ปริศนาสนิมบนดวงจันทร์

เมื่อไม่นานมานี้ปริศนาการเกิดสนิมบนดวงจันทร์เป็นที่ถูกพูดถึงกันอย่างกว้างขวาง เมื่อนักวิทยาศาสตร์ยืนยันว่าบนดวงจันทร์มีร่องรอยของ Hematite (Fe2O3)
ซึ่งเป็นหนึ่งในรูปแบบของสนิมเหล็ก เนื่องจากมันขัดกับองค์ความรู้เดิมที่ว่าบนดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศเหมือนบนโลก นั่นหมายความว่าไม่มีอ็อกซิเจน
ซึ่งการเกิดเหล็กออกไซด์ในปฏิกิริยา Oxidation ต้องอาศัยน้ำและออกซิเจนในการเกิดปฎิกิริยาโดยปกติการเกิดสนิมเหล็กเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาที่เรียกว่าปฏิกิริยาออกซิเดชั่น (Oxidation reaction) ซึ่งการจะเกิดปฏิกิริยา Oxidation ชนิดที่ทำให้เกิดสนิมเหล็ก 2 สิ่งที่ต้องมี คือ ออกซิเจนและน้ำ โดย Oxygen จะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ (Oxidizing agent) ส่วนเหล็กจะทำหน้าที่เป็นตัวถูกรีดิวซ์ (Reducing agent)เมื่อมีหยดน้ำมาเกาะบนผิวของเหล็ก ตรงกลางของหยดน้ำจะทำหน้าที่เป็นขั้วบวก (Anode) ส่วนผิวโลหะตรงขอบของหยดน้ำซึ่งมี Oxygen อยู่ทำหน้าที่เป็นขั้วลบ (Cathode) โดยโลหะ (Fe) บริเวณขั้ว Anode สูญเสียอิเล็กตรอนให้กับบริเวณ Cathode กลายเป็น iron(II) ions ออกซิเจนที่อยู่บริเวณ Cathode รับอิเล็กตรอนจาก Anode และถูกรีดิวซ์กลายเป็น Hydroxide ions
ถึงตอนนี้เรามีอยู่สองอย่างคือ iron(II) ions และ Hydroxide ions เมื่อสองตัวนี้รวมกันจะเกิดเป็น iron(II) hydroxide ซึ่ง iron(II) hydroxide จะถูก Oxidize โดยออกซิเจนซ้ำกลายเป็น Hydrated iron(III) oxide (Fe2O3.xH2O) หรือสนิมนั่นเอง จะเห็นได้ว่าน้ำและออกซิเจนจำเป็นต่อการเกิดสนิมเป็นอย่างมาก
จึงนำมาสู่คำถามที่ว่า แล้วสนิมมันไปเกิดบนดวงจันทร์ได้อย่างไรในปี 2008 ISRO หรือองค์การวิจัยอวกาศอินเดียใช้อุปกรณ์สำหรับสร้างแผนที่ทรัพยากรที่เรียกว่า Moon Mineralogy Mapper instrument (M3) บนยาน Chandrayaan-1 สำรวจพื้นผิวของดวงจันทร์ด้วยการตรวจ Spectrum ของพื้นผิว เพื่อยืนยันการมีอยู่ของน้ำแข็งในบริเวณขั้วเหนือและขั้วใต้ของดวงจันทร์ จากการสำรวจโดยอุปกรณ์ M3 พบว่าน้ำแข็งส่วนใหญ่อยู่ที่หลุมอุกกาบาตใกล้ขั้วดวงจันทร์ซึ่งมีอุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่า -156 องศาเซลเซียสแต่นอกจากจะพบน้ำแข็งแล้วยังพบอย่างอื่นอีกด้วย
โดยปกติบนดวงจันทร์มีหินที่มีส่วนประกอบของเหล็กเป็นจำนวนมากอยู่แล้วแต่นักวิทยาศาสตร์ดันไปเจอร่องรอยของ Hematite ซึ่งเป็น Iron oxide แทน และการที่จะเกิดเหล็กออกไซด์จำเป็นต้องมีน้ำที่เป็นของเหลวและออกซิเจน ซึ่งของพวกนั้นไม่น่าจะมีอยู่บนดวงจันทร์ด้วยซ้ำ
แล้ว Hematite มาจากไหนการจะเกิดปฏิกิริยาการเกิดสนิมบนดวงจันทร์ไม่ได้เกิดขึ้นยากเพียงเพราะว่าบนดวงจันทร์ไม่มีออกซิเจนและน้ำเพียงอย่างเดียว ลมสุริยะจากดวงอาทิตย์ซึ่งมีอนุภาคที่มีประจุเป็นจำนวนมากซึ่งส่วนใหญ่เป็น Hydrogen ซึ่ง Hydrogen เป็นอนุภาคที่ทำให้การเกิดสนิมนั้นยากขึ้นกว่าเดิมอีก Hydrogen โดยตัวมันเองจะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ซึ่งให้อิเล็กตรอนแก่วัตถุที่มันทำปฏิกิริยาด้วยในที่นี้คือเหล็ก หมายความว่ามันให้อิเล็กตรอนกับเหล็กแทนกลายเป็น Hydrogen ถูกออกซิไดซ์ส่วนเหล็กถูกรีดิวซ์และได้อิเล็กตรอน แต่การเกิดสนิมมันตรงข้ามกันคือเหล็กต้องเป็นตัวถูกออกซิไดซ์และเสียอิเล็กตรอน ไม่ใช่ได้อิเล็กตรอน ซึ่งที่โลกของเรายังมีสนิมเป็นเพราะว่าเรามีสนามแม่เหล็กที่คอยพัดอนุภาคที่มีประจุจากลมสุริยะออกไปในขณะที่ดวงจันทร์ไม่มี หมายความว่า Hydrogen จะกระทบผิวดวงจันทร์แบบจัง ๆ เลยนั่นเองนักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าการเกิดสนิมบนดวงจันทร์นั้นอาจจะไม่ต้องพึงออกซิเจนจากตัวมันเองก็ได้ แต่พึงจากที่อื่นแทน เช่น โลกของเรา ในขณะที่ลมสุริยะพัดผ่าน Magnetosphere นั้น อนุภาคของลมสุริยะจะวิ่งอ้อมโลกไปตาม Magnetotail และระหว่างที่มันผ่านโลกนั้น มีโอกาสที่ส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศโลกจะถูกมันพัดไปกับลมสุริยะไปตาม Magnetotail ได้ และหากดวงจันทร์อยู่ข้างหลักโลกพอดีดวงจันทร์ก็จะโดนกลุ่มของอากาศส่วนหนึ่งจากโลกเราที่มีออกซิเจนอยู่ด้วยกระทบนั่นเอง
ซึ่งนี่สอดคล้องกับค่า Hematite ที่ตรวจจับได้ระหว่างด้านใกล้ของดวงจันทร์ (ด้านหน้า) และด้านไกลของดวงจันทร์ (ด้านหลัง) ซึ่งพบว่าด้านใกล้มี Hematite มากกว่าด้านไกล บ่งบอกว่าด้านที่โดนลมสุริยะมากกว่าทำให้เกิด Hematite มากกว่า สนับสนุนสมมติฐานว่าลมสุริยะและสนามแม่เหล็กโลกอาจมีส่วนในการพาออกซิเจนไปยังพื้นผิวดวงจันทร์นอกจากนี้สนามแม่เหล็กโลกยังทำหน้าที่เบี่ยงอนุภาค Hydrogen (ซึ่งเป็นตัวรีดิวซ์ที่สามารถขัดขวางการเกิดสนิม) ออกจากวงโคจรของดวงจันทร์ได้ด้วย
โดยเฉพาะช่วง Full Moon Phase ที่ดวงจันทร์อยู่ข้างหลัง Magnetotail พอดี ซึ่งระหว่าง Full Moon Phase ไม่มี Hydrogen มารบกวนทำให้การเกิดปฏิกิริยา Oxidation เป็นไปได้ แต่ก็ยังมีปัญหา จะเอาน้ำจากไหน? เพราะว่าพื้นที่ที่พบ Hematite นั้นอยู่ไกลจากกลุ่มของน้ำแข็งที่ขั้วดวงจันทร์พอสมควร (และน้ำแข็งก็ไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วย) นักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานว่าอาจเกิดจากฝุ่นบนดวงจันทร์ซึ่งอาจเกิดจากการชนของอุกกาบาตทำให้ดินบนดวงจันทร์ลอยขึ้นสู่อวกาศแล้วตกกลับลงมาด้วยความเร็ว ซึ่งฝุ่นที่ตกกลับลงมาด้วยความเร็วอาจทำให้โมเลกุลของน้ำที่มีอยู่น้อยนิดในดินของดวงจันทร์แตกออกและผสมกับพื้นผิวของเหล็ก หรือแม้แต่ตัวอุกกาบาตที่ชนเข้ากับดวงจันทร์ก็อาจจะมีน้ำซึ่งทั้งหมดนี้จะต้องเกิดพร้อม ๆ กัน คือดวงจันทร์ต้องอยู่หลังโลกพอดีแล้วกลุ่มของอากาศจากโลกถูกลมสุริยะพัดมาโดนดวงจันทร์พอดี แล้วก็จะต้องมีเศษของฝุ่นที่ตกลงมากระทบผิว ทำให้โมเลกุลน้ำในตัวฝุ่นเองหรือตัวดินเองแตกกระจายออก มันจึงจะต้องเป็นความบังเอิญที่เกิดขึ้นยากมาก ๆ แต่ก็เป็นไปได้ว่าน้ำอาจจะมาจากไอน้ำของอากาศของโลกที่ถูกลมสุริยะพัดมาด้วย ซึ่งในตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถสรุปได้ว่า ทำไมถึงมีสนิมบนดวงจันทร์ทั้ง ๆ ที่บนดวงจันทร์ไม่มีปัจจัยที่จำเป็นต่อกาคืนรเกิดปฏิกิริยา Oxidation
ฉะนั้นโครงการ Artemis ที่จะกลับไปสำรวจดวงจันทร์ให้มากขึ้นในเร็ว ๆ นี้จึงกลายเป็นภารกิจที่กำลังจะเป็นภารกิจที่แบกความหวังว่ามนุษยชาติจะสามารถไขปริศนาเรื่องสนิมบนดวงจันทร์ด้วยการส่งยานสำรวจทรัพยากรจำนวนมาก รวมถึงยานสำรวจธรณีวิทยาด้วย JPL เองก็กำลังสร้างยานสำรวจทรัพยากรลำใหม่ชื่อว่า Lunar Trailblazer พร้อมอุปกรณ์เวอร์ชั่นอัพเกรดของ M3 เรียกว่า HVM3 (High-resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper) ซึ่งจะถูกใช้ในการทำแผนที่ทรัพยากรน้ำของดวงจันทร์ใหม่
อ้างอิง
The Moon Is Rusting, and Researchers Want to Know Why จาก www.nasa.gov
แก้ไขข้อความเมื่อ
แสดงความคิดเห็น
Preview
อ่านกระทู้อื่นที่พูดคุยเกี่ยวกับ  อวกาศ องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA)
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่