ความผิดปกติทางความร้อนของดาวอังคารคืออะไร และทำไมจึงเขย่าวงการดาวเคราะห์
ความผิดปกติทางความร้อนของดาวอังคาร คือหลักฐานว่าความร้อนและความแข็งของแมนเทิลใต้พื้นผิวดาวอังคารไม่ได้กระจายอย่างสมมาตร แต่แบ่งเป็นสองซีกที่มีคุณสมบัติต่างกันอย่างชัดเจน โดยซีกโลกใต้ร้อนกว่าและอาจมีหินบางส่วนหลอมเหลวในขณะที่ซีกโลกเหนือเย็นและแข็งกว่า ภาพใหม่นี้ทำลายสมมติฐานเดิมที่ว่าโครงสร้างภายในดาวเคราะห์ควรใกล้เคียงทรงกลมชั้นๆ เหมือนหัวหอม และบังคับให้เราต้องคิดใหม่ว่าดาวเคราะห์ไม่มีแผ่นเปลือกโลกแบบโลกจะรักษาโครงสร้างความร้อนภายในระยะยาวได้อย่างไร
ประเด็นที่น่าตกใจคือซีกโลกใต้ของดาวอังคารทำตัวเหมือนมีเครื่องยนต์ความร้อนแยกต่างหาก แมนเทิลใต้ที่ราบสูงตอนใต้มีอุณหภูมิสูงกว่าซีกเหนือประมาณ 200 ถึง 400 องศาเซลเซียสตลอดความหนาแมนเทิล ความต่างระดับนี้เหมือนมีไฟใต้ดินลุกอยู่ใต้ซีกเดียวของดาวทั้งดวง ปัญหาคือไม่มีใครยังอธิบายได้ว่าความร้อนมหาศาลนี้มาจากไหน และทำไมจึงยังคงอยู่จนถึงปัจจุบัน การค้นพบนี้จึงไม่ใช่ข่าวยิบย่อย แต่เป็นการท้าทายกรอบคิดพื้นฐานของวิชาวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
อ่านภายในดาวด้วยวิทยุ: จากวิถีโคจรกลายเป็นแผนที่ความร้อนใต้แมนเทิล
สิ่งที่ทำให้การค้นพบครั้งนี้ทรงพลังคือวิธีการ นักวิจัยนำโดย Alexander Berne จากห้องปฏิบัติการดาราศาสตร์และดาวเคราะห์มหาวิทยาลัยแอริโซนา ใช้ข้อมูลติดตามคลื่นวิทยุ X-band จากยานโคจรสามลำ ได้แก่ Mars Global Surveyor Mars Odyssey และ Mars Reconnaissance Orbiter รวมระยะเวลา 16 ปี พวกเขาไม่ได้วัดอุณหภูโกยตรง แต่ใช้เทคนิคที่เรียกว่าโทโมกราฟีคลื่นน้ำขึ้นน้ำลง อ่านโครงสร้างภายในจากการที่ดาวอังคารเสียรูปภายใต้แรงดึงดูดของดวงอาทิตย์
หลักการคือเมื่อดวงอาทิตย์ดึงดาวอังคาร ดาวจะเกิดการเสียรูปของดาวเคราะห์เล็กน้อยเหมือนเกิดคลื่นน้ำขึ้นน้ำลงในหินของทั้งดาว แรงดึงนี้เปลี่ยนตามฤดูกาลเพราะวงโคจรของดาวอังคารเป็นวงรีและแกนเอียง นักวิจัยวัดความเปลี่ยนแปลงความถี่วิทยุระดับจิ๋วจากเอฟเฟกต์ดอปเพลอร์เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงความเร็วของยาน แล้วแปลงกลับเป็นความเปลี่ยนแปลงในสนามโน้มถ่วงของดาวอังคารตลอดปีดาวอังคารหนึ่งปี การวิเคราะห์นี้ทำให้เห็นว่าดาวอังคารตอบสนองต่อแรงดึงดวงอาทิตย์อย่างไม่สมมาตร แสดงให้เห็นว่าความแข็งและความร้อนภายในแมนเทิลไม่เท่ากันระหว่างซีกเหนือกับซีกใต้
เมื่อสมมาตรพังทลาย แมนเทิลดาวอังคารร้อนข้างเดียวและอาจหลอมเหลวบางส่วน
นักธรณีฟิสิกส์เคยสมมติว่าภายในดาวเคราะห์ส่วนใหญ่ใกล้เคียงทรงกลมชั้นๆ ถ้าโดนแรงดึงจะตอบสนองด้วยรูปแบบความโน้มถ่วงระดับสองเป็นหลัก แต่ข้อมูลจากดาวอังคารกลับแสดงสัญญาณระดับสามขนาดใหญ่ที่โมเดลสมมาตรไม่สามารถอธิบายได้ หนึ่งในค่าสัมประสิทธิ์เบี่ยงจากค่าที่คาดตามสมมาตรทรงกลมถึงราว 300 เปอร์เซ็นต์ พร้อมความเชื่อมั่นมากกว่า 99.99 เปอร์เซ็นต์ นี่ไม่ใช่รายละเอียดเล็กน้อย แต่คือการบอกตรงๆ ว่าภายในดาวอังคารไม่ใช่ลูกบอลหัวหอมที่เรียงชั้นสวยงาม
โมเดลที่อธิบายข้อมูลได้ดีที่สุดคือการมีความไม่สมมาตรของแมนเทิลอย่างแรง ซีกโลกใต้มีแมนเทิลอุ่นกว่า 200 ถึง 400 องศาเซลเซียสและนิ่มกว่า จึงเสียรูปได้มากกว่าเมื่อโดนแรงดึงดวงอาทิตย์ ความร้อนที่สูงขึ้นยังทำให้เป็นไปได้ว่ามีหินบางส่วนหลอมเหลวอยู่ลึกลงไปใต้ซีกโลกใต้ ซึ่งอาจมีลักษณะเป็นกระเป๋ามาแกรมาหลายจุดหรือชั้นหลอมเหลวต่อเนื่องก็ได้ หลักฐานตอนนี้ยังไม่แยกสองภาพนี้ออกจากกัน และทีมวิจัยระบุชัดว่าการหลอมเหลวเป็นเพียงความเป็นไปได้ที่พวกเขาเปิดไว้ไม่ใช่ข้อสรุปขั้นสุดท้าย
ความลับของซีกโลกใต้: ทำไมแมนเทิลยังร้อนและส่งผลต่อโครงสร้างภายในดาวเคราะห์
พื้นผิวดาวอังคารเองก็แบ่งเป็นสองหน้าอยู่แล้ว ซีกเหนือเป็นที่ราบต่ำกว้างใหญ่ ส่วนซีกใต้เป็นที่ราบสูงเก่าแก่ มีปล่องอุกกาบาตหนาและเปลือกโลกหนากว่า เฉลี่ยต่างกันราว 25 กิโลเมตรหรือมีความหนาแน่นเฉลี่ยต่างกันประมาณ 200 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรตามการตีความหนึ่ง การที่แมนเทิลใต้ซีกโลกใต้ยังร้อนจัดและอาจมีหลอมเหลวบางส่วน บอกเราว่าความแตกต่างระหว่างซีกเหนือกับซีกใต้ไม่ได้จบแค่ที่เปลือก แต่ฝังลึกลงไปถึงโครงสร้างภายในดาวเคราะห์
จุดที่ท้าทายคือสาเหตุของความร้อนนี้ยังไม่รู้ชัด มีภาพเล่าความเป็นมาภายในดาวอังคารอยู่หลายแบบ แต่ยังไม่มีแบบใดปิดคดีได้ รายงานระบุชัดว่า "หลักฐานนี้แข็งแรงพอจะท้าทายภาพจำว่าดาวอังคารเป็นเปลือกทรงกลมซ้อนกันอย่างสม่ำเสมอ แต่ยังไม่ละเอียดพอจะบอกว่าอะไรสร้างความแตกต่างนี้" ประเด็นสำคัญคือถึงแม้ดาวอังคารไม่มีแผ่นเปลือกโลกลอยชนกันแบบโลก แต่ภายในยังอาจมีการไหลเวียนของแมนเทิลที่ทำให้วัสดุร้อนลอยขึ้น วัสดุเย็นจมลง และรักษาโครงสร้างความร้อนที่ไม่เท่ากันระหว่างสองซีกได้ในระยะยาว
อนาคตของการสำรวจ: จากความไม่สมมาตรของแมนเทิลสู่แผนที่ระบบแม่เหล็กไหลใต้พื้นผิว
การค้นพบนี้ไม่ได้สำคัญเฉพาะดาวอังคาร แต่เปิดประตูวิธีอ่านโครงสร้างภายในดาวเคราะห์แบบใหม่ที่ไม่ต้องลงไปเจาะหรือเก็บตัวอย่าง การใช้โทโมกราฟีคลื่นน้ำขึ้นน้ำลงกับข้อมูลความโน้มถ่วงระยะยาวทำให้เราเห็นรูปแบบการเสียรูปของดาวเคราะห์เมื่อโดนแรงดึงดวงอาทิตย์และเชื่อมโยงไปถึงความแข็งและอุณหภูมิของแมนเทิลได้ แถมยังเตรียมนำวิธีคล้ายกันไปใช้กับดวงจันทร์และวัตถุอื่นในระบบสุริยะอยู่แล้ว นี่คือการแปลงยานโคจรให้กลายเป็นเหมือนเครื่องสแกนร่างกายของดาวเคราะห์
ก้าวต่อไป นักวิจัยชี้ว่าการสำรวจแบบตรวจวัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในเชิงลึกจะช่วยแยกได้ว่าความร้อนและการหลอมเหลวในซีกโลกใต้เป็นกระเป๋ามาแกรมหรือลักษณะชั้นหลอมเหลวต่อเนื่องใต้พื้นผิว ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับระบบแม่เหล็กไหลใต้พื้นผิว และวิธีที่ดาวเคราะห์ปล่อยหรือกักเก็บความร้อนภายใน เป้าหมายที่กว้างกว่านั้นคือการใช้เทคนิคเดียวกันนี้ไปศึกษาโครงสร้างภายในดาวเคราะห์ดวงอื่น เพื่อเข้าใจว่าร่างท้องฟ้าที่ไม่มีแผ่นเปลือกโลกลอยลื่นแบบโลกยังคงจัดระเบียบความร้อนภายในและวิวัฒน์ต่อไปอย่างไรในสเกลเวลาหลายพันล้านปี
