ภารกิจ Chang’e-6 ในเดือน มิถุนายน 2024 ที่สร้างความฮือฮาในวงการวิทยาศาสตร์โลก ได้เดินทางสู่ดวงจันทร์และเก็บตัวอย่างจากพื้นที่ด้านไกล ซึ่งเป็นดินแดนที่ยังไม่มีใครได้สำรวจอย่างลึกซึ้งมาก่อน จุดหมายปลายทางของ Chang’e-6 คือพื้นที่แอ่ง South Pole-Aitken (SPA) บริเวณด้านไกลของดวงจันทร์ ที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีประวัติศาสตร์ธรณีวิทยาอันซับซ้อนและแตกต่างจากด้านใกล้ที่หันหน้ามาสู่โลกเสมอ

South Pole-Aitken (SPA) คือแอ่งขนาดใหญ่บนดวงจันทร์ ซึ่งตั้งอยู่บริเวณขั้วใต้และครอบคลุมพื้นที่บางส่วนของด้านไกลของดวงจันทร์ (far side of the Moon) แอ่งนี้เป็นหนึ่งในโครงสร้างภูมิประเทศที่ใหญ่ที่สุดและเก่าแก่ที่สุดในระบบสุริยะ

แอ่ง SPA ไม่ได้เป็นเพียงแอ่งอุกกาบาตที่ใหญ่ที่สุด แต่ยังเป็นพื้นที่ที่สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับวิวัฒนาการในช่วงต้นของดวงจันทร์ การชนครั้งใหญ่ที่เกิดแอ่ง SPA อาจส่งผลกระทบต่อการกระจายตัวของวัสดุใต้ผิวและเนื้อโลกของดวงจันทร์ ตัวอย่างที่เก็บจากพื้นที่นี้จึงมีบทบาทสำคัญในการเติมเต็มช่องว่างในแบบจำลองลำดับเหตุการณ์ธรณีวิทยาของดวงจันทร์

ความแตกต่างระหว่างด้านใกล้และด้านไกลของดวงจันทร์

ความสำคัญของตัวอย่างเหล่านี้อยู่ที่การช่วยไขปริศนาความไม่สมมาตรของดวงจันทร์ (lunar dichotomy) ด้านใกล้ของดวงจันทร์เต็มไปด้วยพื้นที่มาเร (mare) ที่เกิดจากลาวาภูเขาไฟ แต่ด้านไกลกลับมีพื้นที่มาเรครอบคลุมเพียง 2% ของพื้นผิว รวมถึงมีเปลือกโลกที่หนากว่า ทำให้กิจกรรมภูเขาไฟลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับด้านใกล้

ข้อมูลจากภารกิจ Apollo, Luna และ Chang’e-5

การวิเคราะห์ตัวอย่างที่เก็บโดยภารกิจ Apollo และ Luna พบว่าการเกิดภูเขาไฟมาเรส่วนใหญ่ทั้งในด้านใกล้และด้านไกล หยุดลงก่อนประมาณ 3 พันล้านปีก่อน (Ga) อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างจากภารกิจ Chang’e-5 (CE-5) ซึ่งเก็บจากด้านใกล้ในบริเวณ Procellarum KREEP Terrane (PKT) แสดงว่าการเกิดภูเขาไฟมาเรยังคงดำเนินต่อไปจนถึง 2 พันล้านปีก่อน (Ga) และรูปแบบอื่นของภูเขาไฟอาจดำเนินต่อจนถึงประมาณ 120 ล้านปีก่อน (Ma)

ก่อนหน้าภารกิจ Chang’e-6 การที่ยังไม่มีตัวอย่างจากด้านไกลที่มากพอ ทำให้ไม่สามารถระบุได้ชัดเจนว่าภูเขาไฟมาเรในพื้นที่นั้นหยุดลงเมื่อใด แอ่ง South Pole-Aitken (SPA) ซึ่งอยู่บนด้านไกลของดวงจันทร์ เป็นแอ่งอุกกาบาตที่ใหญ่และเก่าแก่ที่สุดที่รู้จักบนดวงจันทร์ การก่อตัวของมันถูกคาดการณ์ว่าอาจส่งผลกระทบในระดับโลกต่อดวงจันทร์ ตัวอย่างจากแอ่ง SPA อาจให้ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับความไม่สมมาตรระหว่างด้านใกล้และด้านไกลของดวงจันทร์ ว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร

ตัวอย่างดินดวงจันทร์จาก Chang’e-6 ที่เปิดเผยความลับเก่าแก่

ภารกิจ Chang’e-6 ได้นำตัวอย่างดินและหินจำนวนกว่า 1,935.3 กรัม กลับมายังโลก หินที่ถูกวิเคราะห์ในงานวิจัยครั้งนี้คือ บะซอลต์ไทเทเนียมต่ำ (low-Ti basalt) ซึ่งมีอายุถึง 2.83 พันล้านปี จากการวิเคราะห์ไอโซโทป ตะกั่ว-ตะกั่ว (Pb-Pb) และ รูบิเดียม-สตรอนเชียม (Rb-Sr) นักวิทยาศาสตร์ใช้เทคนิคขั้นสูงเพื่อประเมินอายุหินและแหล่งกำเนิด ซึ่งพบว่าหินเหล่านี้ไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับ KREEP (ธาตุโพแทสเซียม ธาตุแรร์เอิร์ธ และฟอสฟอรัส) ที่มักพบในด้านใกล้

ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่า หินหนืดที่เกิดจากภูเขาไฟในพื้นที่ SPA มาจากแหล่งเนื้อโลก (mantle) ที่มีความขาดแคลนธาตุที่ไม่เข้ากัน (incompatible elements) และการระเบิดภูเขาไฟเหล่านี้หยุดลงในช่วงเวลาที่เก่าแก่กว่าที่คาดการณ์ไว้

เราได้อะไรจากเรื่องนี้ ?

1. ความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการภูเขาไฟดวงจันทร์

ตัวอย่างหินบะซอลต์ที่ได้จากภารกิจ Chang’e-6 มีคุณลักษณะเฉพาะเป็น บะซอลต์ไทเทเนียมต่ำ (low-Ti basalt) ซึ่งแตกต่างจากตัวอย่างที่ได้จากด้านใกล้ที่มีส่วนประกอบของ KREEP (ธาตุโพแทสเซียม ธาตุแรร์เอิร์ธ และฟอสฟอรัส) มากกว่า การวิเคราะห์ชี้ว่า หินหนืดที่ก่อให้เกิดหินบะซอลต์เหล่านี้มีต้นกำเนิดมาจากเนื้อโลก (mantle) ของดวงจันทร์ที่ขาดแคลนธาตุที่ไม่เข้ากัน (incompatible elements) ซึ่งถือเป็นแหล่งกำเนิดที่แตกต่างจากด้านใกล้อย่างสิ้นเชิง

การค้นพบนี้ยังทำให้เห็นถึง การหยุดตัวของกิจกรรมภูเขาไฟ ในพื้นที่แอ่ง SPA ที่เกิดขึ้นเร็วกว่าที่เคยเข้าใจ โดยตัวอย่างนี้มีอายุ 2.83 พันล้านปี ซึ่งบ่งชี้ว่ากระบวนการภูเขาไฟในพื้นที่นี้สิ้นสุดลงในช่วงเวลานั้น ข้อมูลดังกล่าวช่วยปรับปรุง แบบจำลองลำดับเหตุการณ์หลุมอุกกาบาต (lunar crater chronology) ที่ใช้ในการคำนวณอายุพื้นผิวดวงจันทร์ และอาจมีผลต่อการคำนวณลำดับเวลาของวัตถุอื่นในระบบสุริยะอีกด้วย

2. ความแตกต่างด้านธรณีวิทยาระหว่างสองฝั่ง

ดวงจันทร์แสดงถึงความ ไม่สมมาตรระดับโลก (global dichotomy) อย่างชัดเจน ด้านใกล้ซึ่งเรามองเห็นจากโลกมีลักษณะภูมิประเทศที่ราบเรียบและเต็มไปด้วยพื้นที่มาเร (mare) ซึ่งเกิดจากลาวาภูเขาไฟที่แข็งตัว ขณะที่ด้านไกลมีเปลือกโลกที่หนากว่าและแทบไม่มีพื้นที่มาเร (เพียง 2% ของพื้นผิว) การสำรวจด้วย Chang’e-6 ช่วยเสริมข้อมูลว่าการชนของอุกกาบาตขนาดใหญ่ในอดีต เช่น การก่อตัวของแอ่ง SPA อาจเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในเนื้อโลกใต้พื้นผิวดวงจันทร์ ส่งผลให้เกิดความแตกต่างด้านธรณีวิทยาระหว่างสองฝั่ง

3. การเปลี่ยนภาพรวมของดวงจันทร์ในระบบสุริยะ

ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์มีข้อมูลเกี่ยวกับดวงจันทร์จากด้านใกล้เท่านั้น ทำให้มุมมองต่อวิวัฒนาการของดวงจันทร์อาจขาดความสมบูรณ์ ตัวอย่างจากด้านไกลที่เก็บได้โดย Chang’e-6 เติมเต็มช่องว่างของข้อมูลที่สำคัญ โดยเฉพาะในเรื่องของ ความเชื่อมโยงระหว่างการเกิดภูเขาไฟกับการชนของอุกกาบาตขนาดใหญ่ ตัวอย่างเหล่านี้ยังช่วยเสริมสร้างความเข้าใจเกี่ยวกับเนื้อโลก (mantle) ในยุคแรกของดวงจันทร์ และกระบวนการที่ทำให้เกิดแหล่งหินที่มีความหลากหลายบนดวงจันทร์

4. การปรับปรุงแบบจำลองลำดับเหตุการณ์ดาราศาสตร์

ผลลัพธ์จาก Chang’e-6 ไม่เพียงช่วยปรับเทียบลำดับเวลาของดวงจันทร์ แต่ยังส่งผลต่อการสร้างแบบจำลองของวัตถุอื่นในระบบสุริยะ เช่น ดาวเคราะห์น้อยและดาวเคราะห์ที่มีลักษณะพื้นผิวคล้ายคลึงกัน การสำรวจครั้งนี้ยังช่วยวางรากฐานสำหรับการศึกษาเกี่ยวกับการชนในยุคแรกของระบบสุริยะ ซึ่งอาจมีความสัมพันธ์กับการก่อกำเนิดชีวิตบนโลก

สรุปแบบให้เข้าใจง่ายที่สุด

ข้อมูลใหม่จาก Chang’E-6 ช่วยปรับปรุงการคำนวณอายุหลุมอุกกาบาตบนดวงจันทร์ โดยระบุว่าอัตราการชนลดลงเร็วกว่าที่เคยคิด และการชนเข้าสู่ช่วงคงที่ตั้งแต่ ~2,830 ล้านปีก่อน แทนที่จะเป็น ~3,000 พันล้านปีตามแบบจำลองเดิม

ที่มา : https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt1093#f4

*ข้อมูลเพิ่มเติม

1.KREEP คืออะไร

KREEP เป็นคำย่อที่ใช้อธิบายส่วนผสมทางเคมีที่พบได้ในหินบนดวงจันทร์ ซึ่งประกอบด้วย:

พื้นที่ที่พบ KREEP มากที่สุดบนดวงจันทร์คือด้านใกล้ โดยเฉพาะบริเวณ Procellarum KREEP Terrane (PKT) ซึ่งทำให้พื้นที่ด้านใกล้มีลักษณะทางธรณีวิทยาแตกต่างอย่างชัดเจนจากด้านไกลที่ KREEP พบได้น้อยกว่าและเปลือกโลกหนากว่า

2.Incompatible elements คืออะไร

Incompatible elements หรือ “ธาตุที่ไม่เข้ากัน” บนดวงจันทร์ หมายถึงธาตุหรือสารประกอบที่มีแนวโน้มจะไม่รวมตัวอยู่ในโครงสร้างผลึกของแร่ธาตุระหว่างกระบวนการแข็งตัวของหินหนืด (magma) แต่จะสะสมตัวอยู่ในของเหลวที่ยังหลงเหลืออยู่ในหินหนืดแทน ธาตุเหล่านี้จึงมักจะพบได้ในส่วนที่เป็น ของเหลวตกค้าง (residual melt) มากกว่าที่จะอยู่ในผลึกแร่ที่ก่อตัวขึ้น

ตัวอย่างธาตุที่ไม่เข้ากันบนดวงจันทร์

• ธาตุหายาก (Rare Earth Elements – REEs) เช่น ลานทานัม (La), เซอเรียม (Ce), นีโอดิเมียม (Nd) และยูโรเพียม (Eu)
• โพแทสเซียม (K)
• ธาตุที่เกี่ยวข้องกับ KREEP (Potassium, Rare Earth Elements, และ Phosphorus)
• ยูเรเนียม (U) และทอเรียม (Th)

บริบทบนดวงจันทร์

ในกรณีของดวงจันทร์ “incompatible elements” มักเกี่ยวข้องกับวัสดุที่เรียกว่า KREEP ซึ่งเป็นเศษวัสดุที่อุดมไปด้วยโพแทสเซียม ธาตุหายาก และฟอสฟอรัส โดย KREEP เกิดจากการตกค้างของหินหนืดในช่วงท้ายของการแข็งตัวของ มหาสมุทรหินหนืดดวงจันทร์ (Lunar Magma Ocean) ซึ่งเกิดขึ้นหลังจากการชนที่ก่อตัวเป็นดวงจันทร์ในช่วงแรกของระบบสุริยะ

ธาตุที่ไม่เข้ากันมีบทบาทสำคัญในกระบวนการเกิดภูเขาไฟและวิวัฒนาการธรณีวิทยาของดวงจันทร์ รวมถึงเป็นกุญแจสำคัญในการเข้าใจประวัติศาสตร์ของมหาสมุทรหินหนืดและการเย็นตัวของดวงจันทร์