Webb ของ NASA พบแหล่งกำเนิดคาร์บอนบนพื้นผิวของ Europa ดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี

• คาร์บอนไดออกไซด์ ที่ตรวจพบบนพื้นผิวน้ำแข็งของ Europa มีความเป็นไปได้สูงว่ามาจากมหาสมุทรใต้ผิว ไม่ใช่วัตถุพุ่งชนจากภายนอก ทำให้เป็นเบาะแสสำคัญในการประเมินความเป็นไปได้ของการมีสิ่งมีชีวิต
• แม้จะทราบกันว่า Europa มี มหาสมุทรของเหลวเค็ม และพื้นทะเลหิน แต่ก่อนหน้านี้ยังไม่ยืนยันว่ามหาสมุทรนั้นมีสารเคมีจำเป็นอย่างคาร์บอนอยู่หรือไม่
• คาร์บอนไดออกไซด์กระจุกตัวอยู่ในบริเวณ Tara Regio ซึ่งมีอายุน้อยทางธรณีวิทยา และการรบกวนของน้ำแข็งบนพื้นผิวช่วยสนับสนุนความเป็นไปได้ของการแลกเปลี่ยนสสารระหว่างมหาสมุทรใต้ผิวกับพื้นผิว
• หน่วย integral field ของ NIRSpec บน Webb ให้สเปกตรัมของพื้นผิว Europa ที่ความละเอียด 200 x 200 ไมล์ ช่วยระบุตำแหน่งการกระจายของสารเคมีได้จากการสังเกตเพียงไม่กี่นาที
• ในการสังเกตครั้งเดียวกันไม่พบ พวยพุ่งไอน้ำ แต่กิจกรรมของพวยพุ่งอาจเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา จึงยังไม่อาจตัดความเป็นไปได้ของการมีอยู่ได้

---

เบาะแสเรื่องมหาสมุทรใต้ผิวของ Europa และคาร์บอน

• Europa ถูกจัดว่าเป็นหนึ่งในวัตถุท้องฟ้าไม่กี่แห่งในระบบสุริยะที่อาจมีสภาพเหมาะสมต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต
• งานวิจัยก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าใต้ เปลือกน้ำแข็งน้ำ ของ Europa มีมหาสมุทรของเหลวเค็มและพื้นทะเลหิน
• ประเด็นสำคัญที่ยังไม่แน่ชัดคือ มหาสมุทรนั้นมีสารเคมีที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะ คาร์บอน หรือไม่
• การวิเคราะห์โดยใช้ข้อมูลจาก Webb พบ คาร์บอนไดออกไซด์ ในบางพื้นที่เฉพาะบนพื้นผิวน้ำแข็งของ Europa
  • คาร์บอนนี้มีแนวโน้มสูงว่ามาจากมหาสมุทรใต้ผิว ไม่ใช่อุกกาบาตหรือแหล่งกำเนิดภายนอกอื่น
  • วิเคราะห์ได้ว่าน่าจะถูกสะสมบนพื้นผิวในช่วงเวลาไม่นานนักในเชิงธรณีวิทยา
• การค้นพบครั้งนี้เป็นเบาะแสสำคัญในการประเมินศักยภาพการอยู่อาศัยได้ของมหาสมุทรบน Europa

คาร์บอนไดออกไซด์ที่กระจุกตัวใน Tara Regio

• Webb ยืนยันว่าคาร์บอนไดออกไซด์บนพื้นผิว Europa กระจายตัวมากที่สุดในบริเวณ Tara Regio
• Tara Regio เป็นพื้นที่ chaos terrain ที่มีอายุน้อยทางธรณีวิทยาและผ่านการปรับสภาพพื้นผิวใหม่
  • น้ำแข็งบนพื้นผิวอยู่ในสภาพถูกรบกวน
  • อาจเคยมีการแลกเปลี่ยนสสารระหว่างมหาสมุทรใต้ผิวกับพื้นผิวน้ำแข็ง
• การสังเกตในอดีตจาก Hubble Space Telescope เคยแสดงหลักฐานของเกลือที่มีต้นกำเนิดจากมหาสมุทรใน Tara Regio
• เมื่อพบว่าคาร์บอนไดออกไซด์กระจุกตัวอย่างเด่นชัดในบริเวณเดียวกัน จึงยิ่งสนับสนุนความเป็นไปได้ว่าต้นกำเนิดสุดท้ายของคาร์บอนมาจากมหาสมุทรภายใน

วิธีสังเกตของ Webb และความละเอียด

• ทีมวิจัยสองทีมระบุคาร์บอนไดออกไซด์ได้จากข้อมูล หน่วย integral field ของ NIRSpec ซึ่งเป็น Near-Infrared Spectrograph ของ Webb
• โหมดอุปกรณ์นี้ให้สเปกตรัมของพื้นผิว Europa ที่ความละเอียด 200 x 200 ไมล์ (320 x 320 กม.)
  • Europa มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,944 ไมล์
  • ความละเอียดระดับนี้ช่วยให้ระบุได้ว่าสารเคมีบางชนิดอยู่ตรงบริเวณใด
• คาร์บอนไดออกไซด์ไม่เสถียรบนพื้นผิวของ Europa
  • จึงมีแนวโน้มสูงว่าเพิ่งถูกส่งขึ้นมาสู่พื้นผิวในช่วงเวลาไม่นานนักทางธรณีวิทยา
  • การที่มันกระจุกตัวอยู่ในภูมิประเทศอายุน้อยยิ่งเสริมการตีความนี้
• เวลาสังเกตการณ์ของ Webb ที่ใช้ในการสังเกตครั้งนี้อยู่ในระดับ ไม่กี่นาที

ผลการค้นหาพวยพุ่งไอน้ำ

• ทีมของ Villanueva ได้ค้นหาหลักฐานของ พวยพุ่งไอน้ำ ที่พ่นออกจากพื้นผิวของ Europa ไปพร้อมกันด้วย
• นักวิจัยที่ใช้ Hubble Space Telescope เคยรายงานการตรวจพบพวยพุ่งแบบชั่วคราวในปี 2013, 2016 และ 2017
• แต่ข้อมูลใหม่จาก Webb ไม่พบหลักฐานของกิจกรรมพวยพุ่ง
  • ผลนี้ทำให้สามารถตั้งค่าขีดจำกัดบนที่เข้มงวดต่ออัตราของสสารที่อาจถูกปล่อยออกมาได้
  • อย่างไรก็ตาม การไม่ตรวจพบในครั้งนี้ยังไม่อาจตัดความเป็นไปได้ของการมีพวยพุ่งอยู่จริง
• พวยพุ่งอาจมีความแปรผัน และอาจมองเห็นได้เฉพาะในบางช่วงเวลา
• สิ่งที่ยืนยันได้มีเพียงว่า ในช่วงเวลาที่ Webb ทำการสังเกตครั้งนี้ ไม่สามารถตรวจพบพวยพุ่งบน Europa ได้

ภารกิจสำรวจต่อเนื่องและงานวิจัย

• NASA มีแผนปล่อยยานอวกาศ Europa Clipper ในเดือนตุลาคม 2024
  • Europa Clipper จะบินเฉียด Europa หลายสิบครั้ง
  • เพื่อสำรวจเพิ่มเติมว่า Europa อาจมีสภาพเหมาะสมต่อสิ่งมีชีวิตหรือไม่
• การค้นพบครั้งนี้อาจช่วยให้ข้อมูลแก่ภารกิจ Europa Clipper ของ NASA และภารกิจ Jupiter Icy Moons Explorer ของ ESA หรือ JUICE
• บทความวิจัยอิสระสองฉบับมีกำหนดตีพิมพ์ในวารสาร Science วันที่ 21 กันยายน
• งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง:
  • บทความของ G. Villanueva et al.
  • บทความของ S. Trumbo et al.

[GN⁺]

ความคิดเห็นใน Hacker News

• ถ้านำภาชนะที่บรรจุน้ำจาก Europa กลับมายังโลก สงสัยว่าจะกลายเป็น ปริมาณน้ำใหม่ที่มากที่สุด ที่เข้ามายังโลกนับตั้งแต่การชนระดับดาวเคราะห์เมื่อหลายพันล้านปีก่อนหรือเปล่า
  ลองค้นดูคร่าว ๆ เห็นคำอธิบายประมาณว่า “น้ำบนโลกทุกวันนี้แทบทั้งหมดเป็นน้ำเดิมที่อยู่ที่นี่มาเกือบ 5 พันล้านปีแล้ว เราไม่ได้สร้างน้ำใหม่ และมีเพียงส่วนน้อยมากที่หลุดออกไปสู่อวกาศ”
  ไม่ใช่สาขาที่รู้ดีนัก แต่เป็นการทดลองทางความคิดที่น่าสนใจ

  • บางครั้งก็ทำให้นึกได้ว่าผู้คนไม่ได้มี พื้นฐานความรู้ทางวิทยาศาสตร์ เสมอไป
    โมเลกุลของน้ำไม่ใช่สิ่งที่แบ่งแยกไม่ได้ และกระบวนการทางชีววิทยาจำนวนมากก็แยกหรือรวมไฮโดรเจนกับออกซิเจนใหม่อยู่ตลอด กระบวนการอุตสาหกรรมก็เช่นกัน
    ดังนั้น “น้ำใหม่” ที่เกิดจากออกซิเจนในอากาศและอย่างอื่นจึงมีอยู่ค่อนข้างมาก และวัตถุท้องฟ้าที่มีน้ำแข็งปนอย่างดาวหางก็ทำให้น้ำใหม่ ออกซิเจน และไฮโดรเจนเข้ามายังโลกค่อนข้างบ่อย
  • คำพูดที่ว่า “น้ำของโลกเป็นน้ำเดิมที่อยู่มาเกือบ 5 พันล้านปี” อาจถูกในภาพใหญ่ แต่ก็มีน้ำถูกสร้างขึ้นมหาศาลในฐานะ ผลพลอยได้ของกระบวนการอุตสาหกรรม หลายอย่าง และนั่นถือเป็นน้ำ “ใหม่” ได้
    เพียงแต่เมื่อเทียบกับขนาดทั้งหมดแล้ว ปริมาณยังน้อยมาก
  • ดาวหางตกลงมาบ้างเป็นครั้งคราว และโลกก็เก็บ เศษซาก 5,000 ตัน จากอวกาศทุกปี ดังนั้นคงได้รับน้ำทีละหลายตันเป็นระยะ ๆ ด้วย
  • ขึ้นอยู่กับนิยามของ “สร้างน้ำใหม่”
    เมื่อขุดน้ำมันดิบขึ้นมาจากใต้ดิน ไฮโดรเจนจะเกิดเป็นผลพลอยได้ และกระบวนการอุตสาหกรรมอื่น ๆ ก็คล้ายกัน
    ถ้าไฮโดรเจนนั้นเผาไหม้กับออกซิเจนในบรรยากาศจนกลายเป็นน้ำ ก็อาจถือเป็นน้ำใหม่ได้
    ดวงอาทิตย์เป็นก้อนไฮโดรเจนขนาดมหึมา และ solar flare ขนาดใหญ่อาจนำอะตอมไฮโดรเจนใหม่มายังโลก แล้วถูกออกซิไดซ์จนกลายเป็นน้ำก็ได้
    https://www.nasa.gov/mission_pages/stereo/news/Solar_Flare_S...
  • จรวดไฮโดรเจน-ออกซิเจน สร้างน้ำใหม่บนโลกมาแล้วหลายล้านแกลลอน และการเผาน้ำมันเบนซินก็ทำให้เกิดน้ำใหม่อยู่บ้างเช่นกัน

• ถึงจะเรียกว่า “Webb ของ NASA” แต่ในทางเทคนิค แม้ NASA จะเป็นเจ้าของและเป็นผู้ปฏิบัติการหลัก ก็ถูกพัฒนาขึ้นตั้งแต่แรกในฐานะ โครงการนานาชาติ
  https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope#Par...

  • ไม่ชอบแนวคิดอเมริกาเป็นศูนย์กลาง แต่กรณีนี้ดูมีเหตุผลอยู่บ้าง ตอนท้ายก็ยังเอ่ยถึง ESA และ CSA ด้วย
    ตามเอกสารนั้น ค่าใช้จ่ายรวมของ NASA คาดว่าอยู่ที่ 9.7 พันล้านดอลลาร์ ส่วนการสมทบของ ESA และ CSA อยู่ที่ราว 700 ล้านยูโร และ 200 ล้านดอลลาร์แคนาดาตามลำดับ
    คิดตามอัตราแลกเปลี่ยนปัจจุบันก็ประมาณยุโรป 7.0%, แคนาดา 1.5%, สหรัฐฯ 91.5% ดังนั้นข้อสรุปคือ แคนาดาทำได้ดีมาก

• ทำไมดวงจันทร์บริวารสักดวงของดาวพฤหัสบดีถึงมีน้ำเยอะขนาดนั้น? แล้วทำไม วัตถุหิน ในระบบสุริยะที่มีขนาดใกล้เคียงกันถึงไม่ได้เป็นแบบนั้นกันหมด?
  รู้สึกว่านี่แปลกกว่าน้ำบนโลกเสียอีก

  • ยังมี https://en.wikipedia.org/wiki/Enceladus ด้วย ดังนั้นดวงจันทร์ที่มีน้ำมากไม่ได้มีแค่ดวงเดียว
  • ตอนล่าสุดของ Planetary Radio พูดถึงหัวข้อนี้ และบอกว่า Io ก็อาจเคยเป็น โลกแห่งน้ำ มาก่อน
    https://www.planetary.org/planetary-radio/2023-lost-oceans-a...
    หินก็สามารถใช้น้ำไปได้มากเช่นกัน เพราะโครงสร้างแร่สามารถดูดซับน้ำไว้ได้มาก ดังนั้นต้องดูด้วยว่าน้ำอยู่ภายในวัตถุท้องฟ้ามากแค่ไหน ไม่ใช่ดูแค่มหาสมุทรบนพื้นผิว
  • ในระบบสุริยะมีน้ำอยู่มาก ตัวอย่างเช่น ดาวหาง ส่วนใหญ่เป็นน้ำ
  • สงสัยว่าสสารมีแนวโน้มจะจมลงและ พอกพูน ในวงโคจรที่แตกต่างกันตามน้ำหนักหรือความหนาแน่นหรือไม่

• สงสัยว่าความหมายของการมีคาร์บอนไดออกไซด์คือ 1) เพราะเป็นวัตถุดิบที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตแบบเรา 2) เพราะอาจเป็นผลพลอยได้ของสิ่งมีชีวิต หรือทั้งสองอย่าง

  • ใกล้เคียงข้อแรกมากกว่า คาร์บอนไดออกไซด์สามารถเกิดจาก กระบวนการที่ไม่ใช่ชีวภาพ ได้และค่อนข้างเสถียร แต่จำเป็นต่อ “สิ่งมีชีวิตอย่างที่เรารู้จัก”
    ถ้าเป็นออกซิเจนในรูปก๊าซจะเข้าข้อสอง เพราะมีปฏิกิริยาสูง ถ้าตรวจพบในบรรยากาศก็แปลว่ามีกิจกรรมบางอย่างที่เติมมันอยู่เรื่อย ๆ และบนโลก สิ่งมีชีวิตเป็นผู้ทำหน้าที่นั้น
  • บรรยากาศของดาวอังคารมี คาร์บอนไดออกไซด์ ต่อหน่วยปริมาตรมากกว่าโลก แม้บรรยากาศจะแทบไม่มีเลย ดังนั้นประเด็นว่าเป็นผลพลอยได้ของสิ่งมีชีวิตจึงไม่ใช่แน่นอน
  • การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของความเข้มข้นคาร์บอนไดออกไซด์อาจเป็นเบาะแสว่ามีบางสิ่งอย่างสิ่งมีชีวิตกำลังจัดเรียงโมเลกุลของดาวเคราะห์ใหม่
    จริง ๆ แล้วคิดว่ามนุษย์ต่างดาวอาจเฝ้าสังเกตเราด้วย สเปกโตรมิเตอร์ มาหลายล้านปีแล้ว และอาจเดาได้ว่าเราอยู่ที่นี่

• Europa เป็นหนึ่งในสถานที่ที่น่าสนใจที่สุดในระบบสุริยะที่กระตุ้นจินตนาการได้มากที่สุด พูดตามตรงคือมี ปล่องน้ำพุร้อนใต้ทะเล ในมหาสมุทรมืดสนิทลึกหลายร้อยไมล์ และดูเหมาะกับการมีสิ่งมีชีวิต
  พอนึกถึงสิ่งมีชีวิตต่างดาวขนาดเท่าเลวีอาธานที่ว่ายไปมาในมหาสมุทรลึกของ Europa ก็รู้สึกตื่นเต้นเหมือนเด็ก ๆ สงสัยว่ามีแค่ผมหรือเปล่า

  • หนัง Europa Report: https://www.youtube.com/watch?v=avzqYgtpdMQ ดูแล้วสนุกดี
  • ในนิยายของ Arthur C. Clarke มีประโยคแบบนี้
    “โลกทั้งหลายเหล่านี้เป็นของพวกเจ้า — ยกเว้น Europa”
    “อย่าพยายามลงจอดที่นั่น”
    ดังนั้นใช่ Clarke ก็มองว่า Europa พิเศษ
  • อย่าลืม Enceladus ด้วย มีมหาสมุทรขนาดใหญ่ และยังมีข้อดีคือยิง ไกเซอร์ ขนาดมหึมาออกไปสู่อวกาศ
    คงเจ๋งมากถ้าในระบบสุริยะของเรามีโลกที่มีสิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรอย่างน้อย 3 แห่ง
    https://solarsystem.nasa.gov/moons/saturn-moons/enceladus
  • ถ้าไม่มีแพลงก์ตอนพืช สัตว์ขนาดเท่าเลวีอาธาน จะเป็นไปได้ไหม? ปล่องน้ำพุร้อนใต้ทะเลน่าจะให้พลังงานน้อยกว่าดวงอาทิตย์มาก เรื่องนี้ผมก็ไม่ค่อยรู้เหมือนกัน

• หากพบแม้แต่ จุลินทรีย์เพียงหนึ่งชนิด ในสภาพแวดล้อมแบบนั้น ก็แทบจะหมายความว่าชีวิตเป็นสิ่งที่พบได้ทั่วไปในจักรวาล
  อย่างไรก็ตาม อีกเรื่องหนึ่งที่ผู้คนควรเข้าใจคือ “ชีวิต” กับ “สิ่งมีชีวิตทรงปัญญาที่วิวัฒนาการมาอย่างสมบูรณ์” เป็นคนละเรื่องกันมาก

  • ไม่ใช่อย่างนั้น เพราะอยู่ใกล้โลกมาก จึงมีความเป็นไปได้สูงกว่ามากที่จะมี บรรพบุรุษร่วมกัน หรือใช้ปฏิกิริยาเคมีก่อนกำเนิดชีวิตร่วมกัน
  • ถ้ามีบรรพบุรุษร่วมกับสิ่งมีชีวิตบนโลก เรื่องก็จะเปลี่ยนไป และถึงกรณีนั้น ก็ยังต้องพิจารณาอีกครั้งว่าสิ่งนั้นเริ่มต้นขึ้นในระบบสุริยะนี้หรือไม่

• Linda Moulton-Howe เคยนำเสนอคำให้การของ “คนวงใน” ซึ่งอ้างว่ามี เผ่าพันธุ์คล้ายหมึกยักษ์ อาศัยอยู่ใต้มหาสมุทรที่ปกคลุมด้วยน้ำแข็งของ Europa
  ไม่รู้ว่าเป็นตอนใดของ Earthfiles แต่ถ้าเป็นเรื่องจริงก็น่าสนใจ

• Webb ถ่ายภาพ Europa ได้หรือ?

  • อย่างที่คนอื่น ๆ บอก ภาพในบทความก็คือภาพนั้นเอง ถ้าต้องการภาพ Europa ที่ดีจริง ๆ คงต้องรออีกสักหน่อย
    Europa Clipper ของ NASA เป็นภารกิจเฉพาะกิจภารกิจแรกในการสำรวจโลกที่มีมหาสมุทรทั่วทั้งดวงนอกโลก มีกำหนดปล่อยในเดือนตุลาคม 2024 และจะไปถึง Europa ในปี 2030
    ภารกิจนี้จะสำรวจพื้นผิวและภายในของ Europa เพื่อดูว่ามีองค์ประกอบที่รองรับชีวิตหรือไม่ และจะโคจรรอบดาวพฤหัสบดีพร้อมบินผ่าน Europa ในระยะใกล้ประมาณ 50 ครั้ง
    หากอยากดูภาพถ่ายดาวบริวารที่ดีกว่านี้ ภาพจาก Juno ก็น่าดูเช่นกัน
  • การที่ประกาศของ NASA มีภาพ “Europa Carbon Dioxide Distribution” ระบุว่าถ่ายด้วย NIRCam และ NIRSpec IFU ก็หมายความว่าทำได้
  • ถูกต้อง ภาพ NIRCam ในบทความมาจาก กล้องโทรทรรศน์ Webb
  • ในบทความเขียนไว้ค่อนข้างชัดเจน
    “ทั้งสองทีมใช้ข้อมูลจากหน่วย integral field unit ของสเปกโตรกราฟอินฟราเรดใกล้ (NIRSpec) ของ Webb เพื่อระบุคาร์บอนไดออกไซด์ โหมดอุปกรณ์นี้ให้สเปกตรัมด้วยความละเอียด 200 x 200 ไมล์ (320 x 320 กิโลเมตร) บนพื้นผิวของ Europa ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,944 ไมล์ ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถระบุตำแหน่งของสารเคมีเฉพาะได้”
    บทความ Wikipedia เกี่ยวกับ NIRSpec: https://en.wikipedia.org/wiki/NIRSpec
  • ในบทความมีภาพ Europa ที่ Webb ถ่ายไว้