เมฆประหลาดบนดาวอังคารก่อตัวอย่างเป็นไปไม่ได้

เมฆประหลาดบนดาวอังคารก่อตัวอย่างเป็นไปไม่ได้ กำลังทำให้นักวิทยาศาสตร์ต้องกลับมาทบทวนความเข้าใจเกี่ยวกับสภาพอากาศบนดาวเคราะห์สีแดงอีกครั้ง เมฆเส้นบางสีขาวนี้ปรากฏอยู่ด้านใต้ลมของภูเขาไฟอาร์เซีย มอนส์ (Arsia Mons) และมีพฤติกรรมแปลกกว่ากลุ่มเมฆทั่วไปอย่างมาก เพราะมันเกิดขึ้นทุกเช้า เติบโตอย่างรวดเร็ว จากนั้นจึงแยกตัวออกจากภูเขาไฟและหายไปในเวลาไม่นาน

ปรากฏการณ์นี้มีชื่อว่า Arsia Mons Elongated Cloud หรือ AMEC โดยยานสำรวจ Mars Express ขององค์การอวกาศยุโรปตรวจพบครั้งแรกในปี 2018 แม้จะติดตามสังเกตการณ์มาหลายปี แต่นักวิจัยก็ยังไม่สามารถสร้างแบบจำลองที่อธิบายการเกิดของเมฆได้อย่างถูกต้อง จนกระทั่งการศึกษาครั้งใหม่ชี้ว่า กลไกสำคัญอาจเป็นกระบวนการทางฟิสิกส์ที่นักวิทยาศาสตร์เคยมองว่าแทบไม่มีโอกาสเกิดขึ้นจริงในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์

เมฆประหลาดบนดาวอังคารก่อตัวอย่างเป็นไปไม่ได้ได้อย่างไร

AMEC ปรากฏในช่วงฤดูที่มีฝุ่นมากบนดาวอังคาร ซึ่งตรงกับฤดูใบไม้ผลิและฤดูร้อนในซีกโลกใต้ของดาวเคราะห์ เมื่อดวงอาทิตย์ขึ้น เมฆจะเริ่มก่อตัวใกล้กับภูเขาไฟอาร์เซีย มอนส์ ก่อนยืดตัวไปตามทิศทางลม ความยาวของมันอาจเพิ่มขึ้นถึงประมาณ 1,800 กิโลเมตร หรือราว 1,100 ไมล์ ภายในเวลาเพียงสามชั่วโมง ลักษณะดังกล่าวทำให้เมฆนี้ดูเหมือนหางสีขาวขนาดมหึมาที่ลากยาวออกจากภูเขาไฟ

โดยทั่วไป นักวิทยาศาสตร์จัด AMEC เป็นเมฆภูเขาหรือเมฆออโรกราฟิก เมฆประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อกระแสอากาศถูกบังคับให้ลอยตัวสูงขึ้นจากภูมิประเทศที่มีระดับความสูงมาก เมื่ออากาศลอยขึ้น อุณหภูมิจะลดลงและไอน้ำสามารถควบแน่นจนกลายเป็นผลึกน้ำแข็งได้ กระบวนการนี้พบได้บนโลกเช่นกัน โดยเฉพาะบริเวณภูเขาสูง แต่รายละเอียดของ AMEC ไม่สอดคล้องกับแบบจำลองสภาพอากาศแบบเดิม

เมฆประหลาดบนดาวอังคารก่อตัวอย่างเป็นไปไม่ได้เพราะฟิสิกส์รูปแบบใหม่

ทีมนักวิจัยจากหลายสถาบันพบว่า คำตอบอาจอยู่ที่การเกิดผลึกน้ำแข็งแบบที่เรียกว่า homogeneous nucleation หรือการก่อตัวแบบเนื้อเดียวกัน บนโลก เมฆส่วนใหญ่เกิดจากไอน้ำที่เกาะตัวบนอนุภาคขนาดเล็ก เช่น ฝุ่น เกลือทะเล หรือวัสดุแห้งในบรรยากาศ อนุภาคเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นแกนกลางให้ไอน้ำควบแน่นและเปลี่ยนเป็นหยดน้ำหรือผลึกน้ำแข็ง

อย่างไรก็ตาม การก่อตัวแบบเนื้อเดียวกันไม่จำเป็นต้องมีอนุภาคเหล่านี้เป็นตัวช่วย ไอน้ำสามารถเปลี่ยนสถานะเป็นอนุภาคน้ำแข็งโดยตรง แต่กระบวนการนี้ต้องอาศัยความชื้นสูงมากเป็นพิเศษ นักวิทยาศาสตร์จึงเคยคิดว่าไม่น่าจะเกิดขึ้นจริงภายใต้สภาพอากาศของโลก เพราะอนุภาคฝุ่นในบรรยากาศจะดึงไอน้ำไปใช้เสียก่อนที่จะมีความชื้นสูงถึงระดับที่จำเป็น

การจำลองครั้งใหม่ให้ผลแตกต่างออกไป เมื่อนักวิจัยใส่กระบวนการ homogeneous nucleation ลงในแบบจำลองอุตุนิยมวิทยาของดาวอังคาร พวกเขาสามารถสร้างเมฆที่มีลักษณะใกล้เคียงกับ AMEC ได้ ทั้งตำแหน่งการเกิด ความเร็วในการขยายตัว ความยาวของเมฆ และการหายไปหลังจากนั้น ผลลัพธ์นี้จึงสนับสนุนแนวคิดว่าไอน้ำบนดาวอังคารอาจมีปริมาณความชื้นสูงเกินกว่าที่เคยเชื่อ

ภูเขาไฟอาร์เซีย มอนส์เป็นกุญแจสำคัญ

ภูเขาไฟอาร์เซีย มอนส์มีความสูงและรูปร่างที่สามารถเปลี่ยนการไหลของลมในชั้นบรรยากาศได้ เมื่อลมพัดผ่านภูเขา ลักษณะภูมิประเทศที่ยกตัวสูงจะสร้างคลื่นอากาศขนาดใหญ่ คลื่นนี้ผลักมวลอากาศที่มีความชื้นให้ลอยขึ้นอย่างรวดเร็ว เมื่ออากาศเคลื่อนตัวขึ้นไปในระดับสูง ความดันและอุณหภูมิจะลดลงอย่างฉับพลัน ส่งผลให้ระดับความชื้นสัมพัทธ์เพิ่มขึ้นจนเกิดภาวะ supersaturation หรือความอิ่มตัวยิ่งยวด

ในภาวะดังกล่าว ไอน้ำอาจแข็งตัวโดยไม่ต้องอาศัยฝุ่นหรืออนุภาคอื่นเป็นแกนกลาง จึงเกิดเป็นผลึกน้ำแข็งจำนวนมากและรวมตัวกันเป็นเมฆสีขาว เมฆจะถูกลมพัดให้ยืดออกไปด้านหลังภูเขาไฟ ก่อนจะค่อย ๆ จางหายเมื่อสภาพอากาศเปลี่ยนแปลง การอธิบายนี้ช่วยตอบคำถามว่าเหตุใด AMEC จึงเกิดขึ้นซ้ำในช่วงเวลาเดิมของแต่ละวัน และเหตุใดเมฆจึงมีรูปร่างยาวผิดปกติ

• ช่วงเวลาการเกิด: เมฆเริ่มปรากฏใกล้เวลาพระอาทิตย์ขึ้นบนดาวอังคาร
• ตำแหน่ง: อยู่ด้านใต้ลมของภูเขาไฟอาร์เซีย มอนส์
• ขนาด: สามารถยืดยาวได้ถึงประมาณ 1,800 กิโลเมตร
• องค์ประกอบ: ประกอบด้วยผลึกน้ำแข็งจากไอน้ำในบรรยากาศ
• กลไกที่เป็นไปได้: การก่อตัวแบบเนื้อเดียวกันภายใต้ภาวะความชื้นอิ่มตัวยิ่งยวด

ความหมายต่อการศึกษาสภาพอากาศบนดาวเคราะห์

ข้อค้นพบเรื่อง เมฆประหลาดบนดาวอังคารก่อตัวอย่างเป็นไปไม่ได้ ไม่ได้มีความสำคัญเฉพาะกับเมฆ AMEC เท่านั้น แต่ยังอาจเปลี่ยนวิธีที่นักวิทยาศาสตร์มองวัฏจักรน้ำบนดาวอังคารด้วย หากบรรยากาศของดาวเคราะห์สามารถกักเก็บไอน้ำไว้จนเกิดความอิ่มตัวยิ่งยวดได้จริง การเคลื่อนที่ของน้ำระหว่างพื้นผิวกับชั้นบรรยากาศอาจซับซ้อนกว่าที่แบบจำลองเดิมคาดการณ์ไว้

ผลการศึกษายังอาจช่วยให้เข้าใจเมฆบนดาวเคราะห์ดวงอื่น รวมถึงเมฆบางประเภทบนโลกที่เกิดในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องตรวจสอบข้อมูลจากยานสำรวจและการจำลองเพิ่มเติม เพื่อยืนยันว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นเป็นประจำหรือเกิดเฉพาะในบางฤดูกาลเท่านั้น นอกจากนี้ ยังต้องศึกษาว่าฝุ่นบนดาวอังคารมีส่วนช่วยกระตุ้นหรือขัดขวางการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งอย่างไร

แม้ยังต้องมีหลักฐานเพิ่มเติม แต่การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่า ธรรมชาติบนดาวเคราะห์อื่นอาจไม่เดินตามกฎเกณฑ์ที่เราคุ้นเคยบนโลกเสมอไป เมฆประหลาดบนดาวอังคารก่อตัวอย่างเป็นไปไม่ได้ จึงเป็นตัวอย่างที่ดีว่าแนวคิดซึ่งดูไม่น่าเกิดขึ้น อาจกลายเป็นคำตอบของปริศนาทางวิทยาศาสตร์ได้ เมื่อมีข้อมูลและแบบจำลองที่เหมาะสมมากพอ หากคุณสนใจเรื่องอวกาศ ลองติดตามภารกิจสำรวจดาวอังคารครั้งต่อไป เพราะข้อมูลใหม่อาจช่วยไขความลับของบรรยากาศและสภาพอากาศบนดาวเคราะห์สีแดงได้มากกว่าที่เราคาดคิด

ที่มา – Mars’s Weirdest Cloud Forms in a Way Scientists Thought Was Impossible