ดาวอังคารเป็นดาวเคราะห์ที่แห้งแล้งซึ่งถูกปกครองโดยพายุฝุ่นทั่วโลก นอกจากนี้ยังเป็นโลกที่หนาวเย็นอีกด้วย ซึ่งอุณหภูมิในฤดูหนาวในเวลากลางคืนลดลงเหลือ -140 C (ลบ 220 F) ที่ขั้วโลก
แต่มันก็ไม่ใช่พื้นที่รกร้างแห้งแล้ง เยือกแข็ง และไม่เอื้ออำนวยเสมอไป เคยเป็นสถานที่ที่อบอุ่น เปียก และเกือบจะน่าดึงดูดใจ โดยมีน้ำของเหลวไหลผ่านผิวน้ำ เติมทะเลสาบ ช่องแคบ และทิ้งตะกอนดินดอนไว้
แต่แล้วสนามแม่เหล็กก็สูญเสียไป และหากไม่มีการป้องกัน ดวงอาทิตย์ก็ดึงชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ออกไป หากไม่มีบรรยากาศ น้ำก็ไหลต่อไป
ตอนนี้ดาวอังคารก็คือดาวอังคารที่เรารู้จักมาโดยตลอด: สถานที่ที่มีเพียงหุ่นยนต์โรเวอร์เท่านั้นที่มีอัธยาศัยดี
มันสูญเสียเกราะแม่เหล็กไปได้อย่างไร? นักวิทยาศาสตร์สับสนกับเรื่องนั้นมาเป็นเวลานาน
เกราะแม่เหล็กมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาชั้นบรรยากาศและความสามารถในการอยู่อาศัยของโลก หากไม่มีมัน โลกก็จะมีลักษณะคล้ายกับดาวอังคาร แต่โลกยังคงปกป้องมันไว้ แต่ดาวอังคารกลับไม่ทำเช่นนั้น ดังนั้นโลกจึง "กระเพื่อมไปด้วยสิ่งมีชีวิต" ดังที่คาร์ล เซแกนกล่าวไว้ ในขณะที่ดาวอังคารมีแนวโน้มว่าจะปราศจากสิ่งมีชีวิตโดยสิ้นเชิง
ดาวอังคารมีสนามแม่เหล็กเหลือเพียงเล็กน้อยที่เล็ดลอดออกมาจากเปลือกโลก แต่เป็นปรากฏการณ์ที่อ่อนแอซึ่งให้การปกป้องได้เพียงเล็กน้อย
การสูญเสียสนามแม่เหล็กถือเป็นหายนะสำหรับดาวอังคาร มันเกิดขึ้นได้อย่างไร?
ใหม่การศึกษาที่ตีพิมพ์ในการสื่อสารธรรมชาติพยายามตอบคำถามนั้นเหมือนกับการศึกษาหลายๆ เรื่องก่อนหน้านี้ ชื่อเรื่องคือ "การแบ่งชั้นในแกนดาวเคราะห์โดยการผสมไม่ได้ของของเหลวใน Fe-SH" ผู้เขียนชั้นนำคือ Kei Hirose จากภาควิชา Earth and Planetary Science และปริญญาเอกของมหาวิทยาลัยโตเกียว นักเรียน ชุนเป โยคู ในห้องทดลองฮิโรเสะ
แกนกลางของโลกสร้างเอฟเฟกต์แมกนีโตที่สร้างสนามแม่เหล็กของโลกเรา มีแกนด้านในที่เป็นของแข็งและแกนของเหลวด้านนอก
ความร้อนไหลจากแกนชั้นในไปยังแกนชั้นนอก ทำให้เกิดกระแสการพาความร้อนในแกนของเหลวชั้นนอก กระแสการหมุนเวียนไหลในรูปแบบที่เกิดจากการหมุนของโลก แก่นโลกชั้นใน และปรากฏการณ์โบลิทาร์ สิ่งนี้ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์
สนามแม่เหล็กห่อหุ้มโลกเหมือนผ้าห่มป้องกัน ลมสุริยะของดวงอาทิตย์กระทบกับแมกนีโตสเฟียร์ และแมกนีโตสเฟียร์บังคับให้มันไหลไปรอบโลก แทนที่จะไปถึงชั้นบรรยากาศหรือพื้นผิว
แมกนีโตสเฟียร์ไม่ใช่ทรงกลม: ลมสุริยะเคลื่อนแมกนีโตสเฟียร์ให้มีรูปร่างไม่สมมาตร สนามแมกนีโตสเฟียร์ป้องกันลมสุริยะไม่ให้ทำลายชั้นบรรยากาศของโลก หากไม่มีมัน โลกก็จะแห้งแล้ง ตาย และแห้งแล้ง เช่นเดียวกับดาวอังคาร
แล้วเกิดอะไรขึ้นกับดาวอังคาร?
“สนามแม่เหล็กของโลกถูกขับเคลื่อนโดยกระแสการพาความร้อนขนาดใหญ่อย่างไม่น่าเชื่อของโลหะหลอมเหลวในแกนกลางของมัน สนามแม่เหล็กบนดาวเคราะห์ดวงอื่นคิดว่าทำงานในลักษณะเดียวกัน” ฮิโรเสะกล่าวในการแถลงข่าว-
"แม้ว่าจะยังไม่ทราบองค์ประกอบภายในของดาวอังคาร แต่หลักฐานจากอุกกาบาตบ่งชี้ว่ามันเป็นเหล็กหลอมเหลวที่อุดมด้วยกำมะถัน นอกจากนี้ การอ่านค่าแผ่นดินไหวจากยานสำรวจ InSIGHT ของ NASA บนพื้นผิวบอกเราว่าแกนกลางของดาวอังคารมีขนาดใหญ่กว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่าที่คิดไว้ สิ่งเหล่านี้ สิ่งต่างๆ บ่งบอกว่ามีธาตุที่เบากว่าเพิ่มเติม เช่น ไฮโดรเจน"
ของนาซ่าอินไซท์แลนเดอร์พยายามดิ้นรนเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมด แต่ได้รวบรวมหลักฐานสำคัญบางประการเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของดาวอังคาร หากผลลัพธ์ของ InSIGHT ถูกต้อง และหากมีไฮโดรเจนโดยนัยอยู่ ก็จะมีพื้นฐานสำหรับการทดลองที่สามารถเปิดเผยข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเกราะแม่เหล็กที่หายไปของดาวอังคาร
(NASA/ก็อดดาร์ด/มาเวน/CU โบลเดอร์/SVS/ซินดี้ สตาร์)
ด้านบน: Aการแสดงกระแสไฟฟ้ารอบดาวอังคาร กระแสไฟฟ้า (ลูกศรสีน้ำเงินและสีแดง) ห่อหุ้มดาวอังคารด้วยโครงสร้างแบบวงวนคู่ที่ซ้อนกันซึ่งล้อมรอบดาวเคราะห์อย่างต่อเนื่องตั้งแต่ด้านกลางวันไปจนถึงด้านกลางคืน กระแสน้ำวนเหล่านี้บิดเบือนสนามแม่เหล็กของลมสุริยะ (ไม่ใช่ในภาพ) ซึ่งปกคลุมรอบดาวอังคารเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำรอบโลก
"ด้วยรายละเอียดนี้ เราเตรียมโลหะผสมเหล็กที่เราคาดว่าจะประกอบเป็นแกนกลางและนำพวกมันไปทดลอง" ฮิโรเสะพูดว่า-
การทดลองก่อนหน้านี้ได้ตรวจสอบพฤติกรรมของแกนดาวเคราะห์ที่ความดันและอุณหภูมิต่างกัน แต่พวกเขาไม่ได้เน้นไปที่ไฮโดรเจน
“ทฤษฎีการกำเนิดดาวเคราะห์เมื่อเร็วๆ นี้แสดงให้เห็นว่าน้ำปริมาณมากถูกส่งไปยังทั้งดาวอังคารและโลกในระหว่างการเพิ่มมวลของมัน ซึ่งบ่งชี้ว่าไฮโดรเจนอาจเป็นองค์ประกอบแสงหลักในแกนกลาง” ผู้เขียนอธิบายในกระดาษของพวกเขา "แม้จะมีความสำคัญ แต่จนถึงขณะนี้ระบบ Fe-SH ยังได้รับการตรวจสอบเพียงเล็กน้อยที่แรงกดดันสูง"
แต่หากข้อมูลจาก InSIGHT ถูกต้อง ไฮโดรเจนในแกน Fe-SH อาจมีบทบาทในการล่มสลายของสนามแม่เหล็กของดาวอังคาร
นักวิจัยได้เตรียมตัวอย่างวัสดุที่ตรงกับสิ่งที่พวกเขาคิดว่าแกนกลางของดาวอังคารเคยประกอบด้วย ประกอบด้วยเหล็ก ซัลเฟอร์ และไฮโดรเจน (Fe-SH) พวกเขาวางตัวอย่างไว้ในอุปกรณ์ที่เรียกว่าทั่งเพชรหรือเซลล์ทั่งเพชร (DAC)
เซลล์ทั่งเพชรที่ใช้ในการทดลอง (โยคู และคณะ)
ทั่งเพชรจะบีบอัดตัวอย่างระหว่างแผ่นเพชรขนาดเล็กสองแผ่น เพชรสามารถทนต่อแรงกดดันที่รุนแรงภายในทั่งได้ เนื่องจากพวกมันถูกหล่อหลอมด้วยแรงกดดันที่รุนแรงที่อยู่ลึกลงไปภายในโลก
DAC สามารถส่งตัวอย่างด้วยกล้องจุลทรรศน์เพื่อรับแรงกดดันหลายร้อยกิกะปาสคาล เลเซอร์ให้ความร้อนแก่ตัวอย่างเพื่อให้เงื่อนไขจำลองแกนกลางของดาวอังคาร ขณะที่ทีมงานนำตัวอย่างไปสัมผัสกับอุณหภูมิและความดันที่สูงขึ้น พวกเขาสังเกตด้วยรังสีเอกซ์และลำอิเล็กตรอนเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงในวัสดุ ตัวอย่าง Fe-SH ไม่เพียงแต่ละลายเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนองค์ประกอบของตัวอย่างด้วย
ผลการทดลองมีศูนย์กลางอยู่ที่แนวคิดเรื่องความเข้ากันไม่ได้ เมื่อวัสดุถูกรวมเข้าด้วยกันและสร้างส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกัน พวกมันก็สามารถผสมกันได้ เมื่อวัสดุถูกรวมเข้าด้วยกันและไม่ทำให้เกิดส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกัน วัสดุเหล่านั้นจะผสมกันไม่ได้ ความไม่เข้ากันของ Fe-SH ที่อุณหภูมิและความดันสูงมีบทบาทสำคัญในประวัติศาสตร์ดาวเคราะห์ดาวอังคาร
“เราประหลาดใจมากที่เห็นพฤติกรรมบางอย่างที่สามารถอธิบายได้มากมาย” ฮิโรเสะพูดว่าในการแถลงข่าว "Fe-SH ที่เป็นเนื้อเดียวกันในตอนแรกแยกออกเป็นของเหลวสองชนิดที่แตกต่างกันโดยมีระดับความซับซ้อนที่ไม่เคยเห็นมาก่อนภายใต้แรงกดดันประเภทนี้" ฮิโรเสะกล่าว “ของเหลวเหล็กชนิดหนึ่งอุดมไปด้วยกำมะถัน ส่วนอีกชนิดหนึ่งอุดมไปด้วยไฮโดรเจน และนี่คือกุญแจสำคัญในการอธิบายการเกิดและการตายในที่สุดของสนามแม่เหล็กรอบดาวอังคาร”
ฮิโรเสะและทีมงานของเขาคิดว่าในตอนแรก ของเหลวที่ผสมไม่ได้สองชนิดถูกแยกออกจากกันในแกนกลางของดาวอังคาร
"ในขณะที่ของเหลวหนาแน่นกว่าที่แยกออกจากกันยังคงอยู่ที่ส่วนที่ลึกที่สุด ของเหลวที่เบากว่าจะเคลื่อนตัวขึ้นด้านบนและผสมกับแกนกลางของเหลวจำนวนมาก ซึ่งสามารถขับเคลื่อนการพาความร้อนของแกนกลางดาวอังคารได้" พวกเขาเขียน-
แต่ในบริเวณที่ของเหลวทั้งสองแยกจากกัน ก็มีอย่างอื่นเกิดขึ้น ในเวลาเดียวกัน การแบ่งชั้นองค์ประกอบที่มีความเสถียรตามแรงโน้มถ่วงควรได้รับการพัฒนาในภูมิภาคที่มีการแยกของเหลว ในที่สุด แกนกลางทั้งหมดของดาวอังคารก็ถูกแบ่งชั้น ซึ่งหยุดการพาความร้อน"
(Yokoo และคณะ, Nat. Commun., 2022)
ข้างบน:ภาพจากรายงานนี้แสดงให้เห็นว่าแกนกลางของดาวอังคารและแกนโลกมีจุดเริ่มต้นคล้ายกัน จากนั้นจึงเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา สีฟ้าอ่อนและสีน้ำเงินเข้มแสดงถึงของเหลวที่ลอยตัวและหนาแน่นตามลำดับ
นักวิทยาศาสตร์รู้อยู่แล้วว่าเมื่อใดที่การพาความร้อนหยุดลงและดาวอังคารก็สูญเสียเกราะแม่เหล็กไป นั่นเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 4 พันล้านปีก่อน การศึกษานี้อธิบายว่าทำไมการพาความร้อนจึงสิ้นสุดลง ส่งผลให้สูญเสียเกราะแม่เหล็ก
นอกจากนี้ยังอธิบายว่ามันเริ่มต้นอย่างไร "การแยกของเหลว S-rich และ H-rich ที่ผสมไม่ได้อาจเป็นสาเหตุของการเริ่มต้นและการสิ้นสุดของการพาความร้อนและปฏิกิริยาไดนาโมของแกนกลางดาวอังคาร"เขียนในกระดาษของพวกเขา
เมื่อของเหลวทั้งสองแยกออกจากกัน ดาวอังคารก็ถึงวาระ ไม่มีการหมุนเวียนอีกต่อไป ไม่มีการดึงดูดแม่เหล็กอีกต่อไป ไม่มีบรรยากาศอีกต่อไป และไม่มีน้ำอีกต่อไป ไม่ทราบกรอบเวลาที่แน่นอน แต่ผลลัพธ์คือดาวเคราะห์ที่ตายแล้ว
อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงการศึกษาวิจัยชิ้นเดียว และเราไม่มีภาพที่สมบูรณ์ "เมื่อคำนึงถึงผลลัพธ์ของเรา การศึกษาเกี่ยวกับแผ่นดินไหวบนดาวอังคารเพิ่มเติมจะหวังว่าจะยืนยันว่าแกนกลางนั้นอยู่ในชั้นที่แตกต่างกันตามที่เราคาดการณ์ไว้"พูดว่าฮิโรเสะ. “หากเป็นเช่นนั้น มันจะช่วยเราสรุปเรื่องราวว่าดาวเคราะห์หิน รวมถึงโลก ก่อตัวขึ้นและอธิบายองค์ประกอบของพวกมันได้อย่างไร”
เรารู้ว่าโลกไม่สามารถอยู่อาศัยได้ตลอดไป ภายในเวลาประมาณ 5 พันล้านปี ดวงอาทิตย์จะเข้าสู่ช่วงดาวยักษ์แดงและทำลายโลก แต่เกราะแม่เหล็กป้องกันของเราจะไม่คงอยู่ตลอดไปเช่นกัน และเราจะถึงวาระถ้าไม่มีมัน จะเกิดอะไรขึ้นก่อน? การลงโทษโดยการสูญเสียสนามแม่เหล็ก? หรือการลงโทษโดยยักษ์แดง?
"และคุณอาจจะคิดว่าวันหนึ่งโลกอาจสูญเสียสนามแม่เหล็กไปเช่นกัน" ฮิโรเสะพูดว่า, "แต่อย่ากังวล นั่นจะไม่เกิดขึ้นเป็นเวลาอย่างน้อยหนึ่งพันล้านปี"
ดังนั้นเราจึงมีหนึ่งพันล้านปี อย่าให้เสียเลย
บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกโดยจักรวาลวันนี้- อ่านบทความต้นฉบับ-
