นักวิทยาศาสตร์สร้างแผนที่ลมของดาวอังคารเป็นครั้งแรก

          เมื่อวันที่ 12 ธันวาคม ค.ศ.2019 ที่ผ่านมา คณะวิจัยนำโดย Mehdi Benna จาก NASA Goddard Space Flight Center และคณะวิจัยนำโดย Kali Roeten จาก University of Michigan ได้ตีพิมพ์งานวิจัยลงในวารสาร Science และวารสาร Geophysical Research-Planets ตามลำดับ โดยงานวิจัยทั้งสองเกี่ยวข้องกับการไหลเวียนของกระแสลมในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร


          เมื่อประมาณ 5 ปีก่อน ยานสำรวจ Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) ได้ถูกส่งขึ้นไปโคจรรอบดาวอังคารเพื่อศึกษาความเป็นมาของชั้นบรรยากาศ ซึ่งข้อมูลก่อนหน้านี้ได้แสดงให้เห็นว่าชั้นบรรยากาศของดาวอังคารถูกทำให้เบาบางลงจากการกัดเซาะของลมสุริยะ (Solar Wind Erosion) และในช่วง 2 ปีที่ผ่านมา คณะวิจัยได้ใช้ข้อมูลจาก Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer (NGIMS) ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำหรับศึกษาโครงสร้างและส่วนประกอบของชั้นบรรยากาศของดาวอังคารด้วยการวัดไอออนและแก๊ส โดยอุปกรณ์ดังกล่าวติดตั้งอยู่ข้างใต้ของยานสำรวจซึ่งโคจรอยู่ที่ระดับความสูงประมาณ 140 ถึง 240 กิโลเมตร โดยคณะวิจัยได้ใช้ “การแกว่ง” ของ NGIMS ระหว่างที่ยานสำรวจโคจรไปรอบๆ ดาวอังคารเพื่อศึกษาความเร็วและทิศทางของกระแสลมในแนวนอนเหนือพื้นผิวของดาวอังคาร           จากการทดลองดังกล่าว คณะวิจัยสามารถวัดการเกิดคลื่นแรงโน้มถ่วงในชั้นบรรยากาศ (Atmospheric Gravity Waves) ที่เกิดจากการเคลื่อนที่แบบระลอกคลื่น (Ripple Effects) ของกระแสลมเหนือหุบเหว แอ่ง และภูเขาบนดาวอังคารได้ ซึ่งปรากฏการณ์นี้สามารถเกิดขึ้นบนโลกได้เช่นกัน แต่จะเกิดในบริเวณที่อยู่สูงจากพื้นผิวโลกไม่มากนัก ในขณะที่ปรากฏการณ์เดียวกันบนดาวอังคารสามารถเกิดที่ระดับความสูงถึง 280 กิโลเมตรเหนือพื้นดินเลยทีเดียว!           อย่างไรก็ตาม สาเหตุของการเกิดคลื่นแรงโน้มถ่วงในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารยังไม่มีข้อสรุปที่แน่ชัด แต่คณะวิจัยคาดว่าปรากฏการณ์นี้อาจเกิดจากชั้นบรรยากาศของดาวอังคารมีความเบาบางกว่าโลก หรืออาจเกิดจากลักษณะภูมิประเทศที่สูงและต่ำจนแตกต่างกันอย่างสุดขั้วบนดาวอังคาร ส่งผลให้การไหลของอากาศเปลี่ยนแปลงไปตามลักษณะพื้นผิวของดาวเคราะห์ (Orthographic Waves)


          นอกจากนี้ ผลการศึกษายังชี้ให้เห็นว่าหากพิจารณาในช่วงเวลาสั้นๆ ในขอบเขตแคบๆ กระแสลมบนดาวอังคารจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและยากต่อการคาดเดา แต่เมื่อพิจารณาภาพรวมในระยะยาวจะพบว่ารูปแบบการไหลเวียนของกระแสลมค่อนข้างมีความเป็นแบบแผนที่สามารถคาดการณ์ได้ คล้ายกับรูปแบบการไหลเวียนของกระแสลมบนโลก           ความจริงแล้ว อุปกรณ์ NGIMS ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ศึกษาพฤติกรรมของลมในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร แต่ Benna เป็นผู้เสนอแนวคิดการวัดกระแสลมในแนวนอน “ทางอ้อม” ในปีค.ศ.2016 ซึ่งเดิมทีวิศวกรควบคุมยานสำรวจ MAVEN ไม่เห็นด้วยกับความคิดของเขา เพราะเกรงว่าวิธีดังกล่าวอาจสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์และยานสำรวจได้ แต่ Benna ก็ไม่ย่อท้อ เขาจึงสอบถามไปยังบริษัท Lockheed Martin ผู้ผลิตยานสำรวจ ซึ่งทางผู้ผลิตได้วิเคราะห์แล้วว่าอุปกรณ์ของยานสำรวจสามารถรองรับการทดสอบตามแนวคิดของ Benna ได้โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อตัวยาน ความต้องการของ Benna จึงกลายเป็นจริงและเป็นจุดกำเนิดของ “แผนที่ลมฉบับแรก” ของดาวอังคารในที่สุด ซึ่งข้อมูลเหล่านี้อาจเป็นชิ้นส่วนสำคัญต่อการศึกษาภูมิอากาศในอดีตรวมถึงอนาคตของดาวอังคารก็เป็นได้


          หมายเหตุ: คำว่าคลื่นแรงโน้มถ่วง (Gravity Wave) หมายถึงปรากฏการณ์ทางอุตุนิยมวิทยาและสมุทรศาสตร์ หมายถึงการไหลของของไหลที่มีลักษณะเป็นระลอกคลื่นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นคนละสิ่งกับคลื่นความโน้มถ่วง (Gravitational Wave) ที่หมายถึงระลอกคลื่นของปริภูมิ-เวลา (Space-Time) ที่เกิดจากปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์

 

อ้างอิง

• https://www.nasa.gov/press-release/goddard/2019/mars-wind-map
• https://phys.org/news/2019-12-scientists-mars-global-patterns.html?fbclid=IwAR33EYK9rrTzFmPOuAsNXEmpCFbt_9KCpd7AP0RacPyTnicXLOBbCG00S2w
• https://www.space.com/martian-winds-1st-global-map.html?fbclid=IwAR2icnAydELYGNgMrLv6f0aHPNrAMM0rUvhp5jAvtY-a8xTK9Gk7W-x5bOs
• http://lasp.colorado.edu/home/maven/science/instrument-package/ngims/