คุณหมอนักฟิสิกส์กับทะเลสาบบนดวงจันทร์ไททัน

            เมื่อเดือนกันยายน ค.ศ.2019 ที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้พบหลักฐานจากเรดาร์ของยานอวกาศ Cassini ที่นำไปสู่สมมติฐานใหม่เรื่องการกำเนิดของทะเลสาบขนาดเล็กที่มีขนาดไม่กี่สิบไมล์บนดวงจันทร์ไททัน (Titan) ของดาวเสาร์ แต่ก่อนที่เราจะไปทำความเข้าใจสมมติฐานใหม่นี้ เราต้องศึกษาพื้นฐานเรื่องทะเลสาบกันเสียก่อน


          เรื่องนี้เริ่มขึ้นเมื่อ François-Alphonse Forel ลืมตาดูโลกในปี ค.ศ.1841 เขาเป็นเด็กชายชาวสวิตเซอร์แลนด์ที่เติบโตขึ้นมาใกล้ทะเลสาบ Geneva การเติบโตใกล้ทะเลสาบทำให้เขาชื่นชอบการดำน้ำเพื่อค้นหาโบราณวัตถุที่จมอยู่ใต้ทะเลสาบเป็นอย่างยิ่ง เมื่อเติบโตขึ้น เขามีโอกาสได้ศึกษาวิชาแพทย์จากสถาบันการศึกษาหลายแห่ง เมื่อสำเร็จการศึกษาในปี ค.ศ.1865 ไม่นานนักเขาก็หวนคืนสู่บ้านเกิดเพื่อประกอบอาชีพเป็นอาจารย์แพทย์ที่ University of Lausanne ขณะนั้นเขามีอายุ 26 ปี           ณ ริมทะเลสาบ Geneva ความทรงจำในวัยเด็กได้หันเหความสนใจของ Forel จากการเป็นอาจารย์แพทย์ไปสู่การศึกษาฟิสิกส์ เคมี และชีววิทยาของทะเลสาบที่เขาผูกพัน เขาเริ่มศึกษาสมบัติทางกายภาพและชีวภาพในทะเลสาบอย่างจริงจัง จากนั้นจึงรวบรวมข้อมูลจนเกิดเป็นศาสตร์ที่มีชื่อว่า ชลธีวิทยา (Limnology) ในปี ค.ศ.1892 โดยนักชลธีวิทยาได้จำแนกรูปแบบการกำเนิดของทะเลสาบเอาไว้มากมายหลายชนิด เช่น ทะเลสาบที่เกิดจากธารน้ำแข็ง (Glacial Lake) ทะเลสาบที่เกิดจากการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก (Tectonic Lake) ทะเลสาบที่เกิดจากดินถล่มขวางธารน้ำ (Landslide Lake) ทะเลสาบบนปล่องภูเขาไฟ (Volcanic Lake) ทะเลสาบที่เกิดจากการละลายของแอ่งหินปูน (Solution Lake) ทะเลสาบที่เกิดจากการกัดเซาะของลม (Aeolian Lake) ทะเลสาบที่เกิดจากตะกอนทับถมในธารน้ำ (Fluvial Lake) ทะเลสาบที่เกิดจากการชนของอุกกาบาต (Meteoritic Lake) รวมถึงทะเลสาบที่เกิดจากสิ่งมีชีวิต (Organism Lake) เช่น ทะเลสาบที่เกิดจากฝายของตัวบีเวอร์และทะเลสาบที่เกิดจากการก่อตัวของแนวปะการัง เป็นต้น           การศึกษาทะเลสาบบนดาวเคราะห์หรือดวงจันทร์ดวงอื่นเรียกว่า ดาราชลธีวิทยา (Astrolimnology) งานวิจัยล่าสุดเป็นการศึกษาขั้นตอนการกำเนิดของทะเลสาบขนาดเล็กบนดวงจันทร์ไททันซึ่งเต็มไปด้วยสารประกอบไฮโดรคาร์บอนในกลุ่มมีเทนและอีเทนในสถานะของเหลว เดิมที นักดาราศาสตร์เคยคิดว่าทะเลสาบขนาดเล็กบริเวณขั้วเหนือของดวงจันทร์ไททันอาจเกิดจากการละลายของแอ่งหินคล้ายทะเลสาบในแอ่งหินปูนบนโลก (Karstic Lake) แต่ผลการศึกษาล่าสุดบ่งชี้ว่าลักษณะธรณีสัณฐานของทะเลสาบไม่สอดคล้องกับแบบจำลองดั้งเดิม เพราะขอบของทะเลสาบมีความชันมากจนผิดปกติ


          คณะวิจัยนำโดย Giuseppe Mitri แห่ง Annunzio University จึงเสนอสมมติฐานใหม่ในวารสาร Nature Geosciences ว่าทะเลสาบขนาดเล็กบางแห่งอย่าง Winnipeg Lacus อาจไม่ได้เกิดจากกระบวนการบนพื้นผิว แต่เกิดจากการระเบิดของไนโตรเจนเหลวใต้พื้นผิวที่อุ่นจนขยายตัวเป็นแก๊สอย่างรวดเร็วเนื่องจากปรากฏการณ์เรือนกระจกเมื่อนานมาแล้ว การระเบิดจากใต้พื้นผิวส่งผลให้ขอบของทะเลสาบมีความชัน แล้วจึงค่อยๆ ผุพังลงเมื่อเวลาผ่านไป คล้ายการถล่มของปากปล่องภูเขาไฟ แต่กระบวนการเกิดในลักษณะนี้ยังต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมอีกมาก ซึ่งในปี ค.ศ.2026 องค์การ NASA จะดำเนินภารกิจชื่อ Dragonfly เพื่อส่งโดรนสำรวจไปยังดวงจันทร์ไททัน


          นอกจาก Forel จะเป็นคุณหมอและบิดาแห่งชลธีวิทยาแล้ว เขายังเป็นนักฟิสิกส์ที่ปราดเปรื่องผู้ไขปริศนาปรากฏการณ์ทางธรรมชาติหลายอย่าง ในด้านสมุทรศาสตร์ เขาเป็นผู้ค้นพบปรากฏการณ์กระแสความหนาแน่น (Density Currents) ซึ่งเป็นพฤติกรรมการไหลของของไหลที่มีความหนาแน่นแตกต่างกันในแนวราบภายใต้สนามความโน้มถ่วง เขาเป็นผู้อธิบายปรากฏการณ์ Seiche ซึ่งเป็นคลื่นนิ่ง (Standing Wave) ในทะเลสาบหรือแหล่งน้ำปิดที่เกิดจากการกระตุ้นของลม ความกดอากาศ และคลื่นแผ่นดินไหว นอกจากนี้ เขากับ Wilhelm Ule ยังร่วมกันพัฒนา Forel-Ule Scale ซึ่งเป็นการบ่งชี้ส่วนประกอบทางเคมีภายในน้ำด้วยสีของน้ำที่สังเกตเห็น และในด้านวิทยาแผ่นดินไหว เขากับ Michele Stefano de Rossi ได้พัฒนา Rossi–Forel Scale ซึ่งเป็นมาตรวัดความรุนแรงของแผ่นดินไหวรูปแบบหนึ่งอีกด้วย           จากที่กล่าวมาทั้งหมด ท่านผู้อ่านคงเห็นแล้วว่า Forel เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่มีความเชี่ยวชาญหลากหลายด้าน และสิ่งที่ผลักดันให้เขากลายเป็นบิดาแห่งชลธีวิทยาก็ไม่ใช่สิ่งอื่นใด นอกจากความรักและความผูกพันที่เขามีต่อทะเลสาบ Geneva ถ้าเด็กชาย Forel ไม่ตกหลุมรักการดำน้ำใต้ทะเลสาบในวันนั้น โลกก็คงไม่มีนักวิทยาศาสตร์ผู้รอบรู้ที่ชื่อ François-Alphonse Forel และความรู้ความเข้าใจเรื่องทะเลสาบก็คงพัฒนาช้าไปอีกนานหลายปี ในวาระสุดท้าย Forel จากโลกนี้ไปเมื่อปี ค.ศ.1912 ด้วยอายุ 71 ปี

 

อ้างอิง

• https://phys.org/news/2019-09-titan-lakes-explosion-craters.html?fbclid=IwAR04-Yu_qIT3maSG3hcndi-67o_21FbSAryQR-OOwQXHPKaGJAXw3tee2Ts
• https://curiosity.com/topics/the-lakes-on-titan-were-probably-caused-by-nitrogen-explosions-curiosity/
• https://limnology.org/notable-limnologists/f-a_forel/
• https://www.hist-geo-space-sci.net/10/97/2019/
• http://earthquakescanada.nrcan.gc.ca/info-gen/scales-echelles/rossi-en.php