โลกมหาสมุทรและดวงจันทร์น้ำแข็ง

ดวงจันทร์ที่มีมหาสมุทรน้ำเหลวทั่วโลกซ่อนอยู่ใต้เปลือกน้ำแข็ง จัดเป็นสถานที่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก

Definition

โลกมหาสมุทรคือดวงจันทร์น้ำแข็งและวัตถุอื่นๆ ที่มีชั้นน้ำเหลวอยู่ใต้พื้นผิวที่เยือกแข็ง ซึ่งคงอยู่ได้ด้วยความร้อนภายในหรือความร้อนจากกระแสน้ำขึ้นลง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงดวงจันทร์น้ำแข็งที่มีหรืออาจมีมหาสมุทรน้ำเหลวใต้พื้นผิว รวมถึงยูโรปา แกนีมีด คัลลิสโต เอนเซลาดัส และไททัน รวมถึงโลกมหาสมุทรอื่นๆ ที่เป็นไปได้ นอกจากนี้ยังกล่าวถึงหลักฐานของมหาสมุทรเหล่านี้จากสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ แรงโน้มถ่วงและลักษณะภูมิประเทศ การส่าย และพวยพุ่งที่ปะทุ บทบาทของความร้อนจากกระแสน้ำขึ้นลงและสารละลายป้องกันการแข็งตัวในการรักษาสภาพน้ำให้เป็นของเหลว ธรณีวิทยาของเปลือกน้ำแข็ง และศักยภาพทางชีววิทยาของมหาสมุทรที่สัมผัสกับหิน

Core questions

• ดวงจันทร์น้ำแข็งรักษามหาสมุทรน้ำเหลวไว้ใต้เปลือกน้ำแข็งได้อย่างไร?
• หลักฐานใดบ้างที่บ่งชี้ถึงมหาสมุทรที่ซ่อนอยู่ภายในดวงจันทร์?
• มหาสมุทรเหล่านี้สัมผัสกับหินหรือไม่ ซึ่งอาจให้เคมีที่สามารถรองรับสิ่งมีชีวิตได้?
• เปลือกน้ำแข็งที่อยู่เหนือมหาสมุทรมีความหนาและเปลี่ยนแปลงอย่างไร?

Key theories

มหาสมุทรใต้พื้นผิวที่ได้รับความร้อนจากกระแสน้ำขึ้นลง

การโค้งงอจากแรงโน้มถ่วงเป็นระยะของดวงจันทร์ในวงโคจรที่ผิดปกติจะกระจายความร้อน ซึ่งเมื่อรวมกับสารละลายป้องกันการแข็งตัว สามารถรักษามหาสมุทรน้ำเหลวทั่วโลกไว้ใต้เปลือกน้ำแข็งที่เป็นฉนวนได้

การตรวจจับมหาสมุทรด้วยสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ

มหาสมุทรที่มีเกลือและนำไฟฟ้าจะตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงของดวงจันทร์โดยการสร้างสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ ซึ่งเครื่องวัดสนามแม่เหล็กของยานอวกาศตรวจพบได้ที่ยูโรปาและคัลลิสโต

พวยพุ่งที่ปะทุจากแหล่งกักเก็บใต้พื้นผิว

พวยพุ่งของไอน้ำและอนุภาคน้ำแข็งที่ปะทุจากขั้วใต้ของเอนเซลาดัสจะเก็บตัวอย่างแหล่งกักเก็บของเหลวใต้พื้นผิวโดยตรง เผยให้เห็นเกลือและสารอินทรีย์

Mechanisms

การโค้งงอจากกระแสน้ำขึ้นลงและความร้อนจากกัมมันตภาพรังสีที่หลงเหลืออยู่จะทำให้ภายในของดวงจันทร์น้ำแข็งอุ่นขึ้น ในขณะที่เกลือที่ละลายอยู่และแอมโมเนียจะลดจุดเยือกแข็งลง ทำให้รักษาสภาพน้ำเหลวไว้ใต้เปลือกน้ำแข็งที่เป็นฉนวน มหาสมุทรจะแสดงตัวผ่านสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ แรงโน้มถ่วงที่ผิดปกติและการส่าย ธรณีแปรสัณฐานบนพื้นผิว และที่เอนเซลาดัสคือพวยพุ่งที่ปะทุซึ่งนำวัสดุภายในออกสู่ห้วงอวกาศ

Clinical relevance

มหาสมุทรใต้พื้นผิวที่สัมผัสกับภายในที่เป็นหินมีน้ำเหลว พลังงานเคมี และโมเลกุลอินทรีย์ ทำให้ดวงจันทร์น้ำแข็งเป็นเป้าหมายหลักในการค้นหาสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยและสิ่งมีชีวิตนอกโลก

History

ยานวอยเอเจอร์ได้บอกใบ้ถึงดวงจันทร์ที่อายุน้อยและมีพื้นผิวเป็นน้ำแข็ง และเครื่องวัดสนามแม่เหล็กของภารกิจกาลิเลโอได้ให้หลักฐานที่ชัดเจนถึงมหาสมุทรภายในยูโรปาและคัลลิสโตในช่วงปลายทศวรรษ 1990 การค้นพบพวยพุ่งที่ปะทุอย่างต่อเนื่องที่เอนเซลาดัสในปี 2005 โดยยานแคสสินี และการศึกษาวัฏจักรมีเทนและมหาสมุทรใต้พื้นผิวของไททัน ทำให้โลกมหาสมุทรกลายเป็นประเด็นสำคัญ กระตุ้นให้เกิดภารกิจเฉพาะทาง เช่น ยานยูโรปาคลิปเปอร์

Debates

ความสามารถในการอยู่อาศัยและความหนาของเปลือกน้ำแข็งของยูโรปา

ความหนาของเปลือกน้ำแข็งของยูโรปาและอัตราการแลกเปลี่ยนสารระหว่างมหาสมุทรกับพื้นผิว ซึ่งมีความสำคัญต่อความสามารถในการอยู่อาศัยและการสำรวจ ยังคงไม่แน่นอน

Key figures

• Margaret Kivelson
• Carolyn Porco
• Francis Nimmo
• Robert Pappalardo

Seminal works

• khurana1998
• porco2006
• nimmopappalardo2016

Frequently asked questions

ดวงจันทร์ดวงใดบ้างที่เชื่อว่ามีมหาสมุทร?

มีกรณีที่แข็งแกร่งสำหรับยูโรปา แกนีมีด และคัลลิสโตที่ดาวพฤหัสบดี และเอนเซลาดัสและไททันที่ดาวเสาร์ โดยมีวัตถุน้ำแข็งอื่นๆ อีกหลายดวงเป็นผู้สมัครเพิ่มเติม

ดวงจันทร์จะมีน้ำเหลวได้อย่างไรในระยะที่ไกลจากดวงอาทิตย์มาก?

ความร้อนจากการโค้งงอจากกระแสน้ำขึ้นลงและจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี เมื่อรวมกับเกลือที่ลดจุดเยือกแข็งของน้ำ สามารถรักษาสภาพมหาสมุทรให้เป็นของเหลวไว้ใต้เปลือกน้ำแข็งที่เป็นฉนวนได้ แม้ในระบบสุริยะชั้นนอกที่หนาวเย็น