Moon Exploration ปริศนาสนิมบนดวงจันทร์ นักวิทยาศาสตร์พบ Hematite ทั้งที่ดวงจันทร์ไม่ควรมีสนิม
ปริศนาสนิมบนดวงจันทร์ นักวิทยาศาสตร์พบ Hematite ทั้งที่ดวงจันทร์ไม่ควรมีสนิม

Chottiwatt Jittprasong

ปริศนาสนิมบนดวงจันทร์ นักวิทยาศาสตร์พบ Hematite ทั้งที่ดวงจันทร์ไม่ควรมีสนิม

September 8, 2020

หากพูดถึงสนิมบนโลกคงไม่มีใครไม่รู้จักสนิม เพราะว่ามันอยู่รอบตัวเราไปหมด เดินไปทีไหนก็ต้องเจอสนิมที่ไหนสักที่หนึ่ง แต่ถ้าพูดถึงสนิมบนดวงจันทร์ก็คงต้องสงสัยกันบ้างไม่มากก็น้อยว่าบนดวงจันทร์มีสนิมด้วยหรอ หากเราจำปัจจัยการเกิดสนิมได้เราก็คงจะพูดว่าสนิมบนดวงจันทร์นั้นเป็นไปไม่ได้ แต่เมื่อไม่นานมานี้นักวิทยาศาสตร์ยืนยันว่าบนดวงจันทร์มีร่องรอยของ Hematite (Fe2O3) ซึ่งเป็นหนึ่งรูปแบบของสนิมเหล็ก ปัจจัยการเกิดเหล็กออกไซด์ในปฏิกิริยา Oxidation คือ ต้องมีน้ำและออกซิเจน แล้วดวงจันทร์ไปเอาน้ำมาจากไหน ที่ยิ่งไปกว่านั้นดวงจันทร์ไม่มีบรรยากาศแสดงว่าไม่มีออกซิเจน แล้วมันจะเกิดสนิมได้ยังไง

โดยปกติการเกิดสนิมเหล็กเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาที่เรียกว่าปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (Oxidation reaction) ซึ่งการจะเกิดปฏิกิริยา Oxidation ชนิดที่ทำให้เกิดสนิมเหล็ก 2 สิ่งที่ต้องมี คือ ออกซิเจนและน้ำ โดย Oxygen จะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ (Oxidizing agent) ส่วนเหล็กจะทำหน้าที่เป็นตัวถูกรีดิวซ์ (Reducing agent)

Diagram อธิบายการเกิดสนิม – ที่มา AplusTopper

เมื่อมีหยดน้ำมาเกาะบนผิวของเหล็ก ตรงกลางของหยดน้ำจะทำหน้าที่เป็นขั้วบวก (Anode) ส่วนผิวโลหะตรงขอบของหยดน้ำซึ่งมี Oxygen อยู่ทำหน้าที่เป็นขั้วลบ (Cathode) โดยโลหะ (Fe) บริเวณขั้ว Anode สูญเสียอิเล็กตรอนให้กับบริเวณ Cathode กลายเป็น iron(II) ions ออกซิเจนที่อยู่บริเวณ Cathode รับอิเล็กตรอนจาก Anode และถูกรีดิวซ์กลายเป็น Hydroxide ions ถึงตอนนี้เรามีอยู่สองอย่างคือ iron(II) ions และ Hydroxide ions เมื่อสองตัวนี้รวมกันจะเกิดเป็น iron(II) hydroxide ซึ่ง iron(II) hydroxide จะถูก Oxidize โดยออกซิเจนซ้ำกลายเป็น Hydrated iron(III) oxide (Fe2O3.xH2O) หรือสนิมนั่นเอง จะเห็นได้ว่าน้ำและออกซิเจนจำเป็นต่อการเกิดสนิมเป็นอย่างมาก แล้วสนิมมันไปเกิดบนดวงจันทร์ได้ยังไง

มันเริ่มต้นขึ้นในปี 2008 ตอนที่ ISRO หรือองค์การวิจัยอวกาศอินเดียใช้อุปกรณ์สำหรับสร้างแผนที่ทรัพยากรที่เรียกว่า Moon Mineralogy Mapper instrument (M3) บนยาน Chandrayaan-1 สำรวจพื้นผิวของดวงจันทร์ด้วยการตรวจ Spectrum ของพื้นผิว เพื่อยืนยันการมีอยู่ของน้ำแข็งในบริเวณขั้วเหนือและขั้วใต้ของดวงจันทร์ จากการสำรวจโดยอุปกรณ์ M3 พบว่าน้ำแข็งส่วนใหญ่อยู่ที่หลุมอุกกาบาตใกล้ขั้วดวงจันทร์ซึ่งมีอุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่า -156 องศาเซลเซียส

ภาพแสดงการกระจายตัวของน้ำแข็งในขั้วใต้ (ภาพซ้าย) และขั้วเหนือ (ภาพขวา) ตรวจจับโดยอุปกรณ์ M3 – ที่มา NASA

แต่นอกจากจะพบน้ำแข็งแล้วยังพบอย่างอื่นอีกด้วย โดยปกติบนดวงจันทร์มีหินที่มีส่วนประกอบของเหล็กเป็นจำนวนมากอยู่แล้วแต่นักวิทยาศาสตร์ดันไปเจอร่องรอยของ Hematite ซึ่งเป็น Iron oxide แทน และการที่จะเกิดเหล็กออกไซด์จำเป็นต้องมีน้ำที่เป็นของเหลวและออกซิเจน ซึ่งของพวกนั้นไม่น่าจะมีอยู่บนดวงจันทร์ด้วยซ้ำ แล้ว Hematite มาจากไหน

ภาพแผนที่ทรัพยากรจาก Moon Mineralogy Mapper แสดงให้เห็นส่วนประกอบที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงบริเวณขั้วใต้และขั้วเหนือและยังพบสเปกตรัมของ Hematite อีกด้วย – ที่มา ISRO/NASA/JPL-Caltech

การจะเกิดปฏิกิริยาการเกิดสนิมบนดวงจันทร์ไม่ได้เกิดขึ้นยากเพียงเพราะว่าบนดวงจันทร์ไม่มีออกซิเจนและน้ำเพียงอย่างเดียว ลมสุริยะจากดวงอาทิตย์ซึ่งมีอนุภาคที่มีประจุเป็นจำนวนมากซึ่งส่วนใหญ่เป็น Hydrogen ซึ่ง Hydrogen เป็นอนุภาคที่ทำให้การเกิดสนิมนั้นยากขึ้นกว่าเดิมอีก Hydrogen โดยตัวมันเองจะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ซึ่งให้อิเล็กตรอนแก่วัตถุที่มันทำปฏิกิริยาด้วยในที่นี้คือเหล็ก หมายความว่ามันให้อิเล็กตรอนกับเหล็กแทนกลายเป็น Hydrogen ถูกออกซิไดซ์ส่วนเหล็กถูกรีดิวซ์และได้อิเล็กตรอน แต่การเกิดสนิมมันตรงข้ามกันคือเหล็กต้องเป็นตัวถูกออกซิไดซ์และเสียอิเล็กตรอน ไม่ใช่ได้อิเล็กตรอน ซึ่งที่โลกของเรายังมีสนิมเป็นเพราะว่าเรามีสนามแม่เหล็กที่คอยพัดอนุภาคที่มีประจุจากลมสุริยะออกไปในขณะที่ดวงจันทร์ไม่มี หมายความว่า Hydrogen จะกระทบผิวดวงจันทร์แบบจัง ๆ เลยนั่นเอง

นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าการเกิดสนิมบนดวงจันทร์นั้นอาจจะไม่ต้องพึงออกซิเจนจากตัวมันเองก็ได้ แต่พึงจากที่อื่นแทน เช่น โลกของเรา ในขณะที่ลมสุริยะพัดผ่าน Magnetosphere นั้น อนุภาคของลมสุริยะจะวิ่งอ้อมโลกไปตาม Magnetotail และระหว่างที่มันผ่านโลกนั้น มีโอกาสที่ส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศโลกจะถูกมันพัดไปกับลมสุริยะไปตาม Magnetotail ได้ และหากดวงจันทร์อยู่ข้างหลักโลกพอดีดวงจันทร์ก็จะโดนกลุ่มของอากาศส่วนหนึ่งจากโลกเราที่มีออกซิเจนอยู่ด้วยกระทบนั่นเอง ซึ่งนี่สอดคล้องกับค่า Hematite ที่ตรวจจับได้ระหว่างด้านใกล้ของดวงจันทร์ (ด้านหน้า) และด้านไกลของดวงจันทร์ (ด้านหลัง) ซึ่งพบว่าด้านใกล้มี Hematite มากกว่าด้านไกล บ่งบอกว่าด้านที่โดนลมสุริยะมากกว่าทำให้เกิด Hematite มากกว่า สนับสนุนสมมติฐานว่าลมสุริยะและสนามแม่เหล็กโลกอาจมีส่วนในการพาออกซิเจนไปยังพื้นผิวดวงจันทร์

Magnetosphere ของโลกและส่วนของ Magnetotail ที่อนุภาคจากลมสุริยะจะวิ่งตามเส้นสนามแม่เหล็กไป – ที่มา NASA

นอกจากนี้สนามแม่เหล็กโลกยังทำหน้าที่เบี่ยงอนุภาค Hydrogen (ซึ่งเป็นตัวรีดิวซ์ที่สามารถขัดขวางการเกิดสนิม) ออกจากวงโคจรของดวงจันทร์ได้ด้วย โดยเฉพาะช่วง Full Moon Phase ที่ดวงจันทร์อยู่ข้างหลัง Magnetotail พอดี ซึ่งระหว่าง Full Moon Phase ไม่มี Hydrogen มารบกวนทำให้การเกิดปฏิกิริยา Oxidation เป็นไปได้ แต่ก็ยังมีปัญหา จะเอาน้ำจากไหน? เพราะว่าพื้นที่ที่พบ Hematite นั้นอยู่ไกลจากกลุ่มของน้ำแข็งที่ขั้วดวงจันทร์พอสมควร (และน้ำแข็งก็ไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วย) นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าอาจเกิดจากฝุ่นบนดวงจันทร์ซึ่งอาจเกิดจากการชนของอุกกาบาตทำให้ดินบนดวงจันทร์ลอยขึ้นสู่อวกาศแล้วตกกลับลงมาด้วยความเร็ว ซึ่งฝุ่นที่ตกกลับลงมาด้วยความเร็วอาจทำให้โมเลกุลของน้ำที่มีอยู่น้อยนิดในดินของดวงจันทร์แตกออกและผสมกับพื้นผิวของเหล็ก หรือแม้แต่ตัวอุกกาบาตที่ชนเข้ากับดวงจันทร์ก็อาจจะมีน้ำ

ภาพจำลองวิถืโคจรของฝุ่นที่กระจายขึ้นจากพื้นผิวของดวงจันทร์ – ที่มา University of Colorado Boulder/Daniel Morgan/Jamey Szalay

ซึ่งทั้งหมดนี้จะต้องเกิดพร้อม ๆ กันคือดวงจันทร์อยู่หลังโลกพอดีแล้วกลุ่มของอากาศจากโลกถูกลมสุริยะพัดมาโดนดวงจันทร์พอดีแล้วก็จะต้องมีเศษของฝุ่นที่ตกลงมากระทบผิวทำให้โมเลกุลน้ำในตัวฝุ่นเองหรือตัวดินเองแตกกระจายออก มันจึงจะต้องเป็นความบังเอิญที่เกิดขึ้นยากมาก ๆ แต่ก็เป็นไปได้ว่าน้ำอาจจะมาจากไอน้ำของอากาศของโลกที่ถูกลมสุริยะพัดมาด้วย ซึ่งในตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถสรุปได้ว่า ทำไมถึงมีสนิมบนดวงจันทร์ทั้ง ๆ ที่บนดวงจันทร์ไม่มีปัจจัยที่จำเป็นต่อการเกิดปฏิกิริยา Oxidation

โครงการ Artemis กำลังจะเป็นภารกิจที่จะไขปริศนาเรื่องสนิมบนดวงจันทร์ด้วยการส่งยานสำรวจจำนวนมากไปดวงจันทร์ทั้งยานสำรวจทรัพยากร ยานสำรวจธรณีวิทยาหรือแม้แต่ยานลงจอด ตามมาด้วยมนุษย์ JPL เองก็กำลังสร้างยานสำรวจทรัพยากรลำใหม่ชื่อว่า Lunar Trailblazer พร้อมอุปกรณ์เวอร์ชั่นอัพเกรดของ M3 เรียกว่า HVM3 (High-resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper) ซึ่งจะถูกใช้ในการทำแผนที่ทรัพยากรน้ำของดวงจันทร์ใหม่ และอาจช่วยนักวิทยาศาสตร์ไขปริศนา สนิมมาจากไหน? บนดวงจันทร์

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

The Moon Is Rusting, and Researchers Want to Know Why







เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก