กุ้งดีดขันสร้างฟองที่ร้อนใกล้เคียงผิวดวงอาทิตย์ได้อย่างไร

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th

ใต้ทะเลมีกุ้งตัวเล็กชนิดหนึ่งที่มีก้ามข้างหนึ่งใหญ่สะดุดตา เวลาดีดก้ามจะเกิดเสียงดังเป๊าะ และมีข้อมูลเล่าต่อกันว่า มันสร้างฟองน้ำที่ร้อนได้ถึง 4,800 องศาเซลเซียส ใกล้เคียงกับพื้นผิวดวงอาทิตย์

ตัวเลขนี้ฟังดูเหลือเชื่อ เพราะกุ้งยังอยู่ในน้ำทะเลได้ตามปกติ ความร้อนเกิดขึ้นตรงไหน และนักวิทยาศาสตร์รู้ได้อย่างไร?

ฟองที่กุ้งสร้างขึ้นสามารถเกิดสภาวะร้อนจัดได้จริงในช่วงที่ฟองยุบตัว แต่ 4,800 องศาเซลเซียสเป็นค่าประมาณ ไม่ใช่อุณหภูมิที่วัดได้แน่นอนสำหรับกุ้งทุกตัว ความร้อนเกิดขึ้นในบริเวณเล็กมากและเพียงชั่วขณะ ไม่ได้ทำให้น้ำทะเลรอบตัวร้อนเท่าดวงอาทิตย์

ก้ามที่ทำงานเหมือนเครื่องยิงน้ำ

กุ้งดีดขัน หรือ pistol shrimp มีก้ามขนาดใหญ่ที่มีรูปทรงเฉพาะ เมื่อมันปิดก้ามอย่างรวดเร็ว น้ำจะถูกดันออกไปเป็นลำด้วยความเร็วสูง ความดันบริเวณนั้นลดลงจนเกิดโพรงฟองขนาดเล็กในน้ำ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าแควิเทชัน

หลังเกิดฟอง น้ำรอบข้างจะดันกลับเข้ามาจนฟองยุบตัวอย่างรวดเร็ว งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science เมื่อปี 2000 ใช้ภาพความเร็วสูงศึกษากุ้งชนิดหนึ่งและพบว่า เสียงเป๊าะที่ได้ยินเกิดจากการยุบตัวของฟองเป็นหลัก ไม่ใช่เพียงเสียงก้ามกระทบกัน

การยุบตัวนั้นยังสร้างคลื่นความดัน กุ้งใช้แรงจากเหตุการณ์นี้ช่วยล่าเหยื่อขนาดเล็กและป้องกันตัว ภาพที่เห็นเหมือนมันยิงอะไรบางอย่างออกไปจึงเกี่ยวข้องกับทั้งลำน้ำ ฟอง และคลื่นความดันที่เกิดตามมา

แล้วตัวเลขหลายพันองศามาจากไหน?

ในปี 2001 นักวิจัยรายงานในวารสาร Nature ว่าตรวจพบแสงวาบสั้น ๆ ตอนฟองของกุ้งยุบตัว แสงดังกล่าวบ่งชี้ว่าภายในฟองมีอุณหภูมิและความดันสูงมาก นักวิจัยเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า shrimpoluminescence โดยเทียบกับการเกิดแสงจากฟองที่ถูกกระตุ้นด้วยเสียง

บทคัดย่องานประชุมของสมาคมฟิสิกส์อเมริกันในปี 2007 ระบุช่วงอุณหภูมิภายในฟองไว้ประมาณ 5,000–10,000 เคลวิน ซึ่ง 5,000 เคลวินเท่ากับราว 4,727 องศาเซลเซียส จึงช่วยอธิบายได้ว่าทำไมจึงมีการยกตัวเลขประมาณ 4,800 องศามาเล่ากัน ตัวเลขนี้ควรอ่านเป็นค่าประมาณของสภาวะชั่วขณะ ไม่ใช่ผลวัดอุณหภูมิแบบเสียบเทอร์โมมิเตอร์ลงไปในฟอง

ส่วนองค์การนาซาระบุว่า พื้นผิวที่มองเห็นของดวงอาทิตย์หรือชั้นโฟโตสเฟียร์มีอุณหภูมิประมาณ 5,500 องศาเซลเซียส เมื่อเทียบตัวเลขกันจึงอยู่ในระดับหลายพันองศาเหมือนกัน แต่แหล่งกำเนิดและขนาดต่างกันมาก ฟองของกุ้งเล็กและยุบหายอย่างรวดเร็ว ขณะที่พื้นผิวดวงอาทิตย์เป็นบริเวณขนาดมหาศาล

ร้อนขนาดนั้น ทำไมกุ้งไม่สุก?

อุณหภูมิสูงไม่ได้บอกปริมาณความร้อนทั้งหมดด้วยตัวมันเอง ต้องดูด้วยว่าบริเวณที่ร้อนมีขนาดเท่าไรและร้อนอยู่นานแค่ไหน ฟองของกุ้งมีขนาดเล็กมาก ส่วนสภาวะร้อนจัดเกิดขึ้นในช่วงสั้นมาก จึงไม่ควรนึกภาพว่าน้ำทั้งแถบกลายเป็นน้ำเดือด หรือกุ้งปล่อยลูกไฟใต้น้ำ

สำหรับเหยื่อ สิ่งที่มีบทบาทในการโจมตีคือคลื่นความดันจากฟองที่ยุบตัว ส่วนแสงและความร้อนเป็นร่องรอยของสภาวะสุดขั้วที่เกิดขึ้นชั่วครู่ ก้ามเพียงข้างเดียวของกุ้งจึงเปลี่ยนการดีดครั้งสั้น ๆ ให้กลายเป็นปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่นักวิจัยต้องใช้กล้องความเร็วสูงช่วยจับภาพ