หลักฐานจากก้อนกรวดที่แสดงถึงก้นลำธารบนดาวอังคารในอดีต

Share

จากการวิเคราะห์และตรวจสอบอย่างละเอียดทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตีความถึงชั้นหินโผล่ที่เต็มไปด้วยก้อนกรวดขนาดเล็ก ซึ่งสำรวจโดยรถหุ่นยนต์สำรวจพื้นผิวดาวอังคาร Curiosity เมื่อปีที่แล้ว พบว่าชั้นหินนี้เป็นส่วนหนึ่งของพื้นลำธารในสมัยโบราณ

รูปที่ 1 ภาพถ่ายจากรถหุ่นยนต์ Curiosity ขององค์การ NASA แสดงถึงชั้นหินโผล่บนพื้นผิวดาวอังคารที่ชื่อว่า “Link” ซึ่งบริเวณอื่นๆรอบชั้นหินโผล่นี้ถูกปกคลุมไปด้วยฝุ่นสีแดงอมน้ำตาล ขณะที่ชั้นหินโผล่มีลักษณะที่เต็มไปด้วยรอยแตก และมีพื้นผิวที่ถูกฝุ่นปกคลุมน้อยกว่า นอกจากนี้ ชั้นหินโผล่นี้ยังเป็นหินกรวดมน ซึ่งมีเศษชิ้นส่วนที่มีลักษณะเป็นก้อนกรวดมน (Clast) และมีขนาดที่หลากหลายไปจนถึงขนาดไม่กี่เซนติเมตร ฝังกระจายตัวอยู่ในเนื้อหินที่มีสีขาว 

[Credit รูป: NASA/JPL-Caltech/MSSS]

 

        ชั้นหินโผล่ [1] เหล่านี้เป็นหินก้อนแรกๆที่ถูกค้นพบบนดาวอังคารที่มีก้อนกรวดก้นลำธารประกอบอยู่ ซึ่งขนาดของก้อนกรวดที่ฝังอยู่ในหินกรวดมน [2] มีขนาดตั้งแต่เม็ดทรายไปจนถึงขนาดประมาณลูกกอล์ฟ ทำให้นักวิจัยสามารถศึกษาถึงระดับความลึกของทางน้ำและความเร็วของกระแสน้ำที่เคยไหลผ่านพื้นที่นี้มาก่อนในอดีต

 

        “เราได้ศึกษาชั้นหินโผล่ในจำนวนมากขึ้น เพื่อศึกษาการกระจายค่าของขนาดกับความกลมของก้อนกรวดขนาด เล็กและเม็ดทรายที่ประกอบกันเป็นหินกรวดมนเหล่านี้” Rebecca Williams จากสถาบันวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ (Planetary Science Institute) จากรัฐแอริโซนา สหรัฐฯ ได้กล่าวไว้ เธอยังเป็นผู้วิจัยหลักของรายงานการวิจัยเกี่ยวกับชั้นหินโผล่บนดาวอังคารนี้ ที่ได้ตีพิมพ์ลงวารสารการวิจัย Science “ผลการคำนวณในงานศึกษาของเรา เหมือนกันกับค่าที่เราประมาณกันในตอนแรกเมื่อช่วงฤดูใบไม้ร่วงที่ผ่านมา โดยธารน้ำไหลในอดีตนี้น่าจะมีอัตราเร็วในการไหลอย่างน้อยที่สุดใกล้เคียงกับจังหวะก้าวเดินของมนุษย์ (ราว 1 เมตร/วินาที) และมีความลึกตั้งแต่ระดับประมาณข้อเท้าไปจนถึงระดับสะโพก

 

รูปที่ 2 รถหุ่นยนต์ Curiosity ได้ตรวจพบหลักฐานถึงลำธารที่เคยไหลอยู่บนพื้นผิวดาวอังคารบางบริเวณในอดีต รวมถึงชั้นหินโผล่ที่ปรากฏในภาพนี้ ซึ่งเป็นชั้นหินโผล่ชื่อ “Hottah” ที่มีชื่อตามทะเลสาบ Hottah ที่อยู่บริเวณตะวันตกเฉียงเหนือของแคนาดา  

[Credit รูป: NASA/JPL-Caltech/MSSS]

 

        รถหุ่นยนต์ Curiosity ได้ใช้กล้องที่ติดอยู่กับเสากระโดงของยาน (กล้อง Mastcam) [3] ถ่ายภาพจากระยะไกลไปยังชั้นหินโผล่ 3 แห่ง ระหว่างช่วงเวลา 40 วันแรกที่รถหุ่นยนต์คันนี้สำรวจดาวอังคาร ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ใช้ข้อมูลภาพดังกล่าวสำหรับงานวิจัยชิ้นนี้ โดยชั้นหินโผล่แรก ชื่อว่า “Goulburn” ซึ่งอยู่ใกล้กันกับพื้นที่ลงจอดของรถหุ่นยนต์ (พื้นลงจอดนี้ถูกตั้งชื่อว่า Bradbury Landing Site) ส่วนชั้นหินโผล่ที่เหลือซึ่งมีชื่อว่า “Link” และ “Hottah” อยู่ห่างจากพื้นที่ลงจอดไปทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ออกไปราว 50 เมตร และ 100 เมตร ตามลำดับ นักวิทยาศาสตร์ยังได้ใช้อุปกรณ์สำหรับถ่ายภาพและยิงแสงเลเซอร์เพื่อศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของดินและหิน (อุปกรณ์ ChemCam) [4] ในการศึกษาชั้นหินโผล่ Link ด้วย

        “หินกรวดมนเหล่านี้ดูคล้ายคลึงกับร่องรอยการทับถมสะสมตัวที่เกิดบนก้นลำธารบนพื้นโลก” William กล่าวต่อผู้คนส่วนใหญ่อาจคุ้นเคยกับก้อนหินกลมมนขนาดเล็กที่อยู่ตามทางน้ำ โดยคุณเองก็อาจเคยหยิบก้อนหินกลมๆผิวเรียบมาขว้างจนกระดอนไปตามผิวน้ำ ซึ่งการพบบางสิ่งบนดาวเคราะห์ดวงอื่นที่ใกล้เคียงกับสิ่งที่พบได้บนโลกนั้นน่าสนใจ

        ซึ่งก้อนกรวดขนาดเล็กนั้นไม่ได้กระจายตัวอย่างสม่ำเสมออยู่ในหินกรวดมน โดยในชั้นหินโผล่ Hottah นักวิจัยได้พบว่ามีชั้นของก้อนกรวดขนาดเล็กวางตัวสลับไปกันกับชั้นทราย ลักษณะเช่นนี้สามารถพบได้ในการทับถมสะสมตัวในพื้นลำธารบนโลก ทำให้สามารถใช้เป็นหลักฐานว่าเคยมีทางน้ำไหลบนพื้นผิวดาวอังคาร นอกจากนี้ การที่ก้อนกรวดขนาดเล็กมีรูปร่างกลมมน ซึ่งมาจากการขัดถูกับกรวดก้อนอื่นๆหลายครั้ง แสดงให้เห็นว่าก้อนกรวดเหล่านี้เคยผ่านการกลิ้งไปตามพื้นลำธาร

 

รูปที่ 3 ภาพถ่ายเปรียบเทียบระหว่างชั้นหินโผล่ “Link” ที่อยู่บนดาวอังคาร (รูปซ้าย) กับหินบนโลกที่มีลักษณะใกล้เคียงกัน (รูปขวา) ซึ่งชั้นหินโผล่ Link มีก้อนกรวดมนขนาดเล็กจำนวนมาก เป็นหลักฐานถึงการไหลของกระแสน้ำในลำธารที่เคยปรากฏบนดาวอังคารในอดีต

[Credit รูป: NASA/JPL-Caltech/MSSS & PSI]

 

        “เราได้วิเคราะห์เกี่ยวกับความกลมมนของก้อนกรวดขนาดเล็กเหล่านี้ ซึ่งบ่งชี้ถึงข้อมูลอื่นๆตามมา” Sanjeev Gupta จาก imperial College ในกรุงลอนดอน หนึ่งในนักวิจัยร่วมได้กล่าวไว้ความกลมมนนี้บ่งชี้ถึงการไหลของกระแสน้ำอย่างต่อเนื่อง ซึ่งก้อนกรวดจะเคลื่อนชน ขัดถูหรือเสียดสีกับกรวดก้อนอื่นๆนับหลายครั้ง การไหลของน้ำที่ว่าเป็นการไหลอย่างต่อเนื่อง ไม่ใช่การไหลเพียงครั้งเดียวนั้น อาจจะนานระดับหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน ซึ่งเราไม่สามารถระบุเจาะจงไปได้ว่านานเท่าไหร่นักวิจัยกลุ่มนี้ยังประมาณด้วยว่าการไหลของทางน้ำทำให้ก้อนกรวดเคลื่อนที่ไปเป็นระยะทางไม่กี่กิโลเมตร

 

รูปที่ 4 ภาพถ่ายความละเอียดสูงจากกล้อง Mastcam ของรถหุ่นยนต์ Curiosity แสดงพื้นที่ Goulburn Scour ซึ่งเป็นชั้นหินโผล่ที่เกิดขึ้นเนื่องจากพื้นที่ดังกล่าวถูกไอพ่นจากเครื่องยนต์จรวดของตัวหย่อนรถหุ่นยนต์ลงสู่พื้นผิว (Descent Stage) เป่าให้ชั้นฝุ่นที่ปกคลุมผิวบนแต่เดิมฟุ้งออกไป

ในภาพนี้แสดงชั้นของก้อนกรวดขนาดเล็กในพื้นที่สี่เหลี่ยมผืนผ้าและภาพขยายพื้นที่ดังกล่าว (ทางมุมล่างซ้ายของภาพ) ภาพใหญ่นี้ยังแสดงถึงหินกรวดมนที่มีก้อนกรวดขนาดเม็ดทราย (Sandy conglomerate) และชั้นตะกอน (Sedimentary layer) ที่เกิดขึ้นเนื่องจากน้ำที่ปรากฏบนพื้นผิวดาวอังคารในอดีตนานมาแล้ว

[Credit ภาพ: NASA/JPL-Caltech/MSSS]

 

        การที่รถหุ่นยนต์ Curiosity ตรวจพบหินเหล่านี้ ซึ่งบ่งชี้ถึงลักษณะของธารน้ำไหลที่เคยมีในอดีต และหินกรวดมนเหล่านี้ยังบ่งชี้ต่อเนื่องไปอีกว่า สภาพบรรยากาศของดาวอังคารในอดีตนานมาแล้ว สามารถทำให้น้ำคงรูปในสถานะของเหลวบนพื้นผิวได้ ถึงแม้ว่าชั้นบรรยากาศของดาวอังคารในปัจจุบันนี้ เบาบางเกินไปที่จะคงให้น้ำอยู่ในสถานะของเหลวบนพื้นผิวดาวได้ (แต่ดาวอังคารก็มีน้ำแข็งอยู่เป็นปริมาณมาก

        ในระหว่างช่วงเวลาปฏิบัติภารกิจหลัก 2 ปีของรถหุ่นยนต์ Curiosity นักวิจัยได้ใช้อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ 10 อย่างบนรถหุ่นยนต์คันนี้ ทำการศึกษาถึงประวัติความเป็นมาของสภาพแวดล้อมต่างๆบริเวณหลุมอุกกาบาต Gale บนดาวอังคาร ซึ่งพบหลักฐานว่า สภาพแวดล้อมในบริเวณดังกล่าวในอดีตนานมาแล้วนั้น ค่อนข้างเหมาะสมต่อการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตพวกจุลชีพ

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

แปลและเรียบเรียงโดย
พิสิฏฐ นิธิยานันท์
เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์

 

แหล่งที่มาของข่าว
http://solarsystem.nasa.gov/news/display.cfm?News_ID=43789

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

เพิ่มเติมจากผู้แปลและเรียบเรียง

 

[1] ชั้นหินโผล่ (Outcrop) เป็นชั้นหิน (Bedrock) ที่อยู่ลึกลงไปใต้ชั้นผิวดิน ที่ปรากฏออกมาให้เห็นบนพื้นผิวดาวเคราะห์หินหรือดาวบริวาร รวมถึงการทับถมสะสมตัวของตะกอนในระดับตื้น (Superficial deposits)

 

[2] หินกรวดมน (Conglomerate) เป็นหินตะกอน (Sedimentary rock) ประเภทหนึ่งที่ประกอบด้วยก้อนกรวด (Clast) รูปร่างกลมมนที่มีขนาดใหญ่กว่า กับเนื้อหิน (Matrix) ที่มีขนาดอนุภาคเล็กกว่า ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมประสาน (Cement) ระหว่างก้อนกรวดมนให้เกาะยึดกันเป็นก้อนหิน ซึ่งแตกต่างจากหินกรวดเหลี่ยม (Breccia) ที่เป็นหินตะกอน และมีก้อนกรวดขนาดมากกว่า 2 มิลลิเมตรเหมือนกัน ตรงที่รูปร่างของก้อนกรวดในหินต่างกัน (รูปร่างกลมมน กับรูปร่างเป็นเหลี่ยมมุม

 

รูปที่ 5 หินกรวดมนจาก Hertfordshire ในสหราชอาณาจักร ที่ถูกตัดออกมาเป็นแผ่นสี่เหลี่ยมบาง ขนาด 11x9x1.5 เซนติเมตร เพื่อแสดงให้เห็นถึงก้อนกรวดที่มีขนาดใหญ่กว่า ถูกเชื่อมประสานด้วยเนื้อหินที่มีขนาดอนุภาคเล็กกว่า
[Credit ภาพ: The Hunterian Museum & Art Gallery, University of Glasgow]

 

        การแบ่งประเภทของหินกรวดมนยังขึ้นกับความกลมมน (Rounding) และการคัดขนาด (Sorting) ของก้อนกรวด โดยแบ่งได้ดังนี้

การแบ่งประเภทหินกรวดมนตามเนื้อหิน

- Paraconglomerate: หินกรวดมนที่มีเนื้อหินตั้งแต่ 15% ขึ้นไป ซึ่งอนุภาคในเนื้อหินจะมีขนาดเท่าเม็ดทรายหรือเล็กกว่า 2 มิลลิเมตรลงไป
- Orthoconglomerate: หินกรวดมนที่มีเนื้อหินน้อยกว่า 15%
- Metaconglomerate: หินกรวดมนที่ผ่านกระบวนการแปรสภาพ (Metamorphism)

การแบ่งประเภทหินกรวดมนตามลักษณะชนิดของหินที่เป็นก้อนกรวด (Clast lithology)

- Monomict: หินกรวดมนที่มีก้อนกรวดเป็นหินชนิดเดียวกันทั้งหมด
- Oligomict: หินกรวดมนที่มีก้อนกรวดเป็นหินไม่กี่ชนิด
- Polymict: หินกรวดมนที่มีก้อนกรวดเป็นหินหลากหลายชนิด
- Intraformational: หินกรวดมนที่ถูกตรวจพบว่าก้อนกรวดมีหมวดหิน (Formation) เดียวกันกับหินบริเวณเดียวกัน
- Extraformational: หินกรวดมนที่ถูกตรวจพบว่าก้อนกรวดมีต้นกำเนิดมาจากหินที่เก่ากว่าหมวดหินในบริเวณที่พบหินกรวดมน

การแบ่งประเภทหินกรวดมนตามขนาดของก้อนกรวด (Clast size) ส่วนใหญ่

โดยขนาดของก้อนกรวดสามารถแบ่งกลุ่มได้ ดังนี้ 

- Granule: ก้อนกรวดขนาด 2-4 มิลลิเมตร
- Pebble: ก้อนกรวดขนาด 4-64 มิลลิเมตร สำหรับคำว่าก้อนกรวดขนาดเล็กที่ปรากฏในข่าวนี้จะหมายถึงกลุ่มนี้
- Cobble: ก้อนกรวดขนาด 64-256 มิลลิเมตร
- Boulder: ก้อนกรวดที่มีขนาดใหญ่กว่า 256 มิลลิเมตร

[3] อุปกรณ์ Mastcam มีชื่อเต็มว่า Mast camera เป็นกล้องที่ติดอยู่กับเสากระโดงของยาน ซึ่งใช้ถ่ายภาพในหลายย่านความยาวคลื่น และถ่ายภาพสีจริง (True-color imaging) อุปกรณ์ Mastcam สามารถถ่ายภาพสีจริงขนาด 1,600x1,200 พิกเซล อัตราเร็วในการถ่ายภาพสุงสุดที่ 10 ภาพ/วินาที อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยกล้องถ่ายภาพ 2 ตัว ดังนี้

- กล้องถ่ายภาพมุมปานกลาง (MAC: Medium Angle Camera) มีความยาวโฟกัส 34 มิลลิเมตร พื้นที่มุมมอง (Field of view) 15 องศา และรายละเอียดของภาพอยู่ที่ 22 เซนติเมตร/พิกเซล หากวัตถุที่ถ่ายภาพอยู่ห่างจากรถหุ่นยนต์ไป 1 กิโลเมตร

- กล้องมุมแคบ (NAC: Narrow Angle Camera) มีความยาวโฟกัส 100 มิลลิเมตร พื้นที่มุมมอง 5.1 องศา และรายละเอียดของภาพอยู่ที่ 7.4 เซนติเมตร/พิกเซล หากวัตถุที่ถ่ายภาพอยู่ห่างจากรถหุ่นยนต์ไป 1 กิโลเมตร

 

รูปที่ 6 ภาพกราฟฟิกแสดงอุปกรณ์ 7 ตัวที่ติดอยู่บนเสากระโดงของรถหุ่นยนต์ Curiosity ได้แก่
- อุปกรณ์ถ่ายภาพในระดับไมครอนจากระยะไกล (Remote Micro Imager: RMI) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ Chemcam
- กล้องสำหรับนำทาง (Navigation Cameras: Navcams) ซึ่งเป็นกล้องถ่ายภาพขาว-ดำทั้งหมด 4 ตัว (อยู่ฝั่งซ้ายขวาของเสาฝั่งละ 2 ตัว)
- กล้อง 2 ตัวของอุปกรณ์ Mastcam

[Credit ภาพ: NASA/JPL-Caltech]

[4] ระบบอุปกรณ์ Chemcam เป็นชุดอุปกรณ์ในการสำรวจระยะไกล (Remote Sensing) ประกอบด้วยอุปกรณ์ 2 ตัว ได้แก่

- LIBS: Laser-Induced Breakdown Spectroscopy ใช้ยิงแสงเลเซอร์เพื่อศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของดินและหินเป้าหมาย โดยสามารถทำการยิงแสงเลเซอร์ได้จากระยะไกลสุดจากดินหรือหินเป้าหมาย 7 เมตร

- RMI: Remote Micro Imager ใช้ถ่ายภาพความละเอียดสูงของตำแหน่งบนดินหรือหินเป้าหมายที่ LIBS ทำการศึกษา โดยมีความละเอียดที่ 1 มิลลิเมตร และพื้นที่มุมมอง 20 เซนติเมตร หากอยู่ห่างจากวัตถุที่ถ่ายภาพไป 10 เมตร

อุปกรณ์ Chemcam จะสามารถตรวจวัดแสงที่เปล่งออกมาจากพลาสมาที่เกิดจากการยิงเลเซอร์ลงไปยังหินหรือดินเป้าหมาย ในช่วงความยาวคลื่นระหว่าง 240-800 นาโนเมตร

 

รูปที่ 7 แผนภาพแสดงว่าระบบอุปกรณ์ Chemcam ทำงานอย่างไร
[Credit ภาพ: NASA/JPL-Caltech/LANL]
- LIBS ยิงแสงเลเซอร์ที่มีพลังงานสูงมาก (ประมาณพลังงานของแสงจากหลอดไฟนับล้านดวง) ไปยังหินเป้าหมายที่จะศึกษา โดยพื้นที่ที่แสงเลเซอร์ตกกระทบนี้ประมาณรูเล็กๆ ภายในระยะเวลาระดับ 1/1พันล้านวินาที ซึ่งแสงเลเวอร์นี้สามารถส่องผ่านชั้นฝุ่นบางๆที่ปกคลุมผิวหน้าของหินได้
- พลังงานจากแสงเลเซอร์นี้ทำให้เกิดความร้อนสูงในตำแหน่งที่ถูกยิงบนผิวหน้าของหิน จนอะตอมของหินในตำแหน่งนั้นเสียอิเล็กตรอนออกไปกลายเป็นพลาสมา (โดยจะมีแสงที่เปล่งออกมาจากพลาสมา)
- กล้อง RMI จะถ่ายภาพแสงที่เปล่งออกมาจากพลาสมา และส่งสัญญาณข้อมูลแสงดังกล่าวผ่านสายเส้นใยนำแสง (Fiber Optics Cable) ไปยังภายในตัวรถหุ่นยนต์
- อุปกรณ์วัดสเปกตรัม (Spectrometer) 3 ตัวที่อยู่ภายในตัวรถหุ่นยนต์ จะกระจายแสงที่พลาสมาเปล่งออกมา ได้เป็นสเปกตรัมของแสงที่พลาสมาเปล่งที่ความยาวคลื่นต่างๆ ซึ่งนำข้อมูลสเปกตรัมที่ได้ไปวิเคราะห์ธาตุของหินต่อไปว่าเป็นธาตุอะไร โดยอาศัยหลักการที่ว่าอะตอมของแต่ละธาตุจะให้รูปแบบสเปกตรัมเฉพาะตัวที่แตกต่างกันไปในแต่ละธาตุ นอกจากนี้ ระบบอุปกรณ์ Chemcam ยังใช้ตรวจสอบสารประกอบหรือแร่ที่อยู่ในหินได้ด้วย