เมื่ออ้างอิงจากสมมุติฐานและการสำรวจจากวงโคจรจากหลายชุดข้อมูลแล้ว นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าเราสามารถพบเจอน้ำแข็งบนดวงจันทร์ได้ที่ขั้วของมัน ซึ่งภายในขั้วเป็นหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ที่ลึกมากจนแสงแดดจากดวงอาทิตย์ส่องไม่ถึงขนาดที่ว่าบางส่วนของหลุมลึกมาก และอาจไม่เคยโดนแสงแดดเลยแม้แต่นิดเดียว อุณหภูมิของในหลุมเหล่านี้จึงเย็นยะเยือกและเป็นพื้น ๆ ที่ที่เหมาะแก่การก่อตัวของน้ำแข็ง
อย่างไรก็ตาม ในปี 2020 ผลการวิเคราะห์ข้อมูลของ NASA จากการสำรวจโดยกล้องโทรทรรศน์ SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) ในเปเปอร์ Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA กลับพบหลักฐานว่ามีโมเลกุลน้ำในรูปของน้ำแข็งหรือของเหลวอยู่บนพื้นผิวของดวงจันทร์ด้านสว่าง (Sunlit) ซึ่งการค้นพบนี้ขัดแย้งกับสมมุติฐานและข้อสรุปของหลาย ๆ งานวิจัยอย่างมากถึงขนาดที่ว่ามีนักวิจัยเขียนเปเปอร์ออกมา Counter งานวิจัยฉบับนี้ของ NASA โดยเฉพาะเลย
อ่านบทความเกี่ยวกับการค้นพบน้ำบนพื้นผิวดวงจันทร์ – สรุปละเอียด กรณีพบโมเลกุลน้ำ การค้นพบสำคัญก่อนการกลับสู่ดวงจันทร์ 2024
ในความจริงแล้ว น้ำก็ไม่ควรจะอยู่บนพื้นผิวของดวงจันทร์ได้ เนื่องจากดวงจันทร์มีชั้นบรรยากาศบางมาก ๆ (เรียกว่าไม่มียังได้) นอกจากนี้มันยังไม่มีสนามแม่เหล็ก ทำให้รังสี ลมสุริยะ และความร้อนจากดวงอาทิตย์นั้นตกกระทบกับพื้นผิวของดวงจันทร์โดยตรง เป็นไปได้ยากมากที่วัตถุระเหยง่าย (Volatiles) อย่างน้ำจะสามารถอยู่รอดในสภาพแบบนั้นได้
แต่แล้วก็มีงานวิจัยใหม่ออกมา Counter งานวิจัยที่มา Counter งานวิจัยของ NASA อีกที (โลกแห่งวิชาการ ฮา) ซึ่งอธิบายว่าน้ำบนพื้นผิวดวงจันทร์ด้านสว่างนั้นเป็นไปได้ และคำอธิบายมันก็เบสิคมาก ๆ ด้วยเช่นกัน
ทำไมนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าน้ำไม่สามารถอยู่บนพื้นผิวด้านสว่างของดวงจันทร์ได้
เนื่องจากเราไม่มีโรเวอร์สำรวจพื้นผิวดวงจันทร์ในขณะนี้ การสำรวจต่าง ๆ จึงต้องพึ่งยานสำรวจในวงโคจรไม่ก็การจำลองทางคอมพิวเตอร์ ซึ่งส่วนใหญ่จะพึ่งการจำลองทางคอมพิวเตอร์มากกว่า เพราะมันง่าย
ในการจำลองคอมพิวเตอร์หลาย ๆ โมเดลนั้น ส่วนใหญ่โมเดลดวงจันทร์จะถูกสคริปต์ให้เป็นก้อนดวงจันทร์ธรรมดาเรียบ ๆ ไม่มีเนิน ไม่มีหิน ไม่มีเหวอะไรทั้งนั้น ราบเรียบเหมือนกับลูกบอล พูดง่าย ๆ ก็คือการให้ว่าพื้นผิวของดวงจันทร์ในทุกตารางนิ้วนั้นมีความร้อนเพิ่มสูงขึ้นอย่างสม่ำเสมอในตอนกลางวัน ซึ่งถ้าจำลองแบบนี้ก็แน่นอนว่าพื้นผิวดวงจันทร์มันจะต้องร้อนทุกที่จนน้ำไม่สามารถควบแน่นได้
ส่วนการที่ SOFIA ตรวจพบโมเลกุลน้ำนั้นถูก Counter โดยสมมุติฐานที่ว่าน่าจะเป็นโมเลกุลน้ำที่ติดอยู่ภายในหินหรือเศษจากการชนของอุกกาบาต ซึ่งถ้าโมเลกุลน้ำอยู่ในหินพวกนี้ มันอาจไม่ได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์โดยตรง ทำให้มันยังคงรูปโมเลกุลอยู่ได้ จึงถูกตรวจจับได้โดย SOFIA ในภายหลัง
Counter มา Counter กลับด้วยทฤษฎีใหม่
แต่เมื่ออ้างอิงจากงานวิจัย Implications of surface roughness in models of water desorption on the Moon กลับพบว่าสมมุติฐานนี้มีอยู่จุดหนึ่งที่ทำให้มัน Invalid ซึ่งก็คือการสังเกตการณ์ปริมาณน้ำบนพื้นผิวของดวงจันทร์ พบว่าน้ำจะลดลงก่อนช่วงบ่ายบนดวงจันทร์ (ซึ่งเป็นช่วงที่แดดแรงที่สุด) หลังจากนั้นมันจะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง หมายความว่าน้ำมันหายไปแล้วกลับมาใหม่หรือก็คือมันเปลี่ยนที่นั่นเอง ซึ่งจะเกิดขึ้นกับโมเลกุลของน้ำในหินไม่ได้
ทีมนักวิจัยจึงลองแก้โมเดลการจำลองทางคอมพิวเตอร์ของพื้นผิวดวงจันทร์ใหม่ โดยใส่ปัจจัยด้านความขรุขระของพิ้นผิวลงไปด้วยซึ่งอ้างอิงจากภาพพื้นผิวของดวงจันทร์จากภารกิจ Apollo ระหว่างปี 1969 ถึง 1972 ซึ่งเต็มไปด้วยหลุมบ่อและเนินหิน ทำให้เกิดเงาขึ้นได้ในหลาย ๆ ที่แม้จะอยู่ในเวลาบ่าย ๆ ก็ตาม แต่ตาม Common Sense แล้ว เงาเหล่านี้ก็น่าจะเย็นพอที่จะทำให้เกิดการควบแน่นและแข็งตัวของน้ำได้อยู่ดี
โดยเฉพาะถ้าเป็นเงาบนโลก ซึ่งหลาย ๆ คนก็คงจะรู้ว่ามันไม่ต่างกับโดนแดดมากเท่าไหร่ ร้อนน้อยลงนิดหน่อย นั่นเป็นเพราะว่าเรามีอากาศที่ทำหน้าที่พาความร้อน (Heat Convection) และกระจายความร้อนออกให้เท่า ๆ กันนั่นเอง อุณหภูมิในร่มกับกลางแดดจึงไม่ต่างกันมากบนโลก
แต่บนดวงจันทร์นั้นเป็นกรณีพิเศษ เนื่องจากดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นพอ การพาความร้อนจึงไม่สามารถเกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ การถ่ายโอนความร้อนที่มีประสิทธิภาพเพียงอย่างเดียวในสภาวะสุญญากาศก็ คือ การแผ่รังสี (Radiation) ซึ่งการแผ่รังสีนี้เองที่ทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิในพื้นที่ที่โดนแสงและพื้นที่ที่ไม่โดนแสงอย่างรุนแรง
ในพื้นที่ที่โดนแสง เนื่องจากไม่มีบรรยากาศมาดูดซับ พื้นผิวที่โดนแดดจึงรับพลังงานจากดวงอาทิตย์ไปเต็ม ๆ และอาจร้อนมากถึง 120 องศาเซลเซียส ในขณะที่พื้นที่ที่เป็นเงาจากโขดหินหรืออะไรก็ตามซึ่งไม่โดนแดด (หมายความว่าก็ไม่โดนรังสีด้วย) ก็จะไม่มีปฏิกิริยาถ่ายโอนความร้อนใด ๆ (Heat Transfer) ที่มีประสิทธิภาพพอจะถ่ายความร้อนให้มันได้อย่างมีนัยสำคัญ มันจึงเย็นแบบสุดขีด ซึ่งอาจเย็นถึง 210 องศาเซลเซียส
ซึ่งโมเลกุลอาจควบแน่นและสะสมเป็นน้ำแข็งในพื้นที่ที่ไม่โดนแสงจากเงาเหล่านี้ได้ แต่เมื่อดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ขึ้นสูงขึ้นเรื่อย ๆ พื้นที่ที่เป็นเงาสุดท้ายก็จะค่อย ๆ โดนแดดจึงทำให้โมเลกุลน้ำในน้ำแข็งเหล่านี้ระเหยกลับชั้นบรรยากาศที่เบาบางมาก ๆ ของดวงจันทร์เรียกว่า Exosphere จากนั้นเมื่อดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ไปอีกฝั่ง ก็จะเกิดเงาขึ้นอีกฝั่งของหิน จึงทำให้น้ำกลับมาสะสมอีกครั้ง
คำอธิบายเหล่านี้สามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่น้ำที่ตรวจจับได้ค่อย ๆ ลดลงจนถึงตอนบ่ายแล้วเพิ่มขึ้นอีกครั้งได้ และหนึ่งใน Scenario ที่สอดคล้องกับคำอธิบายนี้ก็คือการที่พื้นผิวดวงจันทร์นั้นมันมีโขดหินต่าง ๆ จำนวนมากซึ่งอาจทำให้เกิดเงาลักษณะนี้ได้นั่นเอง
นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์คำนึงถึงความไม่เรียบของดวงจันทร์ เพียงแต่งานวิจัยก่อนหน้านี้ไม่ได้คำนึงถึงผลกระทบจากความไม่เรียบเหล่านี้ต่อความสามารถในการควบแน่นของโมเลกุลน้ำบนพื้นผิวและแข็งตัวกลสายเป็นน้ำแข็ง
อย่างไรก็ตามถึงจะมีคำอธิบายที่ดีพอแล้ว ก็ยังต้องพิสูจน์กันต่อไปว่าทฤษฎีนี้ถูกจริง ๆ ด้วยการส่งอุปกรณ์อย่าง HOLMS (Heterodyne OH Lunar Miniaturized Spectrometer) ที่จะติดตั้งในโรเวอร์ขนาดเล็ก A-PUFFER (Autonomous Pop-Up Flat Folding Explorer Robot) ของ JPL เพื่อวัดค่าความเข้มข้นของสารอย่าง Hydroxyl (ที่ประกอบไปด้วย Hydrogen และ Oxygen หนึ่งในส่วนประกอบของน้ำ) ที่เป็นเหมือนญาติของน้ำ (H2O) ซึ่งเป็นหนึ่งใน Biological Indicator ของน้ำที่สามารถใช้บ่งบอกได้ว่ามีน้ำในชั้นบรรยากาศเยอะมากแค่ไหน
อย่างการวัดความเข้มข้นของ Hydroxyl ในชั้น Exosphere ของดวงจันทร์ก็จะช่วยให้เราสามารถประมาณค่าปริมาณของน้ำในชั้น Exosphere ของดวงจันทร์ได้นั่นเอง
เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO
อ้างอิง
NASA Study Highlights Importance of Surface Shadows in Moon Water Puzzle
Implications of surface roughness in models of water desorption on the Moon
