กำเนิดของดวงจันทร์ โลกที่หมุนช้าลง และหอยสองฝาโบราณ เกี่ยวข้องกันอย่างไร?

ยุคไดโนเสาร์มีความยาวของวันสั้นกว่าปัจจุบัน
ที่มา boscorelli / Adobe Stock
 

          ดวงจันทร์ของโลกมาจากไหน? ตลอดหลายร้อยปีที่ผ่านมามีนักวิทยาศาสตร์มากมายพยายามตอบคำถามนี้ แต่ปัจจุบันก็ยังไม่มีคำตอบที่แน่ชัด นักวิทยาศาสตร์มีสมมติฐานที่น่าสนใจเกี่ยวกับต้นกำเนิดของดวงจันทร์ทั้งหมด 4 รูปแบบ ได้แก่

          1. สมมติฐานการแยกตัว (Fission Hypothesis) ที่กล่าวว่าสสารหลอมเหลวซึ่งเป็นเนื้อของโลกในยุคที่เพิ่งก่อตัวได้ถูกเหวี่ยงออกไปแล้วถือกำเนิดเป็นดวงจันทร์
          2. สมมติฐานการถูกยึดจับ (Capture Hypothesis) ที่กล่าวว่าดวงจันทร์ถือกำเนิดขึ้นที่บริเวณอื่นในระบบสุริยะ จากนั้นดวงจันทร์ก็โคจรเข้ามาใกล้โลกแล้วถูกโลกยึดจับเอาไว้
          3. สมมติฐานการเกิดขึ้นพร้อมกัน (Co-Formation Hypothesis) ที่กล่าวว่าโลกและดวงจันทร์ถือกำเนิดขึ้นมาจากจานพอกพูนมวล (Accretion Disk) ที่หมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็ว สสารส่วนหนึ่งก่อตัวเป็นโลก และสสารอีกส่วนหนึ่งก่อตัวเป็นดวงจันทร์
          4. สมมติฐานการพุ่งชนครั้งใหญ่ (Giant Impact Hypothesis) ที่กล่าวว่าในขณะที่โลกเพิ่งก่อตัวขึ้น โลกได้ถูกเทหวัตถุขนาดใหญ่ใกล้เคียงกับดาวอังคารที่เรียกว่า Theia พุ่งเข้าชน ผลของการชนคือเศษชิ้นส่วนของโลกและ Theia ได้รวมตัวกันจนก่อกำเนิดเป็นดวงจันทร์
 

ภาพอธิบายสมมติฐานการพุ่งชนครั้งใหญ่

       
          ปัจจุบัน สมมติฐานการพุ่งชนครั้งใหญ่ได้รับการยอมรับมากที่สุด แต่ก็มีข้อสงสัยบางประการที่ยังไร้คำตอบ อย่างไรก็ตาม ในปี ค.ศ.1969 นักบินอวกาศของโครงการอะพอลโล 11 ได้ทำการติดตั้งกระจกสะท้อนแสงเลเซอร์เอาไว้บนดวงจันทร์ในทิศทางที่หันหน้ามายังโลก อุปกรณ์ชิ้นนี้มีประโยชน์อย่างมาก เพราะทำให้นักดาราศาสตร์สามารถทำการวัดระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์ได้อย่างแม่นยำ เรียกว่า Lunar Laser Ranging Experiment

 

กระจกสะท้อนแสงเลเซอร์บนดวงจันทร์
ที่มา NASA

          จากความรู้พื้นฐานเรื่องอันตรกิริยาระหว่างโลกกับดวงจันทร์ ผู้อ่านทุกท่านคงทราบว่าแรงไทดัล (Tidal Force) ของดวงจันทร์ทำให้เกิดน้ำขึ้นและน้ำลงบนโลก แรงเสียดทานไทดัล (Tidal Friction) ระหว่างน้ำในมหาสมุทรกับพื้นผิวของโลกที่กำลังหมุนรอบตัวเองได้ทำให้โลกหมุนช้าลงในระดับเศษเสี้ยวของวินาทีต่อวัน ผลของการที่โลกหมุนช้าลงนี่เองที่ทำให้เราต้อง “บวกวินาทีเพิ่ม” เมื่อถึงเวลาที่เหมาะสม เรียกว่าอธิกวินาที (Leap Second) และจากกฎอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม (Angular Momentum) เมื่อโลกหมุนรอบตัวเองช้าลง ดวงจันทร์จะถูกผลักให้ถอยห่างออกจากโลกปีละประมาณ 3.82 เซนติเมตร นี่คือวิธีคำนวณคาบการหมุนรอบตัวเองของโลกในปัจจุบัน คำถามมีอยู่ว่าหากเราต้องการทราบคาบการหมุนของโลกในอดีตเมื่อหลายล้านปีก่อน เราจะหาหลักฐานได้จากที่ไหนบ้าง?
 

การเปลี่ยนแปลงคาบการหมุนรอบตัวเองของโลกและการถอยห่างของดวงจันทร์
ที่มา ase.tufts.edu
 

          เดือนมีนาคมที่ผ่านมา ทีมนักวิทยาศาสตร์จาก Vrije Universiteit Brussel (VUB) นำโดย Niels de Winter ได้ตีพิมพ์งานวิจัยใหม่ชื่อ Subdaily-Scale Chemical Variability in a Torreites Sanchezi Rudist Shell: Implications for Rudist Paleobiology and the Cretaceous Day-Night Cycle ลงในวารสาร Paleoceanography and Paleoclimatology งานวิจัยดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าช่วงปลายยุคครีเทเชียส (Late Cretaceous Period) เมื่อราว 70 ล้านปีก่อนซึ่งเป็นยุคที่ไดโนเสาร์ยังมีชีวิตอยู่ โลกในยุคนั้นมีคาบการหมุนรอบตัวเองเร็วกว่าในปัจจุบัน ส่งผลให้ความยาวของวันมีค่าน้อยลงตามไปด้วย และสิ่งที่บันทึกหลักฐานเหล่านี้เอาไว้ก็คือเปลือกของหอยสองฝาโบราณที่มีลักษณะคล้ายปะการัง เรียกว่า Torreites Sanchezi ซึ่งถูกค้นพบบนภูเขาแห่งหนึ่งที่ประเทศโอมาน

 

เปลือกหอย Torreites Sanchezi

 

            ทีมนักวิจัยได้ใช้แสงเลเซอร์เจาะรูเล็กๆ บนเปลือกหอยแล้ววิเคราะห์โครงสร้างของเปลือกหอยด้วยกล้องจุลทรรศน์ ทีมนักวิจัยพบว่าหอยชนิดนี้มีการสร้างเปลือกบางๆ ในระดับไมโครเมตรเพิ่มขึ้นวันละ 1 ชั้น โดยเปลือกดังกล่าวเจริญเติบโตในเวลากลางวันได้ดีกว่าในเวลากลางคืน เนื่องจากการสังเคราะห์ด้วยแสง (Photosynthesis) มีความแตกต่างกัน และเมื่อคำนวณอัตราการเจริญเติบโตของเปลือกหอยก็พบว่าความยาวของวันในช่วงปลายยุคครีเทเชียสอาจสั้นกว่าในปัจจุบันถึง 30 นาที!

 

ชั้นของเปลือกหอยที่แสดงอัตราการเติบโตในแต่ละช่วงเวลา



ความยาวของวันในแต่ละยุคจากหลักฐานและแบบจำลองต่างๆ
ที่มา ที่มา de Winter et al, 2020
 

          นอกจากความยาวของวันที่แตกต่างกัน เปลือกหอย Torreites Sanchezi ยังเปิดเผยข้อมูลทางสมุทรศาสตร์บรรพกาล (Paleoceanography) ที่แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของน้ำในมหาสมุทรยุคนั้นมีค่าสูงถึง 40 องศาเซลเซียสในฤดูร้อนและมีค่าสูงกว่า 30 องศาเซลเซียสในฤดูหนาว ผลการศึกษานี้ยังสอดคล้องกับงานวิจัยอื่นๆ ที่แสดงให้เห็นว่าระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์มีการเปลี่ยนแปลงแบบไม่เป็นเส้นตรงตลอด 4,500 ล้านปีที่ผ่านมาอีกด้วย ไม่น่าเชื่อเลยว่าเปลือกหอยสองฝาโบราณจากยุคไดโนเสาร์จะมีประโยชน์ต่อการวิจัยทางดาราศาสตร์มากขนาดนี้

 

บทความโดย

สมาธิ ธรรมศร
ภาควิชาวิทยาศาสตร์พื้นพิภพ
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

อ้างอิง