กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดในชั้นบรรยากาศสตราโทสเฟียร์ หรือกล้องโซเฟีย (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy: SOFIA) ยืนยันเป็นครั้งแรกว่าพบน้ำกระจายไปทั่วพื้นผิวของดวงจันทร์ ไม่เว้นแม้แต่จุดที่แสงแดดส่องถึง
สิ่งที่กล้องโซเฟียพบคือโมเลกุลของน้ำ (H₂O)ในหลุมอุกกาบาต Clavius หนึ่งในหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ที่สุดด้านซีกใต้ของดวงจันทร์ฝั่งที่มองเห็นได้จากโลก ในระดับความเข้มข้น 100-412 ส่วนในล้านส่วน หรือเทียบเท่ากับน้ำดื่มขวดเล็กขนาด 0.35 ลิตรในปริมาตรดิน 1 ลูกบาศก์เมตร ซึ่งถือว่าน้อยมาก เพราะเมื่อนำไปเทียบกับน้ำที่พบในทะเลทรายซาฮาราที่แสนแห้งแล้งก็ยังมากกว่านี้เป็น 100 เท่า
ทีมงานที่นำโดย คาเซย์ ฮอนนิบอล จากศูนย์การบินอวกาศ Goddard ของ NASA ในรัฐแมริแลนด์ อธิบายว่าสิ่งที่กล้องโซเฟียส่องพบนี้เป็นโมเลกุลของน้ำ (H₂O) ที่แทรกตัวอยู่ในก้อนฝุ่นดิน ไม่ใช่น้ำในรูปแบบน้ำแข็งหรือน้ำที่เป็นของเหลว การที่โมเลกุลของน้ำปรากฏในลักษณะนี้ทำให้มันสามารถคงอยู่ได้แทบทุกพื้นที่บนดวงจันทร์ แม้จะหันหาแสงอาทิตย์ที่ร้อนแรงจนอุณหภูมิขึ้นสูงนับร้อยองศาเซลเซียส หรือหันออกจากดวงอาทิตย์จนอุณหภูมิลดต่ำกว่าร้อยองศาเซลเซียสก็ตาม (ทุกด้านของดวงจันทร์จะหันหาดวงอาทิตย์เสมอ รอบละประมาณ 13.65 วันของโลก)
อันที่จริงแล้วก่อนหน้านี้หลายปีก็เคยมีการค้นพบโมเลกุลไฮดรอกซิล (OH) กระจายอยู่ตามผิวดวงจันทร์มาก่อน ทั้งจากผลสำรวจของยาน LRO ทั้งผลสำรวจของโครงการจันทรายาน-1 ของอินเดีย และจากยานสำรวจลำอื่น แต่ก็ยังไม่อาจแยกความแตกต่างของโมเลกุลไฮดรอกซิล (OH) และโมเลกุลน้ำ (H₂O) ออกจากกันได้ จวบจนครั้งนี้ ด้วยคุณสมบัติพิเศษของกล้องโทรทรรศน์โซเฟียที่สามารถรับความยาวคลื่นเฉพาะของโมเลกุลของน้ำที่ 6.1 ไมครอน จึงถือเป็นครั้งแรกที่มียืนยันการพบโมเลกุลน้ำ (H₂O) จริงแยกต่างหากจากโมเลกุลของไฮดรอกซิล (OH) บนผิวดวงจันทร์
โมเลกุลน้ำที่พบนี้น่าจะมีที่มาจากการเข้าชนของดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากหลังดวงจันทร์เริ่มเย็นตัวลงหลังการก่อตัวขึ้นเมื่อหลายพันล้านปีก่อน อีกส่วนหนึ่งอาจเป็นโมเลกุลน้ำที่ติดมากับชิ้นส่วนของดาวหางดวงต่างๆ ที่ตกลงสู่ผิวดวงจันทร์ตลอดช่วงเวลาที่ผ่านมา
อีกทางที่เป็นไปได้ของโมเลกุลน้ำที่พบนี้คือกระบวนการสองขั้นตอนที่เกิดโดยที่ลมสุริยะของดวงอาทิตย์ส่งอนุภาคไฮโดรเจนสู่ผิวดวงจันทร์ ก่อให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับแร่ธาตุที่มีออกซิเจนในดิน เกิดเป็นสารประกอบไฮดรอกซิล ในขณะเดียวกันด้วยอิทธิพลจากการเข้าชนของสะเก็ดดาวขนาดเล็กก็สามารถเปลี่ยนไฮดรอกซิล OH นั้นให้เป็นน้ำ (H₂O) ได้
ในเวลาเดียวกันนี้ ทีมนักดาราศาสตร์อีกทีมหนึ่งก็พบว่ามีเงามืดถาวรขนาดเล็กกระจายตัวอยู่ทั่วผิวดวงจันทร์ คำนวณพื้นที่รวมได้ราว 40,000 ตารางกิโลเมตร เงามืดถาวรเหล่านี้อาจเป็นที่ฝังตัวของน้ำในรูปน้ำแข็งที่มีอายุนับพันล้านปี ถือเป็นแหล่งน้ำอีกแหล่งที่น่าสนใจ
น้ำที่พบทั่วไปบนผิวดวงจันทร์นี้ส่งผลดีต่อโครงการอาทีมิส (โครงการนำมนุษย์กลับสู่ดวงจันทร์ในปี 2024 ของ NASA) จากที่เคยคิดกันว่าจะพบน้ำได้เฉพาะบริเวณก้นหลุมอุกกาบาตที่ขั้วใต้ของดวงจันทร์เท่านั้น มาบัดนี้การพบน้ำกระจายอยู่ทั่วทุกที่จึงถือเป็นเรื่องที่ดี เพราะการลงจอดที่ขั้วใต้ของดวงจันทร์อาจลำบากและสิ้นเปลืองกว่า แต่ก็แลกมากับแหล่งน้ำแข็งขนาดใหญ่กว่าที่ก้นหลุมอุกกาบาตที่อาจคุ้มค่ากว่าการต้องมาหาวิธีแปลงน้ำจำนวนน้อยที่กระจายเป็นวงกว้างมาใช้งาน แต่อย่างไรก็ตาม การพบโมเลกุลน้ำที่มีอยู่ทั่วไปบนผิวดวงจันทร์ก็นำไปสู่การตั้งหมุดหมายในการศึกษาด้านอื่นเพิ่มเติมอีกเป็นจำนวนมาก
การพบโมเลกุลน้ำของกล้องโซเฟียครั้งนี้เกิดขึ้นในเดือนสิงหาคม 2018 ระหว่างที่ทีมงานทดลองปรับกล้องโทรทรรศน์ลอยฟ้าที่ปกติจะใช้ส่องหากาแล็กซี หลุมดำ และเทหวัตถุอื่นในระยะห่างไกล ให้หันมาลองส่องดวงจันทร์ที่อยู่ใกล้และมีความสว่างสูง เมื่อเกิดมีการพบโมเลกุลน้ำขึ้นมาดังนี้แล้ว ทีมงานก็วางแผนเตรียมส่งกล้องโซเฟียขึ้นสู่ฟากฟ้าอีกหลายครั้งเพื่อถ่ายภาพยืนยันในแง่มุมอื่นให้ได้ข้อมูลที่มากและชัดเจนยิ่งขึ้น รวมทั้งอาจจะมีการบรรจุเรื่องนี้เพิ่มเข้าไปในภารกิจของยานโรเวอร์ ‘ไวเปอร์’ (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover: VIPER) ของ NASA เพื่อสร้างแผนที่แหล่งน้ำบนดวงจันทร์สำหรับการสำรวจอวกาศของมนุษย์ในอนาคต
พิสูจน์อักษร: ภาสิณี เพิ่มพันธุ์พงศ์
อ้างอิง:
หอดูดาวลอยฟ้า SOFIA คืออะไร
โซเฟีย คือชื่อของกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดในชั้นบรรยากาศสตราโทสเฟียร์ (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy: SOFIA) กล้องดูดาวขนาด 2.5 เมตรที่ติดตั้งไว้บนเครื่องบินโบอิ้ง 747SP ผลงานร่วมของ NASA กับ German Aerospace Center (DLR) ของเยอรมนี ที่สามารถบินขึ้นฟ้าไปถ่ายภาพดาวที่ตำแหน่งใดๆ ก็ได้โดยไม่ถูกข้อจำกัดว่าต้องตั้งอยู่กับที่เหมือนกล้องดูดาวภาคพื้นดินทั่วไป และกล้องโซเฟียนี้จะมีสภาพสมบูรณ์พร้อมใช้งานอยู่เสมอ เนื่องจากจะมีการตรวจเช็กทุกครั้งที่เครื่องบินลงจอด ไม่เหมือนกล้องโทรทรรศน์อวกาศบนวงโคจร เช่น กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ที่ยากต่อการซ่อมบำรุง รวมทั้งมีค่าใช้จ่ายสูงกว่ามาก
ตัวกล้องโซเฟียนั้นประกอบไปด้วยเซนเซอร์รับภาพ CCD ที่รับภาพจากกระจกสะท้อนขนาด 2.5 เมตร และ Spectrometers สำหรับตรวจสอบธาตุองค์ประกอบจากการแยกคลื่นแสงที่ของดาวเดินทางมาถึง นอกจากนี้ยังมี High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus (HAWC+) ที่ NASA พัฒนาขึ้นสำหรับการศึกษาสนามแม่เหล็กของวัตถุท้องฟ้าต่างๆ
การบินบนชั้นบรรยากาศระดับสตราโทสเฟียร์ทำให้กล้องโซเฟียพ้นจากการปิดกั้นรบกวนของเมฆและหยาดน้ำฟ้า (ฝน หิมะ) จนสามารถจับภาพอินฟราเรดจากดวงดาวต่างๆ ได้ถึง 99% โซเฟียจึงถือเป็นอุปกรณ์สำรวจอวกาศที่สำคัญและเป็นพระเอกในการพบน้ำบนดวงจันทร์ครั้งนี้
