น้ำบนโลกมาจากไหน?

ภาพจาก https://www.sciencenewsforstudents.org/article/asteroids-may-have-delivered-water-early-earth

เอกภพเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 13 000 ล้านปีที่แล้ว ส่วนระบบสุริยะของเราเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 4 600 ล้านปีที่แล้ว   โลกในอดีตนั้นค่อนข้างที่จะใกล้กับดวงอาทิตย์ และร้อนเกินกว่าที่น้ำจะควบแน่นจากสถานะแก็สให้เป็นสถานะของเหลวได้ ทำให้โลกไม่เหมาะสมกับการดำรงของสิ่งมีชีวิตเพราะน้ำเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิต แล้วน้ำในโลกยุคแรกเริ่มนั้นมาจากไหน นักวิทยาศาสตร์คิดว่าโลกอาจจะได้รับน้ำมาจากแหล่งอื่น


เรามีข้อมูลจากการสังเกตพบว่าดาวเคราะห์น้อย (asteroid) และดาวหาง (comet) ที่มีน้ำอยู่สามารถขนส่งน้ำไปยังวัตถุต่างๆในระบบสุริยะได้ แต่กลไกที่น้ำสามารถถูกจับเก็บไว้ในวัตถุนั้นยังไม่แน่ชัดนัก แต่ล่าสุดมีการทดลองพบว่าดาวเคราะห์น้อยสามารถขนส่งน้ำมายังโลกในยุคแรกเริ่มได้อย่างไร โดย R. Terik Daly และ Peter H. Schultz ได้อธิบายกลไกดังกล่าวและตีพิมพ์ลงในวารสาร Science Advances เดือนเมษายน ค.ศ. 2018 ผลการทดลองพบว่าดาวเคราะห์น้อยสามารถขนส่ง มอบน้ำให้แก่โลกมากได้ถึงร้อยละ 30 จากน้ำที่บรรจุอยู่ทั้งหมดในดาวเคราะห์น้อยนั้น



ดาราศาสตร์จัดเป็นวิทยาศาสตร์แม้เราจะไม่สามารถทดลองบางอย่างได้ เช่นเราไม่สามารถทดลองสร้างบิกแบง (Big Bang) ได้ แต่เราใช้ข้อมูลหลักฐานหลายอย่างมาประกอบกันและข้อสรุปตรงกันว่าเอกภพขยายตัวด้วยความเร่งและเอกภพเกิดจากบิกแบงเมื่อประมาณ 13 000 ล้านปีที่แล้ว ในการศึกษาครั้งนี้ก็เช่นกัน เราไม่สามารถนำดาวเคราะห์น้อยมาพุ่งชนโลกและสังเกตผลได้ (เราคงไม่อยากสูญพันธุ์เหมือนเช่นไดโนเสาร์!!)  แต่เราสามารถจำลองการชนในห้องทดลองได้


งานวิจัยใหม่นี้ได้ทำการทดลองยิงวัตถุที่คล้ายอุกกาบาตไปยังหินภูเขาไฟ (volcanic rock)  โดยนำก้อนกลมขนาดลูกแก้วทำมาจาก แอนติโกไรต์ (antigorite) มันคล้ายกับชนิดของหินที่อาจจะนำน้ำมายังโลกหลายพันล้านปีก่อน และเพื่อที่จะจำลองพื้นผิวของดาวโลกในอดีต ในการทดลองจึงเลือกใช้หินภูเขาไฟ หินพัมมิช (pumice) หินอัคนีชนิดหนึ่ง (มีลักษณะเป็นรูพรุนเนื่องจากมีฟองแก๊สเล็ก ๆ แทรกอยู่มากภายในเนื้อก่อนที่จะแข็งตัว มีน้ำหนักเบา ลอยน้ำได้ ใช้ขัดถูภาชนะได้ดี) โดยนำไปอบที่อุณหภูมิ 850 องศาเซลเซียสเป็นระยะเวลา 90 นาที การทดลองใช้ลูกแก้วทำมาจากแอนติโกไรต์พุ่งชนใส่หินพัมมิชด้วยความเร็วสูงมากคือ 5 กิโลเมตรต่อวินาที เป็นความเร็วที่คล้ายกับดาวเคราะห์น้อยพุ่งชนโลกในยุคแรกเริ่ม


การใช้แบบจำลองทางคอมพิวเตอร์วิเคราะห์แสดงให้เห็นว่าถ้าดาวเคราะห์น้อยพุ่งชนด้วยความเร็วมากกว่า 3.1 กิโลเมตรต่อวินาที น้ำทั้งหมดของดาวเคราะห์น้อยจะระเหยไปสู่อวกาศทั้งหมด แต่การทดลองของ Daly และ
Schultz ให้ผลลัพธ์ต่างออกไป น้ำบางส่วนที่ระเหยหลังจากการชนจะถูกเก็บไว้ในแก้วที่ถูกสร้างขึ้นจากการชน
น้ำบางส่วนยังถูกกักเก็บไว้ในหินกรวดมน (conglomerate) หินตะกอนชนิดหนึ่งประกอบด้วยกรวดชนิดต่าง ๆ ที่มีลักษณะมนเชื่อมติดกันอยู่ด้วยตัวประสานจำพวกแคลเซียมคาร์บอเนต เหล็กออกไซด์ ซิลิกา ฉะนั้นนี่จึงอาจเป็นคำอธิบายว่าดาวเคราะห์น้อยอาจช่วยขนส่งน้ำมายังโลกในยุคแรกเริ่มและไม่ระเหยหายไปในอวกาศได้อย่างไร

ภาพแสดงตัวอย่างของแก้วและหินกรวดมนตามลำดับ ที่ได้จากการชนที่ได้จากการทดลองจำลองการชนจากดาวเคราะห์น้อย
ภาพจาก https://www.space.com/40410-asteroids-deliver-water-earth-experiment.html

การทดลองนี้อาจจะช่วยให้เข้าใจว่าดวงจันทร์อาจจะสามารถมีน้ำได้ เพราะการทดลองนี้แสดงให้เห็นว่าแม้แต่ในวัตถุที่ไม่มีอากาศก็สามารถกักเก็บน้ำได้  ในการวิจัยขั้นต่อไปจะต้องหาว่าน้ำออกมาจากหินเหล่านี้และสร้างเป็นทะเลหรือแหล่งน้ำต่างๆในโลกได้อย่างไร ซึ่งจะเป็นดังตัวต่อ (jigsaw) ตัวสุดท้ายที่จะทำให้ปริศนานี้ถูกคลี่คลาย ทำให้เราเข้าใจกลไกทั้งหมดของการขนส่งน้ำมายังโลกในยุคแรกเริ่ม  
 

เรียบเรียงโดย

ณัฐพล โชติศรีศุภรัตน์
ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ

• [1] https://www.space.com/40410-asteroids-deliver-water-earth-experiment.html
• [2] https://www.sciencenewsforstudents.org/article/asteroids-may-have-delivered-water-early-earth
• [3] http://advances.sciencemag.org/content/4/4/eaar2632