สมาคมดาราศาสตร์ไทย

ตามล่าหาน้ำบนดวงจันทร์

1 มิถุนายน 2540
ปรับปรุงครั้งล่าสุด 19 ธันวาคม 2559
โดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
ในต้นคริสต์ศตวรรษที่ ๑๗ กาลิเลโอได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ที่เขาสร้างขึ้นส่องสังเกตดวงจันทร์ เขาคิดว่าบริเวณที่เป็นสีคล้ำของดวงจันทร์ที่เห็นในกล้องโทรทรรศน์ของเขานั้นคือ ทะเลสาบ ดังเราจะเห็นว่ามีชื่อของทะเลมากมายบนดวงจันทร์ อย่างเช่นทะเลแห่งความเงียบสงบ ทะเลแห่งฝน มหาสมุทรแห่งพายุ ฯลฯ แม้ว่านักดาราศาสตร์ได้ทราบมาตั้งแต่ช่วงแรก ๆ ของยุคอวกาศแล้วว่าสถานที่เหล่านั้นเป็นเพียงที่ราบต่ำที่เคยถูกลาวาเอ่อท่วมเท่านั้น แต่ก็ยังมีนักวิทยาศาสตร์บางคนที่ยังคาดหวังเกี่ยวกับเรื่องของน้ำบนดวงจันทร์อยู่ เพราะถ้าสามารถสกัดน้ำได้บนดวงจันทร์ ก็หมายความว่าในการเดินทางไปดวงจันทร์เพื่อปฏิบัติภารกิจต่างๆ ไม่ต้องพกน้ำไปมากมาย ซึ่งจะประหยัดพลังงานเชื้อเพลิงไปได้อย่างมาก อีกทั้งความฝันที่จะอาศัยอยู่บนดวงจันทร์ก็จะมีความเป็นไปได้มากขึ้น


แต่โครงการอะพอลโลก็ได้ให้คำตอบอย่างชัดเจนว่าดวงจันทร์นั้น แห้งสนิท จากตัวอย่างหินที่นำกลับมายังโลกทั้งหมดล้วนแต่ไม่ให้ความหวังใด ๆ ทั้งสิ้น ถึงแม้ว่าจะพบสนิมบนหินที่มากับอะพอลโล ๑๖ แต่ก็เชื่อว่าเป็นสนิมที่เกิดขึ้นหลังจากที่นำกลับมายังโลกแล้ว มิได้เกิดบนดวงจันทร์

ความหวังมิใช่จะมอดหมดไปเสียทีเดียว ทุกโครงการที่ไปสำรวจดวงจันทร์ล้วนแต่สำรวจบริเวณไม่ใกล้ไม่ไกลไปจากเส้นศูนย์สูตรทั้งนั้น แทบจะไม่มีโครงการใดไปสำรวจที่บริเวณขั้วทั้งสองของดวงจันทร์เลย ที่ขั้วของดวงจันทร์นี้แหละที่จะมีน้ำอยู่ ความคิดนี้เริ่มต้นโดยนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ โจฮันน์ แมดเลอร์ เขาอธิบายว่า ดวงจันทร์นั้นหมุนรอบตัวเองเทียบกับดวงอาทิตย์นั้นนาน ๒๙.๕ วัน ดังนั้นบริเวณส่วนใหญ่ของดวงจันทร์จะได้รับแสงจากดวงอาทิตย์อย่างเต็มที่ เป็นเวลา ๑๔.๗๕ วัน ย่อมไม่แปลกที่จะไม่มีความชื้นหลงเหลืออยู่ แต่ดวงจันทร์มีแกนเอียงเพียง ๑.๕ องศาเมื่อเทียบกับระนาบของระบบสุริยะ ดังนั้นบริเวณที่เป็นหุบเหวต่าง ๆ ใกล้ขั้วดวงจันทร์ จะไม่มีโอกาสถูกแสงอาทิตย์เลย เป็นดินแดนที่ตกอยู่ในความมืดมิดและเย็นยะเยือกตลอดกาล จึงเป็นไปได้ที่ไอน้ำจะสามารถสะสมทีละเล็กทีละน้อยจนเป็นผืนน้ำแข็งที่นี่และจะคงอยู่ได้นานนับล้านปี

ในปี พ.ศ. ๒๕๐๔ นักดาราศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอเนียได้แสดงแบบจำลองและอธิบายว่า ไอน้ำที่ระเหยออกมาจากผิวของดวงจันทร์จะถูกกักเก็บไว้ด้วยอุณหภูมิ ๑๐๐ เคลวิน (-๑๗๓ องศาเซลเซียส) หรือต่ำกว่า และจะคงอยู่ตลอดชั่วอายุของดวงจันทร์เลยทีเดียว

ดวงจันทร์ไม่มีฝน แล้วจะเอาน้ำมาจากไหน?


น้ำนั้นอาจจะมาจากดาวหางซึ่งมีองค์ประกอบเป็นน้ำแข็งพุ่งเข้ามาชน หรืออาจมาจากใต้พื้นของดวงจันทร์เองก็ได้ เพราะดวงจันทร์เองก็มีปรากฏการณ์ต่าง ๆ เช่นภูเขาไฟ และการปะทุต่าง ๆ ที่มักจะนำเอาน้ำขึ้นมาจากใต้พื้นดวงจันทร์ด้วย มีการบันทึกเหตุการณ์ต่าง ๆ บนผิวดวงจันทร์ที่เรียกกันว่า ปรากฏการณ์ชั่วขณะของดวงจันทร์ (Lunar Transient Phenomena (LTP)) ซึ่งบ่งบอกว่ายังมีปรากฏการณ์ต่าง ๆ เกิดขึ้นอย่างเนือง ๆ บนดวงจันทร์ แต่อย่างไรก็ตามเชื่อว่าน้ำส่วนใหญ่น่าจะมาจากดาวหางชนมากกว่า ปริมาณน้ำที่มาจากดาวหางครั้งหนึ่ง ๆ อาจเท่ากับปริมาณน้ำมีมาจากใต้ผิวดวงจันทร์สะสมรวมกันนานนับพันล้านปี นักดาราศาสตร์ประมาณว่าในช่วงเวลา ๒ พันล้านปีที่ผ่านมา ได้มีดาวหางแวะเวียนกันเอาน้ำมาทิ้งไว้บนดวงจันทร์กว่า ๑๐๐,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐,๐๐๐ กิโลกรัม!


สมมติว่าน้ำสามารถมาสะสมที่ขั้วดวงจันทร์ได้จริง น้ำนั้นจะคงสภาพอยู่นานสักเท่าใด? อุณหภูมิมิใช่ปัจจัยเพียงอย่างเดียวเท่านั้น บนผิวดาวอันเปลือยเปล่าของดวงจันทร์ยังต้องเผชิญกับพายุของอนุภาคประจุไฟฟ้าและรังสีอัลตราไวโอเลตที่มากับลมสุริยะ ซึ่งลมสุริยะนี้มิได้มีทิศทางเดียวแบบแสงอาทิตย์ แต่จะพุ่งเข้าถล่มดวงจันทร์จากทุกทิศทุกทางเหมือนกับฝนตก หุบเหวอันมืดมิดนี้ก็หนีไม่พ้น พลังงานจากอนุภาคและรังสีนี้จะทำให้โมเลกุลของน้ำแตกตัวเป็นอะตอมของธาตุไฮโดรเจนและออกซิเจน และหลุดลอยออกจากดวงจันทร์ไป นอกจากนี้ อนุภาคประจุไฟฟ้าที่จะมาทำลายโมเลกุลของน้ำบนดวงจันทร์ก็อาจมาจากโลกเช่นกัน สนามแม่เหล็กโลกนั้นมีรูปร่างบิดเบี้ยวเป็นรูปหยดน้ำหันออกไปจากดวงอาทิตย์ (คล้ายกับดาวหางแต่เป็นหางแม่เหล็ก ไม่ใช่หางฝุ่นแบบดาวหาง) อนุภาคจากลมสุริยะบางส่วนจะถูกดักไว้ในหางนี้ ซึ่งโดยมากก็จะเป็นอนุภาคไฮโดรเจนอิออน ระหว่างที่ดวงจันทร์ที่โคจรรอบโลกก็เคลื่อนที่ผ่านหางนี้เช่นกัน เป็นการเร่งให้ขบวนการทำลายน้ำบนดวงจันทร์เร็วยิ่งขึ้น ซึ่งถ้ากระบวนการทำลายนี้ดำเนินไปเร็วกว่ากระบวนการสะสม ก็หมายความว่าหมดหวังที่จะไปหาน้ำบนผิวดวงจันทร์

แม้ว่าแอ่งมืดมิดตลอดกาลจะพบได้ทั่วไปบริเวณใกล้ขั้วดวงจันทร์ แต่ว่าหลุมส่วนใหญ่นี้จะเป็นแบบหลุมรูปถ้วยและมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า ๒๐ กิโลเมตร ซึ่งที่ก้นหลุมประเภทนี้ จะมีอุณหภูมิสูงเกินกว่า ๑๐๐ เคลวิน (ยกเว้นที่ละติจูดสูงกว่า ๘๕ องศา) เนื่องจากได้รับรังสีอินฟราเรดที่แผ่มาจากผนังของหลุมนั้น ส่วนเครเตอร์ที่มีพื้นแบบแบนกลับดีเสียกว่า จากการคำนวณพบว่าที่ละติจูดสูงกว่า ๘๐ องศามีพื้นที่ที่เป็นเครเตอร์แบบพื้นแบนมากและเย็นพอที่จะเป็นที่เก็บสะสมน้ำแข็งได้

ใช่ว่าไม่มีแสงอาทิตย์ แล้วน้ำจะคงอยู่ได้ตลอด


ในวิชาธรณีวิทยาเราทราบดีว่าแผ่นดินของโลกนั้นมีการเคลื่อนตัวตลอดเวลา เราเคยพบฟอสซิลของพืชเมืองร้อนใต้แผ่นน้ำแข็งที่ขั้วโลก ในขณะที่แผ่นดินบริเวณฮาวายก็พบว่าเคยเป็นขั้วโลกมาก่อน จากการสำรวจดวงจันทร์ นักดาราศาสตร์ก็พบการเปลี่ยนตำแหน่งของลักษณะพื้นผิวดวงจันทร์เหมือนกัน ถ้าเปลือกของดวงจันทร์มีการเคลื่อนตัวแบบเดียวกับเปลือกโลก บริเวณที่เป็นขั้วดวงจันทร์ก็คงไม่ใช่ที่ที่มืดชั่วนิรันดร์จริง ๆ เสียแล้ว แผ่นบริเวณที่เคยเป็นขั้วดวงจันทร์เมื่อหลายพันล้านปีก่อนซึ่งเป็นช่วงเวลาที่มีโอกาสได้รับน้ำมากกว่าเพราะเป็นช่วงที่ระบบสุริยะยังปั่นป่วนอยู่มากอาจจะเคลื่อนออกมาห่างจากขั้วมาอยู่แถวเส้นศูนย์สูตรในปัจจุบัน อย่างนี้น้ำที่เคยสะสมมานานก็จะถูกแสงแดดแผดเผาระเหยหายไปเสียหมด

ในปี พ.ศ. ๒๕๓๔ นักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจดาวพุธโดยใช้เรดาร์ เขาได้พบบริเวณที่สว่างจ้าที่อยู่ที่ขั้วเหนือของดาวพุธ ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับเมื่อใช้เรดาร์สำรวจดาวอังคาร เขาเชื่อว่าอาจเป็นไปได้ว่าที่ขั้วของดาวพุธก็อาจจะมีน้ำแข็งเหมือนกับดาวอังคารเหมือนกัน ซึ่งถ้าเป็นจริง ก็เป็นสิ่งที่ช่วยสนับสนุนการมีน้ำบนดวงจันทร์ได้เป็นอย่างดี เพราะถ้าดาวพุธที่ร้อนขนาดนั้นยังมีน้ำแข็งได้ ดวงจันทร์ซึ่งเย็นกว่าก็น่าจะมีน้ำแข็งได้เช่นกัน

บางทีอาจเป็นเพราะเราเห็นว่าดวงจันทร์เป็นของใกล้ตัวนี้กระมัง จึงไม่ค่อยมีโครงการอวกาศใดที่สำรวจขั้วดวงจันทร์โดยเฉพาะ ในช่วงที่มีการแข่งขันสำรวจดวงจันทร์เมื่อเกือบ ๓๐ ปีที่ผ่านมานั้น มีเพียงยานลูนาร์ออร์บิเตอร์ ๔ และ ๕ เท่านั้นที่มีการโคจรผ่านและสำรวจขั้วดวงจันทร์ แต่นั่นก็เป็นเพียงการถ่ายรูปพื้นผิวดวงจันทร์อย่างหยาบ ๆ เพื่อทำแผนที่ดวงจันทร์สำหรับหาทำเลลงจอดของยานอะพอลโลเท่านั้น ยานลูนาร์ออร์บิเตอร์ไม่มีเครื่องมือที่สามารถวิเคราะห์ข้อมูลได้ และหลังจากยุคของการสำรวจดวงจันทร์สิ้นสุดไปพร้อมกับโครงการอะพอลโลไปแล้ว ก็ไม่มีโครงการอวกาศใดไปสำรวจดวงจันทร์อีกเลย จนกระทั่งในปลายปี พ.ศ. ๒๕๓๓ ยานกาลิเลโอได้เดินทางผ่านโลกและได้ถ่ายรูปด้านหลังและขั้วดวงจันทร์เอาไว้ได้ทำให้เราได้เห็นภาพของขั้วดวงจันทร์ได้อีกครั้ง

แต่ยานกาลิโลโอนั้นเป็นยานสำรวจดาวพฤหัสบดีโดยเฉพาะ เครื่องมือต่าง ๆ บนยานเป็นเครื่องมือที่เหมาะสำหรับสำรวจชั้นเมฆของดาวพฤหัสบดี แต่ไม่มีเครื่องมืออย่างสเปกโทรมิเตอร์รังสีแกมมาที่จะสามารถวิเคราะห์ได้ว่ามีน้ำหรือไม่ สมมติว่ามีน้ำแข็งอยู่ใต้ดิน น้ำแข็งจะหน่วงนิวตรอนให้ช้าลง ซึ่งนิวตรอนนี้สามารถจะตรวจจับโดยสเปกโทรมิเตอร์รังสีแกมมานี้ได้ อุปกรณ์บนยานกาลิโลโอบอกได้เพียงองค์ประกอบของแร่ต่าง ๆ เท่านั้น

วีรกรรมของยานอวกาศผู้ล่วงลับ



แต่การค้นพบที่ยิ่งใหญ่กลับมาจากยานอวกาศลำเล็ก ๆ ที่ชื่อ คลีเมนไทน์ ยานลำนี้ได้สำรวจดวงจันทร์ในช่วงปี พ.ศ. ๒๕๓๗ อุปกรณ์สำรวจของยานคลีเมนไทน์นี้ประกอบด้วยกล้อง ๓ ตัวที่ทำงานในย่านความยาวคลื่นต่างกันตั้งแต่อินฟราเรดจนถึงอัลตราไวโอเลต ภาพถ่ายที่ได้จากยานลำนี้มีคุณภาพและความละเอียดสูงกว่าภาพที่ได้จากยานกาลิเลโอมาก หลังจากการวิเคราะห์ข้อมูลนานถึง ๒ ปี เราได้หลักฐานที่เชื่อได้ว่ามีน้ำแข็งบนดวงจันทร์จริง ๆ โดยทราบจากสัญญาณเรดาร์ที่สะท้อนมาจากก้นแอ่ง โดยทะเลสาบนี้มีความกว้างหลายพันตารางกิโลเมตรและมีความลึกร่วมสิบเมตร


ถ้ามีน้ำแข็งอย่างมากมายที่ขั้วดวงจันทร์จริง ๆ บริเวณนี้คงจะเป็นเป้าหมายหลักของมนุษย์ที่จะไปตั้งรกรากอยู่บนดวงจันทร์ เราสามารถสกัดน้ำออกจากก้อนดินด้วยเตาไมโครเวฟเพื่อใช้ดำรงชีวิตหรือใช้ในอุตสาหกรรม นอกจากนี้ยังเป็นที่ที่สามารถรับพลังงานจากดวงอาทิตย์ได้อย่างสม่ำเสมอตลอดเวลา และมีแอ่งถาวรที่เป็นเสมือนตู้เย็นขนาดยักษ์สำหรับเก็บจรวจหรือน้ำแข็งหรือสิ่งอื่น ๆ ได้

การค้นพบน้ำบนดวงจันทร์ครั้งนี้ ทำให้ความฝันของมนุษย์ที่จะสร้างถิ่นฐานบนดวงจันทร์ใกล้เคียงความเป็นจริงมากขึ้น เชื่อว่าภายในศตวรรษหน้า มนุษย์จะสามารถตั้งอาณานิคมบนดวงจันทร์ได้แล้ว เราจะมีเหมืองแร่ มีโรงงานอุตสาหกรรม อาจจะมีบริษัททัวร์นำเที่ยวดวงจันทร์ เมื่อนั้น คู่สมรสคงจะได้ไปดื่มน้ำผึ้งพระจันทร์บนดวงจันทร์จริง ๆ นั่งชมโลกลับขอบฟ้าที่ริมทะเลสาบอันแสนโรแมนติก

บทความจากวารสารทางช้างเผือก ฉบับมกราคม-เมษายน 2540