หินดวงจันทร์ที่เก็บจากยุค Apollo ไขปริศนาการกำเนิดดวงจันทร์อย่างไร รู้จักทฤษฎี Giant-impact

หินดวงจันทร์ที่เก็บจากยุค Apollo ไขปริศนาการกำเนิดดวงจันทร์อย่างไร รู้จักทฤษฎี Giant-impact

เป็นที่ทราบกันดีว่าตลอดช่วงปี 1969 ถึง 1972 โครงการอะพอลโลได้ประสบความสำเร็จอย่างมากในการส่งมนุษยชาติทั้ง 12 คนขึ้นไปเหยียบบนพื้นผิวดวงจันทร์พร้อมทั้งทำการทดลองต่าง ๆ มากมายบนดวงจันทร์ ไม่ว่าจะเป็นการวางอุปกรณ์ Retroreflector ที่สามารถสะท้อนแสงเลเซอร์ที่ยิงจากบนโลกได้เพื่อวัดระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์อย่างแม่นยำ หรือแม้แต่การเก็บดวงอย่างหินดวงจันทร์กลับมาที่โลกตั้งแต่ภารกิจอะพอลโล 11 จนไปถึง 7 ซึ่งมีน้ำรวมกว่า 190 กิโลกรัม

และเมื่อตัวอย่างหินดวงจันทร์เดินทางมาถึงห้องทดลองอย่างปลอดภัย สิ่งแรกที่นักวิทยาศาสตร์พยายามค้นหาก็คืออายุของดวงจันทร์จากการตรวจสอบครึ่งชีวิตการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีอย่าง ยูเรเนียม จนเราสามารถระบุอายุของดวงจันทร์ได้ค่อนข้างแม่นยำว่าดวงจันทร์ถือกำเนิดขึ้นเมื่อราว 4,510 ล้านปีก่อน หรือ 60 ล้านปีหลังจากการกำเนิดระบบสุริยะ ซึ่งถือว่าดวงจันทร์เก่าแก่กว่าที่นักดาราศาสตร์ในยุคก่อนหน้าตั้งสมมติฐานไว้อยู่มาก แต่สิ่งที่ทำให้วงการดาราศาสตร์ตื่นตะลึงจริง ๆ แล้วคือการค้นพบว่า ธาตุไอโซโทปของออกซิเจนที่จับตัวอยู่บนหินของดวงจันทร์มีลักษณะเหมือนกับโลกเกือบทุกประการ ซึ่งเป็นหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่าดวงจันทร์ถือกำเนิดอยู่ในแถบวงโคจรที่ใกล้เคียงกับโลก

นักบินอวกาศ Harrison H. Schmitt ขณะเก็บตัวอย่างหินดวงจันทร์ในภารกิจอะพอลโล 17 ที่มา NASA

และที่สำคัญที่สุดคือในตัวอย่างหินดวงจันทร์ที่นำกลับมาแทบทั้งหมดกลับไม่มีธาตุประเภทสารระเหยง่าย (Volatile elements) อย่างเช่น คาร์บอนไดออกไซค์ และ มีเทน เลยแม้แต่น้อย ซึ่งมีความเป็นไปได้มากที่ดวงจันทร์จะสูญเสียธาตุเหล่านี้ไปจากเหตุการณ์ที่มีพลังงานมหาศาล จนในที่สุดก็กระจายหายไปในอวกาศไปเนื่องจากสนามโน้มถ่วงต่ำของดวงจันทร์ไม่สามารถรั้งธาตุสารระเหยง่าย (Volatile elements) เอาไว้ได้

โดยหลังจากที่ผลการตรวจสอบหินดวงจันทร์ได้รับการเผยแพร่เป็นวงกว้างในทศวรรษที่ 1970 ก็ได้มีนักวิจัยกลุ่มหนึ่งเสนอสมตติฐานขึ้นมาท่ามกลางงานวิจับนับร้อยว่า ดวงจันทร์กำเนิดมาจากการชนครั้งใหญ่ระหว่างโลกกับดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่มีขนาดเท่าดาวอังคาร เมื่อครั้งที่ระบบสุริยะพึ่งถือกำเนิดใหม่ ๆ ซึ่งถือว่าเป็นเรื่องที่หลุดโลกไม่น้อยแต่เมื่อทฤษฎีนี้ได้รับการตรวจสอบและหาหลักฐานที่เกี่ยวข้องเพิ่มเติม กลับกลายเป็นว่ามีผู้ที่สนับสนุนและยอมรับทฤษฎีนี้อย่างกว้างขวางในช่วงทศวรรษที่ 1980 จนถึงปัจจุบัน ในบทความเราจะพาไปลงลึกสำรวจประวัติศาสตร์ของดวงจันทร์ผ่านสมมติฐานการชนครั้งใหญ่หรือ Giant Impact Hypothesis ไปด้วยกัน

ภาพจำลองการชนกันระหว่างโลกกับดาวเคราะห์ Theia ในสมมติฐาน Giant Impact Hyphothesis ที่มา Dana Berry/SwRI

กำเนิดดวงจันทร์

อ้างอิงจากหลักฐานที่กล่าวไปข้างต้นและการจำลองโมเดลในคอมพิวเตอร์ตามสมตติฐานการชนครั้งใหญ่ได้เสนอไว้ว่า เรื่องราวของดวงจันทร์เริ่มต้นเมื่อราว 4,400 ถึง 4,500 ล้านปีก่อน ในช่วงที่ดวงอาทิตย์พึ่งถือกำเนิดขึ้นมาใหม่ ซึ่งได้ส่งผลให้วัตถุจำนวนหลายล้านชิ้นต่างโคจรรอบดาวฤกษ์จนเกิดเป็นจานพอกพูนมวล จนกระทั่งเศษวัตถุน้อยใหญ่ที่มีขนาดตั้งแต่รถยนต์จนไปถึงภูเขาก็ได้รวมตัวก่อกำเนิดขึ้นมาเป็นดาวเคราะห์ต่าง ๆ ซึ่งโลกก็เป็นหนึ่งในนั้น การกำเนิดดาวเคราะห์จึงไม่ได้เป็นอะไรไปเสียมากกว่าการรวมกันของก้อนหินที่กินเวลาหลายปีด้วยอิทธิพลของความโน้มถ่วง ซึ่งในขณะนั้นโลกเป็นเพียงดาวเคราะห์เกิดใหม่ (Protoplanet) หนึ่งในหลายสิบดวงที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ โดยที่เราสามารถสังเกตปรากฎการณ์นี้กับดวงดาวระบบอื่นได้เช่นกัน

แต่อย่างไรก็ตามการเกิดดาวเคราะห์ขึ้นมาหลายสิบดวงนั้นก็ย่อมส่งผลต่อวงโคจรที่ไม่เสถียร ซึ่งตอนนั้นระบบสุริยะของเราก็ไม่ได้ต่างจากสนามแข่งรถฟอร์มูล่าวันมากนัก ที่ดาวเคราะห์ต่าง ๆ ต่างมีวิถีโคจรทับซ้อนซึ่งกันและกันจนกว่าวงโคจรของดาวเคราะห์จะปรับตัวให้สมดุลเหมือนอย่างในปัจจุบัน จึงไม่ใช่เรื่องแปลกที่เมื่อ 4,500 ล้านปีก่อนจะมีดาวเคราะห์บางส่วนที่ถูกผลักเข้าหาดวงอาทิตย์ ไม่ก็ถูกดีดออกไปนอกระบบสุริยะกลายเป็น ดาวเคราะห์กำพร้า (Rogue Planet) ท่ามกลางอวกาศระหว่างดวงดาว (Interstellar Space) หรือแม้แต่ดาวเคราะแก๊สยักษ์อย่างดาวพฤหัสฯ ก็อาจจะเคยเปลี่ยนวงโคจรไปมาในอดีตเช่นกัน

อ่านเรื่องราวการวิวัฒนาการของระบบสุริยะเพิ่มเติมได้ที่นี่ Grand Tack Hypothesis การขยับห่างจากดวงอาทิตย์ของดาวพฤหัสในอดีตที่กุมความลับกำเนิดระบบสุริยะ

ภาพถ่ายจานพอกพูนมวลที่ประกอบด้วยเศษหินน้อยใหญ่ที่โคจรรอบดาวฤกษ์เกิดใหม่นอกเหนือจากดวงอาทิตย์ในทางช้างเผือก ที่มา ALMA

ท่ามกลางระบบสุริยะที่กำลังตกอยู๋ในความโกลาหล ดาวเคราะห์โลกก็ได้เติบใหญ่ขึ้นมาจนมีขนาดและมวลใกล้เคียงในปัจจุบันแต่สภาพบนพื้นผิวนั้นห่างไกลจากคำว่าดาวเคราะห์สีน้ำเงินที่เรารู้จักเสียเหลือเกิน เพราะความร้อนที่เกิดจากการก่อตัวของโลกจากเศษดาวเคราะห์น้อยนับล้านดวงนั้นได้ทำให้สภาพโลกทั้งไปเต็มไปด้วยมหาสมุทรหินหลอมละลาย ไม่มีทวีปหรือภูเขาใด ๆ ชั้นบรรยาศก็เต็มไปด้วยไอร้อนจากทะเลเพลิง อาจจะเรียกว่าทิวทัศน์ของโลกก็ไม่ต่างจากนรกเท่าใดนัก

และในขณะนั้นเองดาวเคราะห์ดวงหนึ่งที่นักดาราศาสตร์ตั้งชื่อว่า Theia (ธีอา) อันเป็นดาวเคราะห์ที่มีขนาดเท่าดาวอังคารและมีมวลอยู่ที่ร้อยละ 10 ของโลก ดันมีวิถีโคจรซ้อนทับกับโลก ซึ่งดาวเคราะห์ผู้บุกรุกดวงนี้เองก็ได้เริ่มพุ่งเข้ามาหาโลกในวัยเยาว์ด้วยความเร็ว 15 กิโลเมตรต่อวินาที เร็วกว่ากระสุนปืนเกือบ 20 เท่า หากเรายืนอยู่บนพื้นผิวดาวเคราะห์โลกในตอนนั้นในตอนแรกเราจะเห็น Theia เป็นเพียงดาวสีแดงจุดเล็ก ๆ ก่อนที่จะเริ่มมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ อย่างน่ากลัวบนท้องฟ้า และในที่สุดพื้นผิวของดาวทั้งสองก็สัมผัสกันที่มุมเฉียงประมาณ 45 องศา

ภาพเคลื่อนไหวจำลองการชนของ Theia กับโลก

พลังงานเหนือจินตนาการจากการชนของ Theia ได้ส่งแรงกระเพื่อมอย่างรุนแรงไปทั่วดาวเคราะห์โลก ในขณะที่ Theia ได้ถูกทำลายลงไปอย่างสิ้นเชิงภายในระยะเวลาไม่กี่นาที แกนเหล็กของ Theia และชั้นหินหลอมเหลวหรือแมนเทิลของดาวทั้งสองก็ได้หลอมรวมเข้าด้วยกัน ส่วนวัตถุที่หลงเหลือจากการชนปริมาณมหาศาลนั้นก็ได้พุ่งกระจายออกไปในอวกาศ แต่อิทธิพลของสนามโน้มถ่วงโลกก็ได้รั้งไม่ให้วัตถุส่วนใหญ่หลุดออกจากวงโคจรไป ต่อมาเมื่อเวลาผ่านไปเศษหินร้อนระอุเหล่านี้ก็ได้เริ่มก่อตัวเป็นวงแหวนของโลก คล้ายกับภาพของดาวเสาร์ที่เราเห็นในปัจจุบัน แต่เป็นในฉบับที่ร้อนกว่ามาก

จนในที่สุดความโน้มถ่วงก็ได้ทำให้เศษซากฝุ่นและหินที่อยู่ในวงแหวนแห่งไฟนี้ก็ได้เริ่มก่อตัวกลายเป็นดวงจันทร์ของเรา ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางกว่า 3,400 กิโลเมตร ซึ่งในตอนนั้นดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกกว่าในปัจจุบันมาก จนเราสามารถเห็นพื้นผิวหินหลอมละลายบนดวงจันทร์ได้อย่างชัดเจน ก่อนที่ดวงจันทร์จะเริ่มเย็นตัวลงจนกลายเป็นขาวเทาแบบที่เราเห็นในปัจจุบัน อันเป็นการสิ้นสุดการอธิบายต้นกำเนิดของดวงจันทร์ตามสมมติฐานการชนครั้งใหญ่ หรือ Giant Impact Hypothesis

แผนภาพแสดงถึงการก่อตัวของดวงจันทร์ ที่มา Astronomy Magazine

หลักฐานสนับสนุน

เมื่อปี 2020 NASA ก็ได้ตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับงานวิจัยใหม่ที่สนับสนุนทฤษฎีนี้ นำโดยนักศึกษาปริญญาเอก จากมหาวิทยาลัย New Mexico ที่ได้วิเคราะห์ตัวอย่างหินดวงจันทร์ซึ่งนำมาตั้งแต่ยุคโครงการอะพอลโลและหินจากบนโลก โดยใช้เครื่องมือ Mass spectrometers เพื่อศึกษาองค์ประกอบของธาตุคลอรีนที่อยู่ในแร่ Apatite เนื่องจากคลอรีนเป็นหนึ่งในธาตุระเหยง่าย (Volatile Elements) ซึ่งหมายความว่ามันจะระเหยในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิที่ไม่สูงมากนัก

ส่วนผลการทดลองเราสามารถสรุปให้อย่างง่าย ๆ ได้ว่าตัวอย่างหินจากดวงจันทร์มีธาตุคลอรีนหนัก (มีนิวตรอนมากกว่าปกติ) รวมตัวอยู่กันอย่างหนาแน่นกว่าตัวอย่างหินบนโลก ซึ่งธาตุคลอรีนหนักนี่เองมักจะไม่ค่อยมีปฏิกริยากับแรงต่าง ๆ และอุณหภูมิมากนัก จึงสามารถอธิบายได้ว่าในช่วงที่ดวงจันทร์กำลังเริ่มก่อตัวในวงแหวนที่ห้อมล้อมโลกอยู่ สนามโน้มถ่วงของโลกก็ได้ดึงธาตุคลอรีนที่มีน้ำหนักเบากกว่าตกลงกลับมาสู่โลก ขณะที่คลอรีนประเภทหนักที่เหลืออยู่ได้ก่อตัวเป็นดวงจันทร์ คล้ายกับกรณีของออกซิเจนในหินที่ได้กล่าวไปข้างต้น ผลงานวิจัยชิ้นนี้จึงเป็นอีกหนึ่งหลักฐานล่าสุดที่ช่วยสนับสนุนทฤษฎีการชนครั้งใหญ่นี้

การศึกษาแร่ธาตุคลอรีนในตัวอย่างหิน ที่มา NASA

นอกเหนือจากหลักฐานจากตัวอย่างหินดวงจันทร์ที่ได้นำกลับมาในสมัยยุคอะพอลโลแล้ว ทฤษฎีนี้ก็ได้รับการสนับสนุนจากหลักฐาน ๆ อื่นอีกอย่างเช่นการที่ขนาดของแกนโลหะหนักของดวงจันทร์มีขนาดเล็กกว่าปกติ ซึ่งอาจจะเป็นผลมาจากที่แกนดั้งเดิมของ Theia ส่วนใหญ่ได้หลอมรวมเข้ากับโลกเกือบทั้งหมด หรือไม่ก็การที่ระนาบโคจรของโลกกับดวงจันทร์แทบจะเหมือนกันอย่างไม่น่าเชื่อเชื่อ

แต่อย่างไรก็ตามทฤษฎีการชนครั้งใหญ่ก็กลับมีข้อโต้แย้งอยู่เหมือนกัน ที่ทฤษฎีนี้ไม่สามารถตอบคำถามที่ว่า องค์ประกอบหลักของดาวเคราะห์ผู้บุกรุก Theia นั้นประกอบด้วยอะไร แล้วถ้าดวงจันทร์มาจากเศษซากของ Theia จริงแล้วทำไมถึงมีองค์ประกอบคล้ายกับบนโลกทั้งที่เป็นดาวคนละดวง ส่วนอีกข้อโต้แย้งหนึ่งที่น่าสนใจก็คือปัจจุบันเราไม่ค้นพบร่องรอยทางธรณีวิทยาบนโลกใด ๆ ว่าเคยมีการชนครั้งใหญ่ขนาดนั้นมาก่อนอีกด้วย เพราะถึงแม้จะผ่านมาหลายพันล้านปีก็น่าจะทิ้งร่องรอยจากการปลดปล่อยพลังงานมหาศาลไว้บ้าง หรือถ้าการชนกันของดาวเคราะห์ในช่วงเริ่มแรกเป็นเรื่องปกติแล้วทำไมดาวศุกร์ที่มีมวลและขนาดใกล้โลกกลับไร้ซึ่งดวงจันทร์

ภาพจำลองดวงจันทร์ในอดีต ที่มา NASA

สรุปเราไขปริศนาต้นกำเนิดของดวงจันทร์ได้หรือยัง

คำตอบก็คือไม่ เราไม่รู้ ซึ่งนี่แหละคือกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ที่ต้องเกิดจากการตั้งคำถามแล้วรวบรวมหลักฐานต่าง ๆ มาอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นในปัจจุบันเพื่อหาคำตอบ หากเจอข้อโต้แย้งก็ต้องหาหลักฐานใหม่มาล้มล้างหรือเสนอแก้ไขเพิ่มเติมในตัวทฤษฎี และสมมติฐานการชนครั้งใหญ่นี่เองก็ได้รับการพัฒนาการจากรวบรวมข้อมูลทั้งจากการสังเกตการณ์ดวงดาวที่ห่างไกล การตรวจสอบตัวอย่างหินด้วยวิธีดั้งเดิม และการสร้างแบบจำลองในคอมพิวเตอร์ เป็นเวลามากกว่า 30 ปี จนกลายมาเป็นทฤษฎีการกำเนิดดวงจันทร์ที่ถูกนำมาอธิบายอย่างแพร่หลายมากที่สุด

เราปฏิเสธไม่ได้เลยว่าการที่เราพยายามหาต้นกำเนิดของดวงจันทร์นี้ได้แสดงให้เห็นว่ามนุษย์กับดวงจันทร์นั้นผูกพันธ์กันมากแค่ไหน หากโลกนี้ไม่มีดวงจันทร์แล้วเราก็คงไม่มีน้ำขึ้นน้ำลง ที่ช่วยเร่งให้เหล่าสรรพสัตว์วิวัฒนาการจากทะเลมาสู่แผ่นดิน หรือไม่มนุษย์ยุคโบราณก็คงจะไม่รู้วิธีการนับวันเวลาและการทำปฏิทินจนไม่สามารถทำการเกษตรกรรมได้ การหาคำตอบนี้ก็คงยังดำเนินต่อไป และหวังว่าในปี 2024 เมื่อมนุษย์กลับไปบนพื้นผิวดวงจันทร์อีกครั้งหนึ่งในโครงการ Artemis เราอาจจะเจอการค้นพบใหม่ ๆ ที่อาจช่วยอธิบายต้นตอการกำเนิดดวงจันทร์ได้ดีกว่าเดิม

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co

อ้างอิง

NASA finds evidence two early planets collided to form Moon

เราใช้คุกกี้เพื่อพัฒนาประสิทธิภาพ และประสบการณ์ที่ดีในการใช้เว็บไซต์ของคุณ คุณสามารถศึกษารายละเอียดได้ที่ นโยบายความเป็นส่วนตัว และสามารถจัดการความเป็นส่วนตัวเองได้ของคุณได้เองโดยคลิกที่ ตั้งค่า

Privacy Preferences

คุณสามารถเลือกการตั้งค่าคุกกี้โดยเปิด/ปิด คุกกี้ในแต่ละประเภทได้ตามความต้องการ ยกเว้น คุกกี้ที่จำเป็น

Allow All
Manage Consent Preferences
  • Always Active

Save