Death Spiral: Why Theorists Can't Make Solar Systems

March 28^th , 2006

ที่มา www.space.com

ผลเฉลยอื่นๆ คือหากจานก๊าซส่วนใหญ่อยู่ในสถานะปั่นป่วน (Turbulent) ไม่ราบเรียบเหมือนกับในแบบจำลองคอมพิวเตอร์ ความปั่นป่วนดังกล่าวอาจเป็นผลจากความไม่เสถียรในสนามแม่เหล็กภายในจานก๊าซ และช่วยขัดขวางการอพยพเข้าใกล้ดาวฤกษ์

ความปั่นป่วนอาจเป็นตัวการหยุดยั้งการอพยพ แต่เรายังไม่ทราบกระบวนการเกิดความปั่นป่วนที่แน่ชัด แนวคิดนี้อาจใช้ได้ดีกับบริเวณที่มีความเข้มข้นของสนามแม่เหล็ก แต่พื้นที่ส่วนใหญ่ของจานก๊าซนั้นไม่ค่อยมีกิจกรรมทางแม่เหล็กนักเพราะจานก๊าซนี้หนาแน่นเสียจนสามารถป้องกันการแผ่รังสีจากภายนอกได้

แผนจานก๊าซและฝุ่นไม่ได้เสถียรอย่างแท้จริง ความปั่นป่วนภายในมีผลต่อการสร้างดาวเคราะห์ก๊าซได้ นี่คือแนวคิดของ

แบบจำลอง disk instability Credit: http://www.psc.edu/science/2003/quinn/how_to_cook_a_giant_planet.html

นอกจากทฤษฎีข้างต้นแล้ว ยังมีอีกทฤษฎีที่ใช้อธิบายการก่อตัวของดาวเคราะห์ได้ เรียกว่า ทฤษฎีความไม่เสถียรของจานก๊าซ (Disk instability) ซึ่งต่างจากแบบจำลอง core accretion ที่ดาวเคราะห์ก๊าซถูกสร้างจากแกนกลางที่เป็นหิน แล้วจึงดึงเอาก๊าซภายนอกมาเป็นชั้นบรรยากาศ แต่ทฤษฎีนี้อธิบายว่าดาวเคราะห์ขนาดใหญ่กำเนิดมาจากกลุ่มก๊าซและฝุ่นที่จับตัวกันอย่างหลวมๆ ซึ่งมีศูนย์กลางที่ค่อยๆ รวมตัวกันและนี่ทำให้พวกมันเกิดได้เร็วขึ้น การอพยพแบบที่หนึ่งไม่เป็นปัญหาสำหรับทฤษฎีนี้ เพราะกลุ่มเมฆขนาดเท่าดาวพฤหัสบดีสามารถกำเนิดได้ภายในเวลาเพียงหนึ่งพันปี ซึ่งอาจมีดาวเคราะห์ทารกที่กำเนิดด้วยวิธีนี้ซึ่งมีมวลเป็นสิบเท่าของโลก และนั่นก็หนักเพียงพอแล้วที่มันจะกำหนดเส้นทางของมันเองโดยไม่ต้องถูกดึงตกลงไปในดาวฤกษ์

แหล่งกำเนิดดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ภายในเนบิวลานายพราน เมฆก๊าซเหล่านั้นล้วนไม่สม่ำเสมอ และขาดเสถียรภาพ ดวงอาทิตย์และโลกอาจเกิดจากสภาพแวดล้อมลักษณะนี้ Credit: HST/NASA

อย่างไรก็ดีแนวคิดทั้งสองยังไม่อาจอธิบายเหตุการณ์ที่สนใจได้ทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์หลายคนก็พยายามรวมทฤษฎีทั้งสองเข้าด้วยกันอีกด้วย

แผ่นจานฝุ่นรอบดาวฤกษ์ AB Aurigae นี่คือเป้าหมายในการตามหาดาวเคราะห์เกิดใหม่

credit STScI

ขณะที่เทคโนโลยีก้าวหน้าและกล้องโทรทรรศน์ได้รับการปรับปรุงให้มีกำลังขยายสูงยิ่งขึ้น นักวิทยาศาสตร์อาจสามารถค้นพบการก่อตัวของดาวเคราะห์ได้ขณะที่มันพึ่งเริ่มต้นไปจนถึงจุดสิ้นสุด Hannah Jang-Condell ผู้รับทุนจากสถาบัน Carnegie ได้พัฒนาแบบจำลองใหม่ที่สามารถเชื่อมโยงหลักฐานเพื่อสนับสนุนทฤษฎี core accretion วิธีการของ Jang-Condell ใช้การค้นหา ร่องรอยที่เรียกว่า ภายในจานก๊าซรอบดาวฤกษ์ ซึ่งเกิดจากดาวเคราะห์ทารกยักษ์ดูดเอามวลสารในจานก๊าซลงไปเป็นชั้นบรรยากาศของมัน สิ่งสำคัญก็คือวิธีการใหม่นี้ต้องสามารถตรวจจับ protoplanet ที่มีมวล 10-20 เท่าของโลก ซึ่งอย่างน้อยต้องมีมวลขนาด 10 เท่าของโลกจึงจะกลายเป็นดาวเคราะห์ก๊าซ การตรวจหาดาวเคราะห์ทารกดังกล่าวจะเป็นการชี้ขั้นตอนแรกของการกำเนิดดาวเคราะห์ก๊าซ ด้วยทฤษฎี core accretion แม้ว่านักทฤษฎีจะยังไม่สามารถอธิบายว่าดาวเคราะห์ทารกนั้นเกิดและอยู่รอดได้อย่างไร แต่อย่างน้อยก็รู้ว่า เราเดินมาถูกทางแล้ว

แปลโดย : วัชราวุฒิ หน่อแก้ว ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

วังวนมรณะ ! ปัญหาปวดหัวของนักทฤษฎี ตอนที่ 1 ปัญหาของการอพยพ

Death Spiral: Why Theorists Can't Make Solar Systems

March 27^th, 2006

ที่มา www.space.com

Stardust Eye

สำหรับนักวิทยาศาสตร์ผู้ใช้เวลาไปกับการคิดว่าดาวเคราะห์เกิดมาได้อย่างไร ชีวิตอาจง่ายขึ้นถ้าไม่มีดาวเคราะห์ก๊าซอย่างดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ มาก่อกวน

สืบเนื่องจากทฤษฎีกำเนิดดาวเคราะห์ที่รู้จักกันดี “ Core accretion” ดาวเคราะห์กำเนิดมานานกว่าล้านปีด้วยหินจำนวนมหาศาล และน้ำแข็งที่มารวมตัวกันจนได้เป็น “ protoplanet ” และท้ายสุดก็หนีห่างออกไปจากแกนกลาง ไปอยู่ ณ วงโคจรปัจจุบัน

การเกิดดาวเคราะห์โดยแนวคิด core accretion เมื่อมวลสารรอบดาวฤกษ์รวมตัวกันจนกลายเป็นดาวเคราะห์ทารก

Credit: Meg Stalcup

นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เห็นพ้องกันว่าทฤษฎีนี้ใช้อธิบายดาวเคราะห์ที่มีลักษณะคล้ายโลกอย่าง โลกและดาวอังคารได้เป็นอย่างดี แต่กลับไม่สามารถอธิบายที่มาที่ไปของดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์ได้

การกระจายตัวของสสารภายในจานฝุ่นรอบดวงอาทิตย์ที่นำมาสู่การสร้างดาวเคราะห์ลักษณะต่างๆ ภายหลัง

Credit : http://www.astro.psu.edu/users/niel/astro1/slideshows/class43/slides-43.html

ปัญหาหลักคือวิวัฒนาการของดาวเคราะห์ก๊าซด้วยแนวคิดแบบ Core accretion ใช้เวลานานเกินไป จากแบบจำลองปัจจุบันกระบวนการดังกล่าวต้องใช้เวลาหลายล้านปี นานเกินกว่าช่วงชีวิตของจานก๊าซรอบดาวฤกษ์ใดๆ จะให้กำเนิดพวกมันได้ และปริศนาที่ยากเย็นอีกข้อคือ “ การอพยพ (migration)” ดาวเคราะห์ทารก (Protoplanet) ไม่อาจอยู่ ณ บริเวณวงโคจรที่มันถือกำเนิดขึ้นมาได้ เนื่องจากอันตรกิริยาเชิงโน้มถ่วงภายในจานมวลสาร ดาวเคราะห์ทารกจะวนเข้าหาดาวฤกษ์แม่ ซึ่งเรียกว่า การอพยพแบบที่ 1) แบบจำลองนี้ใช้คำนวณได้ว่าวงโคจรมรณะดังกล่าวใช้เวลาเล็กน้อยเพียง 100,000 ปีเท่านั้น ดังนั้นปัญหา “ อพยพ ” จึงเป็นปัญหาที่ท้าทายความสามารถของนักทฤษฎีผู้ที่พยายามอธิบายการกำเนิดดาวเคราะห์ก๊าซขนาดยักษ์ด้วยทฤษฎี core accretion เพื่อที่จะไขปริศนานี้ Paul Cresswell และ Richard Nelson จาก Queen Mary มหาวิทยาลัยลอนดอน ร่วมกันพัฒนาแบบจำลองด้วยวิธีการเชิงตัวเลข ซึ่งรวมผลของอันตรกิริยาระหว่างดาวเคราะห์ทารกจำนวนมากในจานก๊าซ การจำลองก่อนหน้านี้ใช้ดาวเคราะห์ทารกเพียงหนึ่งหรือสองดวงเท่านั้น แต่สำหรับพหุวัตถุเช่นนี้ Cresswell กับ Nelson คาดว่าถ้าอันตรกิริยาระหว่างวัตถุหลายก้อนเหล่านี้สามารถชะลอความเร็วของการอพยพแบบที่หนึ่งนี้ได้ และจะทำให้ดาวเคราะห์ทารกขนาดใหญ่มีเวลามากพอที่จะวิวัฒนาการไปเป็นดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ได้ ทว่าแบบจำลองของพวกเขากลับแสดงให้เห็นว่ามีโอกาสเพียงร้อยละ 2 เท่านั้นที่ดาวเคราะห์ทารกจะถูกเหวี่ยงออกห่างจากดาวฤกษ์ศูนย์กลาง ที่เหลือแรงโน้มถ่วงระหว่างเทหวัตถุทั้งหลายจะพาพวกมันเข้าสู่วงโคจรที่สอดคล้องซึ่งกันและกัน โดยค่อยๆ เคลื่อนเข้าใกล้ดาวฤกษ์แม่เป็นจังหวะๆ

แนวคิด core accretion ยังคงไม่สมบูรณ์แบบแม้ว่าปรากฏหลักฐานสนับสนุน อย่างเช่น

ภายใน ดาวฤกษ์ใหม่ภายในเนบิวลา orion Credit: NASA/HST

นักวิจัยกลุ่มนี้เสนอคำอธิบายว่าทำไมแบบจำลองของพวกเขาจึงให้ผลที่ไม่สอดคล้องกับระบบดาวเคราะห์ในปัจจุบัน บางทีรอบดาวฤกษ์จริงๆ อาจมีดาวเคราะห์ทารกกำเนิดมาหลายรุ่น และมีเพียงรุ่นสุดท้ายที่เท่านั้นที่สามารถอยู่รอดจนเติบใหญ่ได้ในช่วงที่ก๊าซในวงในของจานฝุ่นเริ่มจางไป แต่ในทางตรงกันข้ามนี่กลับทำให้ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์กำเนิดได้ยากขึ้น เพราะจะขาดแคลนก๊าซที่จะกลายเป็นชั้นบรรยากาศหนาหนักของมัน อย่างไรก็ตามมีอีกหนึ่งความเป็นไปได้ถ้าดาวเคราะห์ดังกล่าวกวาดเอามวลสารรอบนอกวงโคจรปัจจุบัน

แปลโดย : วัชราวุฒิ หน่อแก้ว ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

พายุสุริยะรอบหน้าจะรุนแรงขึ้น ตอนที่ 2

New Model Predict More Intense Solar Storms Ahead

March 3^rd , 2006

ที่มา www.space.com

จุดดับ ใหม่ๆ เกิดขึ้นจากการสลายตัวของจุดดับเดิมเมื่อรอบการเกิดครั้งก่อน โดยขณะที่จุดดับเดิมสลายตัว มันจะเหลือสิ่งที่เรียกว่า “ รอยประทับ ” หรือสัญลักษณ์เชิงแม่เหล็ก ทิ้งเอาไว้ในกระแสพลาสมาซึ่งเคลื่อนที่ระหว่างศูนย์สูตรดวงอาทิตย์กับขั้วดวงอาทิตย์ ขณะที่กระแสก๊าซร้อน หรือพลาสมาเข้าใกล้ขั้ว มันจะจมลงไปใต้ผิวดวงอาทิตย์เป็นระยะประมาณ 200,000 กิโลเมตร แล้วเริ่มวนกลับขึ้นมาด้านบนตรงตำแหน่งศูนย์สูตร ด้วยกลไกการพาพลังงาน (Convection) ของดวงอาทิตย์ อันเป็นกลไกการพาพลังงานที่พบได้ในดาวฤกษ์มวลน้อยทั่วไป การไหลของพลาสมาใต้ผิวดาวถูกตรวจพบได้โดยกล้อง SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) ของนาซา ซึ่งตรวจวัดคลื่นเสียงภายในดวงอาทิตย์แล้วแปลผลออกมาเป็นลักษณะภายในของดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับ คลื่นอัลตราซาวด์ที่ตรวจทารกภายในครรภ์มารดา

การพาพลังงานที่เปลือกนอกของดวงอาทิตย์ (Convection zone) คล้ายกับการลอยตัวและจมของน้ำขณะต้มน้ำในหม้อ Credits:http://www.adlerplanetarium.org/learn/sun/sun_as_a_star.ssi

ผลการเก็บข้อมูลและวิเคราะห์แสดงให้เห็นการเคลื่อนตัวของกระแสก๊าซร้อนที่ได้รับผลกระทบจากการหมุนรอบตัวเองของดวงอาทิตย์ อันแตกต่างจากโลกที่เปลือกแข็งทุกส่วนของโลกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเชิงมุมเท่ากันรอบแกนหมุน แต่ดวงอาทิตย์นั้นบริเวณศูนย์สูตรหมุนด้วยความเร็วสูงกว่าที่บริเวณใกล้ขั้ว ความแตกต่างนี้เองที่ดึงและบิดกระแสการเคลื่อนที่ของพลาสมา ทำให้มันมีความไม่เสถียรสูงกล่าพลาสมาโดยรอบ ท้ายที่สุดกระแสพลาสมาที่ถูกบิดโค้งจะพุ่งขึ้นมาแล้วฉีกผิวดวงอาทิตย์ออกทำให้เกิดเป็นจุดดับจุดใหม่ และเมื่อจุดดับใหม่สลายตัวไปวัฏจักรดังกล่าวก็จะเริ่มต้นอีกครั้ง

David Hathaway นักดาราศาสตร์ดวงอาทิตย์จากนาซาซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับงานวิจัยนี้ กล่าวว่าเขาตื่นเต้นกับแบบจำลองใหม่นี้มาก    มันใช้พื้นฐานจากหลักการทางกายภาพของเสียง และที่สุดก็สามารถหาคำตอบให้กับคำถามที่ถามกันมา 150 ปี ว่าอะไรทำให้เกิดวัฏจักร 11 ปี ของจำนวนจุดดับที่เกิดมากแล้วลดลงแล้วเกิดมากที่สุดอีกครั้ง

ความไม่สงบของดวงอาทิตย์ส่งผลกระทบต่อ ดาวเทียม นักบินอวกาศ เครื่องบิน ระบบสื่อสาร อุปกรณ์อิเลคทรอนิกส์

และระบบสายส่งพลังงานเป็นต้น Credit : http://www.kn.nz.dlr.de/space_weather/hazards.jpg

ทีมวิจัยของ Hathaway เห็นด้วยความกับ Dikpati ว่า รอบที่ 24 จะมีความรุนแรงมากกว่าครั้งที่แล้ว แต่ไม่ได้คล้อยตามในประเด็นที่ว่ามันจะเกิดช้ากว่าที่เคยคาดไว้ หลังจากศึกษาวัฏจักรดวงอาทิตย์ย้อนหลังไป 12 รอบ Hathaway เชื่อว่ารอบนี้จะเกิดเร็วกว่าขึ้นไม่ภายในปลายปีนี้หรือต้นปีหน้า

อย่างไรก็ตามผลการคาดคำนวณชี้ว่าโลกจะเผชิญกับการลุกจ้าบนผิวดวงอาทิตย์ (Solar flares) และสภาพอวกาศอันรุนแรงขึ้นภายในไม่กี่ปีข้างหน้า ซึ่งนั่นจะทำให้มนุษย์ต้องเตรียมพร้อมรับสิ่งที่จะเกิดขึ้นกับระบบสื่อสาร ระบบดาวเทียมนำร่อง หรือแม้แต่ระบบสายส่งไฟฟ้า ความปลอดภัยของมนุษย์อวกาศ

แปลโดย : วัชราวุฒิ หน่อแก้ว ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@

พายุสุริยะรอบหน้าจะรุนแรงขึ้น ตอนที่ 1

New Model Predict More Intense Solar Storms Ahead

March 2^nd, 2006

ที่มา www.space.com

แบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ซึ่งถูกปรับปรุงให้ถูกต้องมากยิ่งขึ้นทำนายว่า ช่วงที่ดวงอาทิตย์จะเกิดกิจกรรมทางแม่เหล็กไฟฟ้า หรือที่เรียกว่าวัฏจักรดวงอาทิตย์ (Solar cycle) จะมีความรุนแรงเพิ่มขึ้นร้อยละ 50 เมื่อเทียบกับวัฏจักรรอบที่แล้ว และจะเริ่มช้ากว่าที่เคยคาดไว้ประมาณ 1 ปี

Mausumi Dikpati และทีมวิจัย จาก ศูนย์วิจัยบรรยากาศแห่งชาติ ( National Center for Atmospheric Research : NCAR) สหรัฐอเมริกา พัฒนาแบบจำลองซึ่งบทความโดยละเอียดถูกตีพิมพ์ลงใน วารสาร Geophysical Research Letters ฉบับเดือนมีนาคม

กราฟสีน้ำเงิน คือพื้นที่รวมของจุดดับเทียบกับเวลา ย้อนกลับไปจนถึงปี 2423 ส่วนสีแดงคือกระแสแม่เหล็กที่ใช้ในการคำนวณ

ของแบบจำลองใหม่ เส้นประคือผลการทำนายใหม่ ส่วนเส้นทึบคือผลการคำนวณเดิม

credit: Mausumi Dikpati/NCAR/NSF

แบบจำลองดังกล่าวเสนอผลเฉลยที่มีความเป็นไปได้ ของรอบการเกิดกิจกรรมทางสนามแม่เหล็กที่จะรุนแรงขึ้นรุนแรงทุกๆ 11 ปี วัฏจักรดังกล่าวถูกค้นพบมานานนับ 150 ปี จากการนับจุดดับบนดวงอาทิตย์ และพบว่าจำนวนจุดดับช่วงที่มากที่สุด แล้วลดลง และเพิ่มจนถึงเวลาที่เกิดมากที่สุดทุกๆ 11 ปี

และเมื่อดวงอาทิตย์มีจำนวนจุดดับมากที่สุด ก็จะเป็นช่วงที่เกิด การลุกจ้า (solar flare) การปลดปล่อยมวล (coronal mass ejection : CME) ซึ่งรบกวนระบบดาวเทียมนำร่อง ระบบส่งพลังงาน การสื่อสารรวมถึงทำอันตรายต่อนักบินอวกาศด้วย การพัฒนาแบบจำลองดังกล่าวจึงมีประโยชน์ต่อการทำนายสภาพอวกาศ เพื่อหลีกเลี่ยงหรือลดทอนความเสียหายที่อาจจะเกิดขึ้น และช่วงเวลานี้นับก็เป็นช่วงที่ดวงอาทิตย์สงบที่สุด จุดดับเกิดน้อยที่สุด

จำนวนจุดดับในวัฏจักรดวงอาทิตย์รอบที่ 23 ( ปัจจุบัน ) รอบถัดไปจากแบบจำลองของ Hathaway

credit: NASA

ถึงแม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะติดตามรอบการเกิดมาหลายทศวรรษแต่ก็ยังไม่สามารถทำนายช่วงเวลาและความรุนแรงที่แน่นอนได้ แต่ด้วยแนวคิดใหม่ที่เรียกว่า Predictive Flux-transport Dynamo Model ซึ่งจำลองความรุนแรงของรอบดวงอาทิตย์ 8 รอบ ย้อนกลับไปสู่ ช่วงต้นของศตวรรษที่ 20 ด้วยความถูกต้องถึงร้อยละ 98   แบบจำลองดังกล่าวทำนายรอบการเกิดถัดไป หรือที่เรียกว่า Cycle 24 ว่าจะมีจำนวนจุดดับ (Sunspot) รวมเป็นพื้นที่ใหญ่กว่าร้อยละ 2.5 ของผิวปรากฏของดวงอาทิตย์เพียงเล็กน้อย และเหตุการณ์ดังกล่าวจะเริ่มต้นในช่วงปลายปี 2550 หรือต้นปี 2551 หรือประมาณ 12 เดือน ช้ากว่าที่เคยคาดไว้ จากนั้นจะทวีความชุกขึ้นสูงสุดในปี 2555

นักวิจัยกลุ่มนี้สร้างแบบจำลองซึ่งอ้างอิง มาจากผลการสังเกตการณ์ว่าเหตุใดกระแสของก๊าซมีประจุที่เรียกว่าพลาสมา จึงหมุนอยู่ระหว่างศูนย์สูตรดวงอาทิตย์กับขั้วดวงอาทิตย์ และเหตุใดกระแสดังกล่าวจึงได้ผลกระทบจากการหมุนของดวงอาทิตย์ด้วย

แสดงพื้นที่จุดดับและละติจูดที่เกิดจุดดับ ( บน ) ดูคล้ายผีเสื้อ (Butterfly diagram) จะเห็นว่าจุดดับมักเกิดบริเวณศูนย์สูตร ( ล่าง)

พื้นที่จุดดับเฉลี่ยในแต่ละวัน Credit : http://science.msfc.nasa.gov/ssl/pad/solar/images/bfly.gif

แปลโดย : วัชราวุฒิ หน่อแก้ว ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

@@@@@@@@@@@@@@@@@@@