การสำรวจอวกาศในยุคปัจจุบันต่างมุ่งเป้าไปที่ปัจจัยการอยู่รอดบนดาวเคราะห์นอกระบบ ไม่ว่าจะเป็นภารกิจ Kepler มาจนถึง TESS ที่ทำการศึกษาระบบดาวเคราะห์นอกระบบ หรือ Exoplanet อย่างไรก็ตาม ทีมนักวิจัยนำโดยนักศึกษาปริญญาโท คุณ Armen Tokadjian และศาสตราจารย์ Anthony L. Piro จาก University of Southern California (USC) ร่วมกับหอดูดาวของ Carnegie Institution for Science ได้ค้นพบว่า การโคจรของดวงจันทร์นอกระบบ (Exomoon) รอบดาวดวงแม่ของมัน ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์ Tidal Heating หรือ การปล่อยความร้อนเนื่องจากแรงไทดัล เป็นปรากฏการณ์ที่เป็นผลของความสัมพันธ์เชิงแรงโน้มถ่วงระหว่างการโคจร และนำไปสู่ปฏิกิริยาทางธรณีวิทยา ก่อให้เกิดความร้อนจากภายในของดาวได้

กล่าวคือ พลังงานจากความสัมพันธ์เชิงไทดัลระหว่างดวงจันทร์และดาวเคราะห์ บางส่วนจะถูกสะสมเอาไว้และแปรเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความร้อน ที่ช่วยอุ่นให้ดวงจันทร์นอกระบบ มีสภาวะที่เหมาะสมสำหรับสิ่งมีชีวิตได้มากขึ้น โดยปริมาณความร้อนที่เกิดนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่างด้วยกัน ทั้งขนาดของดวงจันทร์, มวลของดาวแม่, ระยะวงโคจร และความกลมของวงโคจรดวงจันทร์ (eccentricity)

ปรากฏการณ์ปล่อยความร้อนเนื่องจากแรงไทดัลยังส่งผลให้แหล่งน้ำ ที่เป็นอีกปัจจัยสำคัญในการรองรับสิ่งมีชีวิต ปรากฏขึ้นบนพื้นผิวดาวในสถานะของเหลวได้ กล่าวคือ มหาสมุทรของดวงจันทร์แช่แข็ง ที่ไม่ได้รับความร้อนที่เหมาะสมเหมือนอย่างที่โลกได้จากดวงอาทิตย์ จะไม่สามารถคงสถานะของเหลวอยู่บนผิวดาวได้ มันจึงซ่อนอยู่ภายใต้ผิวของดาวแทน แต่เมื่อได้รับความร้อนที่อุ่นดวงจันทร์จากภายใน หรือจากก้นลึกของมหาสมุทร ผ่านปล่องความร้อนใต้มหาสมุทรในบริเวณรอยต่อระหว่างแก่นและชั้นแมนเทิลของดวงจันทร์ จึงจะสามารถปรากฏขึ้นเป็นมหาสมุทรบนพื้นผิวได้

หลังการสำรวจดาวเคราะห์และดวงจันทร์นอกระบบหลายๆดวง ทีมนักวิจัยได้ข้อสรุปว่า ในระบบดาวเคราะห์และดวงจันทร์นั้น ดาวเคราะห์หรือดาวแม่ จะช่วยเพิ่มอุณหภูมิให้ดวงจันทร์ของมันมีสภาพเหมาะสมสำหรับสิ่งมีชีวิตมากขึ้น และในทางกลับกัน ดาวเคราะห์ที่มีดวงจันทร์มีแนวโน้มที่จะมีสภาพเหมาะสมสำหรับสิ่งมีชีวิตมากกว่าดาวเคราะห์ที่ไม่มีดวงจันทร์ ทั้งนี้เป็นเพราะ

ดวงจันทร์ขนาดใหญ่ สามารถรักษาสมดุลองศาเอียงของแกนดาวแม่ ส่งผลให้เกิดฤดูต่างๆ ความสัมพันธ์เชิงไทดัล ช่วยป้องกันไม่ให้ดาวแม่เกิด Tidal Lock กับดาวฤกษ์ที่ดาวแม่โคจรรอบอยู่ ตัวอย่างใกล้ตัวเราก็คือ ความสัมพันธ์ระหว่างโลกและดวงจันทร์ ทำให้เราเห็นดวงจันทร์หันหน้าด้านเดียวเข้าหาโลกตลอด ซึ่งหากโลกเกิด Tidal Lock กับดวงอาทิตย์ขึ้นมาแทน จะทำให้โลกเราไม่มีฤดูกาล และซีกหนึ่งของโลกที่ต้องเผชิญกับดวงอาทิตย์ตลอดเวลานั้น จะร้อนเกินกว่าที่สิ่งมีชีวิตจะอยู่อาศัยได้

ปรากฏการณ์ปล่อยความร้อนเนื่องจากแรงไทดัลจากดวงจันทร์ยังช่วยอุ่นดาวแม่ของมัน ทำให้แก่นดาวสามารถคงสภาวะหลอมเหลวอยู่ได้ ซึ่งมีผลต่อโครงสร้างเชิงธรณีวิทยาในหลายๆด้าน หากดาวแม่เป็นดาวเคราะห์ก๊าซในโซนที่อยู่อาศัยได้ (Habitable Zone) ดวงจันทร์ของมันก็สามารถรองรับสิ่งมีชีวิตได้ โดยโซนที่อยู่อาศัยได้ ในที่นี้ หมายถึงบริเวณรอบดาวฤกษ์ที่อุณหภูมิเหมาะสมต่อการที่น้ำสามารถดำรงสภาพอยู่ได้ ในสถานะของเหลวบนพื้นผิวของดาวเคราะห์นั้นๆ

โดยสรุปแล้ว ปฏิสัมพันธ์ระหว่างดาวเคราะห์และดวงจันทร์ของมัน สามารถบ่งชี้ถึงความเหมาะสมในการรองรับสิ่งมีชีวิตของดาวทั้งคู่ได้

ก่อนจะศึกษาดวงจันทร์อื่นนอกระบบที่ไกลออกไป ในระบบสุริยะของเราเองก็มีตัวอย่างระบบการโคจรที่มีความสัมพันธ์การโคจรแบบ Tidal lock อย่างดาวพฤหัสและบริวารของมัน นั่นทำให้ดวงจันทร์ของดาวพฤหัส กลายเป็นที่จับตามองในการสำรวจเพื่อทำความเข้าใจระบบโดยรวม และหนึ่งในนั้นก็คือภารกิจ Europa Clipper

Europa_Clipper_2024

ภารกิจปีหน้าของนาซ่า ในการส่งยานขึ้นสำรวจ ยูโรปา ดวงจันทร์แช่แข็งของดาวพฤหัส เพื่อศึกษาเชิงลึกดูว่ามีความเหมาะสมต่อการอยู่อาศัยหรือไม่

ภารกิจนี้เลือกดวงจันทร์ยูโรปาเป็นเป้าหมายการสำรวจนั่นก็เพราะ เป็นที่รู้กันดีว่าดวงจันทร์เหล่านี้ประกอบด้วยเปลือกของเหลวในสถานะแช่แข็งปกคลุมอยู่ และจากภารกิจก่อนหน้า นักวิทยาศาสตร์ได้คาดการณ์ว่า ภายใต้เปลือกนั้นอาจมีน้ำเค็มในสถานะของเหลว ที่เป็นวัตถุดิบสำคัญต่อสิ่งชีวิต ภายใต้ผิวเปลือกน้ำแข็งของมันอาจมีมหาสมุทรกว้างขวางอยู่ และรวมๆแล้วมหาสมุทรนั้นมีปริมาณน้ำมากกว่าน้ำของมหาสมุทรทั้งโลกรวมถึงสองเท่า

นอกจากน้ำแล้วนักวิทยาศาสตร์ยังต้องการศึกษาต่อว่า มีปัจจัยอื่นที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตบนดวงจันทร์แช่แข็งนี้อีกมั้ย โดยปัจจัยสำคัญอันดับถัดมาก็คือ องค์ประกอบเคมีพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต อย่าง คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจร ออกซิเจน ซึ่งอาจมีต้นกำเนิดมาจากแกนกลางของยูโรปา และเมื่อได้รับความร้อนเนื่องจากความสัมพันธ์เชิงไทดัลจากการโคจรรอบดาวพฤหัส ก็จะมีการวนเป็นวัฏจักรขึ้นไปยังพื้นผิว

อย่างที่สามคือพลังงาน สิ่งมีชีวิตล้วนต้องการพลังงานในการอยู่รอด อย่างบนโลกเราพลังงานหลักๆก็มาจากดวงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม น้ำแข็งที่ปกคลุมพื้นผิวของยูโรปาอยู่ทำให้ไม่มีแสงแดดส่องถึงภายใต้ ดังนั้นสิ่งมีชีวิตที่จะอยู่บนยูโรปาได้จะต้องใช้พลังงานจากปฏิกิริยาเชิงเคมีมากกว่าที่จะเป็นการสังเคราะห์แสง นอกจากนี้ แม้ว่าบนพื้นผิวของยูโรปาที่ได้รับการแผ่รังสีโดยตรงจากดาวพฤหัสจะไม่สามารถรองรังสิ่งมีชีวิตได้ แต่รังสีที่แผ่ต่อลงมาถึงมหาสมุทรภายใต้นั้นอาจเป็นแหล่งพลังงานสำคัญให้สิ่งมีชีวิตข้างใต้นั้น

Europa Clipper มีเพย์โหลดที่รองรับอุปกรณ์สำรวจด้านภูมิสารสนเทศทั้งสิ้น 10 ชิ้น จัดเป็นกลุ่มได้ดังนี้

• กล้องและเครื่องมือวัดเชิงแสง เพื่อจับภาพความละเอียดสูงและสร้างแผนที่องค์ประกอบของพื้นผิวดวงจันทร์รวมถึงชั้นบรรยากาศ
• เรดาร์ถ่ายทะลุน้ำแข็ง เครื่องวัดสนามแม่เหล็ก เซนเซอร์ตรวจจับพลาสมาและแรงโน้มถ่วง เพื่อศึกษาทะเลของดวงจันทร์ที่ซ่อนอยู่ภายใต้ และรายละเอียดเชิงลึก
• กล้องจับความร้อนเพื่อตรวจสอบบริเวณที่อุ่นขึ้นมา ซึ่งอาจนำไปสู่การค้นพบน้ำในสถานะของเหลวที่พุ่งพ้นผิวน้ำแข็งขึ้นมา
• ตัวตรวจจับฝุ่นและเครื่องวัดสัดส่วนมวลต่อประจุ เพื่อการวิเคราะห์เชิงลึกในเคมีของอนุภาคในบริเวณโดยรอบ

ด้วยอุปกรณ์ทั้งหลายที่ได้ส่งขึ้นไปพร้อมกับยาน Europa Clipper ทำให้เป็นยานสำรวจแรกที่ความล้ำสมัยที่สุดที่จะส่งไปสำรวจความน่าอยู่ของดาวอื่น และยังเป็นภารกิจแรกของนาซ่าที่กำหนดขึ้นเพื่อศึกษาดวงจันทร์ของดาวอื่นโดยเฉพาะอีกด้วย

อีกหนึ่งสาเหตุที่นาซ่าได้เริ่มโครงการ Europa Clipper สำรวจดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสขึ้นมา ทั้งเพื่อศึกษาสภาพของดวงจันทร์ของดาวอื่นที่ใกล้โลกขึ้นมาหน่อยเมื่อเทียบกับดาวเคราะห์นอกระบบ แถมยังช่วยให้เราเข้าใจดวงจันทร์นอกระบบมากขึ้นอีกด้วย นับเป็นอีกตัวเลือกหนึ่งในการศึกษาสภาพแวดล้อมของดาวอื่น ว่าสามารถรองรับสิ่งมีชีวิตได้หรือไม่

ในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเรามีกล้องโทรทรรศน์ James Webb ขึ้นปฏิบัติการณ์อยู่ นักดาราศาสตร์จะสามารถตรวจจับสารเคมีในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์และดวงจันทร์นอกระบบได้ นับเป็นอีกความก้าวหน้าที่จะนำเราไปสู่ความสำเร็จ ในการตรวจจับสัญญาณสิ่งมีชีวิตบนดาวดวงอื่นในเร็ววัน

ที่มาข้อมูล: Phys.org และ JPL NASA