ภารกิจ MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) เปิดตัวโดย NASA ในปี 2013 (เครดิต: NASA)
ดาวอังคารซึ่งครั้งหนึ่งเคยเป็นดาวเคราะห์ที่มีน้ำอยู่มากมาย ปัจจุบันกลายเป็นพื้นที่แห้งแล้งและรกร้าง หลักฐานของการเปลี่ยนแปลงนี้ปรากฏที่ลักษณะพื้นผิวของดาวว่าครั้งหนึ่งเคยมีน้ำไหล แต่ในช่วง 3,000 ล้านปีที่ผ่านมา น้ำบางส่วนได้ซึมลงใต้ดินลึก แต่เกิดอะไรขึ้นกับส่วนที่เหลือ? นักวิทยาศาสตร์ไขปริศนานี้ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble) ของ NASA และภารกิจ Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) ซึ่ง อาจซึมลงสู่พื้นดิน หรือโมเลกุลอาจแตกสลาย และอะตอมที่เกิดขึ้นหลุดออกไปสู่อวกาศ จึงจำเป็นต้องทำความเข้าใจว่าอะตอมหลุดออกไปสู่อวกาศได้อย่างไร
น้ำหลุดออกจากชั้นบรรยากาศของดาวอังคารได้อย่างไร
บนดาวอังคาร แสงแดดจะสลายโมเลกุลของน้ำในชั้นบรรยากาศให้กลายเป็นอะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจน กระบวนการนี้เรียกว่า Photodissociation ซึ่งจะปลดปล่อยไฮโดรเจน 2 ประเภทออกมา ได้แก่ ไฮโดรเจนปกติและดิวทีเรียม ดิวทีเรียมมีนิวตรอนอยู่ในนิวเคลียส ทำให้มีมวลมากกว่าไฮโดรเจนปกติถึงสองเท่า เนื่องจากมีมวลเพิ่มขึ้น ดิวทีเรียมจึงหลุดออกจากชั้นบรรยากาศของดาวอังคารได้ช้ากว่าไฮโดรเจน
เมื่อเวลาผ่านไป ไฮโดรเจนจะหลุดออกมากกว่าดิวทีเรียม ทำให้มีอัตราส่วนดิวทีเรียมต่อไฮโดรเจนในชั้นบรรยากาศสูงขึ้น การวัดอัตราส่วนนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถประมาณได้ว่าครั้งหนึ่งเคยมีน้ำอยู่บนดาวอังคารมากเพียงใด แม้ว่ายานอวกาศ MAVEN จะให้ข้อมูลส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานวิจัยนี้ แต่ก็ยังไม่ไวพอที่จะตรวจจับดิวทีเรียมได้ตลอดทั้งปีบนดาวอังคาร ดาวอังคารโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี ซึ่งหมายความว่าดาวอังคารจะโคจรห่างจากดวงอาทิตย์ในช่วงฤดูหนาวที่ยาวนาน ส่งผลให้การปลดปล่อยดิวทีเรียมมีปริมาณน้อยเกินไปที่ MAVEN จะวัดได้ จึงทำให้ต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลซึ่งสังเกตการณ์ดาวอังคารมาตั้งแต่ปี 1991 ก่อนที่ MAVEN จะมาถึงในปี 2014 โดยการรวมข้อมูลจากภารกิจทั้งสองครั้ง ทำให้ทราบอัตราการปลดปล่อยไฮโดรเจนและดิวทีเรียมเป็นเวลา 3 ปีบนดาวอังคาร ซึ่งแต่ละปีเทียบเท่ากับ 687 วันบนโลก และยังทำให้เห็นภาพอะตอมไฮโดรเจนที่หลุดออกจากดาวอังคารสู่อวกาศเป็นครั้งแรก การค้นพบเหล่านี้ช่วยอธิบายว่าเกิดอะไรขึ้นกับน้ำบนดาวอังคาร และให้เบาะแสเกี่ยวกับสภาพอากาศในอดีตของดาวอังคาร
ศูนย์ซ่อมบำรุงอุปกรณ์ภายใน Kennedy Space Center ของ NASA วิศวกรและช่างเทคนิคทำการทดสอบการนำแผงโซลาร์เซลล์คู่
ไปติดตั้งบนยานอวกาศ MAVEN (เครดิต: NASA/Kim Shiflett)
ภารกิจ MAVEN
ภารกิจ MAVEN เปิดตัวโดย NASA ในปี 2013 มีเป้าหมายหลักเพื่อทำความเข้าใจว่าดาวอังคารสูญเสียชั้นบรรยากาศไปได้อย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป และเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของดาวอังคาร
ว่าเหตุใดดาวอังคารซึ่งในอดีตน่าจะมีชั้นบรรยากาศที่หนาและมีน้ำ จึงกลายมาเป็นดาวเคราะห์ที่หนาวเย็นและแห้งแล้งดังเช่นในปัจจุบัน
เป้าหมายหลักของภารกิจ MAVEN:
- การทำความเข้าใจการสูญเสียบรรยากาศ: MAVEN มุ่งเป้าหมายที่การสูญเสียบรรยากาศของดาวอังคารไปสู่อวกาศมากเพียงใดเมื่อเวลาผ่านไป โดยเน้นที่บทบาทของลมสุริยะและพายุสุริยะ
- การศึกษาสภาพบรรยากาศของดาวอังคารในปัจจุบัน เพื่อทำความเข้าใจว่าบรรยากาศที่เหลืออยู่ในปัจจุบันมีพฤติกรรมอย่างไร รวมถึงปฏิสัมพันธ์กับลมสุริยะและรังสีดวงอาทิตย์
- การสำรวจการสูญเสียน้ำในอดีต เพื่อตรวจสอบว่าการสูญเสียก๊าซในชั้นบรรยากาศ เช่น ไฮโดรเจนและออกซิเจน มีส่วนทำให้น้ำบนพื้นผิวดาวอังคารหายไปได้อย่างไร
ผลการค้นพบที่สำคัญจาก MAVEN:
การกัดเซาะบรรยากาศอย่างรุนแรง: มีการกัดเซาะบรรยากาศของดาวอังคารเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากพายุสุริยะ กระบวนการนี้มีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศของดาวอังคารจากดาวเคราะห์ที่อาจอยู่อาศัยได้ไปเป็นดาวเคราะห์ที่หนาวเย็นและแห้งแล้ง
ไอออนพุ่งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศด้วยความเร็วสูง: มีการวัดไอโซโทปของก๊าซอาร์กอนในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารส่วนบน อาร์กอนเป็นก๊าซเฉื่อย ซึ่งหมายความว่าแทบจะไม่มีปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่นๆ ในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเลย วิธีเดียวที่จะกำจัดอาร์กอนออกไปได้ก็คือการสปัตเตอร์ในชั้นบรรยากาศ (Sputtering to space) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ไอออนพุ่งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารด้วยความเร็วสูงเพียงพอที่จะผลักโมเลกุลของก๊าซให้หลุดออกจากชั้นบรรยากาศ เมื่อทีม MAVEN วิเคราะห์ไอโซโทปของอาร์กอนในชั้นบรรยากาศส่วนบน ทำให้ประมาณได้ว่าอาร์กอนที่มีอยู่เดิมประมาณ 65% สูญหายไปจากการสปัตเตอร์
แสงเหนือประเภทใหม่: MAVEN ค้นพบแสงเหนือหลายประเภทที่เปล่งแสงขึ้นเมื่ออนุภาคพลังงานพุ่งเข้าไปในชั้นบรรยากาศ พุ่งชนก๊าซและทำให้ก๊าซเปล่งแสง ทีม MAVEN แสดงให้เห็นว่าโปรตอนสร้างแสงเหนือบนดาวอังคาร (แทนที่จะเป็นอิเล็กตรอน) ซึ่งแตกต่างจากโลก แสงเหนือโปรตอนเกิดขึ้นเฉพาะในบริเวณเล็กๆ ใกล้ขั้วโลกเท่านั้น ในขณะที่บนดาวอังคาร แสงเหนือเหล่านี้เกิดขึ้นได้ทุกที่
พายุฝุ่นบนดาวอังคาร: ในปี 2018 พายุฝุ่นที่โหมกระหน่ำได้สร้างกลุ่มฝุ่นขนาดใหญ่ที่ปกคลุมดาวอังคาร ทีม MAVEN ศึกษาว่าพายุฝุ่นนี้ส่งผลต่อชั้นบรรยากาศด้านบนของดาวอังคารอย่างไร เพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุการณ์เหล่านี้ส่งผลต่อการระเหยของน้ำสู่อวกาศอย่างไร ซึ่งความร้อนจากพายุฝุ่นสามารถยกโมเลกุลของน้ำให้สูงขึ้นในชั้นบรรยากาศมากกว่าปกติ ส่งผลให้ปริมาณน้ำที่สูญเสียสู่อวกาศพุ่งสูงขึ้น
แผนที่ลมบนดาวอังคาร: นักวิจัย MAVEN ได้สร้างแผนที่การไหลเวียนของลมในชั้นบรรยากาศบนของดาวอังคารเป็นครั้งแรก แผนที่ใหม่นี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจสภาพอากาศของดาวอังคารได้ดีขึ้น รวมถึงทราบว่าภูมิประเทศบนพื้นผิวของดาวอังคารส่งผลต่อกระแสลมที่ระดับความสูงอย่างไร ผลลัพธ์นี้ช่วยให้เข้าใจว่าพลวัตของชั้นบรรยากาศบนดาวอังคารมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศของดาวอังคารในอดีตและปัจจุบันอย่างไร
การทำแผนที่กระแสไฟฟ้า: นักวิจัยใช้ข้อมูล MAVEN เพื่อสร้างแผนที่ระบบกระแสไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อไอออนและอิเล็กตรอนของลมสุริยะชนกับสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์ ทำให้อนุภาคไหลออกจากกัน กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นมีบทบาทในการสูญเสียบรรยากาศ ซึ่งทำให้ดาวอังคารเปลี่ยนจากโลกที่เคยเป็นแหล่งอาศัยของสิ่งมีชีวิตไปเป็นทะเลทรายที่ไม่เอื้อต่อการอยู่อาศัย
ลมสุริยะที่หายไป: เมื่อไม่นานนี้ MAVEN ได้สังเกตเห็นการหายไปของลมสุริยะ ซึ่งเกิดจากปรากฏการณ์บนดวงอาทิตย์ที่รุนแรงมากจนทำให้เกิดช่องว่างระหว่างลมสุริยะที่เคลื่อนที่ผ่านระบบสุริยะ การวัดของ MAVEN แสดงให้เห็นว่าเมื่อลมสุริยะไปถึงดาวอังคาร ความหนาแน่นของลมสุริยะลดลงอย่างมาก การหายไปของลมสุริยะนี้ทำให้ชั้นบรรยากาศและแมกนีโตสเฟียร์ของดาวอังคารพองตัวออกไปหลายพันกิโลเมตร
ภาพอุลตราไวโอเลตของดาวเคราะห์สีแดง: MAVEN ถ่ายภาพอุลตราไวโอเลตที่สวยงามของดาวอังคารได้สองภาพซึ่งถ่ายในจุดต่างๆ ตลอดวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ การมองในช่วงความยาวคลื่นอุลตราไวโอเลตทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใจชั้นบรรยากาศของดาวอังคารและมองเห็นลักษณะพื้นผิวได้
การตอบสนองของดาวอังคารต่อพายุสุริยะ: ในเดือนพฤษภาคม 2024 เหตุการณ์บนดวงอาทิตย์ได้กระตุ้นให้เกิดกระแสอนุภาคพลังงานสูงที่เดินทางไปยังดาวอังคารอย่างรวดเร็ว ภารกิจบนดาวอังคารของ NASA หลายภารกิจ รวมถึง MAVEN ได้สังเกตปรากฏการณ์บนท้องฟ้านี้และถ่ายภาพแสงเหนือที่ส่องแสงได้
MAVEN ยังคงให้ข้อมูลที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ไขปริศนาในอดีตของดาวอังคารและเข้าใจกระบวนการในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารในปัจจุบันได้ดีขึ้น ผลการค้นพบเหล่านี้ยังช่วยให้สามารถสำรวจศักยภาพในการอยู่อาศัยของมนุษย์บนดาวอังคารได้อีกด้วย
-------------------
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
NASA finally knows what happened to all the water on Mars, https://www.thebrighterside.news/space/nasa-finally-knows-what-happened-to-all-the-water-on-mars/
Comments