" เนินทราย " บนดาวเคราะห์ต่างๆตั้งแต่ดาวศุกร์ถึงดาวพลูโตในระบบสุริยะ

กระทู้คำถาม

ดาราศาสตร์ ธรณีวิทยา ภาพถ่ายขั้นสูง การออกแบบเพื่อสิ่งแวดล้อม หน้าต่างโลก

ทรายที่พัดผ่านเป็นระลอกคลื่นภายในปล่องวิกตอเรียที่ Meridiani Planum ที่ราบทางใต้ของเส้นศูนย์สูตรบนดาวอังคาร

ถ่ายโดย Mars Reconnaissance Orbiter ของ NASA เมื่อวันที่ 3 ต.ค. 2006

(Cr.ภาพ NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Cornell/Ohio State University)

ทุ่งเนินทรายบนโลกพบได้ทั่วไปตั้งแต่บนชายหาด ในทะเลทราย หรือแม้แต่ใต้พื้นน้ำของแม่น้ำ ทะเลสาบ และมหาสมุทร เช่นเนินทรายที่สูงตระหง่านและระลอกคลื่นทรายอันคดเคี้ยวของทะเลทรายซาฮาราในแอฟริกาหรือที่ Karakum ในเอเชียกลาง ซึ่งรูปร่าง ขนาด และทิศทางอันหลากหลายของพวกมัน ทั้งเนินทรายสมัยใหม่และเนินทรายที่บันทึกไว้ในบันทึกทางธรณีวิทยา ล้วนบอกถึงสภาพที่ก่อตัวขึ้น โดยเฉพาะการก่อตัวที่เกิดจากความแรงและรูปแบบของลม และจากกระแสน้ำในมหาสมุทร ทำให้เรามองเห็นคีย์เวิร์ดอันมีค่าสำหรับสภาพแวดล้อมและสภาพอากาศในสถานที่ต่างๆ และในช่วงเวลาต่างๆ ในประวัติศาสตร์โลก เช่นเดียวกับเนินทรายที่อยู่นอกโลก

จากการศึกษาดาวเคราะห์และวัตถุในระบบสุริยะของเรา สิ่งที่น่าสนใจที่สุดที่เราสามารถเรียนรู้ได้ก็คือ พวกมันมีอะไรที่เหมือนกันกับโลกมากน้อยเพียงใด ในขณะที่ดาวอังคารมีแผ่นน้ำแข็งขั้วโลกและลักษณะการปรากฏตัวของน้ำ ดาวศุกร์มีขนาด มวล และองค์ประกอบใกล้เคียงกับโลก และอาจเคยถูกปกคลุมไปด้วยมหาสมุทร รวมถึงวัตถุน้ำแข็งจำนวนนับไม่ถ้วนในระบบสุริยะที่ประสบกับภูเขาไฟและมีการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก แต่ด้วยน้ำแข็งและน้ำ
แทนที่จะเป็นหินหนืดซิลิเกตร้อน อีกสิ่งหนึ่งที่น่าประหลาดใจที่พวกมันมีเหมือนกันกับโลกคือ "เนินทราย" (sand dunes)

กว่า 65 ปีที่ผ่านมา ความอยากรู้เกี่ยวกับเนินทรายของดาวเคราะห์ต่างๆได้ผลักดันให้เกิดความก้าวหน้าในการสำรวจอวกาศตั้งแต่ Sputnik1 เปิดตัว แต่
เราเพิ่งเริ่มจะรู้หรือเข้าใจในสิ่งที่เราเรียนรู้ได้เกี่ยวกับวัตถุดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบสุริยะเพียงผิวเผินเท่านั้น แต่การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าสิ่งที่ไม่น่าจะเป็นไปได้เช่น เนินทราย สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับสภาพอากาศและปัจจัยแวดล้อมที่อาจประสบหากอยู่บนวัตถุดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกล เนินทรายนอกโลกเหล่านี้จึงมีคุณลักษณะที่น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งตอนนี้กำลังตรวจสอบสภาพของดาวเคราะห์ต่างๆรวมทั้งวิวัฒนาการด้านอื่นๆ

รายการปัจจุบันของทุ่งเนินทรายที่รู้จักในระบบสุริยะมีมากกว่า 8,000 แห่ง ซึ่งรวมถึงหลักฐานของกิจกรรม Aeolian (การเคลื่อนไหวของลมในการใช้ศึกษาธรณีวิทยาและสภาพอากาศ) บนพื้นผิวของวัตถุดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่มีชั้นบรรยากาศชั่วคราวด้วย (ในภาพจากซ้ายบน ตามเข็มนาฬิกา)

เป็นคุณลักษณะ Windblown บน Earth, Mars, Titan ของดาวเสาร์, Venus, Pluto และ Triton ของเนปจูน ที่ได้รับการถ่ายภาพโดยดาวเทียม

Cr. Nature Astronomy/Image adapted from Gunn and Jerolmack (2022)

Cr.https://theconversation.com/whats-it-like-to-be-on-venus-or-pluto-we-studied-their-sand-dunes-and-found-some-clues-181241

ในการศึกษาใหม่โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Monash และมหาวิทยาลัย Pennsylvania ค้นพบว่า ดาวเคราะห์หลายดวงในระบบสุริยะของเรามีเนินทรายบนพื้นผิวของมันในรูปแบบที่แตกต่างกัน คุณลักษณะเหล่านี้ยังบ่งชี้ว่ากลไกของการก่อตัวของเนินทรายมีอยู่ทั่วไปทั่วทั้งระบบสุริยะ ดังนั้นการค้นพบนี้อาจนำไปสู่วิธีการใหม่ในการประเมินสภาพพื้นผิวของดวงจันทร์และดาวเคราะห์ต่างๆ และอาจมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญสำหรับภารกิจหุ่นยนต์และลูกเรือในอนาคตที่จะไปทำการศึกษาอย่างใกล้ชิด

งานวิจัยดังกล่าวดำเนินการโดย Andrew Gunn อาจารย์สอนวิชาภูมิศาสตร์กายภาพที่ School of Earth, Atmosphere and Environment มหาวิทยาลัย Monash เมืองวิกตอเรีย ประเทศออสเตรเลียและ Douglas J. Jerolmack ศาสตราจารย์ภาควิชาวิทยาศาสตร์โลกและสิ่งแวดล้อมและวิศวกรรมเครื่องกลและกลศาสตร์ประยุกต์ที่มหาวิทยาลัย Pennsylvania ในบทความที่อธิบายการค้นพบของพวกเขาคือ "เงื่อนไขสำหรับการเคลื่อนย้ายแบบ Aeolian ในระบบสุริยะ" (Conditions for aeolian transport in the Solar System) ซึ่งได้รับการตีพิมพ์เมื่อวันที่ 19 พ.ค.2022 ในวารสาร Nature Astronomy

ตามที่ระบุในเอกสาร การมีอยู่ของเนินทรายสามารถใช้อนุมานว่ามีสภาวะใดอยู่บนพื้นผิวของวัตถุทางดาราศาสตร์ โดยพวกเขาพิจารณาเกณฑ์ 2 ข้อที่ จำเป็นสำหรับการก่อตัวของเนินทราย ประการแรกคือการปรากฏตัวของตะกอนหลวมที่แข็งแรงพอที่จะอยู่รอดจากการกัดเซาะได้ สอง ลมที่เร็วพอที่จะ เคลื่อนย้ายตะกอนเหล่านี้ไปทั่วพื้นผิวได้แต่ไม่เร็วพอที่จะพาขึ้นไปในชั้นบรรยากาศ โดย Gunn อธิบายว่า สิ่งนี้คล้ายกับการศึกษาความสามารถในการอยู่อาศัยได้ (Goldilocks) และการปรากฏตัวของเนินทรายบนโลกเหล่านี้บ่งบอกว่าเป็นไปตามเงื่อนไขดังกล่าว จนถึงตอนนี้ การวัดลมและตะกอนโดยตรงทำได้เฉพาะบนโลกและดาวอังคารเท่านั้น อย่างไรก็ตาม พวกเขาก็ยังทำการสังเกตลักษณะตะกอนที่เกิดจากลมพัดบนวัตถุอื่นๆ (แม้กระทั่งดาวหาง) โดยดาวเทียมด้วย

ระลอกคลื่นลมบนเนินทราย Bagnold บนดาวอังคาร ถ่ายภาพโดยยานสำรวจ Curiosity(Cr.ภาพ NASA/JPL-Caltech/MSSS)

สำหรับการศึกษาของ Gunn และ Jerolmack มุ่งเน้นไปที่ Venus, Earth, Mars, Titan (ดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์), Triton (ดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเนปจูน) และ Pluto ซึ่งในทุกกรณี พวกเขาได้สังเกตเห็นการมีอยู่ของลักษณะคล้ายเนินทรายและข้อบ่งชี้ว่าพื้นผิวของดาวเคราะห์เหล่านี้เป็นแบบไดนามิก (เคลื่อนไปตามกาลเวลา) การสังเกตเหล่านี้เป็นหัวข้อถกเถียงกันมานานหลายทศวรรษ เนื่องจากสภาพแวดล้อมของดาวเคราะห์เหล่านี้แตกต่างกันอย่างน่าทึ่ง ตัวอย่างเช่นทั้ง Triton และ Pluto มีชั้นบรรยากาศที่บางมากซึ่งเชื่อกันว่าไม่สามารถเคลื่อนย้ายตะกอนได้

ในขณะที่ดาวอังคารมีชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นกว่า แต่นักวิทยาศาสตร์ยังมองว่ามันก็ยังบางเบาเกินไปที่จะสร้างความเร็วลมที่ต้องการเพื่อสร้างพายุฝุ่นขนาดใหญ่และระบบเนินทรายที่กว้างขวาง ในทางกลับกัน Titan มี "ตะกอน" ไฮโดรคาร์บอนอยู่มากมายบนพื้นผิวของมัน และมีบรรยากาศที่หนาแน่นที่สามารถสร้างลมแรงได้ เช่นเมื่อครั้งในระหว่างการร่อนลงสู่ชั้นบรรยากาศ การลงจอดของยานสำรวจหุ่นยนต์ Huygens ทำความเร็วลมได้ถึง120 ม./วินาที (430 กม./ชม.; 267 ไมล์) ในบรรยากาศชั้นบน แม้ความเร็วลมที่เข้าใกล้พื้นผิวค่อนข้างอ่อน (เพียงไม่กี่เมตร/วินาที) แต่ก็ยังแรงพอที่จะพัดพาตะกอนได้

ส่วนดาวศุกร์ซึ่งมีบรรยากาศหนาแน่นจนแทบหายใจไม่ออก (100 เท่าของโลก) และมีอุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยที่ร้อนพอที่จะละลายตะกั่วได้ ก็ยังมีเนินทรายขนาดใหญ่ที่บ่งบอกถึงความสามารถในการเคลื่อนตัวของตะกอนบนพื้นผิว ในลักษณะเดียวกับที่ลมและน้ำทำบนโลก ดังนั้น เพื่อช่วยแก้ไขข้อโต้แย้ง กับคำถามที่ว่าเนินทรายสามารถดำรงอยู่ในสภาพแวดล้อมที่แปลกใหม่และแตกต่างกันได้อย่างไร Gunn และ Jerolmack ได้สร้างแบบจำลองที่คาดการณ์ความเร็วลมที่ต้องการในการเคลื่อนตัวของตะกอน และตะกอนนั้นจะแตกตัวได้ง่ายเพียงใดในลมเหล่านั้น

เนินทรายที่มีน้ำแข็งปกคลุมในปล่องบนที่ราบทางเหนือของดาวอังคารมองเห็นได้ในภาพนี้ซึ่งถ่ายโดยกล้อง High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) บนยาน Mars Reconnaissance Orbiter

Cr.NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

แบบจำลองนี้เป็นผลจากการศึกษาก่อนหน้านี้ที่ตรวจสอบการสัมผัส ก๊าซที่ผ่านการกรอง และกลไกทางสถิติและการยึดเกาะของลักษณะเนินทรายบนโลกทั้ง 6 เหล่านี้ รวมทั้งจากข้อมูลที่ได้รับในภารกิจหุ่นยนต์จำนวนมาก เช่น Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ภารกิจ Cassini-Huygens และภารกิจ New Horizons ซึ่งดำเนินการบินผ่านดาวพลูโตเป็นครั้งแรกเมื่อ 14 ก.ค.2015 จากนั้นนำมาทดสอบเพื่อพิจารณาตัวแปรต่างๆ เช่น แรงโน้มถ่วง องค์ประกอบในบรรยากาศ อุณหภูมิพื้นผิว และความแรงของตะกอน

ผลลัพธ์เผยให้เห็นว่า ทรายที่พัดด้วยลมทำให้เกิดฝุ่นบนดาวอังคารมากกว่าบนโลก หมายความว่าแบบจำลองนี้ไม่สามารถดักจับลม "katabatic" ของดาวอังคารได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพราะลมหนาวพัดกระโชกแรงที่พัดตะกอนลงมาตามเนินเขาเหล่านี้เกิดขึ้นในเวลากลางคืน สำหรับ Pluto พวกเขาพบว่าความเร็วลมจะต้องเร็วอย่างมากในการเคลื่อนย้ายตะกอนที่ประกอบด้วยก๊าซมีเทนหรือน้ำแข็งไนโตรเจน สิ่งนี้ทำให้เกิดการถกเถียงว่า "เนินทราย" บนที่ราบ Sputnik Planitia ของดาวพลูโต อาจเป็นการระเหิดคลื่นมากกว่าเป็นเนินทราย

อย่างไรก็ตาม แม้ผลการศึกษานี้อาจมีนัยสำคัญสำหรับการวิจัยในอนาคตเกี่ยวกับดาวเคราะห์และดาวเทียมธรรมชาติ เช่น ข้อมูลที่ได้รับจากยานอวกาศ Galileo ที่เผยให้เห็นลักษณะคล้ายเนินทรายบนดวงจันทร์ Io ของภูเขาไฟดาวพฤหัสบดี ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ก็ยังกังขาเช่นกัน เนื่องจากบรรยากาศของมันบางเกินไปที่จะรองรับสิ่งใดๆ ได้ ยกเว้นลมที่อ่อนที่สุด (แต่ผลการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้พบว่ากลไกของภูเขาไฟมีส่วนรับผิดชอบต่อการก่อตัวของพวกมัน)

แต่การศึกษาดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของการรวมการจำลองขั้นสูงกับการสังเกตทางดาราศาสตร์ ด้วยการสร้างแบบจำลองที่สามารถทำนายการเคลื่อนย้ายตะกอนในโลกอื่น และในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ก่อนทศวรรษจะสิ้นสุดลง การศึกษาเหล่านี้จะได้รับประโยชน์มากขึ้นจากภารกิจหุ่นยนต์มากมายที่จะออกไปสำรวจเช่น ภารกิจรถแลนด์โรเวอร์ Rosalind Franklin ของ ESA บนดาวอังคาร, ยานอวกาศ Mangalyaan2 ของอินเดีย, Mars Exploration of Life and Organism Search (MELOS) ของ JAXA และ NASA-ESA Sample Return Mission (SRM)

ภาพความละเอียดสูงนี้ถ่ายโดยยานอวกาศ New Horizons ของ NASA แสดงให้เห็นพื้นที่กว้างใหญ่ที่สว่างสดใสของด้านตะวันตก

ของ "หัวใจ" ของดาวพลูโตหรือ Sputnik Planitia ซึ่งอุดมไปด้วยไนโตรเจน คาร์บอนมอนอกไซด์ และน้ำแข็งมีเทน

Cr.NASA/JHUAPL/SwRI

Cr.https://www.nasa.gov/feature/scientists-probe-mystery-of-pluto-s-icy-heart