จุดมืดบนดวงอาทิตย์

(Sunspots)

จุดมืดที่ดวงอาทิตย์อาทิตย์ (Sunspots)

จุดมืด คือ บริเวณที่มีความเข้มของสนามแม่เหล็กมากบนผิวของดวงอาทิตย์ การที่จุดมืดดูมืดกว่าบริเวณอื่น ๆ นั้นเป็นเพราะมันมีอุณหภูมิต่ำกว่าบริเวณรอบ ๆ คือ ที่จุดมืดจะมีอุณหภูมิประมาณ 3700 เคลวิน ในขณะที่โฟโตสเฟียร์มีอุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 5700 เคลวิน ขนาดของจุดมืดมีตั้งแต่ 3,600 กิโลเมตรไปจนถึง 50,000 กิโลเมตร ปกติจุดมืดแต่ละจุดจะมีอายุไม่ถึงหนึ่งสัปดาห์ แม้ว่าจุดมืดที่ใหญ่จริง ๆ จะอยู่ได้หลายเดือนก็ตาม

รูปที่ 6 แสดงจุดมืดบนดวงอาทิตย์ ประกอบด้วยเงามืด (umbra) ล้อมรอบด้วยเงามัว (penumbra)

ชนิดของจุดมืด

ปัจจุบันเราแบ่งชนิดของจุดมืดตาม Modified Zurich class, Z โดยจะใช้เงามัว (penumbra) ในการแบ่ง คือ ดูว่าจุดมืดนั้นมีเงามัวอยู่หรือไม่ การกระจายตัวของจุดมืดเป็นอย่างไร และขนาดของเงามัวที่วัดตามละติจูด

รูปแสดงการแบ่งชนิดของจุดมืด

 จากรูปแสดงการแบ่งชนิดของจุดมืด โดย Modified Zurich class, Z (คอลัมน์ซ้ายมือ) มี 7 ชนิดตั้งแต่ A – H โดยลักษณะต่าง ๆ เป็นดังนี้

- A จุดมืดขั้วเดียว (unipolar) และไม่มีเงามัว โดยมากจุดมืดแบบนี้เป็นระยะเริ่มต้นหรือไม่ก็เป็นระยะสุดท้ายของจุดมืด

- B กลุ่มจุดมืดสองขั้ว (bipolar) แต่ไม่มีกลุ่มใดมีเงามัว

- C กลุ่มจุดมืดสองขั้ว มีกลุ่มหนึ่งมีเงามัว และโดยมากเงามัวจะล้อมรอบเงามืดที่ใหญ่ที่สุด

- D กลุ่มจุดมืดสองขั้ว มีเงามัวทั้งสองกลุ่ม มีขนาดไม่เกิน 10 องศา

- E กลุ่มจุดมืดสองขั้ว มีเงามัวทั้งสองกลุ่ม มีขนาดตั้งแต่ 10 องศา แต่ไม่เกิน 15 องศา

- F กลุ่มจุดมืดสองขั้ว มีเงามัวทั้งสองกลุ่ม มีขนาดตั้งแต่ 15 องศา ขึ้นไป

- H กลุ่มจุดมืดขั้วเดียว แต่มีเงามัวล้อมรอบ จุดมืดที่ใหญ่ที่สุดมักเป็นจุดมืดเมื่อที่เหลืออยู่จากตอนที่มันยังมีสองขั้ว

การแบ่งจุดมืดตามชนิดของเงามัว Penumbra: largest spot, p (คอลัมน์กลาง) มี 6 แบบ คือ x, r, s, a, h และ k

- x ไม่มีเงามัว (คือกลุ่ม A หรือ B)

- r ย่อมาจาก rudimentary penumbra partially surround the largest spot เงามัวอันนี้มีลักษณะไม่สมบูรณ์ คือไม่ได้ล้อมรอบจุดมืดทั้งหมด แต่ล้อมรอบแค่เพียงบางส่วน และมีขนาดเล็ก คือประมาณ 2,000 กิโลเมตรจากเงามืด ชนิด r นี้อาจอยู่ในระยะเริ่มต้นหรือระยะสุดท้ายของบริเวณกิจกรรมของดวงอาทิตย์ก็ได้

- s ย่อมาจาก small, symmetric คือเป็นเงามัวที่อยู่รอบเงามืดที่มีความสมมาตร โดยอาจเป็นวงรีหรือวงกลมก็ได้ มีขนาด (วัดจากทิศเหนือใต้) ประมาณไม่เกิน 2.5 องศา

- a ย่อมากจาก small, asymmetric เงามัวที่อยู่รอบ ๆ เงามืดไม่สมมาตร และเงามืดที่อยู่ภายในแยกออกจากกัน มีขนาด (วัดจากทิศเหนือใต้) ประมาณไม่เกิน 2.5 องศา

- h ย่อมาจาก large, symmetric เงามัวชนิดนี้มีลักษณะเหมือนแบบ s แต่มีขนาด มากกว่า 2.5 องศา

- k ย่อมากจาก large, asymmetric เงามัวชนิดนี้มีลักษณะเหมือนแบบ a แต่มีขนาด มากกว่า 2.5 องศา โดยมากจุดมืดที่อยู่ในเงามัวนี้จะมีขั้วทั้งสองชนิด

การแบ่งจุดมืดตามการกระจายตัว sunspot distribution, c (คอลัมน์ขวาสุด) แบ่งได้ 4 แบบ คือ x, o, I และ c

- x ไม่สามารถบอกได้สำหรับเงามืดขั้วเดียว (กลุ่ม A หรือ H)

- o แบบเปิด เป็นเงามืดกลุ่ม E หรือ F

- i ระยะกลาง คือมีจุดมืดกลุ่มเล็ก ๆ ที่ไม่มีเงามัว อยู่ระหว่างจุดมืดที่ใหญ่กว่าและมีเงามัวล้อมรอบ

- c เป็นการกระจายตัวของจุดมืดแบบที่จุดมืดจะอยู่ชิดกันมาก ๆ บางครั้งจุดมืดหลาย ๆ จุดจะถูกล้อมรอบด้วยเงามัวเพียงอันเดียว

จำนวนจุดมืดและจำนวนกลุ่มของจุดมืดจะมีจำนวนมากน้อยเป็นไปตามวัฏจักร 11 ปีของดวงอาทิตย์ ในช่วง 11 ปีที่มีจุดมืดจำนวนมากเราเรียกว่า Solar maximum และช่วง 11 ปีที่จำนวนจุดมืดน้อยเราเรียกว่า Solar minimum ในช่วงเริ่มแรกของแต่ละวัฏจักร จุดมืดจะเริ่มปรากฏที่บริเวณละติจูด 30 องศาเหนือและใต้ของเส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ เมื่อวัฏจักรดำเนินไป แถบของจุดมืดจะค่อยๆ เคลื่อนตัวเข้าหาเส้นศูนย์สูตร ถ้าเป็นช่วง Solar maximum จุดมืดจะอยู่ที่ละติจูด +/-15 องศา และในช่วงปลายของวัฏจักรจะอยู่ที่ละติจูด +/- 8 องศา และในวัฏจักรต่อๆ ไปจะเริ่มที่บริเวณละติจูด 30-40 องศา เมื่อเราพล็อตกราฟระหว่างละติจูดของจุดมืดกับเวลาจะได้กราฟรูปผีเสื้อ ที่เราเรียกกันว่า Butterfly diargram วัฏจักรจุดมืด 11 ปีของดวงอาทิตย์นี้ เป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรอื่นๆ ของดวงอาทิตย์ไม่ว่าจะเป็น จำนวนจุดมืด จำนวน ขนาด และพลังงานของโพรมิแนนซ์ รวมไปถึงจำนวนกิจกรรมของดวงอาทิตย์  การลุกจ้า (flares) และ การปลดปล่อยก้อนมวลจากโคโรนา (coronal mass ejections)

รูปแสดง butterfly diagram

อ้างอิง

-    Lecture note on Astrophysics by Prof. David Ruffolo.

-    Nigel Weiss, “Sunspots”, Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, 2001.

-    Patrick S. McIntosh, “Sunspot Classification”, Encyclopedia of Astronomy and Astrophysics, 2001.