Page 2 - สารศูนย์วิทย์เดือนสิงหาคม2564

2

หินดวงจันทร์ที่เก็บจากยุค Apollo ไขปริศนาการกำ เนิดดวงจันทร์อย่างไร

รู้จักทฤษฎี Giant-impact

เป็นที่ทราบกันดีว่าตลอดช่วงปี 1969 ถึง 1972 โครงการอะพอลโลได้ประสบความสำาเร็จอย่างมากในการส่งมนุษยชาติทั้ง 12 คนขึ้นไป
เหยียบบนพื้นผิวดวงจันทร์พร้อมทั้งทำาการทดลองต่าง ๆ มากมายบนดวงจันทร์ ไม่ว่าจะเป็นการวางอุปกรณ์ Retroreflector ที่สามารถสะท้อนแสง
เลเซอร์ที่ยิงจากบนโลกได้เพื่อวัดระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์อย่างแม่นยำา หรือแม้แต่การเก็บดวงอย่างหินดวงจันทร์กลับมาที่โลกตั้งแต่ภารกิจอะ
พอลโล 11 จนไปถึง 7 ซึ่งมีน้ำารวมกว่า 190 กิโลกรัม
และเมื่อตัวอย่างหินดวงจันทร์เดินทางมาถึงห้องทดลองอย่างปลอดภัย สิ่งแรกที่นักวิทยาศาสตร์พยายามค้นหาก็คืออายุของดวงจันทร์จากการ
ตรวจสอบครึ่งชีวิตการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีอย่าง ยูเรเนียม จนเราสามารถระบุอายุของดวงจันทร์ได้ค่อนข้างแม่นยำาว่าดวงจันทร์ถือกำาเนิดขึ้น
เมื่อราว 4,510 ล้านปีก่อน หรือ 60 ล้านปีหลังจากการกำาเนิดระบบสุริยะ ซึ่งถือว่าดวงจันทร์เก่าแก่กว่าที่นักดาราศาสตร์ในยุคก่อนหน้าตั้งสมมติฐาน
ไว้อยู่มาก แต่สิ่งที่ทำาให้วงการดาราศาสตร์ตื่นตะลึงจริง ๆ แล้วคือการค้นพบว่า ธาตุไอโซโทปของออกซิเจนที่จับตัวอยู่บนหินของดวงจันทร์มีลักษณะ
เหมือนกับโลกเกือบทุกประการ ซึ่งเป็นหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่าดวงจันทร์ถือกำาเนิดอยู่ในแถบวงโคจรที่ใกล้เคียงกับโลก
และที่สำาคัญที่สุดคือในตัวอย่างหินดวงจันทร์ที่นำากลับมาแทบทั้งหมดกลับไม่มีธาตุประเภทสารระเหยง่าย (Volatile elements) อย่างเช่น
คาร์บอนไดออกไซค์ และ มีเทน เลยแม้แต่น้อย ซึ่งมีความเป็นไปได้มากที่ดวงจันทร์จะสูญเสียธาตุเหล่านี้ไปจากเหตุการณ์ที่มีพลังงานมหาศาล
จนในที่สุดก็กระจายหายไปในอวกาศไปเนื่องจากสนามโน้มถ่วงต่ำาของดวงจันทร์ไม่สามารถรั้งธาตุสารระเหยง่าย (Volatile elements) เอาไว้ได้
โดยหลังจากที่ผลการตรวจสอบหินดวงจันทร์ได้รับการเผยแพร่เป็นวงกว้างในทศวรรษที่ 1970 ก็ได้มีนักวิจัยกลุ่มหนึ่งเสนอสมมติฐานขึ้นมา
ท่ามกลางงานวิจับนับร้อยว่า ดวงจันทร์กำาเนิดมาจากการชนครั้งใหญ่ระหว่างโลกกับดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่มีขนาดเท่าดาวอังคาร เมื่อครั้งที่ระบบ
สุริยะพึ่งถือกำาเนิดใหม่ ๆ ซึ่งถือว่าเป็นเรื่องที่หลุดโลกไม่น้อยแต่เมื่อทฤษฎีนี้ได้รับการตรวจสอบและหาหลักฐานที่เกี่ยวข้องเพิ่มเติม กลับกลายเป็นว่า
มีผู้ที่สนับสนุนและยอมรับทฤษฎีนี้อย่างกว้างขวางในช่วงทศวรรษที่ 1980 จนถึงปัจจุบัน ในบทความเราจะพาไปลงลึกสำารวจประวัติศาสตร์ของดวงจันทร์
ผ่านสมมติฐานการชนครั้งใหญ่หรือ Giant Impact Hypothesis ไปด้วยกัน
กำ�เนิดดวงจันทร์

อ้างอิงจากหลักฐานที่กล่าวไปข้างต้น และการจำาลองโมเดลในคอมพิวเตอร์ตามสมตติฐานการชนครั้งใหญ่ได้เสนอไว้ว่า เรื่องราวของดวงจันทร์
เริ่มต้นเมื่อราว 4,400 ถึง 4,500 ล้านปีก่อน ในช่วงที่ดวงอาทิตย์พึ่งถือกำาเนิดขึ้นมาใหม่ ซึ่งได้ส่งผลให้วัตถุจำานวนหลายล้านชิ้นต่างโคจรรอบดาวฤกษ์
จนเกิดเป็นจานพอกพูนมวล จนกระทั่งเศษวัตถุน้อยใหญ่ที่มีขนาดตั้งแต่รถยนต์จนไปถึงภูเขาก็ได้รวมตัวก่อกำาเนิดขึ้นมาเป็นดาวเคราะห์ต่าง ๆ ซึ่งโลก
ก็เป็นหนึ่งในนั้น การกำาเนิดดาวเคราะห์ จึงไม่ได้เป็นอะไรไปเสียมากกว่าการ
รวมกันของก้อนหินที่กินเวลาหลายปีด้วยอิทธิพลของความโน้มถ่วง ซึ่งใน
ขณะนั้นโลกเป็นเพียงดาวเคราะห์เกิดใหม่ (Protoplanet) หนึ่งในหลายสิบดวง
ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ โดยที่เราสามารถสังเกตปรากฎการณ์นี้กับดวงดาว
ระบบอื่นได้เช่นกัน
แต่อย่างไรก็ตาม การเกิดดาวเคราะห์ขึ้นมาหลายสิบดวงนั้นก็ย่อมส่งผลต่อ
วงโคจรที่ไม่เสถียร ซึ่งตอนนั้นระบบสุริยะของเราก็ไม่ได้ต่างจากสนามแข่ง
รถฟอร์มูล่าวันมากนัก ที่ดาวเคราะห์ต่าง ๆ ต่างมีวิถีโคจรทับซ้อนซึ่งกัน
และกันจนกว่าวงโคจรของดาวเคราะห์จะปรับตัวให้สมดุลเหมือนอย่างใน
ปัจจุบัน จึงไม่ใช่เรื่องแปลกที่เมื่อ 4,500 ล้านปีก่อนจะมีดาวเคราะห์บางส่วน
ภาพจำาลองการชนกันระหว่างโลกกับดาวเคราะห์ Theia ในสมมติฐาน Giant Impact Hyphothesis ที่ถูกผลักเข้าหาดวงอาทิตย์ ไม่ก็ถูกดีดออกไปนอกระบบสุริยะกลายเป็น
ที่มา Dana Berry/SwRI
ดาวเคราะห์กำาพร้า (Rogue Planet) ท่ามกลางอวกาศระหว่างดวงดาว
(Interstellar Space) หรือแม้แต่ดาวเคราะแก๊สยักษ์อย่างดาวพฤหัสฯ ก็อาจจะเคยเปลี่ยนวงโคจรไปมาในอดีตเช่นกัน
ท่ามกลางระบบสุริยะที่กำาลังตกอยู๋ในความโกลาหล ดาวเคราะห์โลกก็ได้เติบใหญ่ขึ้นมาจนมีขนาดและมวลใกล้เคียงในปัจจุบัน แต่สภาพ
บนพื้นผิวนั้นห่างไกลจากคำาว่าดาวเคราะห์สีน้ำาเงินที่เรารู้จักเสียเหลือเกิน เพราะความร้อนที่เกิดจากการก่อตัวของโลกจากเศษดาวเคราะห์น้อย
นับล้านดวงนั้น ได้ทำาให้สภาพโลกทั้งไปเต็มไปด้วยมหาสมุทรหินหลอมละลาย ไม่มีทวีปหรือภูเขาใด ๆ ชั้นบรรยาศก็เต็มไปด้วยไอร้อนจากทะเลเพลิง
อาจจะเรียกว่าทิวทัศน์ของโลกก็ไม่ต่างจากนรกเท่าใดนัก
และในขณะนั้นเองดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่นักดาราศาสตร์ตั้งชื่อว่า Theia (ธีอา)
อันเป็นดาวเคราะห์ที่มีขนาดเท่าดาวอังคารและมีมวลอยู่ที่ร้อยละ 10 ของโลก ดันมีวิถีโคจร
ซ้อนทับกับโลก ซึ่งดาวเคราะห์ผู้บุกรุก ดวงนี้เองก็ได้เริ่มพุ่งเข้ามาหาโลกในวัยเยาว์
ด้วยความเร็ว 15 กิโลเมตรต่อวินาที เร็วกว่ากระสุนปืนเกือบ 20 เท่า หากเรายืนอยู่บน
พื้นผิวดาวเคราะห์โลกในตอนนั้นในตอนแรกเราจะเห็น Theia เป็นเพียงดาวสีแดงจุดเล็ก ๆ
ก่อนที่จะเริ่มมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ อย่างน่ากลัวบนท้องฟ้า และในที่สุดพื้นผิวของดาวทั้งสอง
ก็สัมผัสกันที่มุมเฉียงประมาณ 45 องศา ภาพถ่ายจานพอกพูนมวลที่ประกอบด้วยเศษหินน้อยใหญ่ที่โคจรรอบดาวฤกษ์เกิดใหม่
นอกเหนือจากดวงอาทิตย์ในทางช้างเผือก ที่มา ALMA