปาเมื่อเราทำการสำรวจด้วยเวบบ์ Hammel กล่าว การค้นพบเหล่านี้อาจจะช่วยให้รายละเอียดแก่ปฏิบัติการคลิปเปอร์ เช่นเดียวกับปฏิบัติการ JUICE(Jupiter Icy Moons Explorer)  ของยุโรปซึ่งออกสู่อวกาศเมื่อเดือนเมษายน 2023 และเดินทาง 7.5 ปีไปบินผ่านยูโรปาสองครั้งในปี 2032 นอกจากนี้ JUICE ยังตรวจสอบกานิมีด
(Ganymede) และคัลลิสโต(Callisto) ดวงจันทร์อีกสองดวงของดาวพฤหัสฯ ซึ่งก็ตรวจพบคาร์บอนด้วย

     นี่เป็นผลสรุปแรกที่กล้องเวบบ์จะนำมาให้ในการศึกษาดวงจันทร์ของดาวพฤหัสฯ Guillaume Cruz-Mermy ผู้เขียนร่วมงานวิจัย กล่าว ผมกำลังรอคอยที่จะได้เห็นว่าเราจะได้เรียนรู้อะไรจากคุณสมบัติบนพื้นผิวของพวกมันอีก จากการสำรวจเหล่านี้และการสำรวจในอนาคต

 

แหล่งข่าว webbtelescope.org : NASA’s Webb finds carbon source on surface of Jupiter’s moon Europa
                 phys.org : hidden ocean the source of carbon dioxide on Jupiter moon: research
                 space.com : James Webb Space Telescope detects 1^st evidence of carbon on Jupiter’s icy moon Europa     
                 sciencealert.com : there’s a mystery source of carbon on the surface of Jupiter’s moon Europa