หลักการและเหตุผล

โครงการ ติดตั้งสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร ที่ดอยอินทนนท์

เนื่องด้วยพระมหากรุณาธิคุณของสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ได้โปรดเกล้าฯ พระราชทานพระราชานุญาตให้สถานีตรวจวัดนิวตรอนแห่งนี้มีนามว่า “สถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร (Princess Sirindhorn Neutron Monitor)”

ดังนั้น ขออธิบายหลักการของสถานีตรวจวัดนิวตรอน และเหตุผลในการตั้งที่ดอยอินทนนท์

เครื่องตรวจวัดนิวตรอนได้มีการพัฒนาขึ้นเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. ๒๔๙๑ โดย เจ เอ ซิมป์สัน (J. A. Simpson) แห่งมหาวิทยาลัยชิคาโก ประเทศสหรัฐอเมริกา เพื่อศึกษาเกี่ยวกับรังสีคอสมิกที่มีพลังงานสูง (ระดับ GeV) กล่าวคือ อนุภาคพลังงานสูงที่มาจากอวกาศ (ซึ่งมาโดยธรรมชาติ) เครื่องตรวจวัดนิวตรอนมีเสถียรภาพสูงและมีการตั้งที่ตำแหน่งต่างๆ บนพื้นโลก โดยอาศัยประโยชน์จากสนามแม่เหล็กโลกในการคัดเลือกอนุภาคที่มีระดับพลังงานต่างๆ กัน ถ้ามีการบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อย เครื่องวัดแบบนี้สามารถให้ข้อมูลที่มีคุณค่าสูงในทางวิทยาศาสตร์ได้เป็นเวลาเกินหนึ่งทศวรรษ หรือแม้กระทั่งถึงห้าทศวรรษเลยทีเดียว เช่น สถานีที่ไคลแมกซ์ โคโลราโด ประเทศสหรัฐอเมริกา

ในการตั้งสถานีตรวจวัดจำนวนนิวตรอนจากท้องฟ้า คณะผู้วิจัยต้องตระหนักว่านิวตรอนเหล่านี้เกิดจากการชนระหว่างรังสีคอสมิกกับบรรยากาศโลก ดังนั้นสถานีตรวจวัดนิวตรอนกำลังวัดฟลักซ์ของรังสีคอสมิกในอวกาศนั่นเอง

ประเทศไทยอยู่ในบริเวณพิเศษเนื่องจากอยู่บนเส้นศูนย์สูตรของสนามแม่เหล็กโลก และแม่เหล็กขั้วคู่ (magnetic dipole) ของโลก (ซึ่งอยู่ใกล้แต่ไม่ตรงกับศูนย์กลางของโลก) ชิดมาทางประเทศไทยพอดี ดังนั้น เครื่องตรวจวัดนิวตรอนที่ตั้งอยู่ที่ภูเขาสูงในประเทศไทยจะสามารถวัดรังสีคอสมิกที่มีพลังงานสูง ซึ่งเป็นช่วงพลังงานที่ยังไม่มีการตรวจวัดและวิจัยมาก่อน ข้อมูลเหล่านี้จึงมีความสำคัญในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์เป็นอย่างมาก

นอกจากข้อมูลที่น่าสนใจในเชิงฟิสิกส์ดาราศาสตร์พื้นฐาน สถานีตรวจวัดนิวตรอนยังให้ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับงานด้านโทรคมนาคมและความมั่นคงของประเทศ เพราะจำนวนอนุภาครังสีคอสมิกในอวกาศมีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากพายุสุริยะ ซึ่งเป็นสาเหตุให้ระบบการสื่อสารวิทยุไม่สามารถใช้งานได้อย่างชั่วคราวและดาวเทียมอาจเสียหายอย่างถาวรได้ ปรากฏว่าข้อมูลที่ได้จากสถานีตรวจวัดนิวตรอนสามารถทำนายและเตือนสภาพอวกาศที่จะมีผลกระทบต่อโลกล่วงหน้าได้

ความสูงของตำแหน่งที่จะติดตั้งสถานีตรวจวัดนิวตรอนนี้มีความสำคัญมาก เนื่องจากอนุภาคนิวตรอนจะมีจำนวนลดลงแบบเอกซ์โปเนนเชียล เมื่อความดันอากาศมีค่าเพิ่มขึ้น ทุกครั้งที่ความสูงลดลง ๑๐๐ เมตร จำนวนนิวตรอนที่วัดได้จะลดลง ๘ เปอร์เซ็นต์ หรือถ้าเทียบกับยอดดอยอินทนนท์ (๒,๕๖๕ เมตร) เมื่อความสูงลดลงถึงระดับ ๒,๐๐๐ เมตร จะสูญเสียข้อมูลถึง ๔๐ เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นบริเวณยอดดอยอินทนนท์จึงเป็นบริเวณที่เหมาะสมอย่างยิ่งในการติดตั้งสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร

เนื่องจากข้อได้เปรียบของตำแหน่งที่ดอยอินทนนท์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยได้รับการบริจาคอุปกรณ์ตรวจวัดนิวตรอนจากมหาวิทยาลัยชินซู (Shinshu University) ประเทศญี่ปุ่น และได้รับการสนับสนุนจากองค์กร US National Science Foundation ผ่านทางสถาบันวิจัยบาร์ทอล มหาวิทยาลัยเดลาแวร์ ประเทศสหรัฐอเมริกา ในด้านการขนส่งอุปกรณ์จากญี่ปุ่นมายังประเทศไทย นอกจากนี้ทางกลุ่มของมหาวิทยาลัยเดลาแวร์ มหาวิทยาลัยชินซู และมหาวิทยาลัยแทสมาเนีย ประเทศออสเตรเลีย ให้ความช่วยเหลือด้านคำแนะนำสำหรับการติดตั้งสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร และยังได้รับการสนับสนุนเพิ่มเติมในด้านของวัสดุและครุภัณฑ์จากมหาวิทยาลัยอุบลราชธานีและสำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.)

นอกจากนี้ ในระยะยาวคณะผู้วิจัยมีเป้าหมายที่จะบริการวิชาการในแง่สภาพอวกาศ (space weather) ซึ่งหมายถึงผลกระทบของคลื่นกระแทกเนื่องจากการปะทุที่ดวงอาทิตย์ที่มีต่อกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การสื่อสาร โทรคมนาคม (ผลกระทบทางสภาพอวกาศเคยทำให้ดาวเทียมพังถึงจำนวน ๑๔ ดวง) โรงผลิตไฟฟ้า และความมั่นคงของประเทศ เป็นต้น โดยคณะผู้วิจัยยินดีทำหน้าที่ประสานงานและให้ความรู้ทางวิชาการกับหน่วยงานต่างๆ ที่เกี่ยวข้องในประเทศไทย

Neutron monitors, first developed by the late J. A. Simpson at the University of Chicago in about 1948, are the best way to study GeV-energy cosmic rays (e.g., energetic particles from space) as a function of time. These are very stable detectors set up in various locations around the world, to take advantage of the Earth’s magnetic field as an energy-selective magnetic spectrometer. With only minimal maintenance, such a detector can provide valuable scientific information for decades.

Thailand (along with Burma and eastern India) is in a unique location, at the Earth’s magnetic equator and close to the offset dipole center. Therefore, a neutron monitor at high altitude in Thailand would provide new, unique, and important scientific information about high-energy cosmic rays. [Note that a “neutron” monitor measures secondary neutrons cased by the collisions of primary cosmic ray ions into the Earth’s atmosphere, so they really measure the cosmic ray ion flux.]

In addition to basic astrophysical interest, time variations in the cosmic ray count rate are closely related to solar storms that can disable satellites and radio communications near Earth. Neutron monitor data can help give advanced warning of such “space weather” effects at Earth, as explained in previous research in Thailand [Ruffolo, D. 1999, Astrophysical Journal, 515, 787; Leerungnavarat, K., Ruffolo, D., and Bieber, J. W. 2003, Astrophysical Journal, 593, 587].

A high altitude is very important – the counting rate, and hence the scientific benefits, decrease exponentially with increasing atmospheric pressure (i.e., atmospheric overburden). Therefore, a location near the summit of Doi Inthanon (Thailand's highest mountain) is highly desirable.

For more information on neutron monitors, visit the Bartol Research Institute Neutron Monitor Program

See also their English language summary of the Princess Monitor.

คำชี้แจงเพิ่มเติม [จากการตอบคำถามเกี่ยวกับ การติดตั้งสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร จาก reviewers ของกองทุนสนับสนุนการวิจัย (สกว.)] ที่จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

๑. เมื่อติดตั้งสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธรเรียบร้อยแล้วจะสามารถสร้างนักวิจัยรุ่นใหม่หรือสร้างงานได้หรือไม่?

ในความเป็นจริง ไม่ใช่เพียงแค่จะสร้างคนเมื่อสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธรติดตั้งเรียบร้อยแล้วเท่านั้น แต่การเข้าร่วมในการติด ตั้งยังนับว่าเป็นโอกาสสำคัญในการพัฒนานักวิจัยรุ่นใหม่ โดยเฉพาะสำหรับนักศึกษาและอาจารย์รุ่นใหม่ในกลุ่มคณะผู้วิจัย ซึ่งปัจจุบันนี้มีบทบาทในการวิเคราะห์ข้อมูลจากสถานีตรวจวัดนิวตรอนของต่างประเทศ ซึ่งจะได้เข้าใจถึงปัจจัยที่มีผลกระทบต่อการวัดรังสีคอสมิก การติดตั้งสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร จะเพิ่มพูนทักษะทางการทดลองสำหรับนักฟิสิกส์อวกาศในประเทศไทย ซึ่งก่อนหน้านี้มีเพียงงานทฤษฎีและงานจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เท่านั้น ดังนั้นในแง่นี้จึงเป็นผลที่ดีต่อประเทศไทยที่จะมีทั้งกิจกรรมในทางทฤษฎีและกิจกรรมในการวิเคราะห์ข้อมูลเป็นของตนเอง ซึ่งคณะผู้วิจัยได้ทำการพัฒนาจนสามารถแข่งขันได้ในเวทีโลก และการพัฒนาความสามารถในการผลิตข้อมูลของไทยเอง

เนื่องจากคณะผู้วิจัยได้รับอุปกรณ์มาเพียงบางส่วน ไม่ใช่ได้มาทั้งหมด และยังขาดกระบวนการอื่นๆ ที่จำเป็นอีกอยู่มาก เช่น การประมวลผลข้อมูล การแปลความข้อมูลเชิงวิทยาศาสตร์ ระบบการประมวลผล ณ เวลาจริง แม้กระทั่งการเผยแพร่ข้อมูลสาธารณะบนเครือข่ายอินเตอร์เน็ต นั่นแสดงว่าคณะผู้วิจัยยังมีงานต้องทำอีกมาก ยังต้องการนักวิทยาศาสตร์ ช่างเทคนิคด้านต่างๆ ร่วมกันพัฒนาทั้งอุปกรณ์ โปรแกรม และงานทางด้านวิทยาศาสตร์โดยตรง

ดังนั้น โครงการนี้จะมีบทบาทในการพัฒนานักศึกษาและนักวิทยาศาสตร์รุ่นใหม่เป็นจำนวนมาก ทั้งในด้านเทคนิคการวัดอนุภาค (particle detection) การวิเคราะห์ข้อมูล และฟิสิกส์อวกาศ ตามผลงานในหลายปีที่ผ่านมาของกลุ่มคณะผู้วิจัย (ตามโครงการต่างๆ ที่สนับสนุนด้วยทุนองค์ความรู้ใหม่จาก สกว.) โดยคณะผู้วิจัยได้จัดให้นักวิจัยรุ่นใหม่ได้มีส่วนร่วมในงานวิจัย และช่วยพัฒนานักศึกษาจำนวนมากในทุกๆ โครงการ

ส่วนในเรื่องของการสร้างคนและงานเมื่อสถานีติดตั้งเสร็จแล้วนั้น จะเป็นการให้นักศึกษามีส่วนร่วมในการวิเคราะห์ข้อมูล จากสถานีตรวจวัดนิวตรอนตามที่คณะผู้วิจัยทำทุกวันนี้อยู่แล้ว โดยช่วยเจ้าของข้อมูลในต่างประเทศวิเคราะห์ข้อมูลด้วยวิธีการวิเคราะห์ที่ได้พัฒนาขึ้นในประเทศไทย นอกจากนั้นสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธรที่ดอยอินทนนท์จะมีเอกลักษณ์ตรงที่วัดอนุภาคที่มีพลังงานสูงกว่าที่วัดที่อื่นในโลก (ตามศัพท์เทคนิคจะมีค่า vertical cutoff rigidity เป็น ๑๖.๘ จิกะโวลต์ เช่น อนุภาคชนิดโปรตอนต้องมีโมเมนตัมเกิน ๑๖.๘ จิกะโวลต์ต่อหนึ่งหน่วยความเร็วแสง ถึงจะชนบรรยากาศเหนือประเทศไทยและผลิตนิวตรอนที่วัดได้ที่พื้นโลก) ดังนั้น คาดว่าควรได้ผลงานตีพิมพ์เผยแพร่ในระดับนานาชาติไม่น้อยกว่า ๔ ชิ้น ในระยะ ๓ ปีหลังสถานีติดตั้งเสร็จ

๒. การเก็บข้อมูลแบบนี้ต่างประเทศ เช่น NASA เก็บอยู่แล้วใช่หรือไม่? สำหรับของอาจารย์จะช่วยทำให้ได้ข้อมูลของประเทศไทยสมบูรณ์ขึ้นหรือ?

จากที่อธิบายในตอนต้น ประเทศไทย (รวมถึงพม่าและอินเดียทางตะวันออก) เป็นที่เดียวในโลกที่อนุภาคต้องมีพลังงานมากที่สุดถึงจะเข้ามาชนบรรยากาศโลกได้ เนื่องจาก สถานีตรวจวัดนิวตรอนในแต่ละสถานี ใช้สนามแม่เหล็กโลกในการกรองอนุภาค (เหมือน magnetic spectrometer) และข้อมูลที่ได้จากสถานีตรวจวัดนิวตรอนขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่ตั้งบนโลกเป็นอย่างมาก การทำงานของนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จะไม่ใช้ข้อมูลจากสถานีเพียงตำแหน่งเดียวแต่จะใช้สถานีต่างๆ ประกอบกันเป็นเครือข่าย ซึ่งการได้ข้อมูลเพิ่มเติมที่สถานีดอยอินทนนท์จะช่วยให้ได้รับข้อมูลที่สมบูรณ์มากขึ้น เพราะยังไม่เคยมีสถานีใดในโลกที่ให้ข้อมูลเหมือนกับการวัดที่ดอยอินทนนท์ ดังนั้นการตั้งสถานีนี้จะเป็นการเสริมเครือข่ายสถานีตรวจวัดนิวตรอนทั่วโลกให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น

ในสหรัฐฯ องค์กรให้ทุนในแง่นี้คือองค์กร National Science Foundation (NSF) เพราะเป็นอุปกรณ์การวัดในภาคพื้นดิน ส่วน National Aeronautics and Space Administration (NASA) เน้นสนับสนุนการวัดอนุภาคในอวกาศ บัดนี้ NSF ได้สนับสนุนโครงการของคณะผู้วิจัยบ้างแล้ว ในแง่ที่สนับสนุนการขนส่งอุปกรณ์จากประเทศญี่ปุ่น รวมค่าโกดังที่ท่าเรือขณะทำเรื่องยกเว้นภาษี โดยเป็นเงินประมาณ ๒๐,๐๐๐ ดอลลาร์สหรัฐ (หรือมากกว่า ๘๐๐,๐๐๐ บาท)

๓. ข้อมูลที่จะเก็บนี้เอกชนจะสนใจหรือไม่? เพราะสามารถซื้อข้อมูลที่น่าเชื่อถือจากต่างประเทศอยู่แล้ว

เนื่องจากข้อมูลที่ได้จะไม่ซ้ำกับข้อมูลจากต่างประเทศ ดังที่อธิบายข้างต้น

เอกชนไทยคงไม่สนใจในข้อมูลดิบจากสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธรโดยตรง แต่อาจสนใจผลลัพธ์ทางการพยากรณ์สภาพอวกาศ (space weather) ที่จริง งานทางด้านทฤษฎีในกลุ่มคณะผู้วิจัยได้ชี้ทางแล้วว่าข้อมูลจากสถานีตรวจวัดนิวตรอนสามารถเตือนล่วงหน้าว่าคลื่นกระแทกใกล้จะกระทบโลก โดยระยะเวลาที่เตือนล่วงหน้าเป็น ๔-๖ ชั่วโมง ในขณะที่เทียบกับที่ NASA ใช้เป็นประจำจะเตือนได้ล่วงหน้า ๑ ชั่วโมง (โดยการวัดโดยตรงที่ยานอวกาศ ACE)

ส่วนการพัฒนาผลิตภัณฑ์ในทางการค้าจากข้อมูลที่ได้จากสถานีตรวจวัดนิวตรอนที่ภาคเอกชนอาจสนใจนั้น คงต้องเป็นอีกโครงการหนึ่งต่างหาก (ส่วนโครงการที่เสนอ เป็นโครงการวิจัยเชิงวิชาการ ซึ่งการเน้นการพัฒนาองค์ความรู้) และ สกว. บอกทางคณะผู้วิจัยโดยตลอดว่า งานวิจัยเชิงประยุกต์ควรปรึกษาหารือกับผู้ใช้ก่อน เพื่อให้แน่ใจว่าจะเป็นที่ต้องการของเขา นักวิจัยไม่ควรจินตนาการเอาเองว่าภาคเอกชนอาจสนใจ แล้วพัฒนาผลิตภัณฑ์โดยไม่ปรึกษากับผู้ใช้

ดังนั้น คงจะต้องมีการทำความเข้าใจกับ”ผู้ใช้” ถึงความสำคัญของสภาพอวกาศและประโยชน์ของข้อมูลรังสีคอสมิก

ที่จริง องค์กรที่อาจสนใจข้อมูลจากดอยอินทนนท์มากกว่า น่าจะเป็นกองทัพอากาศหรือกองทัพเรือ เพราะผลกระทบจากสภาพอวกาศมีความสำคัญมากต่อการสื่อสารของเครื่องบินและเรือ ในสหรัฐฯ กองทัพอากาศและกองทัพเรือทำงานวิจัยมากทางด้านนี้ แต่กองทัพไทยอาจสนใจให้มีงานวิจัยและข้อมูลจากภายในประเทศ เพราะเป็นเรื่องความมั่นคงของชาติ

๔. ชาวบ้านได้ประโยชน์อะไรหรือไม่? เพราะแม้รู้ว่ามีลมสุริยะมาก็ไม่มีผลต่อการดำรงชีวิต

ใครที่เคยดูโทรทัศน์ UBC เป็นประจำจะทราบว่า ทาง UBC จะประกาศเป็นระยะๆ ว่า พายุสุริยะอาจกระทบสัญญาณดาวเทียมที่ใช้ในการส่งรายการโทรทัศน์มาถึงบ้าน โดยเขาหมายถึงผลกระทบทางสภาพอวกาศนั่นเอง (แต่ที่จริงทาง UBC เข้าใจผิด และโดยส่วนใหญ่เราไม่สามารถพยากรณ์ล่วงหน้าเป็นหลายสัปดาห์แบบนั้น) นอกจากรายการโทรทัศน์ มีกา

รใช้สัญญาณดาวเทียมสำหรับมือถือ วิทยุติดตามตัว GPS ฯลฯ และตามประสบการณ์ในต่างประเทศ เมื่อระบบไฟฟ้ายิ่งพัฒนามากขึ้น ยิ่งมีความเสี่ยงต่อกระแสเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นเนื่องจากสภาพอวกาศ ที่อาจทำให้หม้อแปลงพัง เป็นต้น มากยิ่งขึ้น

โดยสรุป เมื่อประเทศพัฒนามากยิ่งขึ้น วิถีชีวิตของประชาชนยิ่งต้องพึ่งพาเทคโนโลยีชั้นสูง ซึ่งมีโอกาสที่จะได้รับผลกระทบจากสภาพอวกาศมากยิ่งขึ้น และงานวิจัยที่ช่วยให้ข้อมูลในการพยากรณ์ผลดังกล่าวและช่วยเผยแพร่เรื่องสภาพอวกาศ จึงเป็นประโยชน์ต่อประชาชนจำนวนมาก

ในประเทศที่พัฒนาแล้ว และเป็นสังคมทางวิทยาศาสตร์ ประชาชนส่วนใหญ่จะทราบดีว่าเรื่องอวกาศเป็นเรื่องใกล้ตัว ทั้งนี้เพราะเทคโนโลยีอวกาศมีบทบาทอยู่เบื้องหลังหลายเรื่องในชีวิตประจำวัน และในด้านการศึกษาก็มีการเพิ่มเติมเรื่องเทคโนโลยีอวกาศทั้งในระดับปฐมศึกษาและมัธยมศึกษาตลอดมา ซึ่งทำให้ประชาชนตระหนักถึงความสำคัญของเทคโนโลยีอวกาศ และทางคณะผู้วิจัยยินดีให้ข้อมูลเพื่อเพิ่มความเข้าใจในเรื่องสภาพอวกาศ

รูปถ่ายของการส่งตู้คอนเทรนเนอร์ของสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธรมายัง คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และการศึกษาดูงานสถานีตรวจวัดนิวตรอนที่ University of Tasmania ประเทศออสเตรเลีย

Photos of the arrival of equipment for the Princess Sirindhon Neutron Monitor, in shipping containers, at Chulalongkorn University, and our trip to study neutron monitor physics at the University of Tasmania in Australia.

รูปถ่ายการทดสอบไมโครมอนิเตอร์ (MicroMonitor)

Photos of a test setup at Chulalongkorn University: the MicroMonitor (one tube, no lead, no polyethylene reflector)

รูปถ่ายการขนย้ายตู้คอนเทรนเนอร์จากคณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เพื่อขนส่งไปยังหน่วยงานภู่พิสิษ อำเภอจอมทอง จังหวัดเชียงใหม่ เมื่อวันอาทิตย์ที่ 18 กุมภาพันธ์ 2550

Photoes of moving containers from Faculty of Science, Chulalongkorn University to Phupisit Chomthong Chieangmai on February 18, 2007

รูปถ่ายการเดินทางไปยังสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร ณ ดอยอินทนนท์ จังหวัดเชียงใหม่ ระหว่างวันที่ 24 กุมภาพันธ์ 2550 ถึง 1 มีนาคม 2550

Photos of installation of 43 tons of lead and polyethylene during February 24 - March 1, 2007

รูปถ่ายเพิ่มเติม More photos [click เพื่อดูรูปภาพเพิ่มเติม]

ข้อมูล(Data) [click เพื่อดูข้อมูล]

[home] [about us] [staff members] [alumni] [news] [articles& presentations] [research papers] [Princess Sirindhorn neutron monitor] [FAQs] [glossary] [links] [contact us]