การศึกษาใหม่พบว่า อนุภาคจากชั้นบรรยากาศของโลกถูกพัดพาออกไปในอวกาศโดยลมสุริยะ และตกลงบนดวงจันทร์มาเป็นเวลาหลายพันล้านปีแล้ว โดยผสมปนเปกับดินบนดวงจันทร์
งานวิจัยนี้ให้ความกระจ่างใหม่แก่ปริศนาที่ค้างคามานานกว่าครึ่งศตวรรษ นับตั้งแต่ภารกิจอะพอลโลนำตัวอย่างจากดวงจันทร์กลับมา ซึ่งพบร่องรอยของสารต่าง ๆ เช่น น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ ฮีเลียม และไนโตรเจน ฝังอยู่ในเรโกลิธ (regolith) ซึ่งเป็นชั้นฝุ่นบนพื้นผิวของดวงจันทร์
การศึกษาในยุคแรก ๆ ตั้งทฤษฎีว่า ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดของสารเหล่านี้บางส่วน แต่ในปี 2005 นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโตเกียวเสนอว่า สารเหล่านี้อาจมีต้นกำเนิดมาจากชั้นบรรยากาศของโลกในยุคแรกเริ่มก่อนที่โลกจะพัฒนาสนามแม่เหล็กเมื่อประมาณ 3.7 พันล้านปีก่อน
นักวิจัยสันนิษฐานว่า เมื่อสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นแล้ว จะหยุดการไหลของอนุภาคโดยการดักจับอนุภาคเหล่านั้น ทำให้ยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่อนุภาคเหล่านั้นจะหลุดออกไปในอวกาศ
แต่งานวิจัยใหม่ล่าสุดได้พลิกความเชื่อเดิม โดยชี้ให้เห็นว่า สนามแม่เหล็กโลกอาจช่วยส่งเสริมการถ่ายโอนอนุภาคในชั้นบรรยากาศไปยังดวงจันทร์ มากกว่าที่จะเป็นอุปสรรค และ “กระบวนการนี้ยังคงดำเนินต่อไปจนถึงทุกวันนี้”
เอริก แบล็กแมน ศาสตราจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ สหรัฐฯ หนึ่งในทีมวิจัย กล่าวว่า “นั่นหมายความว่าโลกได้ส่งก๊าซระเหยง่าย เช่น ออกซิเจนและไนโตรเจน ไปยังดินบนดวงจันทร์ตลอดช่วงเวลานี้”
เขาเสริมว่า “เป็นที่เชื่อกันมานานแล้วว่า ดวงจันทร์ก่อตัวขึ้นครั้งแรกจากการชนของดาวเคราะห์น้อยกับโลกในยุคดึกดำบรรพ์ ซึ่งในระหว่างนั้นมีการผสมผสานของก๊าซระเหยง่ายจากโลกไปยังดวงจันทร์เป็นจำนวนมาก ผลการวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่ายังคงมีการแบ่งปันก๊าซระเหยง่ายอยู่ แม้จะผ่านไปแล้วหลายพันล้านปี”
การมีอยู่ของธาตุที่มีประโยชน์ เช่น ออกซิเจนและไฮโดรเจน บนพื้นผิวดวงจันทร์ อาจเป็นเรื่องน่าสนใจสำหรับการสำรวจดวงจันทร์ในอนาคต แบล็กแมนบอกว่า “ภารกิจสำรวจดวงจันทร์ และท้ายที่สุดคืออาณานิคมบนดวงจันทร์ที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต น่าจะต้องมีทรัพยากรที่ยั่งยืนด้วยตนเองโดยไม่ต้องขนส่งมาจากโลก”
แบล็กแมนเสริมว่า “ตัวอย่างเช่น นักวิจัยได้ศึกษาถึงวิธีการแปรรูปน้ำจากดินบนดวงจันทร์ และการสกัดไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง นอกจากนี้ยังมีการศึกษาเกี่ยวกับเชื้อเพลิงที่ใช้แอมโมเนียเป็นหลัก ซึ่งจะใช้ประโยชน์จากไนโตรเจนที่ถูกพัดพาไปยังดวงจันทร์โดยและในลมสุริยะ ดังนั้น วัสดุที่ถูกพัดพาโดยลมสุริยะนี้จะเข้าไปอยู่ในดินและกลายเป็นส่วนหนึ่งของทรัพยากรในท้องถิ่นที่นวัตกรรมดังกล่าวสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้”
สำหรับการศึกษาใหม่นี้ นักวิจัยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์และทดสอบสองสถานการณ์
สถานการณ์หนึ่งมีลมสุริยะแรง ซึ่งเป็นกระแสอนุภาคความเร็วสูงที่มาจากดวงอาทิตย์ และไม่มีสนามแม่เหล็กโลก อีกสถานการณ์หนึ่งมีลมสุริยะอ่อนกว่าและมีสนามแม่เหล็กโลกที่แรง
สถานการณ์เหล่านี้สอดคล้องกับสภาพของโลกในอดีตและปัจจุบัน โดยสถานการณ์โลกปัจจุบันกลับกลายเป็นสถานการณ์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการถ่ายโอนเศษชิ้นส่วนของชั้นบรรยากาศโลกไปยังดวงจันทร์
จากนั้นนักวิจัยได้เปรียบเทียบผลลัพธ์กับข้อมูลที่ได้จากการวิเคราะห์ดินบนดวงจันทร์โดยตรงจากงานวิจัยก่อนหน้านี้
ชูบอนการ์ ปารามานิก นักศึกษาปริญญาโทในภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ มหาวิทยาลัยโรเชสเตอร์ หัวหน้าทีมวิจัย กล่าวว่า “เราใช้ตัวอย่างดินบนดวงจันทร์ที่นำมายังโลกโดยภารกิจอะพอลโล 14 และ 17 เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของผลลัพธ์ของเรา”
เขาเสริมว่า “เรามีลมสุริยะพัดเข้ามาในชั้นบรรยากาศของโลก แล้วชั้นบรรยากาศของโลกก็รั่วไหลออกไป ดังนั้นเราจึงพยายามหาอัตราส่วนของส่วนผสมนี้ หรือแยกแยะว่าอนุภาคใดมีต้นกำเนิดจากดวงอาทิตย์และอนุภาคใดมีต้นกำเนิดจากโลก”
สนามแม่เหล็กโลกเกิดจากกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของเหล็กและนิกเกิลหลอมเหลวในแก่นโลกชั้นนอก มันแผ่ขยายออกไปไกลในอวกาศ ก่อตัวเป็นเกราะป้องกันที่เบี่ยงเบนลมสุริยะส่วนใหญ่ ซึ่งหากไม่มีเกราะนี้ก็จะกัดกร่อนชั้นบรรยากาศ
เมื่อสนามแม่เหล็กโลกมีปฏิสัมพันธ์กับลมสุริยะ จะเกิดเป็นแมกนีโตสเฟียร์ (magnetosphere) ซึ่งเป็นโครงสร้างคล้ายดาวหางที่มีส่วนหน้าแบนราบและส่วนหางยาว
เมื่ออนุภาคจากลมสุริยะถูกพัดพาไปตามแนวเส้นของแมกนีโตสเฟียร์ใกล้ขั้วโลก เราจึงได้เห็นปรากฏการณ์แสงเหนือและแสงใต้ หรือที่รู้จักกันในชื่อแสงออโรรา
รูปร่างของสนามแม่เหล็กโลกอธิบายได้ว่า ทำไมลมสุริยะจึงสามารถพัดพาอนุภาคบางส่วนในชั้นบรรยากาศของโลกออกไปในอวกาศได้ นอกจากนี้ยังทำให้สัดส่วนของชั้นบรรยากาศโลกที่ถูกพัดพาไปยังดวงจันทร์มีมากกว่าในแบบจำลองโลกที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก หรือโลกยุคโบราณ
“สนามแม่เหล็กไม่ได้มีไว้เพื่อปกป้องอย่างเดียวด้วยเหตุผล 2 ประการ มันมีความดันซึ่งทำให้ชั้นบรรยากาศของโลกพองตัวขึ้นเล็กน้อย ทำให้ลมสุริยะสามารถเข้าถึงชั้นบรรยากาศได้มากขึ้น” แบล็กแมนกล่าว
เขาเสริมว่า “และเมื่อดวงจันทร์อยู่ในช่วงข้างขึ้นเต็มดวง มันจะเคลื่อนผ่านเข้าไปในบริเวณที่เรียกว่า ‘หางแม่เหล็ก’ ซึ่งสนามแม่เหล็กจะเปิดช่องทางให้วัสดุจากชั้นบรรยากาศที่ถูกพัดพาไปสามารถเดินทางไปยังดวงจันทร์ได้โดยตรงมากขึ้น”
ดวงจันทร์จะเคลื่อนผ่านหางแม่เหล็กเป็นเวลา 2-3 วันในแต่ละเดือน และอนุภาคเหล่านั้นจะตกลงบนพื้นผิวดวงจันทร์และฝังตัวอยู่ในดินเนื่องจากดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศที่จะกั้นพวกมันไว้
การทำความเข้าใจประวัติศาสตร์ของการปฏิสัมพันธ์ระหว่างดวงจันทร์และโลกนั้นมีความสำคัญ เพราะมันให้บันทึกทางเคมีที่มีค่า หรือข้อมูลเกี่ยวกับบรรยากาศโบราณของโลกที่อาจมีอยู่ในดินบนดวงจันทร์
แบล็กแมนกล่าวว่า องค์ประกอบของบรรยากาศนั้นเชื่อมโยงกับการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตในแต่ละช่วงของประวัติศาสตร์โลก
อ่านงานวิจัยฉบับเต็ม ที่นี่
เรียบเรียงจาก CNN
- คอนเทนต์พิเศษ
สำหรับคุณ - TOP ต่างประเทศ
- วิดีโอยอดนิยม
