เครื่องวัดทางสุริยะฟิสิกส์

Ionospheric Disturbance

(งานวิจัยในไทย)

ไอโอโนสเฟียร์มีบทบาทสำคัญในการสื่อสารสัญญาณวิทยุจากเครื่องส่งสัญญาณ (transmitter) มายังเครื่องรับสัญญาณ (receiver) โดยมีการใช้คลื่นวิทยุในหลายย่านความถี่เช่น ความถี่สูงในย่าน 1000 MHz ถูกใช้ในสถานีวิทยุกระจายเสียงแต่สำหรับคลื่นที่มีความถี่ต่ำมาก (Very Low Frequency; VLF) ในย่าน 3-30 kHz ซึ่งถูกใช้โดยกองทัพเรือสหรัฐเพื่อติดต่อกับเรือดำน้ำเพราะ VLF สามารถเดินทางผ่านน้ำได้ประมาณ 10-40 เมตร หลังจากมีการค้นพบว่าการส่ง-รับสัญญาณ VLF ถูกรบกวนด้วยปรากฎการณ์จากดวงอาทิตย์เช่น การลุกจ้าของดวงอาทิตย์ (Solar Flare) และพายุสุริยะ (Solar Storm) ด้วยเหตุนี้เอง Stanford Solar Center มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ศึกษาและสร้างเครื่องวัดการรบกวนชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ (Sudden Ionospheric Disturbance Monitor) หรือเครื่องวัด SID

ทำอย่างไรให้นักศึกษาระดับปริญญาตรีและนักเรียนมัธยมปลายสามารถเฝ้าสังเกตอิทธิพลของดวงอาทิตย์ที่มีต่อชั้นบรรยากาศโลกด้วยอุปกรณ์ราคาพอเพียง เครื่องวัด SID ได้รับการออกแบบเพื่อวัตถุประสงค์ดังกล่าว ด้วยต้นทุนต่อเครื่องประมาณ 250 ดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณ 9,000 บาท (อัตราแลกเปลี่ยน 36 บาทต่อดอลลาร์สหรัฐ) โดยในประเทศสหรัฐอเมริกาได้มีการกระจายเครื่องวัด SID ให้กับโรงเรียนในระดับมัธยมปลายได้ใช้ในการทำโครงงานวิจัย ด้วยเหตุผลข้างต้นเครื่องวัดนี้จึงถูกเลือกให้เป็นส่วนหนึ่งของปีสุริยฟิสิกส์สากล (IHY 2007) เพื่อให้นักศึกษา และนักเรียนได้ร่วมสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ร่วมกันทั่วโลกในวาระพิเศษนี้

รูปที่ 1 การรับมอบเครื่องวัด SID จากหัวหน้าของ Stanford Solar Center ณ มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ประเทศสหรัฐอเมริกา

จาก Deborah Scherrer รับมอบโดยนายปัทม์ วงษ์ปาน หนึ่งในผู้ช่วยวิจัย

(หมายเหตุ: สนับสนุนโดย โครงการ STEP มหาวิทยาลัยมหิดล และสถาบันกองทุนสนับสนุนการวิจัย)

ฟิสิกส์ของตัวเครื่องวัดการรบกวนชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์นั้นเหมือนกับฟิสิกส์ของเครื่องรับวิทยุ AM ที่ใช้ฟังเพื่อความบันเทิงต่างกันแค่ความถี่คลื่นที่รับในช่วงความถี่ที่ต่ำกว่ามาก ดังนั้นเครื่องวัด SID จึงประกอบด้วยสองส่วนหลักๆ คือเสาอากาศ (Antenna) และตัวเครื่องรับซึ่งได้รับการออกแบบให้สามารถวิเคราะห์คลื่นความถี่ต่ำๆ ได้ โดยปกติสัญญาณที่ได้นั้นขึ้นกับอิทธิพลของดวงอาทิตย์นั่นคือกลางวันและกลางคืนมีผลต่อสัญญาณ เพราะดวงอาทิตย์ทำให้เกิดการไอออไนเซชันเชิงแสง (Photo Ionization) ซึ่งเพิ่มความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในชั้นไอโอโนสเฟียร์ และเมื่อเกิดกิจกรรมดวงอาทิตย์ (Solar Activity) เช่นการลุกจ้าของดวงอาทิตย์ และพายุสุริยะ ทำให้ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในชั้นไอโอโนสเฟียร์สูงผิดปกติ และเครื่องวัดสามารถตรวจจับความผิดปกตินี้ได้โดยแสดงเป็นลูกคลื่นสูงขึ้นของสัญญาณซึ่งการวัดมีประสิทธิภาพมากในตอนกลางวัน และยังสามารถตรวจวัดปรากฏการณ์อื่นๆ เช่น ฟ้าผ่า ได้อีกด้วย

สำหรับประเทศไทยเองได้เข้าเป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยเครื่องวัด SID ในเดือนเมษายน 2550 โดยในขณะนี้ได้รับมอบเครื่องวัด SID จำนวน 2 เครื่อง เพื่อใช้ในการศึกษาและวิจัยในระดับนำร่อง โดยเครื่องที่หนึ่งได้ส่งมอบให้ทางโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) เพื่อนำไปศึกษาและวิจัยในโครงงานวิทยาศาสตร์ซึ่งกำหนดติดตั้งแล้วเสร็จภายในเดือนมิถุนายน และเครื่องที่สองถูกวางแผนให้เป็นอุปกรณ์สำหรับการเรียนการสอนในวิชาการทดลองฟิสิกส์ขั้นสูง (Advanced Physics Laboratory) ในระดับปริญญาตรีปีที่ 3ในภาคการศึกษาที่ 2 ของนักศึกษาภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ซึ่งกำหนดแล้วเสร็จภายในเดือนตุลาคมนี้

รูปที่ 2 แผนภาพทางภูมิศาสตร์แสดงที่ตั้งทางภูมิศาสตร์ของเครื่องส่งสัญญาณ (S3B) ในเมือง Datonge ที่ลองติจูด 103.33

และเครื่องวัด SID ในประเทศไทยบริเวณมหาวิทยาลัยมหิดล วิทยาเขตศาลายา (MUS) ที่ลองติจูด 100.30

ความพิเศษของเครื่องวัด SID ในประเทศไทยคือการริเริ่มใช้เครื่องส่งสัญญาณความถี่ใหม่ 10.6 kHz จากเครื่อง S3B เมือง Datonge ประเทศจีน ที่ลองติจูด 103.33 เนื่องจากอยู่ในลองติจูดใกล้ที่สุดเครื่องวัด SID ที่ลองติจูด 100.30 เนื่องจากเครื่องวัด SID เป็นรุ่นแรกซึ่งยังมีข้อจำกัดบางประการเช่นไม่สามารถปรับความถี่ด้วยปุ่มหมุนเหมือนเครื่องรับวิทยุทั่วไปได้ นั่นคือ หนึ่งเครื่องรับได้หนึ่งความถี่ ทำให้ต้องเปลี่ยนวงจรความถี่เพื่อรับความถี่ใหม่ (ปกติตัวเครื่องถูกตั้งให้รับจากเครื่องส่งสัญญาณในประเทศสหรัฐอเมริกา) ซึ่งทาง Solar Center ได้แนะนำให้ผู้วิจัยทดลองเปลี่ยนแผงวงจรความถี่ใหม่เพื่อให้เข้ากับเครื่องส่งสัญญาณตัวใหม่ในระยะแรกไปก่อน จากนั้นทาง Solar Center ซึ่งกำลังพัฒนาเครื่องวัด SID รุ่นที่สอง (SID II) จะจัดส่งเครื่องวัด SID II ที่สามารถปรับความถี่ได้เมือนเครื่องรับวิทยุสื่อสารทั่วไปมาให้ภายในปี 2550 นี้

อ้างอิง

http://solar-center.stanford.edu/SID/ เว็บไซท์หลักของเครื่องวัดการรบกวนชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์