เดือนพฤษภาคม 2552

May 2009

ข่าวด้านอวกาศ และดาราศาสตร์ .... 

 วัดขนาดกาแลกซียักษ์ M87 
May 25th, 2009
Adapted from  eso.org  : Giant Galaxy Messier 87 finally sized up
  
                                   
ด้วยกล้องโทรทรรศน์ Very Large Telescope ของหอสังเกตการณ์ท้องฟ้าซีกใต้ยุโรป(European Southern Observatory: ESO) นักดาราศาสตร์ประสบความสำเร็จในการวัดขนาดของกาแลกซียักษ์ Messier 87 (M87)  และประหลาดใจยิ่งขึ้นเมื่อพบว่าส่วนนอกสุดของกาแลกซีถูกฉีกออกด้วยกลไกบางอย่างที่ไม่อาจชี้ชัดลงไป  
กาแลกซี M87 ยังดูเหมือนจะชนกับกาแลกซียักษ์อีกแห่งภายในกระจุกกาแลกซี(Galaxy Cluster) ที่พลุกพล่านแห่งนี้ ผลการสังเกตการณ์ใหม่เผยว่า ฮาโล(halo) ของกาแลกซี M87 ถูกตัดออกไปจนเหลือเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ  1 ล้านปีแสง ซึ่งเล็กอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับการประมาณ หรือมีขนาดเพียง  1 ใน 3 ของขนาดฮาโล ของกาแลกซีทางช้างเผือก(Milky Way)  ถัดจากนี้ไปก็มีดาวฤกษ์ระหว่างกาแลกซีเพียงไม่กี่ดวงเท่านั้น

 

ภาพอวกาศห้วงลึกกระจุกกาแลกซีเวอร์โก(Virgo Cluster) โดย Chris Mihos และคณะ โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ Burrell Schmidt telescope แสดงแสงจางๆ ระหว่างกาแลกซีภายในกระจุกกาแลกซี จุดดำๆ ภายในภาพคือบริเวณที่แสงจากดาวฤกษ์ที่บังอยู่ด้านหน้าถูกนำออกไปจากภาพ  credit: Chris Mihos (Case Western Reserve University)/ESO


Ortwin Gerhard หนึ่งในคณะนักวิจัยกล่าวว่า “นี่เป็นผลที่เหนือความคาดหมาย”  “แบบจำลองเชิงตัวเลขทำนายว่าฮาโลของ Messier 87 ควรมีขนาดใหญ่กว่าขนาดที่มองเห็นจากการสังเกตการณ์หลายเท่า  นั่นหมายความว่าจะต้องมีบางสิ่งที่ตัดขอบของฮาโลออกไป”
คณะนักวิจัยใช้อุปกรณ์ FLAMES ซึ่งเป็นกล้องสเปคโทรกราฟประสิทธิภาพสูงซึ่งติดตั้งกับกล้องโทรทรรศน์ Very Large Telescope ณ หอสังเกตการณ์พารานัล (Paranal Observatory) ในประเทศชิลี  เพื่อทำการวัดด้วยความแม่นยำสูงโดยมุ่งเป้าไปที่เนบิวลาดาวเคราะห์ (planetary nebula) ภายในบริเวณขอบนอกของกาแลกซี 87  และภายในอวกาศระหว่างกาแลกซีของกระจุกกาแลกซี Virgo  ซึ่ง M87 สังกัดอยู่   โดยอุปกรณ์ FLAMES สามารถถ่ายสเปคตรัมของแหล่งกำเนิดแสงหลายแห่ง ที่อยู่ภายในอาณาเขตท้องฟ้าเทียบเท่าขนาดปรากฎของดวงจันทร์

 

ตำแหน่งของเนบิวลาดาวเคราะห์ภายในขอบกาแลกซี M87 และภายในอวกาศระหว่างกาแลกซีรอบๆ ใจกลางของกระจุกกาแลกซีเวอร์โก  ด้วยการวัดการเคลื่อนที่ของเทหวัตถุเหล่านี้อย่างแม่นยำ โดยอุปกรณ์ FLAMES นักดาราศาสตร์สามารถค้นหาขอบของกาแลกซี M87 ได้เป็นครั้งแรก และพบว่ามันใหญ่กว่ากาแลกซีทางช้างเผือกถึงสามเท่า Credit: ESO/Digitized Sky Survey 2


ผลการศึกษาสำเร็จอย่างงดงาม  แสงจากเนบิวลาดาวเคราะห์ในกระจุกกาแลกซี Virgo  มีความสว่างเท่ากับหลอดไฟ 30 วัตต์ ที่อยู่ห่างออกไป 6 ล้านกิโลเมตร หรือประมาณ 15 เท่าของระยะทางระหว่างโลกถึงดวงจันทร์  นอกจากนี้เนบิวลาดาวเคราะห์ยังกระจายเป็นแสงซีดๆ ภายในกระจุกกาแลกซี ดังนั้นมีเพียงภาพมุมกว้างของอุปกรณ์ FLAMES เท่านั้นที่สามารถจับแสงของเนบิวลาได้เพียง 1 ใน 10 ส่วนเท่านั้น “มันเหมือนกับการค้นหาเข็มขนาดเล็กภายในกองหญ้ากลางทุ่งแจ้งท่ามกลางความมืดสนิท”  Magda Arnaboldi หนึ่งในคณะนักวิจัยเปรียบเปรย  “เครื่องสเปคโทรกราฟ FLAMES บนกล้อง VLT เป็นอุปกรณ์ที่เยี่ยมที่สุดสำหรับงานนี้”
ณ ระยะห่างประมาณ 50 ล้านปีแสงจากโลก กระจุกกาแลกซี Virgo เป็นกระจุกกาแลกซีที่ใกล้โลกมากที่สุด มันวางตัวอยู่ในน่านฟ้ากลุ่มดาว Virgo หรือกลุ่มดาวราศีกันย์ และเป็นกระจุกกาแลกซีที่เบาบางและอายุน้อยกว่า   กระจุกกาแลกซีแห่งนี้ประกอบด้วยกาแลกซีหลายร้อยกาแลกซี มีทั้งกาแลกซีทรงรีมวลมากขนาดยักษ์(giant massive elliptical galaxy) เช่นเดียวกับกาแลกซีแขนเกลียว(spiral galaxy) ที่คล้ายๆ กับกาแลกซีทางช้างเผือกของเรา


 
กระจุกกาแลกซีเวอร์โกโดยกล้องโทรทรรศน์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 48 นิ้ว ในโครงการสำรวจ  Digitized Sky Survey 2 มี M87 อยู่บริเวณกลางภาพ ขณะที่ M84 และ M86 เป็นกาแลกซีสว่างๆบริเวณกลางขวาของภาพ ผลการวิจัยใหม่พบว่าฮาโลของ M87 ถูกเฉือนออกไปซึ่งอาจจะเกิดจากอันตรกิริยาเชิงแรงโน้มถ่วงกับ M84 นอกจากนี้ M86 และ M87 ก็กำลังพุ่งเข้าหากันอีกด้วย  Credit:ESO/Digitized Sky Survey 2


คณะนักดาราศาสตร์ได้เสนอหลายคำอธิบายสำหรับการค้นพบ บริเวณที่ถูก “ตัดออก” ของ M87 อย่างเช่นการยุบตัวของสสารมืด(dark matter) ภายในกระจุกกาแลกซี  หรือการที่ M87 โคจรเข้าใกล้กาแลกซีอื่นๆ ภายในกระจุกกาแลกซีนี้ แล้วถูกก่อกวนด้วยแรงโน้มถ่วงเมื่อประมาณ 1 พันล้านปีก่อน  “ในขั้นตอนนี้ เราไม่สามารถยืนยันว่าเกิดอะไรขึ้นกันแน่”  Arnaboldi กล่าว “เราจำเป็นต้องสังเกตการณ์เนบิวลากาแลกซีอื่นๆ รอบๆ M87 เพิ่มเติม”

มีอยู่สิ่งหนึ่งที่นักดาราศาสตร์มั่นใจคือ อย่างไรก็ตาม M87 และกาแลกซีเพื่อนบ้าน M86 กำลังพุ่งเข้าหากัน “เราอาจสังเกตการณ์พวกมันภายในระยะก่อนที่จะพุ่งชนกัน”  Gerhard อธิบาย “กระจุกกาแลกซี Virgo เป็นสถานที่ที่มีความเคลื่อนไหวอย่างน่าสนใจ และหลายสิ่งยังคงเกิดขึ้นเพื่อแต่งเกลารูปร่างของกาแลกซีภายในเวลาหลายพันล้านปีต่อไป”

 ยานอวกาศ STEREO พบสัญญาณวัฏจักรสุริยะรอบใหม่
May 18th, 2009
Adapted from  www.nasa.gov : STEREO Spies First Major Activity of Solar Cycle 24
  
                                   
ยานอวกาศ STEREO  (Solar Terrestrial Relations Observatory) ขององค์การ NASA ได้ตรวจพบกิจกรรมเชิงแม่เหล็กระดับรุนแรงซึ่งเป็นกิจกรรมของวัฏจักรสุริยะรอบใหม่  เมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม  ยานอวกาศ STEREO B ตรวจพบการประทุในย่านคลื่นวิทยุแบบ II  (Type II radio burst) และการปลดปล่อยกลุ่มมวลโคโรนา(Coronal Mass Ejection: CME) ที่เร็วและสุกสว่าง พุ่งออกมาจากด้านข้างของดวงอาทิตย์  การประทุดังกล่าวเกิดขึ้นในบริเวณเขตก่อกัมมันต์(solar active region)  ที่หมุนมาให้ได้เห็นในวันที่ 8 พฤษภาคม
 

ยานอวกาศ STEREO –Behind ตรวจพบการปลดปล่อยกลุ่มมวลโคโรนาที่ประทุเมื่อวันที่ 7 พฤษภาคม  และคลื่นกระแทกหน้า CME ก็ทำให้เกิดการประทุคลื่นวิทยุแบบ II  โดยแหล่งกำเนิด CM ก็คือบริเวณอาณาเขตก่อกัมมันต์(พื้นที่สว่างในภาพ) Credit: NASA/SOHO


การประทุคลื่นวิทยุชนิดที่สอง เป็นคลื่นวิทยุที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นกระแทกถูกเร่งความเร็วโดยกลุ่มมวลโคโรนา(CME)  เขตก่อกัมมันต์ปรากฏเหนือศูนย์สูตรดวงอาทิตย์ที่ละติจูด 30 องศา ซึ่งบ่งบอกว่ามันเป็นกิจกรรมเชิงแม่เหล็กในวัฏจักรสุริยะรอบใหม่ หรือรอบที่ 24 นั่นเอง โดยทั่วไปหากเป็นเขตก่อกัมมันต์ของวัฏจักรสุริยะรอบที่แล้วจะต้องอยู่บริเวณเส้นศูนย์สูตรดวงอาทิตย์หรือละติจูด 0 องศา
Joseph Gurman  นักวิทยาศาสตร์ประจำโครงการ STEREO ณ ศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ด (Goddard Space Flight Center)  “นี่เป็นโอกาสที่น่าตื่นเต้นจริงๆ ในการสังเกตการณ์การประทุครั้งใหญ่ครั้งแรกของกิจกรรมเชิงแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ในวัฏจักรสุริยะรอบที่  24”  

 

อาณาเขตก่อกัมมันต์สองบริเวณและอันตรกิริยาของแม่เหล็กเมื่อวันที่ 8 และ 9 พฤษภาคม 2552 ภาพนี้ถ่ายในย่านรังสีอัลตราไวโอเลตที่ความยาวคลื่น 171 อังสตรอม Credit: NASA/SOHO


ปีที่แล้ววัฏจักรสุริยะรอบที่ 23 ทำสถิติมีช่วงเวลาที่ดวงอาทิตย์มีจุดดับน้อยที่สุดหรือ Solar minimum  ที่ยาวนานที่สุดในรอบ 100 ปี  มันมีจำนวนจุดมืด(sunspot) และ เขตก่อกัมมันต์(active region)  ที่ทำให้นักเฝ้ามองสภาพอวกาศผู้ใจร้อนต้องประหลาดใจถ้าเรากำลังเข้าสู่ยุค “Maunder Minimum” อีกครั้ง  ซึ่งยุคดังกล่าวเกิดขึ้นเมื่อปลายศตวรรษที่  และ ต้นศตวรรษที่ 18  ซึ่งมีจำนวนจุดดับ เขตก่อกัมมันต์น้อยมาก และสอดคล้องกับช่วง “ยุคน้ำแข็งน้อย” (Little Ice Age) ของภาวะโลกเย็น(global cooling)

ยานอวกาศคู่แฝด STEREO  แต่ละลำติดตั้งอุปกรณ์ Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation (SECCHI)  ซึ่งประกอบด้วยกล้องถ่ายภาพในย่านรังสีอัลตราไวโอเลต(EUVI), กล้องถ่ายภาพ coronagraphs ในย่านแสงที่ตามมนุษย์มองเห็นจำนวนสองกล้อง หรือ COR-1 และ COR-2 และกล้องถ่ายภาพ heliosphericn(HI)  การประทุคลื่นวิทยุถูกตรวจพบโดยอุปกรณ์ SWAVES  ซึ่งติดตั้งบน STEREO  กิจกรรมเชิงแม่เหล็กของดวงอาทิตย์เมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม ถูกตรวจพบโดยกล้อง EUVI ที่ติดตั้งบน STEREO-B  ที่กำลังโคจรตามโลกในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์

 

ตำแหน่งในวงโคจรเทียบกับโลกและดวงอาทิตย์ของยานอวกาศ STEREO-A(Ahead) และ B(Behind)  รวมทั้งยานอวกาศ SOHO และ ACE credit: NASA/STEREO/SOHO

ยานอวกาศ STEREO เป็นปฏิบัติการที่สามในโครงการ  Solar Terrestrial Probe ขององค์การ NASA  ซึ่งถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 26 ตุลาคม 2549  และขณะนี้โครงการ STEREO ได้รับการขยายเวลา เพื่อดำเนินภารกิจวัดสเปคตรัมดวงอาทิตย์

รถสำรวจดาวอังคารติดหล่มดิน 
May 15th, 2009
Adapted from  www.space.com  : Spirit Rover Stuck in Martian Dirt
  
                                    
Spirit รถสำรวจดาวอังคารขององค์การ NASA พบกับปัญหาบนดาวอังคารเช่นเดียวกับพาหนะภาคพื้นดินคันอื่นๆ บนโลก นั่นคือติดหล่มดินและทำให้ล้อหมุนอย่างอิสระจนไม่สามารถตะกายไปข้างหน้าหรือถอยหลังได้ 
ล้อที่ยังใช้การได้ทั้งห้าของรถสำรวจยังคงหมุนอิสระขณะที่ตัวรถติดภายในบริเวณดินอ่อน  ล้อที่กำลังจมก็จมไปแล้วครึ่งล้อ
 
เมื่อล้อลื่นระหว่างที่รถสำรวจดาวอังคาร Spirit  ภาพถ่ายดินในบริเวณที่ Spirit ใช้เป็นเส้นทาง ดูเหมือนว่าล้อบางส่วนจะถูกฝัง และดินก็อ่อนเกินกว่าจะตะกุยฝ่าผ่านไป Credit: NASA/JPL-Caltech

ทีมควบคุมรถสำรวจทั้งวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ต้องยุดการขับเคลื่อนรถสำรวจ Spirit เป็นการชั่วคราว ขณะที่กำลังศึกษาพื้นดินบริเวณโดยรอบตัวรถ และวางแผนจำลองการขับเคลื่อนด้วยรถรุ่นทดลองที่ห้องปฏิบัติการณ์ Jet Propulsion Laboratory ของ NASA ในพาซาเดนา มลรัฐคาลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา
John Callas ผู้จัดการโครงการ Spirit และ Opportunity รถสำรวจอีกคันหนึ่งที่ถูกส่งไปดาวอังคาร  “Spirit กำลังตกที่นั่งลำบาก” “เรากำลังพัฒนาวิธีการอย่างระมัดระวัง  อาจต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์กว่าที่เราจะสั่งให้มันขยับอีกครั้ง   ขณะเดียวกันเราก็จะใช้อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ของ Spirit ศึกษาสมบัติทางกายภาพของดินที่ก่อปัญหาให้เรา” 
ทั้ง Spirit และ Opportunity  ได้เดินทางไปบนผิวดาวอังคารมาเป็นระยะเวลากว่าห้าปี และก้าวหน้าไปไกลกว่าภารกิจแรกเริ่มที่กำหนดไว้เพียง 3 เดือนเท่านั้น  รถสำรวจ Opportunity ซึ่งปัจจุบันอยู่ ณ ฟากตรงกันข้ามของดาวอังคารจาก กำลังเดินทางไปยังเป้าหมายถัดไป หลุมอุกกาบาต Endeavour
 
ที่ราบต่ำ Home Plate บนดาวอังคาร credit: Image courtesy NASA.

รถสำรวจ Spirit กำลังมุ่งหน้าตาทิศทวนเข็มนาฬิกาจากเหนือไปใต้รอบที่ราบต่ำ “Home Plate”  เป็นเวลาสองเดือน รถสำรวจเดินทางไปได้ 122 เมตร ก่อนที่จะชะงักอยู่ ณ ตำแหน่งปัจจุบัน   การจมลงไปในดินของ Spirit เพิ่มความกังวลใจว่าก้นหล่มดังกล่าวจะตื้นพอที่ช่วงล่างของตัวรถจะจมลงไปสัมผัสพื้นหินแข็งเบื้องล่าง แล้วใช้ล้อตะกุยพาตัวเองขึ้นมาจากหล่มดินอ่อนดังกล่าวได้ แม้ว่าจะยากเย็นเพียงใดก็ตาม
ล้อหน้าด้านขวาของ Spirit หยุดการทำงานเมื่อสามปีก่อน  ตั้งแต่ล้อทั้งหกถูกสั่งให้หมุนถอยหลังเพื่อแก้ปัญหาครั้งหนึ่ง   การวิ่งไปทั้งๆ ที่เหลือล้อเพียงห้าล้อขณะที่ต้องลากและดันล้อที่ไม่ขยับก็ยิ่งเป็นการเพิ่มความท้าทายให้กับการแก้สถานการณ์นี้
เมื่อปี 2548 ผู้ควบคุมได้ฉุดเอารถสำรวจ Opportunity ขึ้นมาจากหล่ม เมื่อล้อทั้งหกติดลึกอยู่บนเนินทราย ซึ่งแสดงว่าคณะทำงานเคยประสบความสำเร็จในการแก้ปัญหาลักษณะคล้ายกันนี้มาแล้ว  นอกจากนี้ข่าวดีอีกประการก็คือ ลมบนดาวอังคารพึ่งช่วยปัดฝุ่นที่สะสมอยู่บนแผงเซลล์สุริยะที่เป็นตัวกำเนิดพลังงานให้กับ Spirit ออกไปถึงสามครั้งในช่วงเดือนล่าสุด ทำให้พลังงานไฟฟ้าสำหรับรถสำรวจคันนี้เพิ่มขึ้นมาก

ภาพถ่ายจากยาน Mars Reconnaissance Orbiter แสดงกลุ่มเมฆฝุ่นที่กำลังก่อตัว อันเป็นสัญญาณว่าพายุฝุ่นทรายกำลังจะมาถึงบนดาวอังคาร ในภาพจุด MER A และ MER Bคือตำแหน่งของรถสำรวจ Spirit และ Opportunity ตามลำดับ Image credit: NASA/JPL-Caltech/M SSS


“พลังงานที่เพิ่มขึ้นช่วยซื้อเวลาให้เรา”  Callas กล่าว “เราจะใช้เวลานี้ในการวางแผนในขั้นต่อไปอย่างระมัดระวัง เราทราบดีกว่าพายุฝุ่นสามารถเกิดขึ้นอีกได้ทุกเวลา แม้ว่าท้องฟ้าจะสดใสก็ตาม”  ปัญหาที่เกิดขึ้นบ่อยๆ ในช่วงนี้คือ Spirit กำลังมีปัญหาในช่วงเดือนเมษายนที่ผ่านมาเมื่อคอมพิวเตอร์ที่เริ่มปิดและเปิดตัวเองบ่อยๆ รวมถึงล้มเหลวในการเปิดระบบสื่อสาร  โชคดีที่ตอลดสามสัปดาห์ที่ผ่านมาปัญหาดังกล่าวยังไม่เกิดขึ้น แม้ว่าการสืบหาสาเหตุยังไม่อาจฟันธงได้แน่ชัดว่าปัญหาดังกล่าวมีสาเหตุมาจากอะไร

อิเลคตรอนร้องเพลง
ปกป้องและทำร้ายโทรทัศน์กับเครื่องบ่งพิกัด (2)
May 13th, 2009
Adapted from  nasa.gov : "Singing" Electrons Protect and Threaten Your TV and GPS
  
                                                       
พฤติกรรมของสนามแม่เหล็กด้านกลางคืนดังกล่าวเหมือนกับหนังสติ๊ก ที่ดีดเอากลุ่มพลาสมากลับเข้าหาโลก  เมื่อเหตุการณ์นี้เกิดขึ้นอิเลคตรอนในกลุ่มพลาสมานั้นจะปลดปล่อยพลังงานปริมาณมหาศาลที่ได้จากการดีดกลับของเส้นสนามแม่เหล็กนั้นด้วยการ “ร้องเพลง” หรือสร้างคลื่นวิทยุแบบไม่ต่อเนื่องที่เรียกว่า “chorus” หรือ ซึ่งเหมือนกับเสียงนอกร้องเมื่อนำคลื่นดังกล่าวมาเปลี่ยนเป็นคลื่นเสียง
 
อนุภาคมีประจุถูกกักไว้ในสนามแม่เหล็กโลก โดยเคลื่อนที่กลับไปกลับมาจนเกิดการแผ่รังสีเป็นแถบรังสี Van Allen  โปรตรอนที่ถูกกักไว้ในแถบรังสีวงใน ส่วนอิเลคตรอนอยู่ที่วงนอก source: http://www.physics.uiowa.edu/~umallik/adventure/mar_03/t7.gif


นักวิทยาศาสตร์เคยพบก่อนหน้านี้ว่าอิเลคตรอนภายในแถบวงแหวนรังสีสามารถขยายนำพลังงานจากคลื่นวิทยุประสานเสียงนี้เพื่อเพิ่มพลังงานจลน์ให้กับตัวเองจนมีความเร็วเข้าใกล้อัตราเร็วแสงในสุญญากาศและกลายเป็นอิเลคตรอนเพชรฆาต  สำหรับงานวิจัยชิ้นใหม่นำคณะนักวิจัยใช้การสังเกตการณ์โดยกลุ่มดาวเทียม THEMIS พบว่าคลื่นวิทยุ chorus สามารถถูกหักเหเข้าไปในส่วนในของวงแหวนรังสี Van Allen ด้วยการบีบพลาสมาบริเวณใกล้โลกและกระโดดจากซีกโลกหนึ่งไปอีกซีกโลกหนึ่งภายในวงแหวนรังสี  ในช่วงนี้คลื่นวิทยุแบบ chorus  จะสลายรูปแบบและเปลี่ยนไปเป็นคลื่นวิทยุอีกชนิดที่เรียกว่า “hiss”  


ที่เรียกว่าคลื่น hiss ก็เพราะเป็นคลื่นเสียงที่เกิดขึ้นเมื่อเล่นด้วยความถี่เดียวกันผ่านสปีกเกอร์  คลื่นชนิดนี้เคยอยู่นอกความสนใจของนักพยากรณ์สภาพอวกาศเนื่องจากงานวิจัยเดิมแสดงให้เห็นว่ามันสามารถสลายขจัดอิเลคตรอนพลังงานสูงจากระดับความสูงระดับต่ำของวงแหวนรังสีวงนอก  คลื่น Hiss หักเหอนุภาคความเร็วสูงเข้าสู่ชั้นบรรยากาศส่วนบนของโลกที่ซึ่งอนุภาคจะศูนย์เสียพลังงานและถูกดูดกลืนเมื่อพวกมันชนกับอะตอมและโมเลกุลในชั้นบรรยากาศในบริเวณดังกล่าว ถึงอย่างไรก็ตาม แม้จะมีบทบาทสำคัญ แต่ก็ยังไม่แน่ชัดว่าคลื่น hiss เกิดขึ้นมาได้อย่างไร

 

คลื่น chorus เป็นคลื่นปริศนาที่อยู่บนท้องฟ้า ในขณะที่คลื่นความถี่ต่ำกว่าอย่าง hiss มากจากคลื่นเหล็กไฟฟ้าภายในแถบวงแหวนรังสี Van Allen  บ่วงอนุภาคมีประจุที่ถูกดักไว้โดยสนามแม่เหล็กโลก  จากการวิจัยใหม่ล่าสุดพบว่าคลื่น Hiss วิวัฒนาการมาจากคลื่น  chorus   Image courtesy NASA/Goddard Space Flight Center


“มันไม่ได้ชัดเจนนักว่าคลื่นสองชนิดนี้มีความเกี่ยวข้องกัน แต่เรามีผลการสังเกตการณ์ที่ได้มาเพราะโชคช่วยเมื่อยานอวกาศ THEMIS วางตัวในแนวที่พอเหมาะพอเจาะจนเกิดความสัมพันธ์ดังกล่าว” Bortnik กล่าว “แรกทีเดียว เราสังเกตการณ์คลื่น chorus จากยานอวกาศ E หนึ่งในกองยาน THEMIS  ในครั้งต่อมา เราพบคลื่น hiss จากยานอวกาศ D  ซึ่งอยู๋ห่างออกไปประมาณ 20,000 กิโลเมตร ด้วยการปรับระดับเสียงในรูปแบบเดียวกับ chorus”

Bortnik กล่าวเสริมว่า “เมื่อปีกลาย เราตีพิมพ์รายงานในวารสาร Nature ซึ่งผลักดันทฤษฎีที่ดูเหมือนจะใช้อธิบายได้เพียงสิ่งที่เราทราบเกี่ยวกับคลื่น hiss”    “เราแสดงเชิงทฤษฎีว่าคลื่น chorus สามารถเดินทางจากสถานที่ไกลๆ และวิวัฒนาการกลายมาเป็นคลื่น hiss   เราจำลองข้อมูลเชิงสถิติเกี่ยวกับคลื่น hiss  และมีเพียงตัวอย่างในบทความไม่กี่กรณีเท่านั้นที่แสดงให้เห็นความสอดคล้องกับสิ่งที่เราทำนาย  ปัญหาก็คือมันเป็นเรื่องยากที่จะพิสูจน์ทฤษฎีโดยตรง โดยการให้ยานอวกาศสักลำหนึ่งไปอยู่ในบริเวณที่เป็นต้นกำเนิดคลื่น chorus  และมีอีกลำหนึ่งไปอยู่บริเวณที่มีคลื่น hiss เพื่อให้ยานอวกาศทั้งสองลำตรวจวัดค่าด้วยความละเอียดสูง  สำหรับคลื่นที่เกิดขึ้นและปรากฏตัวในเวลาเดียวกัน  ทั้งนี้ดาวเทียมทั้งสองจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมด้วยจึงจะทำให้การวัดเป็นไปได้  นั่นคือสาเหตุที่ THEMIS เข้ามาอยู่ในโครงการนี้ เนื่องเพราะมันมีอุปกรณ์ตรวจวัดและการจัดเรียงตำแหน่งที่เหมาะสมสำหรับสถานการณ์นี้

 

ภาพจำลองแสดงยานอากาศ D และ E ในสังกัดกลุ่มยานอวกาศ  THEMIS  แสดงการเกิดคลื่น hiss ใน พลาสมาสเฟียร์(plasmasphere) ขณะที่คลื่น chorus กำเนิดนอกพลาสมาสเฟียร์  คลื่น chorus เข้าสู่พลาสมาสเฟียร์โดยตรง(เส้นสีแดง)และวิวัฒนาการไปเป็นคลื่น hiss (เส้นประสีส้ม)  แล้วเคลื่อนกลับไปกลับมาระหว่างขั้วแม่เหล็กเหนือและขั้วแม่เหล็กใต้ของโลกCredit: NASA/Jacob Bortnik


จากคณะนักวิจัย มันมีความเป็นไปได้ที่กลไกอื่นๆ สามารถทำให้เกิดคลื่น hiss   เช่น  ฟ้าผ่า หรือ อนุภาคพลังงานสูงในวงแหวนรังสีสามารถสร้างคลื่น hiss ได้ด้วยตัวเอง  อย่างไรก็ตามคำถามก็คือกลไกใดกันแน่ที่มีความสำคัญหรือกำเนิดคลื่น hiss ได้มากกว่า  และอัตราการเกิดคลื่น hiss จากแต่ละแหล่งมีความผันแปรอย่างไรต่อเวลาและสถานที่  นั่นคือยังต้องทำการวิจัยต่อไปอีก


อิเลคตรอนร้องเพลง
ปกป้องและทำร้ายโทรทัศน์กับเครื่องบ่งพิกัด (1)
May 13th, 2009
Adapted from  nasa.gov : "Singing" Electrons Protect and Threaten Your TV and GPS
  
                                                       
อิเลคตรอน อนุภาคมีประจุสามารถปกป้องและก่อกวนโทรทรรศน์ผ่านดาวเทียมหรืออุปกรณ์นำทางระบบบ่งพิกัดโลก(Global Positioning System:GPS)    ด้วย “เสียงเพลง” ที่มันเปล่งออกมาในขณะที่บินเข้าสู่สว่างเข้าสู่สนามแม่เหล็กขนาดยักษ์

คณะนักวิทยาศาสตร์ซึ่งประกอบด้วย  Jacob Bortnik, Wen Li, Richard Thorne, และ Vassilis Angelopoulos จากมหาวิทยาลัยแห่งคาลิฟอร์เนีย  ลอส แองเจลิส สหรัฐอเมริกา     Chris Cully จาก สถาบันสวีดิชแห่งฟิสิกส์อวกาศ   John Bonnell  จากมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ และ Olivier Le Contel กับ Alain Roux  จาก  Centre d' Etude des Environnements Terrestre et Planétaires ประเทศฝรั่งเศส
 

กลุ่มยานอวกาศ THEMIS ทั้งห้าลำ โคจรรอบโลกตามแนวเส้นศูนย์สูตร  เส้นสีน้ำเงินแสดงแนวเส้นสนามแม่เหล็กโลกในด้านกลางคืน  แสงสีขาวเกิดขึ้นในช่วงที่เกิด substorm  ซึ่งทำให้อนุภาคมีประจุอย่างอิเลคตรอนมีพลังงานสูงขึ้นแล้วถูกผลักย้อนกลับเข้าหาโลก Credit: NASA


พวกเขาใช้กองยานอวกาศ THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms)  ขององค์การนาซา(NASA) ค้นพบคำตอบที่ว่าคลื่นวิทยุที่เกิดจากอิเลคตรอนที่พุ่งเข้าสู่อวกาศใกล้โลกให้กำเนิดหรือกำจัดอิเลคตรอนเพชรฆาตหรืออิเลคตรอนพลังงานสูงเหล่านั้นได้อย่างไร


อิเลคตรอนเพชฌฆาตเกิดขึ้นภายในวงแหวนการแผ่รังสีภายในสนามแม่เหล็กโลกที่ชื่อว่า Van Allen belt  ซึ่งตั้งชื่อตามผู้ค้นพบ James Van Allen    หากวงแหวน Van Allen เห็นได้ด้วยตาเปล่าจากอวกาศ มันจะดูคล้ายโดนัทสองวงล้อมรอบโลก   วงหนึ่งอยู่ล้อมอยู่ภายใน และอีกวงที่ใหญ่กว่าถัดออกมา  อิเลคตรอนเพชฌฆาตถูกพบมากในบริเวณวงแหวนวงนอก ซึ่งอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรขึ้นไปประมาณ 12,870 กิโลเมตร และแผ่ออกไปในอวกาศจนถึงระดับความสูงประมาณ 45,000 กิโลเมตร จากผิวโลก  แม้ว่าวงแหวนนี้จะมีความเข้มข้นของรังสีสูงสุดในบริเวณระดับความสูง  25,750 ถึง 32,200 กิโลเมตร  มันก็ยังมีความผันแปรไปตามช่วงเวลาการเกิดพายุสุริยะ(solar storm) และจำนวนของอิเลคตรอนพลังงานสูงชนิดนี้สามารถเพิ่มขึ้น ณ บริวเณใดก็ได้ภายในเขตวงแหวนรังสี

 

ภาพตัดขวางแสดงแถบวงแหวนรังสี Van Allen รอบโลก สีน้ำเงินคือเปลือกหุ้มวงนอกและวงในที่มีศูนย์กลางเดียวกัน Credit: NASA Scientific Visualization Studio/Walt Feimer


อิเลคตรอนพลังงานสูงก่ออันตรายต่อดาวเทียมหลายดวงที่โคจรภายในและภายนอกแถบวงแหวน Van Allen  หรือภายในวงโคจรพ้องคาบโลก(geosynchronous) ในระดับกลางจนถึงระดับสูง  อย่างเช่นดาวเทียมระบบบ่งพิกัดโลก(GPS) ดาวเทียมระบบสื่อสารส่วนใหญ่    และชื่อ “เพชฌฆาต” ของอิเลคตรอนเหล่านี้ได้มาเพราะมันสามารถทะลุผ่านอุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ของยานอวกาศหรือดาวเทียม แล้วทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ยังความเสียหายมาสู่อุปกรณ์ราคานับล้าน  รวมทั้งความเสียหายต่อการดำเนินชีวิต ธุรกิจ ของมนุษย์บนผิวโลกเช่นกัน

Dr Jacob Bortnik  ผู้นำการวิจัยนี้กล่าวว่า “การค้นพบนี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจกระบวนการทางกายภาพที่กำหนดรูปร่างของวงแหวนรังสี ดังนั้นในวันหนึ่งเราจะสามารถทำนายวิวัฒนาการของวงแหวนรังสี Van Allen ได้ทุกขณะ และอยู่จัดตำแหน่งของดาวเทียมให้อยู่ในเขตปลอดภัย หรือแม้แค่ขณะที่นักบินอวกาศเดินทางผ่านในบริเวณดังกล่าวสู่ดวงจันทร์หรือเป้าหมายอื่นๆ ในระบบสุริยะ”
 
ดาวเทียมระบบบ่งพิกัด  โคจรในวงโคจรพ้องคาบโลกเพื่อส่งสัญญานไปยังเครื่องรับบนผิวโลก credit: The COMET Program source: http://www.eumetsat.int/eps_webcast/eps_en/media/graphics/orbiters.jpg


อิเลคตรอนเป็นอนุภาคย่อยภายในอะตอมซึ่งมีประจุลบ และมนุษย์ก็ใช้ประโยชน์จากการไหลของมันผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้าในรูปกระแสไฟฟ้า  อิเลคตรอนในอวกาศอยู่ในรูปกลุ่มก๊าซของอนุภาคมีประจุที่เรียกว่า พลาสมา(plasma) ซึ่งถูกปล่อยออกมาจากผิวดวงอาทิตย์อย่างสม่ำเสมอในรูปลมสุริยะ(solar wind)  ลมสุริยะสามารถหนาแน่นขึ้นในบางส่วน ในช่วงที่เกิดพายุสุริยะซึ่งก็คือการระเบิดอย่างรุนแรงบนผิวดวงอาทิตย์ เช่นการปลดปล่อยมวลโคโรนา(coronal mass ejection)   ที่พลาสมาจากดวงอาทิตย์มวลรวมนับพันล้านตัดเคลื่อนที่ออกมาจากดวงอาทิตย์ด้วยอัตราเร็วนับล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง

เมื่อพลาสมาพุ่งเข้าชนและทำอันตรกิริยากับสนามแม่เหล็กโลก บางส่วนจะถูกยิงเข้าสู่โลก ขณะที่กระแสพลาสมาลมสุริยะไหลผ่านเหนือสนามแม่เหล็กโลก มันจะดึงเอาสนามแม่เหล็กด้านกลางคืนของโลกให้ยาวยืดออกไปในอวกาศเรียกว่า “หาง(tail)” เมื่อดึงสนามแม่เหล็กออกไปไกลมากพอ  เส้นแรงแม่เหล็กบางส่วนจะถูกบีบให้เข้าหากันแล้วเกิดปรากฎการณ์(magnetic reconnection)  สนามแม่เหล็กด้านหนึ่งถูกดึงกลับเข้าหาโลก


เฝ้ามองดวงอาทิตย์รบกวนสนามแม่เหล็กโลก
May 9th, 2009
Adapted from  esa.int : Watching solar activity muddle Earth’s magnetic field
  
                                                       
นักวิทยาศาสตร์ทราบว่ากิจกรรมเชิงแม่เหล็กพลังงานสูงของดวงอาทิตย์สามารถบีบดัดมณฑลแม่เหล็กหรืออาณาเขตอิทธิพลของสนามแม่เหล็กโลก(magnetosphere) ของโลกและทำให้เกิดความเปลี่ยนแปลงของอนุภาคมีประจุหรืออิออน(ion)  ภายในอวกาศใกล้โลก  ขณะนี้พวกเขากำลังมองหาทฤษฎีสำหรับอธิบายการผลกระทบต่อดาวเทียมที่กำลังโคจรรอบโลกรวมทั้งระบบบ่งพิกัดโลก(Global Position System)
ผลที่ได้คือจากสังเกตการณ์โดยกองดาวเทียม Cluster ทั้งสี่ลำขององค์การอวกาศยุโรป(Europe Space Agency: ESA)  และดาวเทียม Double Star  ของจีนและ ESA   พบว่า ภายใต้สภาพวะปกติของดวงอาทิตย์ ดาวเทียม GPS จะโคจรภายในมณฑลแม่เหล็กโลก แต่เมื่อดวงอาทิตย์มีกิจกรรมเชิงแม่เหล็กรุนแรงขึ้น  มณฑลแม่เหล็กจะถูกบีบอัดและอนุภาคมีพลังงานสูงขึ้น ดาวเทียมจะได้รับรังสีในปริมาณที่สูงขึ้นซึ่งสามารถรบกวนการรับสัญญาณ 


 
ภาพจำลองแสดงดาวเทียม Double Star ในวงโคจรรอบโลก Credits: ESA

ไม่เพียงแต่ระบบบ่งพิกัดโลกเท่านั้นที่ได้รับผลกระทบจากกิจกรรมเชิงแม่เหล็กความรุนแรงสูงจากดวงอาทิตย์ หรือพายุสุริยะ(Solar Storm)   นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงติดเฝ้าติดตามและทำนายผลกระทบของพายุสุริยะต่ออวกาศใกล้โลก ซึ่งกำลังทวีความสำคัญต่อการชีวิตประจำวันของมนุษย์บนโลก    
ในช่วงที่เกิดการลุกจ้าของดวงอาทิตย์(solar flare) ครั้งรุนแรง  ในวันที่ 21 มกราคม 2548 และ 13 ธันวาคม 2549  กองยาน Cluster และ ดาวเทียมคู่ Double Star  อยู่ในตำแหน่งที่เอื้ออำนวยต่อเหตุการณ์สำคัญครั้งในภาพกว้าง  ในช่วงเวลาดังกล่าว  ความเร็วของอนุภาคมีประจุภายในลมสุริยะสูงถึง  900 กิโลเมตรต่อวินาที  หรือเร็วกว่าอัตราเร็วปกติถึงเท่าตัว  นอกจากนี้  ความหนาแน่นของอนุภาคมีประจุรอบโลกถูกบันทึกไว้ที่ห้าเท่าของความหนาแน่นในสภาวะปกติ   อีกทั้งในเดือนมกราคม 2548 ไอออนองค์ประกอบในอวกาศรอบโลกก็มีการเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด 

 

การลุกจ้าของดวงอาทิตย์พลังงานสูงระดับ X-3 เมื่อวันที่ 13 ธันวาคม 2549 Credits: ESA/NASA/SOHO

ปัจจัยเหล่านี้เกิดจากมณฑลแม่เหล็กถูกบีบอัด ข้อมูลบ่งชี้ว่าขอบเขตมณฑลแม่เหล็กในด้านกลางวันของโลกหรือด้านที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์ในสภาวะปกติอยู่ห่างจากผิวโลกถึง 60,000 กิโลเมตร  แต่ในช่วงเวลาที่เกิดพายุสุริยะดังกล่าว กลับอยู่ห่างจากผิวโลกเพียง 25,000 กิโลเมตร

การประทุในเดือนธันวาคม 2549  ดวงอาทิตย์ปลดปล่อยรังสีเอกซ์พลังงานสูงยิ่งยวด ตามด้วยมวลสารจากชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์หรือที่เรียกว่า การปลดปล่อยก้อนมวลโคโรนา(Coronal Mass Ejection)  ขณะนั้นเครื่องรับสัญญาณจากกลุ่มดาวเทียม GPS ไม่สามารถรับสัญญาณได้
โดยทั่วไปโครงสร้างไอออนที่ด้านกลางวันในอวกาศใกล้โลกถูกชะล้างออกไปขณะที่อนุภาคพลังงานสูงถูกปลดปล่อยสู่มณฑลแม่เหล็ก โครงสร้างสนามแม่เหล็กโลกด้านกลางวันที่คล้ายกับหัวเครื่องบินซึ่งทำให้เกิดกระแสอนุภาคในสนามแม่เหล็กที่เรียกว่า  “วงแหวนกระแส” (ring current)  ภายในบริเวณศูนย์สูตรโลก ถูกพบในด้านกลางคืนด้วยและความเข้มกระแสก็สูงขึ้นด้วยเช่นกัน
 
ภาพจำลองกลุ่มดาวเทียม Cluster ซึ่งโคจรอยู่เหนือผิวโลก 19,000 ถึง  119,000 กิโลเมตร มีหน้าที่ศึกษาอันตรกิริยาระหว่างลมสุริยะกับสนามแม่เหล็กโลก  Credits: ESA


ประมาณห้าชั่วโมงหลังจากก้อนมวลโคโรนาพุ่งเข้าชนมณฑลแม่เหล็กโลก  ดาวเทียม Double Star สามารถตรวจจับอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ที่ผ่านเข้ามายังด้านกลางคืนของโลก  โดยอนุภาคเหล่านี้ก่ออันตรายต่อนักบินอวกาศได้มากพอๆ กับดาวเทียม
Iannis Dandouras ผู้เขียนนำในรายงานการวิจัย และ ผู้สอบสวนหลักในแผนก Cluster Ion Spectrometer กล่าวว่า “ด้วยการสังเกตการณ์อย่างละเอียดนี้ เราจะสามารถเชื่อมต่อข้อมูลและการประมาณที่ดีขึ้นว่าอะไรเกิดขึ้นภายในมณฑลแม่เหล็กวงในและอวกาศใกล้โลกในช่วงที่เกิดการระเบิดบนดวงอาทิตย์”
“การมองปรากฎการณ์ทางกายภาพในระดับมหภาค โดยดาวเทียมเพียงดวงเดียวคล้ายกับการทำนายผลกระทบของคลื่นทสีนามิด้วยทุ่นลอยเพียงทุ่นเดียว” Matt Taylor นักวิทยาศาสตร์ประจำโครงการ Cluster และ Double Star จาก ESA กล่าวเสริม  “ด้วยCluster และ Double Star เราสามารถเฝ้าติดตามทั้งสองด้านของโลกและได้รับข้อมูลอันทรงคุณค่าจากอุปกรณ์นั้น”




เรียบเรียงโดย : วัชราวุฒิ กฤตินธรรม ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

 

 

 

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