เดือนพฤศจิกายน  2551

November  2008

แสงปริศนาที่ดาวเสาร์

November  18th, 2008

Adapted from : space.com : Mysterious Light Show Seen at  Saturn

พบแสงเหนือแสงใต้(Aurora)ครั้งใหม่แผ่เป็นบริเวณกว้างขวาง  ทว่าม่านแสงครั้งนี้ไม่ได้เกิดบนโลก  หากแต่เกิดที่ขั้วดาวเสาร์(Saturn)

 
จากย่านรังสีอินฟราเรด นี่คือแสงเหนือแสงใต้(สีฟ้า) ที่ปรากฏเหนือขั้วดาวเสาร์  Credit: NASA/JPL/University of Arizona

หนึ่งในคณะนักวิจัย  Tom Stallard  ผู้รับทุน RCUK  ณ มหาวิทยาลัยแห่งเลสเตอร์(University of Leicester) ทำงานกับข้อมูลซึ่งได้จากยานอวกาศ Cassini ที่กำลังปฏิบัติภารกิจสำรวจระบบดาวเสาร์  ทั้งตัวดาวเสาร์  วงแหวน หรือแม้แต่ดวงจันทร์ของดาวเสาร์เอง    Tom กล่าวว่า “เราไม่เคยเห็นแสงเหนือแสงใต้ลักษณะนี้ที่ใดมาก่อน”   “มันไม่เพียงเป็นวงแหวนแสงเหนือแสงใต้ที่คล้ายกับแสงเหนือแสงใต้บนดาวพฤหัสบดี(Jupiter) หรือโลก(Earth)   เท่านั้น หากแต่กินอาณาบริเวณกว้างขวางทั่วขั้วดาว   แนวคิดของเราในปัจจุบันที่อธิบายต้นเหตุการกำเนิดแสงเหนือแสงใต้ของดาวเสาร์ ระบุว่าในบริเวณดังกล่าวควรจะว่างเปล่า(ปราศจากแสงเหนือแสงใต้)  แต่การค้นพบแสงสว่างนี้ถือเป็นหนึ่งในสิ่งน่าตกใจ”

 

แสงเหนือแสงใต้บนดาวพฤหัสบดี  credit:J. Clarke(University of Michigan)


แสงในชั้นบรรยากาศอันหลากสีสันนี้เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคมีประจุซึ่งเคลื่อนที่มาตามเส้นสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์และพุ่งเข้าไปในชั้นบรรยากาศ  สำหรับบนโลกอนุภาคมีประจุมาจากลมสุริยะ(solar wind)  หรือธารอนุภาคที่ออกมาจากดวงอาทิตย์   จะชนกับอะตอมหรือโมเลกุลของก๊าซในชั้นบรรยากาศ จนทำให้อิเลคตรอนภายในอะตอมหรือโมเลกุลเหล่านั้นเปลี่ยนสถานะเป็นระยะเวลาหนึ่งแล้วจึงคายพลังงานออกมาในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าย่านความถี่ของแสงสีต่างๆ เพื่อกลับเข้าสู่สถานะเดิม    นักเฝ้ามองท้องฟ้าในบริเวณใกล้ขั้วโลกก็จะเห็นแสงดังกล่าว
 
อนุภาคมีประจุอย่างอิเลคตรอนและไอออน เดินทางมาตามเส้นสนามแม่เหล็กพุ่งชนกับโมเลกุลในอากาศจนเกิดการกระโดดข้ามสถานะของอิเลคตรอนในโมเลกุล ตลอดจนการคายพลังงานออกมาในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  credit:NASA

วงแหวนแสงเหนือแสงใต้ของดาวพฤหัสบดี  ซึ่งเกิดจากสภาพแวดล้อมเชิงแม่เหล็กภายในดาวพฤหัสบดีเอง   จะมีขนาดคงที่  ส่วนแสงเหนือแสงใต้ของดาวเสาร์ อันเกิดจากลมสุริยะ ขนาดของวงแสงจะแปรเปลี่ยนไปตามความเร็ว ความหนาแน่น ของลมสุริยะ   ทว่าม่านแสงที่ขั้วดาวเสาร์กลับมีบางสิ่งนอกเหนือจากการทฤษฎีที่เคยคิดไว้
“ลักษณะของแสงเหนือแสงใต้ที่เฉพาะตัวของดาวเสาร์กำลังบอกเราว่ามีบางสิ่งพิเศษและคาดไม่ถึงเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์และกระบวนการที่มันมีอันตรกิริยากับลมสุริยะตลอดจนชั้นบรรยากาศ”  Nick Achillieos  นักวิทยาศาสตร์จากคณะทำงานอุปกรณ์ตรวจวัดสนามแม่เหล็กของยาน Cassini จาก University College London  กล่าว “การพยายามอธิบายต้นกำเนิดของมันจะคลายความสงสัย นำเราไปสู่กลไกทางกายภาพที่พิเศษภายในสภาพแวดล้อมของดาวเสาร์”
รายงานการวิจัยพร้อมภาพถ่ายในช่วงคลื่นรังสีอินฟราเรดของแสงเหนือแสงใต้บนดาวเสาร์  ถูกตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 13 พฤศจิกายนเวลานานกว่าสองปีที่พบการลุกจ้า(flare)
การลุกจ้าครั้งใหม่บนดวงอาทิตย์

November  9th, 2008

Adapted from : space.com : New Flares of Activity Spotted on the Sun

เป็นเวลานานกว่าสองปีที่พบการลุกจ้า(flare) และปริมาณจุดมืด(sunspot) น้อยมากๆ   แต่ขณะนี้ดวงอาทิตย์กำลังเริ่มต้นช่วงเวลาแห่งความปั่นป่วนครั้งใหม่  
กิจกรรมเชิงสนามแม่เหล็กที่ก่อให้เกิดพายุสุริยะ จะมากและน้อยลงเป็นคาบประมาณ 11 ปี เรียกว่าวัฏจักรสุริยะ(solar cycle)  พายุสุริยะที่รุนแรงที่สุดจะทำให้ระบบสายส่งไฟฟ้าบนโลกประสบปัญหา  รบกวนการสื่อสารทางคลื่นวิทยุและดาวเทียม   ครั้งที่รุนแรงที่สุดของวัฏจักรสุริยะรอบที่แล้ว คือเมื่อราวปี 2543  นักวิทยาศาสตร์คาดว่าเมื่อหลายเดือนก่อน ดวงอาทิตย์ได้ผ่านช่วงเวลาที่สงบที่สุดไปแล้ว  และจุดมืดจุดใหม่ๆ ก็เกิดขึ้นในช่วงเดือนตุลาคมที่ผ่านมา แล้วอย่างน้อย 5 จุด  ซึ่งเมื่อเทียบกับในบริเวณเดียวกันเมื่อหลายเดือนก่อน กลับไม่มีจุดเหล่านี้   นี่เป็นสัญญาณบ่งบอกการมาของวัฏจักรสุริยะรอบใหม่! 
 

แม้จะมีขนาดเล็ก แต่จุดมืดจุดที่ 1007 ก็ปรากฏตัวขึ้น และเคลื่อนผ่านผิวหน้าดวงอาทิตย์ไป
Credit: the Solar and Heliospheric Observatory (SOHO)



จุดมืด แท้จริงเป็นบริเวณที่ผิวของดวงอาทิตย์มีเส้นสนามแม่เหล็กรวมกันอยู่อย่างหนาแน่นและลอยตัวเป็นบ่วงโค้ง โดยจุดมืดมักอยู่กันเป็นคู่ จุดหนึ่งเป็นขั้วเหนือ(สนามแม่เหล็กพุ่งออก) และขั้วใต้(สนามแม่เหล็กพุ่งเข้า)  ทำให้มีอุณหภูมิต่ำกว่าบริเวณข้างเคียง  เมื่ออุณหภูมิบริเวณรอบๆ ร้อนกว่า จึงเปล่งแสงได้เข้มข้นกว่า จนดูเหมือนว่าบริเวณจุดมืดกลายเป็นสีดำสนิท   

 

ผลการทำนาย(เส้นสีแดง) วัฏจักรสุริยะรอบที่ 24 อาจรุนแรงที่สุด(จำนวนจุดดับมากที่สุด) ในช่วงปี 2553 ถึง 2556 
credit: NOAA/SEC Boulder, CO USA

วัฏจักรสุริยะรอบใหม่เป็นรอบที่ 24  อย่างไรก็ตามมันก็ยังค่อยๆ เกิดขึ้น  โดยมีคำใบ้ว่ามันเริ่มต้นเมื่อปีที่แล้ว ทว่าเนื่องจากดวงอาทิตย์มีปริศนาลึกลับมากมายเกินไปทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่อาจรู้แน่ชัดว่า การเปลี่ยนแปลงเพื่อขึ้นวัฏจักรสุริยะรอบใหม่นั้นเกิดขึ้นเมื่อใด ทำไม และอย่างไร   นอกจากจุดมืดของรอบเก่าและรอบใหม่ จะเกิดขึ้นในบริเวณละติจูดต่างและขั้วแม่เหล็กต่างกัน
จากมกราคมถึงกันยายนของปีนี้  ดวงอาทิตย์มีจุดมืดปรากฏ 22 กลุ่ม  ร้อยละ 82 เป็นจุดมืดของวัฏจักรรอบที่ 23  ที่เหลือเป็นจุดที่เกิดในเดือนตุลาคมและเป็นของรอบที่ 24
 

ตัวอย่าง การลุกจ้าบนดวงอาทิตย์เมื่อวันที่ 4 พฤศจิกายน 2546 จากยานอวกาศ SOHO credit: SOHO/EIT ESA & NASA


เมื่อวันที่ 3 และ 4 พฤศจิกายน ที่ผ่านมา จุดมืดหมายเลข 1007 ได้เกิดการลุกจ้าในระดับ B  ซึ่งแม้จะเป็นเหตุการณ์ที่ไม่รุนแรงนักเมื่อเทียบกับพายุสุริยะที่รุนแรงมากที่สุด  แต่ก็เพียงพอสำหรับทำให้เกิดการลดทอนและกระเพื่อมของสัญญาณวิทยุบนโลก  การลุกจ้าที่รุนแรงยิ่งขึ้น ซึ่งอาจเกิดขึ้น ณ เวลาใดก็ได้ภายในช่วงไม่กี่ปีนี้ สามารถหยุดการทำงานของดาวเทียมได้

เส้นทางเชื่อมต่อโลกกับดวงอาทิตย์

November  8th, 2008

Adapted from : space.com : Strange Portal Connects Earth to Sun


เมื่อสนามแม่เหล็กโลกถูกเปิดออกทุกๆ 8 นาที หรือนานกว่านั้น  แนวโตรกธารขนาดใหญ่เชื่อมต่อระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ก็เปิดขึ้น  อนุญาตให้อนุภาคพลังงานสูงถูกถ่ายเทเข้าสู่บรรยากาศโลก เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า  Flux Transfer Event(FTE)   
เดิมทีปรากฏการณ์นี้ไม่ได้ถูกระบุอย่างแน่ชัดว่ามีอยู่จริง แต่ในการประชุม 2008 Plasma Workshop ในเมือง Huntsville  มลรัฐ Alaska ประเทศสหรัฐอเมริกาที่ผ่านมา  David Sibeck นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ด(Goddard Space Flight Center)  นำเสนอผลงานวิจัยที่ระบุว่า  ปรากฏการณ์ FTE  มีอยู่จริงและเกิดบ่อยกว่าที่เคยเชื่อถึงสองเท่า
 

ภาพจำลองแสดงช่องทางเปิดของสนามแม่เหล็กโลกที่เชื่อมต่อกับสนามแม่เหล็กดวงอาทิตย์ Credit: NASA

นักวิจัยทราบมานานแล้วว่าโลกและดวงอาทิตย์สามารถเชื่อมต่อกันได้โดยกระแสอนุภาคพลังงานสูง    ตัวอย่างเช่น อนุภาคจากดวงอาทิตย์ที่ถูกพาออกจากดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องโดยลมสุริยะ และเคลื่อนที่ตามเส้นสนามแม่เหล็กที่เชื่อมต่อระหว่างชั้นบรรยากาศดวงอาทิตย์กับชั้นบรรยากาศโลกอย่างสม่ำเสมอ   เส้นสนามแม่เหล็กจะพาอนุภาคพุ่งทะลุเข้าไปยังสนามแม่เหล็กโลกที่ห้อหุ้มโลกอยู่
Sibeck อธิบายว่า “เราเคยคิดว่าการเชื่อมต่อเป็นไปอย่างถาวรและลมสุริยะนั้นสามารถเคลื่อนอย่างช้าๆ เข้าไปใกล้โลกในเวลาใดก็ได้ที่ลมสุริยะมีความรุนแรง”  “เราคิดผิด  การเชื่อมต่อไม่ได้เกิดขึ้นตลอดเวลา   มันเกิดขึ้นเพียงชั่วครั้งชั่วคราว รุนแรง และเคลื่อนไหว”
 

แผนภาพประกอบการบรรยายของ Robert Fear จากมหาวิทยาลัยแห่งเลสเตอร์ สหราชอาณาจักร  ในการประชุม  2008 Plasma Workshop นำเสนอสัณฐานของ FTE แบบต่างๆ  credit: Fear et al 2008

ผู้บรรยายหลายท่านที่การประชุมนั้นวางเค้าโครงรูปแบบของ FTE   แนวคิดหนึ่งคือ ณ บริเวณที่โลกหันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์  สนามแม่เหล็กโลกก็มีโอกาสหักล้างกับสนามแม่เหล็กดวงอาทิตย์ และทุกๆ 8 นาที  เส้นสนามแม่เหล็กจะหักล้างและเชื่อมต่อใหม่ ทำให้เกิดช่องเปิดขนาดพอๆ กับโลก ที่อนุญาตให้อนุภาคทะลุผ่านเข้ามาได้
Sibeck  อธิบายว่า FTE ก็เหมือนกับทรงกระบอกที่วางราบตามขอบเขตระหว่างสนามแม่เหล็กโลกกับสนามแม่เหล็กดวงอาทิตย์  Sibeck ยังเสริมอีกว่า  แนวเปิดดังกล่าวต้องเปลี่ยนรูปร่างได้ดังนั้นมันจึงสามารถแทงผ่านสนามแม่เหล็กทั้งสอง  โดยอาจมี FTE เกิดขึ้นมากกว่าหนึ่ง   และจะเปิดอยู่ประมาณ 15 ถึง 20 นาที
ในการตรวจวัดการมีอยู่จริงของ FTEs  ยานอวกาศต้องไม่เพียงตรวจจับขณะที่มันก่อตัว แต่ต้องอยู่ที่ปลายทั้งสองด้านของโครงสร้างแม่เหล็กทั้งด้านยาวและด้านกว้าง    ในความเป็นจริง กองยานอวกาศ Cluster ขององค์การอวกาศยุโรป(European Space Agency) และกองยานหยั่งสำรวจ THEMIS ขององค์การ NASA  เคยบินผ่านช่องเปิดทรงกระบอกเหล่านี้   อีกทั้งยังได้วัดขนาดและอนุภาคที่เคลื่อนผ่าน   Sibeck กล่าวว่า  ขณะที่ผลการสังเกตการณ์บ่งชี้ความกว้างของ FTE  แต่ความยาวยังไม่สามารถวัดได้ผ่านการวัดของยานอวกาศที่อยู่ห่างกันประมาณ 5 เท่าของรัศมีโลก( รัศมีโลกยาว 6,400 กิโลเมตร)
Jimmy Raeder จากมหาวิทยาลัยแห่งนิวแฮมเชียร์(University of New Hampshire)  ใช้ผลการสังเกตการณ์ดังกล่าวมาพัฒนาการจำลองโดยคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างแบบจำลองช่องเปิด FTE  เขาพบว่าช่องเปิดทรงกระบอกนี้มีแนวโน้มที่จะเกิดเหนือเส้นศูนย์สูตรโลก และภายในเดือนธันวาคม FTE จะม้วนขึ้นไปเหนือขั้วโลกเหนือ  ส่วนในเดือนกรกฎาคมมันจะม้วนไปทางขั้วโลกใต้
 
กลุ่มยานอวกาศ cluster โคจรรอบโลกภายในบริเวณ magnetosphere เพื่อสังเกตการณ์ปรากฎการณ์สำคัญๆ ในสนามแม่เหล็กโลก Credit:ESA


Sibeck คิดว่าเหตุการณ์นี้จะเกิดบ่อยเป็นสองเท่าของค่าประมาณที่เคยคาดหมายกัน   โดยมีการถ่ายโอนฟลักซ์สนามแม่เหล็กทั้งแบบ active และ passive  โดยเมื่อกระบอกสนามแม่เหล็กเป็นแบบ active อนุภาคจะบินผ่านง่ายกว่า ทำให้เกิดการพาพลังงานปริมาณมหาศาลสู่สนามแม่เหล็กโลก   แต่หากกระบอกสนามแม่เหล็กเป็นแบบ passive  ทรงกระบอกจะมีความต้านทานการเคลื่อนที่ของอนุภาค  โครงสร้างภายในของกระบอกสนามแม่เหล็กจะทำให้อนุภาคและสนามแม่เหล็กเคลื่อนผ่านได้ยาก
Sibeck คำนวณสมบัติของ FTE แบบ passive พร้อมทั้งหวังว่าตัวเขาและคณะทำงานจะสามารถค้นหาสัญญาณของปรากฎการณ์นี้จากข้อมูลที่ได้จาก THEMIS และ Cluster

แปลและเรียบเรียงโดย วัชราวุฒิ กฤตินธรรม  คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล