ดวงจันทร์ “แกนีมีด” อาจมีด้านในคล้ายลูกโลกหิมะ

ดวงจันทร์แกนีมีด (Ganymede) ดาวบริวารที่ใหญ่ที่สุดของดาวพฤหัสบดี มีสนามแม่เหล็กทรงพลังมหาศาลอย่างน่าประหลาดสำหรับดาวเคราะห์ขนาดเล็ก โดยก่อนหน้านี้นักดาราศาสตร์ค้นพบว่า ในบางครั้งพลังแม่เหล็กของมันรุนแรงกว่าโดยรอบดาวพฤหัสบดีถึง 1 ล้านเท่า

แม้นักดาราศาสตร์จะมีข้อสันนิษฐานที่เชื่อว่า แรงไทดัล (tidal force) หรือความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงที่ดาวพฤหัสบดีกระทำต่อดวงจันทร์บริวาร ทำให้แกนีมีดทั้งถูกบีบอัดและดึงรั้งให้ยืดขยายตัวออกเป็นระยะ จนแก่นกลางของดาวร้อนและเกิดสนามแม่เหล็กขึ้น แต่ทว่ารายละเอียดของกลไกภายในที่ขับเคลื่อนสนามแม่เหล็กทรงพลังอย่างแท้จริงนั้น ยังไม่มีใครพิสูจน์ทราบได้

ทีมผู้เชี่ยวชาญจากศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติฝรั่งเศส (CNRS) ตีพิมพ์ผลการศึกษาล่าสุดลงในวารสาร Geophysical Research Letters ฉบับเดือน ธ.ค. ของปีที่แล้ว โดยระบุว่าได้ทดสอบแบบจำลองพลวัตของโครงสร้างภายในดาวเคราะห์ ซึ่งมีวงจรการก่อตัวของ “หิมะเหล็ก” (iron snow) เพื่อดูว่าจะนำแบบจำลองนี้มาอธิบายปรากฏการณ์สนามแม่เหล็กอันทรงพลังเหลือเชื่อของแกนีมีดได้หรือไม่

สมมติฐาน “หิมะเหล็ก” เชื่อว่าในแก่นหรือใจกลางของดาวเคราะห์ขนาดเล็กบางดวง เหล็กหลอมเหลวที่ร้อนแรงสามารถจะเย็นตัวลงและตกผลึกเป็นเกล็ดเล็ก ๆ ได้ เมื่อมันลอยขึ้นมาสู่ด้านบนของแก่นดาว (core) บริเวณที่บรรจบกับเนื้อดาว (mantle) จากนั้นจะตกกลับลงมาเหมือนหิมะโปรยปราย โดยลงไปสู่ด้านล่างของแก่นดาวและถูกหลอมละลายอีกครั้ง

หากพลวัตความเคลื่อนไหวดังกล่าวเกิดขึ้นในใจกลางของแกนีมีดจริง นั่นเท่ากับว่าดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีแห่งนี้ไม่ต่างจาก “ลูกโลกหิมะ” (snow globe) ของขวัญและของที่ระลึกยอดนิยมตลอดกาลที่เรารู้จักกันดี เพราะด้านในของมันมีผลึกของเหล็กตกกระหน่ำลงมาเป็นช่วง ๆ คล้ายพายุหิมะบนโลก

ปรากฏการณ์นี้เป็นผลจากแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีที่กระทำต่อดาวบริวาร คล้ายกับเวลาที่เราใช้มือเขย่าลูกโลกหิมะเล่น เพื่อให้เกล็ดหิมะในนั้นโปรยปรายลงมา ซึ่งวงจรการลอยตัวขึ้นและตกกลับลงมาของธาตุเหล็กดังข้างต้น อาจสร้างสนามแม่เหล็กที่ทรงพลังมหาศาลขึ้นได้

มีการทดสอบโดยใช้ถังเก็บน้ำหรือแทงค์น้ำขนาดใหญ่ บรรจุน้ำเกลือที่เย็นจัดไว้ด้านล่าง ในขณะที่บรรจุน้ำจืดอุณหภูมิสูงไว้ข้างบน แล้วเฝ้าดูพฤติกรรมของผลึกน้ำแข็งที่เกิดขึ้นภายใน

แทงค์น้ำดังกล่าวคือแบบจำลองของใจกลางดวงจันทร์แกนีมีดที่กลับหัวอยู่นั่นเอง โดยชั้นน้ำเกลือที่เย็นกว่าเปรียบเสมือนชั้นเนื้อดาว และชั้นน้ำจืดที่ร้อนกว่าเปรียบเสมือนกับแก่นดาว

ผลปรากฏว่าวงจรการก่อตัวและละลายตัวของผลึกน้ำแข็ง ไม่ได้เกิดขึ้นเป็นกระแสไหลเวียนอย่างสม่ำเสมอดังที่คาดการณ์ไว้ แต่กลับเกิด “พายุหิมะ” ตกกระหน่ำรุนแรงเป็นช่วง ๆ สลับกับภาวะสงบนิ่งเป็นระยะ เนื่องจากการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งหรือเกล็ดหิมะนั้น จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อน้ำมีอุณหภูมิลดลงถึงระดับความเย็นยิ่งยวด (supercooled state) เสียก่อน จึงต้องใช้เวลาพอสมควรที่พายุหิมะน้ำแข็งในแทงค์ทดลอง หรือ “พายุหิมะเหล็ก” ในใจกลางของดวงจันทร์แกนีมีดจะเกิดขึ้นได้

อย่างไรก็ตาม ทีมผู้วิจัยพบว่าพายุหิมะเหล็กที่เกิดขึ้นเป็นช่วง ๆ อย่างไม่สม่ำเสมอนี้ สามารถจะขับเคลื่อนสนามแม่เหล็กอันทรงพลังได้ แต่ทว่าการที่พายุหิมะเหล็กเกิดขึ้นแค่ในบางส่วนของแก่นดาว โดยจะย้ายตำแหน่งไปเรื่อย ๆ ทำให้สนามแม่เหล็กของแกนีมีดไม่เสถียร เพราะจะแปรเปลี่ยนพื้นที่ครอบคลุมและรูปทรงของสนามแม่เหล็กอยู่เสมอ จนในบางครั้งก็อ่อนกำลังลง และบางครั้งก็กลับแข็งแกร่งขึ้นอย่างเหลือเชื่อ

แกนีมีดไม่ใช่ดาวเคราะห์ดวงเดียวในระบบสุริยะ ที่อาจมีพายุหิมะเหล็กตกกระหน่ำอยู่ภายในได้ แต่ปรากฏการณ์นี้ยังมีแนวโน้มว่าจะเกิดขึ้นในแก่นของดวงจันทร์, ดาวพุธ, ดาวอังคาร และดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่ที่มีองค์ประกอบเป็นโลหะด้วย