ปรากฏการณ์ Tidal Locking ของดวงจันทร์ของโลก และ Tidal Heating ในดวงจันทร์ไอโอ (Io)

หลายๆ คนอาจจะคุ้นเคยอยู่แล้ว กับ "แรงไทดัล" หรือแรงน้ำขึ้นน้ำลง (สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ที่ [1]) ที่ไม่เพียงแต่จะช่วยชาวประมงในการออกเรือ สามารถนำไปผลิตกระแสไฟฟ้า[3] เป็นส่วนสำคัญอย่างหนึ่งของระบบนิเวศริมทะเลแล้ว แต่ในยามวิกฤตเรายังสามารถนำไปใช้ในการช่วยกู้เรือเดินสมุทรที่ติดคลองสุเอซ ทำให้การขนส่งทางเรือเป็นอัมพาตได้อีกด้วย[2]

ในวันนี้เราจะมาทำความรู้จักกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจากแรงไทดัลอีกสองอย่าง นั่นก็คือ Tidal Locking และ Tidal Heating

- Tidal Locking

เชื่อว่าทุกคนน่าจะรู้จักคุ้นเคยกับภาพดวงจันทร์ทางด้านซ้ายมือในภาพบนกันเป็นอย่างดี แต่มีใครเคยเห็นหน้าตาดวงจันทร์อย่างภาพขวามือบ้าง? ในประวัติศาสตร์ของมนุษย์โลกนั้นเคยมีมนุษย์เพียง 24 คน ภายใต้โครงการอพอลโลเพียงเท่านั้นที่เคยเห็นพื้นผิวเหล่านี้ด้วยตาของพวกเขาเอง เพราะนี่คือพื้นผิวด้านไกลของดวงจันทร์ซึ่งไม่เคยเผยโฉมให้กับผู้สังเกตบนโลก

ที่เป็นเช่นนี้ก็เนื่องมาจากว่า ดวงจันทร์ของโลกนั้น มีคาบการโคจรรอบโลก และคาบการหมุนรอบตัวเองเท่ากันพอดี จึงหันด้านเดิมมาหาโลกเสมอ เราจึงสามารถแบ่งด้านของดวงจันทร์ออกเป็นด้านใกล้ และด้านไกล หรือบางทีเราอาจจะเรียกว่า "ด้านมืด" ในลักษณะที่เป็นด้านที่เราไม่รู้จัก (แต่ไม่ควรสับสนกับด้านที่อยู่ในเงามืด เพราะด้านที่อยู่ในเงามืดนั้นเปลี่ยนได้ตามเฟสของดวงจันทร์)

แล้วเพราะเหตุใดดวงจันทร์จึงหันด้านเดียวมาหาโลกเสมอ? เพราะเหตุใดคาบการโคจรและหมุนรอบตัวเองของดวงจันทร์จึงเท่ากันพอดิบพอดี? นี่เป็นความบังเอิญหรือไม่? วัตถุอื่นในระบบสุริยะมีการ sync คาบการโคจรกับคาบกันหมุนรอบตัวเองเช่นดวงจันทร์ของโลกหรือไม่?

คำตอบทั้งหมดนี้ ตอบได้ด้วยปรากฏการณ์ Tidal Locking

ปรากฏการณ์ Tidal Locking เกิดขึ้นเมื่อวัตถุมีวงโคจรที่ใกล้เพียงพอกับศูนย์กลางการโคจร ก่อนที่มันจะเย็นตัวลง จากความรู้เรื่องแรงไทดัล[1] เราจะพบว่าแรงไทดัลจะมีมาก เมื่ออยู่ใกล้แหล่งที่ทำให้เกิดแรงโน้มถ่วง และนอกจากนี้แรงไทดัลจะมีผลมากกว่ากับสสารที่เป็นของเหลว ดังนั้นแรงไทดัลจึงมีผลมากกว่า กับวัตถุที่เป็นของเหลวที่โคจรอยู่ใกล้ ซึ่งนั่นคือสภาพที่เกิดขึ้นกับดวงจันทร์ของโลกในช่วงที่เพิ่งจะก่อกำเนิดขึ้นมา

ในช่วงแรกนั้น ดวงจันทร์ของโลกประกอบไปด้วยแมกม่าเหลวที่ยังไม่เย็นตัวพอ และมีวงโคจรที่ใกล้กว่านี้เป็นอย่างมาก มนุษย์โลกเราอาจจะมองว่าแรงไทดัลนั้นเป็นแรงที่ดวงจันทร์กระทำกับโลก แต่ในขณะเดียวกันโลกก็มีแรงไทดัลส่งไปยังดวงจันทร์เช่นกัน และด้วยมวลของโลกที่มากกว่าดวงจันทร์กว่า 81 เท่า จึงทำให้แรงไทดัลที่โลกกระทำต่อดวงจันทร์มีมากกว่าถึง 81 เท่าเช่นกัน (เนื่องจากระยะห่างเท่ากันทั้งสองกรณี) แรงไทดัลอันมหาศาลที่โลกกระทำต่อดวงจันทร์ในยุคโบราณนี้ จึงทำให้แมกม่าเหลวภายในดวงจันทร์มีการถ่ายโอนไป มากองอยู่ในด้านที่อยู่ใกล้กับโลก ทุกวันนี้เรายังสามารถเห็นหลักฐานของปรากฏการณ์นี้ได้จากบริเวณของ Mare (มาเร่) บนดวงจันทร์ ที่เป็นบริเวณผิวเรียบสีเข้มที่ครั้งหนึ่งเคยเป็นทะเลลาวาที่ผุดขึ้นมาเต็มไปทั่วหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ ในขณะเดียวกันหากเราสังเกตเห็นด้านไกลของดวงจันทร์เราจะพบว่าแทบไม่มี Mare ปรากฏให้เห็นเลย

เมื่อลาวาเหลวบนดวงจันทร์เย็นตัวลง ดวงจันทร์ที่มีมวลโย้มาฝั่งเดียวนี้ จึงเปรียบได้กับตุ๊กตาล้มลุก ที่มีด้านที่หนักอยู่ด้านหนึ่ง และเมื่อแรงไทดัลกระทำกับดวงจันทร์นี้ จึงมีการส่ายไปมา คล้ายกับตุ๊กตาล้มลุกที่พยายามจะชี้ด้านที่เบาออกห่างจากโลกอยู่เสมอ

กระบวนการน้ำขึ้นน้ำลงนั้น เป็นกระบวนการที่สูญเสียพลังงาน เมื่อคลื่นที่เกิดจากน้ำขึ้นน้ำลงเสียดสีกับพื้นมหาสมุทร จะทำให้โลกหมุนช้าลง (ซึ่งเป็นเหตุผลที่เราต้องปรับนาฬิกาให้ช้าลงกันเป็นประจำ อ่านเพิ่มได้ที่[4]) หลักฐานทางฟอสซิลบ่งชี้ว่า เมื่อนานมาแล้วหนึ่งปีบนโลกมีได้ถึง 400 กว่าวัน และแรงไทดัลนั่นเองที่ทำให้โลกค่อยๆ หมุนช้าลง และในขณะเดียวกัน ด้วยกฏอนุรักษ์โมเมนตัม การหมุนช้าลงของโลกนี้ก็จะทำให้วงโคจรของดวงจันทร์ ค่อยๆ ถอยห่างออกไป พร้อมกับทำให้วงโคจรของดวงจันทร์มีความรีที่น้อยลง จนดวงจันทร์เกิดการ "ล๊อค" หันด้านที่หนักกว่ามาหาโลก กลายมาเป็นดวงจันทร์ที่หันด้านเดิมมาหาดวงอาทิตย์เสมอ เช่นที่เรารู้จักกันทุกวันนี้ เราจึงเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า "Tidal Locking"

ซึ่งปรากฏการณ์ Tidal Locking นี้ไม่ได้เฉพาะเจาะจงเฉพาะดวงจันทร์ของโลกเพียงเท่านั้น แต่เราพบว่าดวงจันทร์หลายๆ ดวงของดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีที่อยู่ใกล้ดาวแม่พอ ก็มีการหันด้านเดียวหาดาวเคราะห์เช่นกัน ตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดก็คือดวงจันทร์ Iapetus ที่มีครึ่งหนึ่งเป็นสีขาว อีกครึ่งหนึ่งเป็นสีดำ โดย Iapetus จะหันด้านสีดำ ไปในทิศทางการโคจรเสมอ นอกจากนี้ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะบางดวงที่โคจรใกล้ดาวฤกษ์เพียงพอ ก็อาจจะเกิดกระบวนการ Tidal Locking ได้เช่นกัน ทำให้ดาวเคราะห์นอกระบบบางดวงอาจจะมีอุณหภูมิพื้นผิว หรือ "ฤดูกาล" ที่แตกต่างกันตามด้านที่หันออกจากดาวฤกษ์ และหนึ่งในด้านเหล่านั้นอาจจะเอื้ออำนวยต่อการมีอยู่ของสิ่งมีชีวิตก็เป็นได้

- Tidal Heating

ผลอีกอย่างหนึ่งที่ตามมาจากแรงไทดัล และกระบวนการ Tidal Locking ก็คือปรากฏการณ์ Tidal Heating ซึ่งจะเห็นได้ชัดที่สุดในดวงจันทร์ไอโอ (Io) ของดาวพฤหัสบดี (ภาพซ้ายล่าง)

นอกจากโลกของเราแล้ว ดวงจันทร์ไอโอเป็นเพียงวัตถุเดียวในระบบสุริยะที่มีภูเขาไฟที่พ่นลาวาออกมาได้ แต่ในขณะที่แมกม่าในโลกของเรานั้นได้รับแหล่งพลังงานความร้อนหลักมาจากการแผ่รังสีของสารกัมมันตรังสีภายในโลก แหล่งกำเนิดพลังงานหลักที่ทำให้ดวงจันทร์ไอโอนั้นคุกกรุ่นไปด้วยภูเขาไฟทั่วทั้งดวงนั้น กลับมาจากแรงไทดัล

เราอธิบายความร้อนที่เกิดขึ้นนี้ได้ง่ายๆ โดยเปรียบเทียบกับการ "นวดดินน้ำมัน"

ลองจินตนาการดูว่าเราเพิ่งแกะดินน้ำมันห่อใหม่ออกมาจากห่อ ก่อนที่เราจะเอาไปปั้นเป็นรูปอะไรได้นั้น เราจะต้องนวดดินน้ำมันให้ "อุ่น" เสียก่อน เราจะทำให้ดินอุ่นโดยการ "นวด" ได้อย่างไร เราจะพบว่าสิ่งที่เราต้องทำนั้น มีเพียงแค่การ "บีบ" ดินน้ำมัน ในทิศทางที่ต่างๆ กันออกไป ในที่สุดดินก็จะอุ่นขึ้นมาเอง

จากในบทความที่อธิบายเรื่องแรงไทดัล เราสามารถเปรียบแรงไทดัลได้กับการ "บีบ" ของเหลวภายในดาวให้โป่งออก ดังนั้นเราจึงได้ปัจจัยแรกในการเปรียบเปรยการนวดดินน้ำมันของเราไปแล้ว อย่างไรก็ตาม นอกจากแรงบีบแล้วนั้น เราต้องการแรงบีบที่สามารถเปลี่ยนทิศทางไปได้ จึงจะทำให้เกิดความร้อนขึ้น แต่เนื่องจากดวงจันทร์ไอโอนั้นเกิด Tidal Lock ไปแล้ว จึงหันด้านเดิมมาหาดาวพฤหัสบดีเสมอ แรงไทดัลจึงกระทำต่อดวงจันทร์ในทิศทางเดิมเสมอ กลไกนี้เพียงกลไกเดียวจึงไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดความร้อนขึ้น เช่นเดียวกับการยืนบีบดินน้ำมันเอาไว้นิ่งๆ ย่อมจะไม่ทำให้ดินน้ำมันนั้นเกิดความอุ่นขึ้นมาได้แต่อย่างใด

แต่ในขณะเดียวกันนั้น ดวงจันทร์ไอโอนั้นกลับมีสิ่งที่เรียกว่า Orbital Resonance กับดวงจันทร์กาลิเลียนอีกสองดวง นั่นก็คือ Europa และ Ganymede โดยมีอัตราส่วนคาบเป็น 1:2:4 กล่าวคือ ทุกๆ หนึ่งรอบการโคจรของดวงจันทร์แกนิมีด ดวงจันทร์ยูโรปาจะโคจรไปสองรอบ และดวงจันทร์ไอโอจะโคจรไปสี่รอบ Orbital Resonance ในลักษณะนี้ จะทำให้ตำแหน่งที่ดวงจันทร์ตรงกัน จะเกิดขึ้นในตำแหน่งเดิมของวงโคจรเสมอ (เช่น ซ้าย-ขวา ดังภาพประกอบด้านขวาล่าง) แม้ว่าแรงดึงดูดระหว่างดวงจันทร์สองดวงนั้นจะมีน้อยมาก เมื่อเทียบกับแรงโน้มถ่วงจากดาวพฤหัส แต่แรงโน้มถ่วงที่ดึงในทิศทางเดิมเสมอ เมื่อเวลาผ่านไปนานเข้า จะค่อยๆ ยืดวงโคจรของดวงจันทร์ไอโอออกจนกลายเป็นวงรีในที่สุด (ในแนวซ้าย-ขวา ในกรณีตามภาพนี้)

โดยปรกติแล้วแรงไทดัลนั้นจะค่อยๆ ทำให้วงโคจรใดๆ ที่มีความรี ค่อยๆ กลายเป็นวงกลมไปในที่สุด แต่ในกรณีของดวงจันทร์ไอโอที่อยู่ใน Orbital Resonance กับดวงจันทร์อีกสองดวงนี้นั้น แรงโน้มถ่วงจากดวงจันทร์ทั้งสองจะทำให้วงโคจรของดวงจันทร์ไอโอยังสามารถคงความรีเอาไว้ได้ไปตลอดไป ซึ่งเป็นปัจจัยที่สำคัญมากในกระบวนการเกิด Tidal Heating

เนื่องจากถึงแม้ว่า Tidal Locking จะบังคับให้คาบการโคจรของไอโอ มีค่าเท่ากับคาบในการหมุนพอดิบพอดี แต่ Tidal Locking นั้นไม่สามารถควบคุมอัตราเร็วในการโคจรได้ เมื่อไอโอมีวงโคจรเป็นวงรี นั่นหมายความว่าในบางช่วงไอโอจะมีอัตราเร็วในการโคจรที่เร็วกว่าปรกติ และในบางช่วงก็ช้ากว่าปรกติ ในขณะที่อัตราหมุนของวัตถุใดๆ นั้นจะคงที่เสมอ ทำให้ในบางครั้งไอโอก็มีอัตราหมุน "แซง" อัตราเร็วโคจรไป และในช่วงที่เหลือก็มีอัตราหมุน "ช้ากว่า" สลับกันไป

ผลของอันตรกิริยาอันซับซ้อนเหล่านี้ ก็ทำให้ดวงจันทร์ไอโอมีการ "ส่าย" ไปมา คล้ายกับตุ๊กตาล้มลุกที่ไม่มีวันหยุดนิ่ง แต่เนื่องจากแรงไทดัลนั้นออกแรง "บีบ" ในทิศทางที่ชี้ไปหาดาวพฤหัสบดีเสมอ ทำให้แรงบีบที่เกิดจากแรงไทดัลนั้นมีการเปลี่ยนตำแหน่งอยู่เสมอในรอบการโคจร เมื่อเรามีทั้งแรงบีบ และกลไกในการเปลี่ยนทิศทางของแรงบีบ แรงไทดัลอันมหาศาลจากดาวพฤหัสจึงส่งแรง "นวด" ภายในของดาวไอโออย่างไม่หยุดหย่อน พลังงานที่เกิดขึ้นนี้จึงสะสมอยู่ในรูปของความร้อน ทำให้ภายในดาวไอโอกลายเป็นแมกม่าเหลวที่ร้อนระอุ และพร้อมที่จะปุออกมาอยู่ตลอดเวลา กลายมาเป็นดวงจันทร์ภูเขาไฟเพียงดวงเดียวในระบบสุริยะที่เรารู้จัก

อ้างอิง/อ่านเพิ่มเติม:
[1] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/a.255101608033386/1561313990745468/
[2] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/a.255101608033386/1560520504158150/
[3] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/1238742689669268
[4] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/364803483729864

【Fair Lady Shopping With Plastic Hand Glove】Process

Total working time: ≈13 hours

BGM: Iapetus (Jazzy Moon)
Ablum: Eclipsing The Past
Ultra Lights

#FairLadyShoppingWithPlasticHandGlove
#頭粉育成計劃🎖
#doodle #sketch #draft #cg #illustration #painting #drawing #digitalart #digitalartist
#靛繪 #靛 #電繪

【#大地媽媽與她的孩子們】神話大長今#1
　　
「沒有任何生命應該遭受威脅，在大地之上以及大地之下，任何的一切都有自己的位置。」

能夠做出這種震撼性發言的女神，一看就知道是大家的媽媽，而且是可以為了孩子對抗任何人的悍媽。

當然，要展開媽媽保護孩子的故事，我們還需要不可或缺的關鍵角色：豬隊友。
#希臘神話最不缺的就是豬隊友
　　
那麼我們就從開天闢地開始講起吧！
（奔狼突然有種要寫好久的感覺......）
　　
　　
話說宇宙剛剛形成之際，原本只有一片渾沌（chaos）。在這黑壓壓的渾沌之中，出現了六顆寶石（X）5位神靈（Ｏ）
　　
他們是：

夜神倪克斯 （Nyx）#黑壓壓的很合理
黑暗之神厄瑞玻斯（Erebos）#黑壓壓的真的很合理
深淵之神塔爾塔羅斯（Tartarus）#還沒有人可以死就先把冥界最底層準備好也是合理
愛與慾望之神厄洛斯（Eros）＃嗯？（其他神：為什麼只有他有金翅膀！！！）
大地女神蓋亞（Gaia）#女主角現身
　　
因為希臘人沒有解釋角色怎麼來的習慣，所以我們就繼續看下去...
　　
　　
這些神靈誕生之後，因為沒有人公投反對，有些神就開始捉對生小孩，例如夜神與黑暗之神生下了白晝（赫默拉 Hemera）、太空（埃特爾 Aether）等等；不過蓋亞則是從自己指尖生出了天空之神烏拉諾斯（Uranus），又生出了海洋之神彭托斯（Pontos）。
#出芽生殖？
　　
據說由於天空與大地緊緊相擁生個不停，於是蓋亞就生出了男帥女美的泰坦十二位（六男六女），以及獨眼巨人和百臂巨人各三位。

對媽媽來說，再醜的孩子都是自己的孩子，但是爸爸可不這樣想。他覺得小孩有五十個頭一百隻手實在長得太醜，所以百臂巨人一出生就被烏拉諾斯扔到深淵之神塔爾塔羅斯那裡。
#塔爾塔羅斯表示：_______
　　
百臂巨人的痛苦呻吟讓蓋亞媽媽心裡超難過，於是她請求兒子們起來反抗父親，拯救兄弟們。
#是說150個頭一起呻吟也真的蠻讓人難過的
　　
獨眼巨人：.......（早不知野到哪裡去了）

大哥歐開諾斯（Oceanus），一切河流之父，大海他本人：我...我不敢。（躲在海裡）

二哥許柏里翁（Hyperion），東方與光明之神：我...我不敢。（躲在東方）

三哥克利奧斯（Crius），南方與星辰之神：我...我不敢。（躲在南方）

四哥科厄斯（Coeus），北方與黑暗之神：我...我不敢。（躲在北方）

五哥伊阿珀托斯（Iapetus），西方與言論之神：我...我不敢。（躲在西方）

小弟克羅諾斯（Cronus）：讓專業的來！
#該不會是沒地方躲所以？
　　
　　
拿著蓋亞給的鐮刀，克羅諾斯施展忍術（？）躲了起來，然後趁老爸一個不注意，一刀砍下他的雞雞。
#瞄準這裡是男人的雄風最珍貴的概念？
#也有一說是蓋亞受不了烏拉諾斯每天都要所以叫小孩閹了他
　　　　
「啊～～～～～～～」
在烏拉諾斯的慘叫聲中，一位絕美女神從他掉入海中的斷頭雞所激起浪花中走了出來，她就是人見人愛的美神阿芙蘿黛蒂（Aphrodite）；而他噴出來的精血中，也生出了沒那麼美的小孩——眼睛滴血滿頭是蛇的復仇女神，還有巨人族癸干忒斯。
　　
從此之後，烏拉諾斯逃離了蓋亞，讓天與地遠遠分開；克羅諾斯也憑著自己的勇敢成為神王，並娶了自己的姐妹——時光女神瑞亞（Rhea）。
　　
孩子們都有了自己的位置，自己也擺脫了一直生小孩的痛苦，蓋亞對新生活感到很滿意；但或許是家暴會遺傳，同樣的悲劇又開始上演......
　　
（未完待續）
　　
　　
｜工商時間｜
　　
🌏 孩子們！妳/你也想獲得大地媽媽的守護？

請使用蓋亞女神賜與的 #聖地守護，立即變身移動瓦干達，黑暗攻擊都反彈：https://wp.me/p3UNVs-2kq
＊限量供應喔！＊
　　
🌏 #夏至檔 限時開放接單中！訂購說明：https://wp.me/P3UNVs-1xt
　　
🌏 歡迎加入我們的魔法油社團，好康不漏接，秘技全都露：https://www.facebook.com/groups/BleuMoonWitchCraft/　　
　　

#奔狼小編愛講古
　　
　　

圖片來源：The Mutilation of Uranus by Saturn . Cronus (Saturn) castrates his father Uranus, the Greek sky god (before Zeus) . 16th century.

ถ้าคุณชอบคลิปนี้ก็อย่าลืมกดไลค์กดแชร์และกดติดตามแล้วกดกระดิ่งแจ้งเตือน ? กันด้วยนะครับ
ติดตาม Facebook คลิก ► https://www.facebook.com/TheStory9
ดูคลิป The Story ทั้งหมด คลิก ► https://www.youtube.com/playlist?list=PLFC7PXzO-8rx6zLyjRj2QdM3bD5XtphcX

10 ดวงจันทร์ในระบบสุริยะจักรวาลที่น่าสนใจและน่ามหัศจรรย์