ทำไมต้องดวงจันทร์ ?

เรื่องโดย ดร.ศริญญา ไพศาลสมบัติ

ทุกวันนี้เราจะได้ยินข่าวมากมายเกี่ยวกับดวงจันทร์ ไม่ว่าจะเป็นการเดินทางเพื่อเก็บหินจากดวงจันทร์ของโครงการฉางเอ๋อ (Chang’e Mission) โดยองค์การอวกาศสาธารณรัฐประชาชนจีน (CNSA) ได้สำเร็จ หรือแม้แต่การเตรียมความพร้อมของธุรกิจท่องเที่ยวดวงจันทร์โดยบริษัทเอกชนในสหรัฐอเมริกา ภายใต้ความร่วมมือกับองค์กรบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ หรือ นาซา (NASA) หรือแม้แต่การวางแผนกลับไปสำรวจดวงจันทร์อีกครั้งหนึ่งกับโครงการอาร์เทมิส (Artemis Mission) ของนาซา แล้วเราเคยสงสัยกันไหมว่า บนดวงจันทร์มีอะไร ทำไมถึงมีคนสนใจมากมาย และทำไมต้องดวงจันทร์ ?

ดินดวงจันทร์จากยานฉางเอ๋อ 5 จัดแสดงในงาน อว. แฟร์ 2567

ถ้าพูดในมุมของคนทั่วไป เราอาจจะรู้สึกว่าการที่องค์กรอวกาศหลาย ๆ ประเทศสนใจที่จะเดินทางไปดวงจันทร์เป็นเพียงความท้าทายและเป็นการประกาศความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีของประเทศนั้น ๆ แต่ในความเป็นจริงแล้วดวงจันทร์มีอะไรมากกว่าที่พวกเรารู้จัก

มีการอธิบายการเกิดดวงจันทร์โดยสมมติฐานหลายด้าน ไม่ว่าจะเป็นสมมติฐานที่บอกว่าหินที่อยู่ในอวกาศผ่านเข้าไปใกล้กับดาวเคราะห์ แล้วได้รับผลกระทบจากแรงดึงดูดของดาวเคราะห์จนไม่สามารถหนีแรงดึงดูดนั้นได้ จึงต้องตกเป็นดาวบริวารของดาวเคราะห์ดวงนั้น หรือสมมติฐานที่ว่า ในขณะที่ดาวเคราะห์กำลังเย็นตัวลง ดาวดวงนั้นถูกชนโดยวัตถุขนาดใหญ่ ทำให้ชิ้นส่วนบางส่วนหลุดออกมาและไปก่อตัวเป็นดวงจันทร์จากการควบแน่นของฝุ่นและแก๊สต่าง ๆ ซึ่งสมมติฐานข้อหลังนี้เองที่ใช้อธิบายการเกิดดวงจันทร์ของโลกได้ดีที่สุด และเป็นเหตุผลที่ทำให้ดวงจันทร์มีองค์ประกอบส่วนใหญ่คล้ายกับโลก จะแตกต่างแค่เพียงปริมาณธาตุที่มากน้อยต่างกัน ทำให้ดวงจันทร์มีทรัพยากรมากมายที่พวกเราใช้ประโยชน์ได้

ปัจจุบันมีหลายหน่วยงานอวกาศจากหลายประเทศที่ให้ความสำคัญกับการสร้างฐานการสำรวจอวกาศบนดวงจันทร์ที่มนุษย์สามารถเข้าไปอยู่เพื่อทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์ได้ การให้มนุษย์ไปตั้งถิ่นฐานอยู่อาศัยบนดวงจันทร์ได้ หรือแม้แต่การใช้ดวงจันทร์เป็นฐานสำหรับการออกสำรวจอวกาศที่ไกลยิ่งขึ้น การศึกษาดวงจันทร์ในปัจจุบันจึงมุ่งเน้นไปที่การใช้ประโยชน์จากทรัพยากรบนดวงจันทร์โดยตรง หรือที่เรียกว่า in-situ resource utilization (ISRU) เพื่อเป็นรากฐานในการพัฒนาสิ่งปลูกสร้างหรือการสร้างฐานการสำรวจอวกาศต่อไปบนดวงจันทร์

แล้วดวงจันทร์มีทรัพยากรอะไรบ้าง ?

น้ำ ในอดีต น้ำ ไอน้ำ หรือแก๊ส เป็นสิ่งที่เราหลายคนอาจคิดว่าไม่มีอยู่บนดวงจันทร์ แต่จากการศึกษาตัวอย่างหินจากดวงจันทร์และการสำรวจจากยานอวกาศต่าง ๆ ทำให้เราพบว่า จริง ๆ แล้วดวงจันทร์มีน้ำและแก๊สอยู่จำนวนหนึ่ง โดยเฉพาะในบริเวณที่เรียกว่า “บริเวณที่อยู่ในเงามืดถาวร” หรือ permanently shadowed regions (PSRs) ซึ่งเป็นบริเวณบนดวงจันทร์ที่อยู่ในเงามืดตลอดเวลา ไม่เคยได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์เลย

บริเวณนี้จะเป็นบริเวณก้นของหลุมอุกกาบาตที่อยู่ขั้วใต้ของดวงจันทร์ แต่จากการสำรวจของนาซาพบว่าบริเวณนี้มีอุณหภูมิต่ำมากและตรวจจับอนุภาคของนิวตรอนที่เชื่อมโยงไปถึงโมเลกุลของไฮโดรเจนได้ด้วย นอกจากนี้ในปี พ.ศ. 2566 นาซายังตรวจพบโมเลกุลของน้ำตรงบริเวณที่ใกล้ขั้วใต้ของดวงจันทร์อีกด้วย แต่มีปริมาณมากหรือน้อย อยู่ในสถานะใด หรือมีการหมุนเวียนอย่างไร ยังเป็นคำถามที่อยู่ระหว่างการหาคำตอบ อย่างไรก็ตามการค้นพบหลักฐานเหล่านี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าบนดวงจันทร์มีน้ำสะสมตัวอยู่ รอวันให้เราเข้าไปใช้ประโยชน์อย่างแน่นอน

ที่มาภาพ : NASA Scientific Visualization/Ernie Wright (USRA)

โลหะและธาตุหายาก อย่างที่กล่าวไปข้างต้นว่าโลกและดวงจันทร์เกิดขึ้นมาพร้อมกันในช่วงต้นของระบบสุริยะ และตามสมมติฐาน ดวงจันทร์ยังเคยเป็นส่วนหนึ่งของโลกด้วย ทำให้องค์ประกอบของดวงจันทร์คล้ายคลึงกับโลกมาก แต่จะแตกต่างกันที่ดวงจันทร์ไม่มีกระบวนการทางธรณีวิทยาที่ซับซ้อนเช่นเดียวกับโลก มีชั้นบรรยากาศที่แตกต่างและบางเบากว่าโลกมาก ทำให้องค์ประกอบของดวงจันทร์มีความซับซ้อนน้อยกว่าโลก

ถ้าเรามองภาพดวงจันทร์ จะเห็นส่วนที่สว่างและส่วนที่มีสีเข้ม ทั้งสองส่วนประกอบด้วยหิน แต่เป็นหินที่มีองค์ประกอบต่างกัน ตรงบริเวณสีอ่อนประกอบไปด้วยหินที่มีสีอ่อน เรียกว่า อะนอร์โทไซต์ (anorthosite) มีแร่หลักเป็นแร่พลาจิโอเคลส (plagioclase) ประกอบด้วยแคลเซียม อะลูมิเนียม ซิลิคอน และออกซิเจน ขณะบริเวณสีเข้มประกอบด้วยหินบะซอลต์ซึ่งเป็นหินที่มีสีเข้ม หินบะซอลต์บนดวงจันทร์นี้เรียกว่า มาเร (mare) ประกอบด้วยธาตุหลัก ได้แก่ เหล็ก แมกนีเซียม และไทเทเนียม

ที่มาภาพ : LROC Quickmap (NASA/LRO)

จากการศึกษาตัวอย่างหินจากดวงจันทร์พบว่า ดวงจันทร์มีปริมาณธาตุไทเทเนียมสูงกว่าโลก และไม่ได้มีแค่ธาตุดังที่กล่าวมา แต่พบว่าหินจากบริเวณหนึ่งของดวงจันทร์มีปริมาณของธาตุโพแทสเซียม (K) ธาตุหายาก (rare earth elements: REEs) และธาตุฟอสฟอรัส (P) ในปริมาณมากกว่าบริเวณอื่นอีกด้วย ธาตุกลุ่มนี้รวมเรียกว่า KREEP ซึ่งเป็นองค์ประกอบหนึ่งที่อยู่ภายในดวงจันทร์ แต่มาอยู่บนพื้นผิวของดวงจันทร์ได้จากการถูกอุกกาบาตขนาดใหญ่ชน นอกจากนี้ยังมีสิ่งที่น่าสนใจที่สุดอีกอย่างหนึ่งคือ การพบธาตุยูเรเนียม (U) ในส่วนของ KREEP ซึ่งหลายท่านอาจทราบกันดีอยู่แล้วว่าธาตุยูเรเนียมเป็นธาตุกัมมันตรังสีที่สำคัญและนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับกิจกรรมบนดวงจันทร์ในอนาคตได้ และหนึ่งในกิจกรรมนั้นคือ การสร้างฐานการสำรวจอวกาศบนดวงจันทร์

ดินดวงจันทร์ (lunar regolith) ถึงแม้ว่าดวงจันทร์จะไม่มีกระบวนการทางธรณีวิทยาแบบโลกของเรา ที่ทำให้หินถูกกัดกร่อนและเกิดการผุพังจนกลายเป็นดิน แต่การที่ดวงจันทร์มีชั้นบรรยากาศที่เบาบางจนเกือบจะเรียกได้ว่าไม่มีชั้นบรรยากาศนั้นทำให้พื้นผิวของดวงจันทร์ได้รับอิทธิพลจากรังสีที่มาจากดวงอาทิตย์ ประกอบกับการที่ถูกชนโดยอุกกาบาตอยู่ตลอดเวลา แรงที่มาจากการชนทำให้หินบนพื้นผิวของดวงจันทร์เกิดการผุพังและสะสมตัวอยู่บนพื้นผิวเป็นชั้นหนาที่เรียกว่า ดินดวงจันทร์ ดินเหล่านี้เป็นวัตถุดิบหลักในการสร้างโครงสร้างพื้นฐานบนดวงจันทร์สำหรับการสำรวจดวงจันทร์ในอนาคต รวมถึงการตั้งฐานการวิจัยบนดวงจันทร์

หลายคนอาจจะมีภาพจำเกี่ยวกับการลงจอดของยานอวกาศอะพอลโล 11 เมื่อปี พ.ศ. 2512 ซึ่งนับเป็นก้าวที่สำคัญของการสำรวจอวกาศ แต่การศึกษาทรัพยากรบนดวงจันทร์ไม่ได้หยุดแค่นั้น องค์กรอวกาศและบริษัทเอกชนต่างก็กำลังมองหาโอกาสในการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรที่มีอยู่บนดวงจันทร์อย่างจริงจัง การสำรวจและใช้ประโยชน์จากทรัพยากรบนดวงจันทร์อาจนำไปสู่ความก้าวหน้าและการสร้างรากฐานที่มั่นคงในการสำรวจอวกาศและการสำรวจระบบสุริยะที่ไกลออกไป รวมถึงการพัฒนาและเพิ่มพูนความรู้ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างไร้ขีดจำกัด นับเป็นเส้นทางที่ท้าทาย แต่เต็มไปด้วยโอกาสที่น่าตื่นเต้น