เดือนกรกฎาคม 2552

July 2009

....

แหล่งความร้อนของลมสุริยะ

July 24^th, 2009

ลมสุริยะ (solar wind)  มีอุณหภูมิสูงกว่าที่ควร และเป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิจัยมีความสนใจในแหล่งพลังงานที่ไม่ปรากฏที่มาซึ่งให้ความร้อนแก่ลมสุริยะ    ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letter ฉบับวันที่ 12 มิถุนายน  ศกนี้ นักวิทยาศาสตร์องค์การนาซากล่าวว่าพวกเขาอาจจะพบคำตอบแล้ว
Melvyn Goldstein หัวหน้าศูนย์ปฏิบัติการณ์ฟิสิกส์ธรณีอวกาศ (Geospace Physics Laboratory) ณ ศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ด (Goddard Space Flight Center) ขององค์การนาซา หนึ่งในผู้เขียนบทความระบุว่า แหล่งพลังงานที่ให้ความร้อนต่อลมสุริยะก็คือความปั่นป่วน (turbulence) คล้ายกับการคนกาแฟเพียงเล็กน้อย ในทางตรงกันข้าม เมื่อคุณคนกาแฟ กาแฟจะเย็นลง แต่เมื่อดวงอาทิตย์คนลมสุริยะ ลมสุริยะกลับร้อนขึ้น   
อย่างไรก็ดีเมื่อคนกาแฟด้วยช้อน การคนจะทำให้เกิดการหมุนวนและกระแสวนในของเหลว  ส่วนย่อยๆ ของกระแสหมุนวนจะแตกตัวเป็นวงกระแสหมุนวน (Eddy current) ที่เล็กลงๆเรื่อย จนขนาดเล็กที่สุด การเคลื่อนที่จะเกิดความปั่นป่วนและพลังงานเปลี่ยนเป็นความร้อน เนื่องจากการถ่ายทอดพลังงานถ่ายทอดลงมาจากกระแสหมุนวนขนาดใหญ่ลงสู่กระแสหมุนวนขนาดเล็ก กระบวนการนี้เรียกว่า “การลดหลั่นแบบปั่นป่วน (turbulent cascade)”

ตัวอย่างการถ่ายทอดความปั่นป่วนแบบลดหลั่นของน้ำตก Iguazu ในอาร์เจนตินา  ด้านบนมีขนาดของความปั่นป่วนใหญ่ ส่วนด้านล่างกระแสความปั่นป่วนเล็กลง   Credit: Fouad Sahraoui

โดยทฤษฎี  การลดหลั่นแบบปั่นป่วนควรจะให้ความร้อนแก่กาแฟด้วย  แต่ในความเป็นจริงกาแฟกลับเย็นลง ที่เป็นดังนี้เนื่องจากการคนทำให้กาแฟที่อยู่ลึกลงไปในแก้วอุ่นขึ้น แต่ผิวกาแฟด้านบนซึ่งสัมผัสกับอากาศกลับเย็นลงเพราะกาแฟถ่ายทอดความร้อนให้อากาศ    ดังนั้นแม้การคนจะให้ความร้อนแก่กาแฟ แต่ก็ยังไม่สามารถชดเชยความร้อนที่เสียไปให้อากาศ  ในขณะที่อวกาศไม่มีอากาศเย็นมารับความร้อนจากลมสุริยะ
ดวงอาทิตย์คนลมสุริยะด้วยกระแสก๊าซความเร็วสูงที่ออกมาจากชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์  สิ่งสำคัญก็คือลมสุริยะคนตัวเอง โดยกระแสหมุนวนขนาดใหญ่แตกตัวออกเป็นกระแสหมุนวนขนาดเล็ก ทำให้เกิดการถ่ายทอดพลังงานที่สุดท้ายจะกระจายกลายเป็นความร้อน  อุณหภูมิที่ถูกเพิ่มให้ลมสุริยะไม่ได้มีอากาศมาทำให้เย็นลง  
“เราคาดหมายมาเป็นเวลาหลายปีที่การปั่นป่วนจะให้ความร้อนแก่ลมสุริยะ”  Fouad Sahraoui ผู้เขียนนำในบทความนี้จาก ๖(Centre National de la Recherche Scientifique : CNRS) ประเทศฝรั่งเศส  

พายุจุดแดงใหญ่(Great Red Spot) ที่กำลังหมุนวน ถูกล้อมรอบด้วยกระแสหมุนวนปั่นป่วน Credit: Hubble Space Telescope/NASA

ข้อมูลสำคัญที่ได้จากยานอวกาศของยุโรปทั้งสี่ลำอย่าง Cluster ซึ่งถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อปี 2543 เพื่อศึกษาปริมณฑลสนามแม่เหล็กที่ห่อหุ้มโลก (Magnetosphere) ที่ปกป้องโลกจากลมสุริยะและรังสีคอสมิค   ภายปริมณฑลแม่เหล็กประกอบด้วยวงแหวนรังสีแวน อัลลึน (Van Allen radiation belt)   ออโรร่า (aurora) และกระแสวงแหวน (ring current) กองยานอวกาศคลัสเตอร์ใช้เวลาส่วนมากในปริมณฑลแม่เหล็กโลก ที่ซึ่งยานอวกาศสามารถศึกษาการปรากฏการณ์ที่หลากหลาย
วันหนึ่งในเดือนมีนาคม 2549 ยานอวกาศทั้งสี่ลำได้หลุดออกไปนอกปริมณฑลแม่เหล็ก สู่ลมสุริยะ เป็นเวลาสามชั่วโมงที่เครื่องตรวจวัดของ Cluster วัดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและกระแสหมุนวนอันปั่นป่วนภายในธารก๊าซความเร็วนับล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมงที่ไหลผ่านกองยาน   พลังงานจากการปั่นป่วนลดขนาดลงจากขนาดประมาณ 1,000,000 กิโลเมตร เหลือเพียง 3 กิโลเมตร ที่จุดสุดท้ายของการลดทอน พลังงานถูกดูดกลืนโดยอิเลคตรอน(electron)ภายในกระแสลมสุริยะ

แนวคิดพื้นฐานของการลดหลั่นเชิงปั่นป่วนโดย Lewis Richardson ในปี 2463 Credit: Antonio Celani

Sahraoui และ Goldstein ต้องการยืนยันผลการศึกษาและปรับปรุงรายละเอียดด้วยการส่งกองยานคลัสเตอร์ กลับสู่ลมสุริยะอีกครั้ง  เพื่อเก็บเกี่ยวข้อมูลให้นานกว่า “สามชั่วโมงแห่งความโชคดี(three lucky hours)”   แต่ข้อมูลพื้นฐานก็ถือว่าแข็งแกร่งพอแล้ว  การให้ความร้อนโดยการปั่นป่วนเพิ่มอุณหภูมิให้กับลมสุริยะใกล้โลกจาก 0.01 องศา (ค่าประมาณจากทฤษฎี) ถึง 0.1 องศา หรือมากกว่า   Goldstein กล่าวว่า การให้ความร้อนจากความปั่นป่วนของลมสุริยะบางทีเกิดในสถานการณ์ทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์มากมาย จากระดับลมสุริยะ  สนามแม่เหล็กดาวเคราะห์ ไปจนถึงสนามแม่เหล็กของหลุมดำ   เหตุการณ์แบบนี้ยังพบได้ในแม้แต่เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชัน  ความปั่นป่วนภายในเตาปฏิกรณ์ฟิวชันทำให้เกิดความไม่เสถียรที่ทำลายความสามารถในการกักพลาสมาไว้ภายใน    ดังนั้นลมสุริยะจึงเป็นห้องทดลองโดยธรรมชาติเพื่อความความเข้าใจฟิสิกส์นี้

แผนที่ผิวดาวศุกร์บอกใบ้ เคยมีน้ำและภูเขาไฟ

July 17^th, 2009

ยานอวกาศ Venus Express (VE) ขององค์การอวกาศยุโรป ถ่ายทำแผนที่ผิวซีกใต้ของดาวศุกร์(Venus) ด้วยการตรวจจับคลื่นรังสีอินฟราเรด   แผนที่ผืนใหม่นี้บ่งบอกว่าพิภพเพื่อนบ้านของเราดวงนี้ ครั้งหนึ่งเคยมีสภาพคล้ายโลก ด้วยระบบแผ่นทวีป(plate tectonics system)  และมหาสมุทรของน้ำ
ด้วยการบันทึกนับพันภาพในช่วงเดือนพฤษภาคม 2549 จนถึงธันวาคม 2550 เนื่องจากดาวศุกร์ถูกปกคลุมไปด้วยเมฆ ดังนั้นกล้องถ่ายภาพธรรมดาๆ จึงไม่อาจมองเห็นผิวดาวได้  แต่ด้วยกล้องถ่ายภาพอินฟราเรด ที่สามารถจับรังสีอินฟราเรดจากผิวดาวอันร้อนระอุ อีกทั้งคลื่นนี้ยังสามารถทะลุผ่านชั้นเมฆออกสู่อวกาศได้  ทำให้ยาน VE สามารถจับภาพในย่านรังสีนี้และถ่ายภาพผิวดาวได้ แม้ว่าในอดีตการถ่ายทำแผนที่ผิวดาวศุกร์จะใช้คลื่น “เรดาร์ (radar)”   
VE เป็นยานอวกาศซึ่งโคจรรอบดาวเคราะห์ลำแรกที่สามารถทำแผนที่องค์ประกอบทางเคมีของหินได้   ข้อมูลใหม่ๆ ประกอบด้วยบริเวณที่รอบสูงของดาวศุกร์ซึ่งก็คือทวีปโบราณ ซึ่งครั้งหนึ่งถูกล้อมรอบด้วยมหาสมุทรและผลผลิตของกิจกรรมของภูเขาไฟในอดีต

ภาพจำลองแสดงยานอวกาศ Venus Express กำลังโคจรรอบดาวศุกร์เพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศ พื้นผิว และสภาพแวดล้อมของดาวเคราะห์ที่มีขนาดใกล้เคียงกับโลกและมีสภาพเรือนกระจกทั้งดวง Credits: ESA (Image by AOES Medialab)

หินดังกล่าวดูแตกต่างไปเนื่องจากปริมาณรังสีอินฟราเรดที่แผ่ออกสู่อวกาศ คล้ายกับสิ่งที่กำแพงหินได้รับความร้อนในช่วงกลางวันและแผ่ออกมาในช่วงกลางคืน  นอกจากนี้ปริมาณการแผ่รังสีที่แตกต่างกันของแต่ละพื้นผิวขึ้นอยู่กับสมบัติการแผ่รังสีของสสาร (emissivity)    อุปกรณ์ Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) สามารถจับภาพการแผ่รังสีของดาวศุกร์ในขณะที่ตัวยานโคจรมาอยู่ทางด้านกลางคืนของซีกใต้ของดาวศุกร์
ในทศวรรษที่ 70 และ 80 ของศตวรรษก่อน  ยานร่อนสำรวจของสหภาพรัสเซีย 8 ลำ ได้ลงแตะผิวดาวศุกร์และพบหินคล้ายหินบะซอลท์(basalt-like rock)  ในบริเวณที่ลงจอด   แผนที่ใหม่นี้แสดงให้เห็นว่าหินบริเวณที่ราบ Phoebe และ Alpha Regio มีสีอ่อนกว่าและดูเก่าเมื่อเปรียบเทียบกับพื้นที่ส่วนใหญ่ของดาวเคราะห์  บนโลกหินสีอ่อนๆ แบบนี้ปกติเป็นหินแกรนิต(granite) และก่อตัวเป็นทวีป
หินแกรนิตเกิดขึ้นเมื่อหินในยุคโบราณอย่างหินบะซอลท์ ถูกดันลงไปใต้ผิวดาวด้วยกระบวนการเคลื่อนตัวของแผ่นทวีป  เมื่อน้ำรวมกับหินบะซอลท์กลายเป็นหินแกรนิตและเกิดของผสมใหม่จากการระเบิดของภูเขาไฟ   

ตัวอย่างแผ่นธรณีภาค(Plate Tectonics) หรือแผ่นทวีปของโลกอันเป็นแผ่นเปลือกโลกที่แยกเป็นชิ้นๆ และมีการเคลื่อนไหวทีละน้อย โดยผลของการเคลื่อนไหวชนหรือแยกห่างออกจากกันทำให้เกิดแผ่นดินไหน ภูเขาไฟระเบิด การแยกตัวของทวีป ฯลฯ  Credit:Topinka, USGSICVO, 1997, Modified from: Tiling, Heliker, and Wright 1987, and Hamilton, 1976  Modified for NZphoto 2001

แผนที่แสดงอุณหภูมิบนผิวดาวศุกร์จากการตรวจวัดรังสีอินฟราเรดโดยอุปกรณ์ VIRTIS บนยานอวกาศ VENUS EXPRESS   โดยเส้นสีดำ-ขาว แสดงระดับความสูง ส่วนแถบสีม่วงถึงแดงแสดงอุณหภูมิพื้นผิวตั้งแต่  695 ถึง 715 เคลวิน   ในภาพแสดงขั้วใต้เป็นจุดศูนย์กลาง  Credits: ESA/VIRTIS/INAF-IASF/Obs. de Paris-LESIA

และการพบหินแกรนิตบนดาวศุกร์ย่อมแสดงว่ามันเคยมีมหาสมุทรและแผ่นทวีปในอดีต
วิธีการที่จะพิสูจน์ให้แน่ใจว่าที่ราบสูงนั้นเป็นทวีปมาก่อนคือการส่งยานสำรวจร่อนลงบนผิวดาวศุกร์   น้ำบนดาวศุกร์ระเหยออกสู่อวกาศ แต่บางส่วนก็ยังอยู่ในภูเขาไฟ  ผลการสังเกตการณ์ด้วยรังสีอินฟราเรดซึ่งอ่อนไหวต่ออุณหภูมิอย่างยิ่ง ภายในภาพแสดงการผันแปรของอุณหภูมิเพียง 3 ถึง 20 องศาเซลเซียส   แทนที่จะเห็นการผันแปรของอุณหภูมิที่คาดว่ามาจากการไหลของหินหลอมเหลว(lava)   แม้ว่า VE ยังไม่อาจตรวจพบหลักฐานที่บ่งบอกว่ามีภูเขาไฟที่คุกรุ่นอยู่ในขณะนี้  แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าบนดาวศุกร์ไม่มีภูเขาไฟที่มีชีวิตหลงเหลืออยู่  
แผนที่ดาวศุกร์ถือเป็นเครื่องมือที่สำคัญในการทำความเข้าใจว่าเหตุใดดาวเคราะห์ที่มีขนาดพอๆ กับโลกดวงนี้กลับมีวิวัฒนาการที่แตกต่างออกไปจากโลก

สุริยุปราคา  22 กรกฎาคม  2552

July 10^th, 2009

สุริยุปราคา (solar eclipse) คือปรากฏการณ์ที่ดวงจันทร์โคจรผ่านมาอยู่ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์  ซึ่งก็คือในวันแรม 15 หรือ 14 ค่ำของเดือนจันทรคติ (lunar month)  โดยมีเงื่อนไขว่า “เงามืด (umbra)” ของดวงจันทร์ที่พาดมาทางด้านตรงข้ามกับดวงอาทิตย์นั้น  จะต้องยาวกว่าระยะทางจากผิวโลกถึงดวงจันทร์  ซึ่งจะทำให้เงามืดพาดทับลงมาบนผิวโลกพอดี  
ผู้สังเกตที่อยู่ในบริเวณที่ “เงามืด” พาดผ่าน จะเห็นดวงจันทร์บดบังดวงอาทิตย์ได้ทั้งดวง   เรียกว่าเหตุการณ์นี้ว่าสุริยุปราคาเต็มดวง(total solar eclipse)  นอกจากนี้ยังมี “เงามัว (penumbra)” ที่อยู่ถัดออกมาจากเขตเงามืด (รูปที่ 1 จุด A)  ผู้สังเกตในบริเวณเงามัว จะเห็นดวงจันทร์บังดวงอาทิตย์ได้เพียงบางส่วนเท่านั้น เรียกว่า “สุริยุปราคาแบบบางส่วน (partial solar eclipse)” (รูปที่ 1 จุด B)  และเมื่อเงามืดสั้นกว่าระยะทางจากผิวโลกถึงดวงจันทร์ทำให้เกิดเงามัวด้านหลังเงามืด และผู้ที่อยู่ในบริเวณดังกล่าวจะเห็นอุปราคาแบบวงแหวน (annular solar eclipse) (รูปที่ 1 จุด C)
สุริยุปราคา กรกฎาคม 2552

 รูปที่ 1 แผนภาพแสดงสุริยุปราคาแบบสามแบบ (A) สุริยุปราคาเต็มดวง (B) สุริยุปราคาบางส่วน และ (C) สุริยุปราคาวงแหวน    Image credit:  The LESA Project,  Kirdkao Observatory

ในวันพุธที่ 22 กรกฎาคม ศกนี้ จะเกิดปรากฏการณ์สุริยุปราคาขึ้นอีกครั้ง โดยจะเริ่มต้นเมื่อเงามืดของดวงจันทร์พาดแตะผิวโลกที่บริเวณอ่าวแห่งกัมบัท (Gulf of Khambhat) ประเทศอินเดีย ใน เวลา 7:51 น.  ของประเทศไทย    แล้วเคลื่อนขึ้นบกเข้าสู่ประเทศอินเดีย ผ่านเมืองสุรัท(Surat)   โบพัล(Bhopal)  พาราณาสี(Varanasi) เป็นต้น  ขึ้นเหนือเข้าสู่ประเทศภูฐาน(Bhutan)  เนปาล(Nepal)  บังคลาเทศ(Bangladesh)  และสหภาพเมียร์มาร์(Myanmar)  ก่อนจะเข้าสู่ประเทศจีนในเวลา 8:05 น. ของประเทศไทย     (ดูรูปที่ 2 )
เงามืดจะกวาดผ่านแถบจีนตอนกลางจนถึงชายฝั่งตะวันออกของ  ณ เมืองเซี่ยงไฮ้(Shanghai)   ที่เวลา 8:39 นาที   แล้วพาดลงทะเลจีนตะวันออก ผ่านหมู่เกาะริวกิว (Ryukyu) และ อิโวะ จิมะ(Iwo Jima) ทางตอนใต้ของประเทศญี่ปุ่น    ปรากฏการณ์นี้จะสิ้นสุดในเวลา 11:18 น. เมื่อเงาของดวงจันทร์หลุดออกไปจากโลกสู่อวกาศ  หลังจากที่พาดผ่านโลกเป็นเวลา 3.4 ชั่วโมง ด้วยระยะทางตามแนวพาดผ่านบนผิวโลกประมาณ 15,200 กิโลเมตร 

รูปที่ 2 สีน้ำเงินคือเส้นทางที่ “เงามืด” จะตัดผ่านผิวโลกทำให้เป็นอุปราคาเต็มดวง   ถัดออกไปตามเส้นสีฟ้าและเขียวคือบริเวณที่ “เงามัว” พาดบนผิวโลก ผู้สังเกตในบริเวณนี้จะเห็น “อุปราคาบางส่วน”  image credit: F. Espenak, NASA’s  GSFC

การชมสุริยุปราคาในประเทศไทย
ผู้พักอาศัยในประเทศไทยมีโอกาสเฝ้าชมปรากฏการณ์ครั้งนี้ได้  ในรูปแบบสุริยุปราคาบางส่วน (partial eclipse)   โดยสำหรับกรุงเทพมหานคร  ดวงจันทร์จะเริ่มบังดวงอาทิตย์ตั้งแต่เวลา 7:06 น.  และบดบังพื้นที่ดวงอาทิตย์มากที่สุด ประมาณ 42.27% ของขนาดปรากฏของดวงอาทิตย์ หรือเกือบครึ่งดวง ในเวลา 8:04 น.    แล้วจะเคลื่อนออกจนสิ้นสุดสุริยุปราคาแบบบางส่วน ในเวลา  9:08 น. 
อย่างไรก็ดี  ช่วงเวลาดังกล่าวของประเทศไทยดวงอาทิตย์จะอยู่ทางทิศตะวันออก ค่อนไปทางเหนือเล็กน้อย  มุมเงยประมาณ  28 องศา  ซึ่งค่อนข้างใกล้ขอบฟ้ามาก  ทำให้เมฆและฝุ่นเป็นอุปสรรคสำคัญต่อการเฝ้าชมสุริยุปราคาบางส่วนครั้งนี้  โดยเฉพาะในเมืองใหญ่ที่มีอาคารสูง หรือฝุ่นจากการจราจร   การพยากรณ์เมฆในวันที่ 22 กรกฎาคม ศกนี้  คาดว่าในบริเวณประเทศไทยมีอัตราของเมฆบนท้องฟ้าประมาณร้อยละ 60 ถึง 70  ของท้องฟ้า เกือบทุกภาคของประเทศ  ตามรูปที่ 3
การดูสุริยุปราคาอย่างปลอดภัย

รูปที่ 3 แผนภูมิระดับ(contour map) แสดงปริมาณเมฆเฉลี่ยที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในช่วงวันที่เกิดสุริยุปราคาวันที่ 22 กรกฎาคม  image credit: Anderson and F.Espenak

การสังเกตการณ์สุริยุปราคาแบบบางส่วน แม้ว่าแสงจากดวงอาทิตย์ยามเช้าจะไม่จัดจ้าเช่นช่วงกลางวันหรือบ่าย แต่การมองดวงอาทิตย์ด้วยตาเปล่าโดยตรงก็ยังถือว่าอันตรายต่อสายตามนุษย์มาก  การมองผ่านแผ่นฟิล์มที่ใช้แล้ว  กระจกรมควันจนดำ หรือแม้แต่การมองผ่านกล้องสองตา (binocular)  หรือกล้องโทรทรรศน์ที่มีแผ่นกรองแสงติดตั้งก็ยังอันตรายเกินไป   วิธีการที่ปลอดภัยคือมองการฉายภาพจากอุปกรณ์ทางทัศนะศาสตร์ข้างต้น ลงบนฉากรับภาพ   หรืออีกวิธีหนึ่งที่ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่มีราคาสูง คือ “กล้องรูเข็ม” โดยการใช้อุปกรณ์ที่มีลักษณะเรียบเจาะรูขนาดเล็กแล้วนำไปรับแสงจากดวงอาทิตย์ แสงที่ลอดผ่าน “รูเข็ม” (pinhole)  จะปรากฏบนฉากรับภาพด้านหลังที่อยู่ห่างออกไปประมาณหนึ่งเมตร  หรือใช้กล่องรองเท้าหรือขนมดังตัวอย่างรูปที่ 4

รูปที่ 4 แสดงการฉายภาพอุปราคาจากกล้องสองตาลงบนฉากรับภาพ วิธีการนี้ยังสามารถใช้กับกล้องโทรทรรศน์ที่มีแผ่นกรองแสงครอบหน้ากล้องได้อีกด้วย  และกล้องรูเข็มที่ทำจากกล่องอาหารเสริมหรือกล่องรองเท้า  image credit: Jon Harper & Joe Cummings

สุริยุปราคาครั้งต่อไป 
สุริยุปราคาครั้งต่อไปจะเป็นสุริยุปราคาวงแหวน  ที่สามารถเห็นได้ในทวีปแอฟริกากลาง มหาสมุทรอินเดีย  อินเดียตอนใต้ ศรีลังกา  สหภาพพม่าและประเทศจีน ในวันที่ 15 มกราคม 2553    ทว่าสำหรับประเทศไทยและประเทศในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้จะเห็นเป็น สุริยุปราคาบางส่วน ในช่วงบ่ายของวันดังกล่าว   
จันทรุปราคา
จันทรุปราคา(lunar eclipse) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดคู่กับสุริยุปราคา  แต่จะเกิดหลังจากสุริยุปราคาในอีกประมาณ 14 – 15 วัน เนื่องจาก สุริยุปราคา เป็นปรากฏการณ์ที่  ดวงอาทิตย์-ดวงจันทร์-โลก เรียงกันเป็นแนวตรง   แต่จันทรุปราคานั้นเป็นการที่เงาของโลกไปทับดวงจันทร์ มีการเรียงลำดับเป็น  ดวงอาทิตย์-โลก-ดวงจันทร์  ตามรูปที่ 5   ซึ่งต้องรอให้ดวงจันทร์โคจรอ้อมไปอยู่ด้านหลังโลกในอีกครึ่งเดือนให้หลัง   โดยหลังจากสุริยุปราคา 22 สิงหาคม 2552 แล้ว  จะเกิดจันทรุปราคาในวันที่ 6 สิงหาคม 2552 ซึ่งผู้สังเกตในทวีปอเมริกาเหนือ-ใต้  ยุโรป  แอฟริกา  เอเชียตะวันตก เอเชียใต้ และเอเชียตะวันออกเฉียงใต้บางส่วน ที่มีโอกาสสังเกตการณ์

รูปที่ 5 การจัดเรียงตัวของดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ในช่วงที่เกิดจันทรุปราคา (มาตราส่วนของขนาดและระยะทางไม่ถูกต้อง) image credit: www.MrEclipse.com, F. Espenak

สุริยุปราคากับประเทศไทย
สุริยุปราคาโดยทั่วไปจะทำให้พื้นที่ที่เงากวาดผ่านมืดลงชั่วระยะเวลาไม่กี่นาทีเท่านั้น และเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเป็นประจำ แทบทุกปี  เพียงแต่เปลี่ยนสถานที่ที่จะมองเห็นสุริยุปราคาไปเรื่อยๆ บนผิวโลก บางครั้งก็สามารถเห็นได้ในมหาสมุทร ขั้วโลก ผืนทวีป  ดังนั้นผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศโดยรวมไม่ได้ส่งผลกระทบอย่างเด่นชัด  อาจจะทำให้บริเวณที่เงาพาดผ่านอุณหภูมิต่ำลงเพียงชั่วขณะเท่านั้น     โดยทั่วไปไม่มีหลักฐานแสดงความเกี่ยวข้องกันระหว่างสุริยุปราคากับปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาอย่างเช่นแผ่นดินไหวหรือคลื่นยักษ์อย่างแน่ชัด    ส่วนแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ที่มีต่อโลกนั้น ก็ทำให้เกิดปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง (tidal)  อันเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเป็นประจำทุกวัน
สุริยุปราคาเป็นปรากฏการณ์ที่สร้างความพรั่นพรึงต่อผู้คนในยุคโบราณที่ขาดความเข้าใจในปรากฏการณ์ทางธรรมชาติชนิดนี้   แต่ในปัจจุบันเหตุการณ์นี้ถือเป็นกรณีตัวอย่างที่สามารถนำมาใช้ในการเรียนการสอนแก่นักเรียนใน รายวิชาคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์พื้นฐาน   เช่น
o    ใช้การบังดวงอาทิตย์ของดวงจันทร์มาในการศึกษากฎการเคลื่อนที่และการโคจรในอวกาศ
o    ความสัมพันธ์ของขนาดปรากฏของวัตถุกับระยะห่างจากผู้สังเกตที่ทำให้ดวงจันทร์ซึ่งแท้จริงมีขนาดเล็กกว่าดวงอาทิตย์หลายเท่ากลับสามารถบดบังดวงอาทิตย์ทั้งดวงได้  
o    การทำความเข้าใจหลักการและการใช้งานอุปกรณ์ทางทัศนะศาสตร์ เช่น กล้องรูเข็ม, กล้องโทรทรรศน์, และกล้องสองตาเป็นต้น
o    ด้านสาขาธรณีวิทยา ปรากฏการณ์แหวนเพชร(Diamond ring) ที่เกิดจากแสงอาทิตย์ลอดผ่านหลุมอุกกาบาตหรือช่องเขาบนดวงจันทร์ ช่วยในการทำความเข้าใจลักษณะภูมิประเทศบนผิวดวงจันทร์
o    ในพื้นที่ซึ่งเงามืดพาดผ่านจะพบว่าแสงสว่างลดลงราวกลับเป็นช่วงพลบค่ำ ชั้นเรียนวิชาชีววิทยาสามารถสังเกตการณ์พฤติกรรมของพืชและสัตว์ในช่วงเวลาดังกล่าว
o    ในสาขาวิชาทางด้านสังคมศาสตร์เช่น  ประวัติศาสตร์  ศิลปะศาสตร์  มนุษยศาสตร์ ศาสนะศาสตร์ หรือจิตวิทยา นักเรียนอาจค้นคว้าสุริยุปราคาในประวัติศาสตร์เพื่อศึกษามุมมองของมนุษย์ต่อปรากฏการณ์นี้ในแต่ละยุคสมัยและภูมิภาค
ตัวอย่างข้างต้นถือเป็นตัวอย่างส่วนหนึ่ง ของกิจกรรมที่เสริมส่งความเข้าใจเชิงวิทยาศาสตร์  คณิตศาสตร์   ตลอดจนสาขาวิชาอื่นๆ  ในประเด็นที่เกี่ยวเนื่องกับปรากฏการณ์นี้   เพื่อสร้างและส่งเสริมความรู้ความเข้าใจต่อปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและเชื่อมโยงความรู้ในตำรากับสิ่งที่เกิดขึ้นจริง 

เอกสารเพิ่มเติม
Anderson, J., Eclipse Weather and Maps
Espenak,  F., Jay Anderson.,  Predictions for Total Solar Eclipses of 2008, 2009 and 2010, Presented at IAU Symposium 233 - Solar Activity and Its Magnetic Origin, Cairo, EGYPT (2006 Apr 04)
Espenak, F., Fifty Year Canon of Solar Eclipses: 1986-2035, Sky Publishing Corp., Cambridge, MA, 1988.
Japan or China - 2009 July 22 Total Solar Eclipse - Interactive Google Map (Full Screen) - Xavier Jubier., http://xjubier.free.fr/en/site_pages/solar_eclipses/TSE_2009_GoogleMapFull.html

พบแหล่งกำเนิดรังสีคอสมิคในทางช้างเผือก

July 2^nd, 2009

Adapted from  eso.org Milky Way's super-efficient particle accelerators caught in the act


ต้องขอบคุณการศึกษาแบบประสานข้อมูลสองแหล่ง   ที่รวมข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ Very Large Telescope (VLT) ของหอสังเกตการณ์ท้องฟ้าซีกใต้ยุโรป(European Southern Observatory: ESO) กับหอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์จันทรา(Chandra X-ray Observatory) ขององค์การนาซา  ซึ่งช่วยให้คณะนักดาราศาสตร์ไขปริศนาอันยาวนานแห่งกลไกการเร่งอนุภาคของกาแลกซีทางช้างเผือก(Milky Way)   พวกเขาแสดงผลในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science Express ว่ารังสีคอสมิค(cosmic rays) จากกาแลกซีของเรา ถูกเร่งอย่างมีประสิทธิภาพสูงในซากของดาวฤกษ์ที่ระเบิดตัวเอง(stellar remnant)

ภาพซากการระเบิดของดาวฤกษ์เมื่อปี ค.ศ. 185 เมื่อศึกษารายละเอียด นักดาราศาสตร์ก็พบว่าที่แห่งนี้เป็นแหล่งที่ใช้เร่งพลังงานให้รังสีคอสมิค Credit:ESO/E. Helder & NASA/Chandra

ในช่วงเที่ยวบินอพอลโล(Apollo) (ช่วงที่โครงการอพอลโลส่งจรวดและนักบินออกไปปฏิบัติภารกิจในอวกาศ-ผู้แปล) นักบินอวกาศรายงานการพบแสงวาบประหลาด  ซึ่งสามารถมองเห็นได้แม้ในขณะที่ปิดตา   เราได้เรียนรู้จากครั้งนั้นว่าเกิดจากรังสีคอสมิค อันเป็นอนุภาคพลังงานสูงจากนอกระบบสุริยะ(solar system) ซึ่งมาถึงโลก และชนกับชั้นบรรยากาศของโลกอย่างสม่ำเสมอ  เมื่อรังสีเหล่านั้นมาถึงโลก  พวกมันก็ยังมีพลังงานเหลือมากพอที่จะทำให้เกิดความผิดปกติในอุปกรณ์ไฟฟ้า
รังสีคอสมิคจากกาแลกซี(galactic cosmic ray) มาจากแหล่งกำเนิดภายในกาแลกซีทางช้างเผือกของเราเอง และประกอบด้วย  โปรตอนซึ่งเป็นอนุภาคส่วนใหญ่ของรังสีชนิดนี้ โปรตอนเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเข้าใกล้อัตราเร็วของแสง อันเป็น “ขีดจำกัดอัตราเร็วมากที่สุด” ภายในเอกภพ  โปรตอนเหล่านี้ถูกเร่งจนมีพลังงานสูงกว่าพลังงานของอนุภาคที่สร้างจากเครื่อง Large Hadron Collider ของ CERN หลายเท่า

ภาพมุมกว้างแสดงพื้นที่นักดาราศาสตร์ใช้สำรวจยืนยันว่าซากของการระเบิดของดาวฤกษ์ เป็นแหล่งที่เร่งพลังงานของรังสีคอสมิค วงรีสีแดงคือบริเวณที่เป็นซากหลงเหลือจากการระเบิด  กล่องสีแดงด้านซ้ายมือคือจุดที่ VLT และ กล้องจันทราสำรวจ  บริเวณนี้เรียกว่า RCW 86 โดยตำแหน่งใจกลางคือดาวฤกษ์ที่ระเบิดตัวเองเมื่อ ค.ศ. 185 Credit:ESO and Digitized Sky Survey 2. Acknowledgment: Davide De Martin

Eveline Helder จากสถาบันดาราศาสตร์อูเทรชท์ แห่งมหาวิทยาลัยอูเทรชท์ (Astronomical Institute Utrecht of Utrecht University) ในเนเธอร์แลนด์  และผู้เขียนชื่อแรกในบทความรายงานการศึกษา กล่าวว่า  “มันเป็นที่เชื่อกันมานาแล้วว่ามหาเครื่องเร่งอนุภาคที่ผลิตรังสีคอสมิคภายในกาแลกซีทางช้างเผือกคือเปลือกที่กำลังขยายตัวจากการระเบิดของดาวฤกษ์  แต่ผลการสังเกตการณ์ของเราเผยว่าควันปืนที่หลงเหลืออยู่ (ซากการระเบิดของดาวฤกษ์) คือข้อพิสูจน์”     Jacco Vink จากสถาบันดาราศาสตร์อูเทรชท์เสริมว่า “แม้แต่คุณก็สามารถกล่าวได้ว่า  เราได้ยืนยันประสิทธิภาพของปืนที่ใช้ในการเร่งรังสีคอสมิคเข้าสู่พลังงานระดับมหาศาล”
เป็นครั้งแรกที่  Helder, Vink และผู้ร่วมงาน พร้อมด้วยผลการวัดที่อธิบายความฉงนสนเท่ห์ทางดาราศาสตร์อันยาวนานว่าการระเบิดของดาวฤกษ์เพียงพอต่อการเร่งอนุภาคหรือไม่  เพื่อที่จะอธิบายจำนวนของรังสีคอสมิคที่ชนกับชั้นบรรยากาศโลก   ผลการศึกษาของคณะทำงานนี้บ่งชี้ว่ามันเกิดขึ้นจริงและบอกเราโดยตรงถึงระดับพลังงานที่ถูกดึงออกไปจากก๊าซที่ถูกกระทบกระแทกภายในการระเบิดของดาวฤกษ์ แล้วถูกนำมาใช้เร่งอนุภาค  “เมื่อดาวฤกษ์ดวงหนึ่งระเบิดเป็นอะไรที่เราเรียกว่า “ซูเปอร์โนวา (supernova)”  Helder กล่าว “พลังงานที่ถูกใช้ในการเร่งอนุภาค มาจากความร้อนที่ใช้ในการทำให้ก๊าซร้อนขึ้น, ซึ่งทำให้พวกมันเย็นกว่าสิ่งที่ทฤษฎีทำนายเอาไว้”

แสดงท้องฟ้าบริเวณที่เป็นแหล่งกำเนิดรังสีคอสมิคจากซูเปอร์โนวาโบราณ RCW 86  Credit:ESO and Digitized Sky Survey 2. Acknowledgment: Davide De Martin

นักวิจัยมุ่งความสนใจไปยังซากของดาวฤกษ์ที่ระเบิดขึ้นเมื่อ ค.ศ. 185 ซึ่งถูกบันทึกโดยนักดาราศาสตร์ชาวจีน   ซากการระเบิดดังกล่าวเรียกว่า RCW 86  อยู่ห่างจากโลก 8200 ปีแสง ในทิศทางกลุ่มดาว Circinus (เข็มทิศ)  อันเป็นบันทึกการระเบิดของดาวฤกษ์ที่เก่าแก่ที่สุด   การใช้กล้องโทรทรรศน์ VLT ของ ESO  คณะทำงานวัดอุณหภูมิของก๊าซที่อยู่ด้านหลังคลื่นกระแทก(shock wave) อันเกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์   พวกเขาวัดอัตราเร็วของคลื่นกระแทกด้วย โดยใช้ภาพถ่ายจากหอสังเกตการณ์รังสีเอกซ์จันทรา ทุกๆ 3 ปี   พวกเขาพบว่าคลื่นกระแทกเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็ว 10 ถึง 30 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง  หรือราว  1 ถึง 3 เปอร์เซ็นต์ของอัตราเร็วแสง
อุณหภูมิของก๊าซที่เปลี่ยนสู่ 30 ล้านองศาเซลเซียส  ซึ่งถือว่าร้อนมากเมื่อเทียบกับมาตรฐานในชีวิตประจำวัน ทว่ามันกลับเป็นค่าที่ต่ำกว่าการคาดการณ์  ที่ให้แก่ความเร็วของคลื่นกระแทก    ซึ่งควรจะทำให้ก๊าซร้อนมากกว่านี้อย่างน้อย 0.5 ล้านองศาเซลเซียส    “พลังงานที่หายไปจึงเป็นสิ่งที่ถูกนำไปขับรังสีคอสมิคนั่นเอง”  Vink สรุป 

แปลและเรียบเรียงโดย วัชราวุฒิ กฤตินธรรม  คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

----------------------------------------------------------