"หลุมอุกกาบาต" เก่าแก่บนดวงจันทร์ อาจซ่อนน้ำแข็งไว้มากที่สุด

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบเบาะแสสำคัญเกี่ยวกับ “น้ำแข็งบนดวงจันทร์” โดยเฉพาะบริเวณขั้วใต้ของดวงจันทร์ ที่เต็มไปด้วยหลุมอุกกาบาต ซึ่งก้นหลุมไม่เคยได้รับแสงอาทิตย์ หรือที่เรียกว่า “เงามืดถาวร” (permanently shadowed) พื้นที่เหล่านี้มีอุณหภูมิต่ำจัดจนสามารถกักเก็บน้ำแข็ง เอาไว้ได้เป็นเวลานานนับพันล้านปี และที่น่าสนใจคือ งานวิจัยล่าสุดชี้ว่า น้ำแข็งเหล่านี้อาจไม่ได้เกิดจากเหตุการณ์พุ่งชนครั้งใหญ่เพียงครั้งเดียวอย่างที่เคยเชื่อกัน แต่เป็นการสะสมอย่างค่อยเป็นค่อยไปตลอดประวัติศาสตร์ของดวงจันทร์

“หลุมอุกกาบาต” ที่อยู่ในเงามืดถาวรเหล่านี้ อาจไม่ได้อยู่ในเงามืดตลอดเวลาอย่างที่นักวิทยาศาสตร์เคยคิด เพราะมุมเอียงของแกนหมุนรอบตัวเองของดวงจันทร์เมื่อเทียบกับโลกและดวงอาทิตย์มีการเปลี่ยนแปลง ซึ่งหมายความว่า มุมของแสงอาทิตย์ที่ส่องสว่างมายังดวงจันทร์ก็เปลี่ยนแปลงไปเช่นกัน ตลอดระยะเวลาหลายพันล้านปี ก้นหลุมอุกกาบาตที่เคยอยู่ในเงามืดและสามารถกักเก็บน้ำแข็งได้เมื่อ 3,000 ล้านปีก่อน อาจไม่ได้อยู่ในเงามืดในปัจจุบัน และในทางกลับกัน ก้นหลุมอุกกาบาตที่อยู่ในเงามืด ณ ปัจจุบัน ก็อาจไม่ได้อยู่ในเงามืดเมื่อ 3,000 ล้านปีก่อน

การค้นพบครั้งใหม่นี้มาในช่วงเวลาที่พอดีกับความสำเร็จของภารกิจอาร์ทีมิส 2 ทำให้การสำรวจดวงจันทร์กลับมาเป็นที่สนใจอีกครั้ง

ในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1960 นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์บางคนเสนอว่า หลุมอุกกาบาตที่ขั้วใต้ของดวงจันทร์ ซึ่งได้รับแสงอาทิตย์ในมุมเฉียงมาก จนทำให้ก้นหลุมอุกกาบาตส่วนหนึ่งตกอยู่ในเงามืดอย่างถาวร บริเวณดังกล่าวอาจมีอุณหภูมิเย็นพอที่จะมีน้ำแข็งได้ แต่เมื่อภารกิจอะพอลโลนำตัวอย่างหินและดินดวงจันทร์กลับมายังโลกในช่วง ค.ศ. 1969 - 1972 นักวิทยาศาสตร์พบว่าหินและดินดวงจันทร์นั้นแห้งสนิท

ในปี ค.ศ. 1994 เรดาร์ของยานคลีเมนไทน์ (Clementine) ของนาซาได้สำรวจพื้นผิวดวงจันทร์ กลับพบสัญญาณบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของน้ำแข็ง ซึ่งต่อมาได้รับการยืนยันจากยานสำรวจดวงจันทร์รุ่นถัดมาของนาซา เช่น ยานลูนาร์ พรอสเปกเตอร์ (Lunar Prospector) และยานลูนาร์ รีคอนเนสเซนส์ ออร์บิเตอร์ (LRO)

น้ำแข็งบนดวงจันทร์ถือเป็นทรัพยากรสำคัญอย่างยิ่งสำหรับนักบินอวกาศที่จะอาศัยและปฏิบัติภารกิจอยู่ที่สถานีบนดวงจันทร์ในอนาคต โดยสามารถทำเป็นน้ำสำหรับอุปโภคบริโภค และสามารถแยกโมเลกุลน้ำออกเป็นอะตอมไฮโดรเจนและออกซิเจนเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวดและอากาศสำหรับหายใจได้

อย่างไรก็ตาม แหล่งที่มาของน้ำบนดวงจันทร์ยังคงเป็นปริศนา ว่าน้ำนั้นถูกนำมาสู่ดวงจันทร์เมื่อนานมาแล้วด้วยการพุ่งชนครั้งใหญ่ของดาวหาง หรือว่าค่อย ๆ สะสมตัวบนพื้นผิวดวงจันทร์ตลอดประวัติศาสตร์ของดวงจันทร์

แม้จะยังไม่สามารถระบุได้อย่างแน่ชัดว่าน้ำบนดวงจันทร์มาจากไหน แต่งานวิจัยโดยนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ ได้แก่ Paul Hayne จากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์บรรยากาศและอวกาศ มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ ในสหรัฐฯ, Oded Aharonson จากสถาบันไวซ์มันน์ในอิสราเอล และ Norbert Schörghofer จากสถาบันวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ในรัฐแอริโซนา สหรัฐฯ สามารถระบุได้แล้วว่าน้ำบนดวงจันทร์ไม่ได้มาจากเหตุการณ์ครั้งใหญ่เหตุการณ์เดียว เช่น การพุ่งชนของดาวหางขนาดยักษ์เพียงครั้งเดียว

น้ำแข็งไม่ได้อยู่ในก้นหลุมอุกกาบาตทุกแห่งที่ตกอยู่ในเงามืดถาวร ซึ่งทีมนักวิจัยทีมนี้มองว่าตรงนี้เป็นประเด็นเริ่มต้นในการศึกษา โดยน้ำแข็งกระจายตัวแบบไม่สม่ำเสมอ (ไม่ได้กระจุกตัวในปริมาณเท่ากันในก้นหลุมอุกกาบาตทุกแห่ง) และยังไม่มีคำอธิบายที่ดีสำหรับเรื่องนี้

ทีมนักวิจัยทำการศึกษาแบบย้อนกลับแทน โดยใช้ข้อมูลอุณหภูมิพื้นผิวดวงจันทร์จากอุปกรณ์ Diviner ของยาน LRO ร่วมกับแบบจำลองเชิงทฤษฎีในคอมพิวเตอร์เกี่ยวกับวิวัฒนาการทางความร้อนของหลุมอุกกาบาต ซึ่งกุญแจสำคัญ คือ การคิดถึงเรื่องมุมเอียงของแกนหมุนรอบตัวเองของดวงจันทร์ได้เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา หมายความว่า ก้นหลุมอุกกาบาตบางแห่งที่เคยอยู่ในเงามืดอย่างถาวรเมื่อ 3,000 ล้านปีก่อนนั้นไม่ได้อยู่ในเงามืดอีกต่อไปแล้วในปัจจุบัน ขณะที่ก้นหลุมอุกกาบาตบางแห่งได้เข้าไปอยู่ในเงามืดอย่างถาวร เมื่อพื้นที่ที่มีน้ำแข็งได้รับแสงอาทิตย์ น้ำแข็งจะระเหิดกลายเป็นไอน้ำและสูญเสียออกสู่อวกาศ หรือ ย้ายตัวไปยังพื้นที่เงามืดตามก้นหลุมอุกกาบาตที่อยู่ในเงามืดอย่างถาวรแห่งอื่น ๆ 

จากนั้น ทีมนักวิจัยได้ทำรายชื่อหลุมอุกกาบาตที่ก้นหลุมอยู่ในเงามืดอย่างถาวรมานานที่สุด และพบว่าหลุมอุกกาบาตเหล่านั้นเป็นหลุมแห่งเดียวกันกับที่อุปกรณ์ LAMP ของยาน LRO ตรวจพบน้ำแข็ง โดยอุปกรณ์ตัวนี้ตรวจวัดสเปกตรัมในย่านรังสีอัลตราไวโอเลตเพื่อทำแผนที่พื้นผิวดวงจันทร์บริเวณที่ไม่ได้รับแสงอาทิตย์เลย (ได้รับเพียงแสงดาวเท่านั้น) 

ตัวอย่างหลุมดังกล่าว คือ หลุมอุกกาบาตฮาเวิร์ท (Haworth crater) บริเวณใกล้ขั้วใต้ของดวงจันทร์ ที่ก้นหลุมอยู่ในเงามืดอย่างถาวรมานานกว่า 3,000 ล้านปี และมีสัญญาณเรดาร์แรงที่สุดที่บ่งชี้ว่ามีน้ำแข็งที่ก้นหลุม หมายความว่าดวงจันทร์สะสมน้ำมาอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาประมาณ 3,000 - 3,500 ล้านปี

ดังนั้น การนำน้ำมาสู่ดวงจันทร์จึงไม่น่าจะเกิดขึ้นจากเหตุการณ์เพียงครั้งเดียวเมื่อนานมาแล้ว ทีมนักวิจัยทีมนี้เสนอว่า น้ำบนดวงจันทร์อาจมาจากการพุ่งชนของดาวเคราะห์น้อยและดาวหางขนาดเล็กจำนวนมาก หรืออาจย้ายตัวขึ้นมาจากส่วนลึกภายในของดวงจันทร์โดยกระบวนการทางภูเขาไฟ (volcanism) ที่เกิดขึ้นเป็นเวลานานกว่า 3,000 ล้านปีก่อน ทำให้เกิดแอ่งลาวา ก่อนจะเย็นตัว-แข็งตัว กลายเป็น “ทะเลบนดวงจันทร์” (Lunar mare) ที่เราเห็นในปัจจุบัน

ทั้งนี้ นักวิทยาศาสตร์มองว่า “ลมสุริยะ” (solar wind : กระแสอนุภาคมีประจุที่ดวงอาทิตย์แผ่ออกสู่อวกาศ) อาจมีผลกระทบต่อการมีอยู่ของน้ำบนดวงจันทร์ โดยไฮโดรเจนจำนวนมากในลมสุริยะพุ่งชนดวงจันทร์อย่างต่อเนื่อง และไฮโดรเจนบางส่วนสามารถเปลี่ยนกลายเป็นน้ำบนพื้นผิวดวงจันทร์ได้

ในการสร้างโมเลกุลน้ำนั้น อะตอมไฮโดรเจนจะต้องทำปฏิกิริยาทางเคมี (จับพันธะ) กับอะตอมออกซิเจน การศึกษาครั้งอื่น ๆ ล่าสุดนี้แสดงให้เห็นว่ามีอะตอมและโมเลกุลที่หลุดออกจากบรรยากาศของโลก รวมถึงออกซิเจน ที่หลุดออกมาและเดินทางข้ามอวกาศถึงพื้นผิวดวงจันทร์มาเป็นเวลาหลายพันล้านปีแล้ว แม้แต่โมเลกุลน้ำก็อาจหลุดออกจากบรรยากาศโลกไปยังดวงจันทร์ได้เช่นกัน

ท้ายที่สุดแล้ว คำถามเกี่ยวกับแหล่งที่มาของน้ำบนดวงจันทร์จะแก้ปริศนาได้เมื่อมีการวิเคราะห์ตัวอย่างเท่านั้น ไม่ว่าจะเป็นการส่งยานไปวิเคราะห์ตัวอย่างเหล่านั้นบนดวงจันทร์ หรือหาวิธีนำตัวอย่างเหล่านั้นจากดวงจันทร์กลับมายังโลกเพื่อศึกษาต่อไป

ด้วยเหตุนี้ Hayne นักวิจัยหลักในงานวิจัยครั้งนี้จึงเป็นผู้นำในการพัฒนาเครื่องมือใหม่ คือ กล้องถ่ายภาพ L-CIRiS กล้องถ่ายภาพในย่านรังสีอินฟราเรด จะให้รายละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับหลุมอุกกาบาตบนดวงจันทร์ที่อาจมีน้ำแข็งอยู่ภายใน กล้องตัวนี้จะถูกส่งไปยังดวงจันทร์ในช่วงปลายปี ค.ศ. 2027 โดยติดตั้งบนยานลงจอด Nova-C ในภารกิจ IM-4 ที่กำลังสร้างโดย Intuitive Machines บริษัทเอกชนด้านเทคโนโลยีอวกาศในสหรัฐฯ ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการ Commercial Lunar Payloads Services (CLPS) ของนาซา ซึ่งเป็นโครงการอวกาศที่นาซาสนับสนุนและคัดเลือกภาคเอกชนในสหรัฐฯ เข้ามามีส่วนร่วมในการสำรวจดวงจันทร์

รายงานการวิจัยครั้งนี้ของ Hayne, Aharonson และ Schörghofer ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิจัย Nature Astronomy เมื่อวันที่ 7 เมษายน ค.ศ. 2026