เขตการพา

(Convection Zone)

 Image credit: Åke Nordlund “Solar Interior: Convection Theory”, Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, 2001, p.3943

เขตการพา (Convection zone)

ดวงอาทิตย์ก็เป็นเหมือนดาวฤกษ์อื่น ๆ ที่มีมวลปานกลาง นั่นคือมีเขตการพาซึ่งอยู่ใต้ผิว ซึ่งในเขตการพานี้จะมีการเคลื่อนไหวแบบปั่นป่วน เพื่อนำพลังงานที่เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในแกนมาสู่ภายนอก จากการสังเกตดวงอาทิตย์เราพบการเคลื่อนไหวที่ปั่นป่วน และโครงสร้างแม่เหล็กเชิงซ้อน และพบว่าเขตการพาซึ่งเป็นบริเวณตั้งแต่เหนือเขตแผ่รังสีจนถึงผิวของดวงอาทิตย์ กินบริเวณประมาณ 30% ของรัศมีของดวงอาทิตย์ หรือประมาณ 200,000,000 เมตร เขตการพานี้จะประกอบด้วยเซลล์การพาที่มีลักษณะคล้ายน้ำเดือด เขตการพามีปริมาตร 66 เท่าของปริมาตรของดวงอาทิตย์ แต่มีมวลแค่ 2% ของมวลของดวงอาทิตย์ ที่ด้านบนสุดของเขตการพามีความหนาแน่นเข้าใกล้ศูนย์ และมีอุณหภูมิลดลงจากเขตแผ่รังสีจนเหลือประมาณ 5,800 เคลวิน เซลล์การพาที่มีลักษณะคล้ายน้ำเดือดนี้ลอย (ปุด) ขึ่นสู่ผิวของดวงอาทิตย์เนื่องจาก โฟตอนจากเขตแผ่รังสีให้พลังงานกับมัน

ในเขตการพานี้ แก๊สที่ร้อนกว่าจะพาพลังงานขึ้นสู่ด้านบนของผิวดวงอาทิตย์ แก๊สที่เย็นกว่าจะจมลงสู่ด้านล่าง โดยแก๊สจะหมุนวนเป็นวงกลมซึ่งเราเรียกว่าเป็นเซลล์ ซึ่งเซลล์การพานี้มีช่วงของขนาด (scale) ในแนวนอน (horizontal) กว้างมาก คือตั้งแต่ 1,000,000 เมตรจนถึง 30,000,000 เมตร และแบ่งได้เป็น 3 ขนาด ได้แก่

- กรานูล (granules) มีขนาดประมาณ 1,000กิโลเมตรหรือ 1,000,000 เมตร

- กรานูลขนาดกลาง (mesogranules)มีขนาดประมาณ 5,000,000 เมตร

- ซูปเปอร์กรานูล (supergranules) มีขนาดประมาณ 30,000 กิโลเมตร หรือ 30,000,000 เมตร

และมีช่วงความลึก (จากผิว) ลงไป  200,000,000 เมตร

รูปที่ 4 แสดงกรานูล (granules) ด้านบนและซูปเปอร์กรานูล (supergranules) ด้านล่างจากผิวดวงอาทิตย์

Image credit: Peter Foukal, “Solar Astrophysics”, John Wiley & Sons, 1990, p.150

รูปที่ 5 แสดงวิวัฒนาการของกรานูลบนผิวดวงอาทิตย์

Image credit: Peter Foukal, “Solar Astrophysics”, John Wiley & Sons, 1990, p.148

รูปแสดงกรานูลที่ระดับความลึกต่าง ๆ โดยช่องซ้ายบนจะอยู่ที่ผิวดวงอาทิตย์และขวาบนอยู่ลึกลงมาเล็กน้อย ส่วนรูปซ้ายล่างจะอยู่ลึกลงไปอีก และขวาล่างอยู่ลึกที่สุด

Image credit: http://sprg.ssl.berkeley.edu/~abbett/images/convect.gif

ความปั่นป่วนในเขตการพานี้นอกจากจะมีการพาความร้อนแล้ว ยังมีการกระจายใหม่ (redistribute) ของโมเมนตัมเชิงมุมด้วย ทำให้ที่แต่ละส่วนของดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วไม่เท่ากัน โดยที่บริเวณเส้นศูนย์สูตรจะหมุนเร็วกว่า กล่าวคือ ใช้เวลาประมาณ 25 วันในการหมุนรอบตัวเองหนึ่งรอบ ในขณะที่บริเวณขั้วจะใช้เวลาประมาณ 33 วันในการหมุนรอบตัวเอง 1 รอบ ในเขตการพายังมีการสร้างสนามแม่เหล็กด้วยกระบวนการไดนาโมอีกด้วย ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดขึ้นมีสเกลเป็นช่วงกว้าง ตั้งแต่กลุ่มของจุดมืด (group of sunspots) ไปจนถึงเส้นเล็ก ๆ ที่อยู่ระหว่างกรานูล (fibril concentrations in the intergranular lanes) เมื่อก่อนนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า ฟลักซ์แม่เหล็กที่สเกลเล็กเกิดจากฟลักซ์แม่เหล็กสเกลใหญ่แตกตัว แต่จากผลการสังเกตในปัจจุบันดูเหมือนว่า ฟลักซ์แม่เหล็กสเกลใหญ่เกิดจากฟลักซ์แม่เหล็กสเกลเล็กมากกว่า และฟลักซ์แม่เหล็กสเกลใหญ่จะมีบทบาทสำคัญเกี่ยวกับวัฏจักรของการเกิดบริเวณที่เกิดกิจกรรม (active regions) ของดวงอาทิตย์ ส่วนฟลักซ์แม่เหล็กสเกลเล็กจะเกี่ยวข้องกับขั้วแม่เหล็กแบบผสม (mixed-polarity flux) ซึ่งมีอายุสั้นกว่าที่พบนอกบริเวณที่เกิดกิจกรรมของดวงอาทิตย์

อ้างอิง

-     Åke Nordlund “Solar Interior: Convection Theory”, Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, 2001.

-    Juri Toomre, “Solar Interior: Convection Zone”, Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, 2001.

-    Peter Foukal, “Solar Astrophysics”, John Wiley & Sons, 1990.

-    http://solarscience.msfc.nasa.gov/interior.shtml

-    http://www.nasa.gov/worldbook/sun_worldbook.html

-    http://fusedweb.pppl.gov/CPEP/Chart_Pages/5.Plasmas/SunLayers.html