เรียนรู้เรื่องพายุสุริยะ

Written by panchee on . Posted in ดาราศาสตร์, ฟิสิกส์




หน้าที่ 1 - เรียนรู้เรื่องพายุสุริยะ




ขอขอบพระคุณ Prof. David Ruffolo, Ph.D.
ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์
มหาวิทยาลัยมหิดล


ศาสตราจารย์ ดร.เดวิด รูฟโฟโล  ศึกษาด้านฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์มาตลอด โดยจบการศึกษาระดับปริญญาเอกที่ University of Chicago ส่วนระดับปริญญาตรี จบการศึกษาที่ University of Cincinnati สหรัฐอเมริกา  ปัจจุบันเป็นอาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล  อาจารย์กรุณาอธิบายให้ฟังอย่างเข้าใจง่าย  แม้แต่ผู้ที่ไม่ได้เรียนมาทางด้านวิทยาศาสตร์ยังฟังได้เข้าใจ


ดวงอาทิตย์
- ดวงอาทิตย์ คืออะไร



- ดวงอาทิตย์ประกอบด้วยอะไรบ้าง
ดวงอาทิตย์ คือ ดาวฤกษ์ดวงหนึ่ง และด้านในสุดเป็นบริเวณที่เป็นแหล่งพลังงาน เรียกว่า แกนกลาง (Core) ซึ่งจะเป็นบริเวณที่ร้อนที่สุด จากแกนกลางจะร้อนออกไปสู่ด้านนอกของดางอาทิตย์  แหล่งพลังงานจากแกนกลางมาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ เป็นการเผาธาตุไฮโดรเจนเป็นธาตุฮีเลียม และการที่มีมวลแตกต่างกันเล็กน้อย ตามทฤษฎีของไอน์สไตน์ E=mc2 เป็นการแปลงมวลส่วนหนึ่งให้เป็นพลังงาน และนี่เป็นแหล่งพลังงานหลักของดาวฤกษ์โดยทั่วไป



แกนกลางของดวงอาทิตย์นั้น มีอุณหภูมิ 16 ล้านองศา จากนั้นความร้อนจะออกไปในเขตที่แผ่รังสี ซึ่งมีตั้งแต่แกนกลางจนถึงรัศมีที่เป็นแกนกลางจนถึงรัศมี 70% ของรัศมีของดวงอาทิตย์ ในบริเวณนี้มีการนำความร้อนและจะดูดกลืนอะตอมถัดไปในลักษณะการฟุ้ง ความร้อนจะค่อยๆ ฟุ้งออกไป กว่าความร้อนจะออกจากดวงอาทิตย์ได้ก็ใช้เวลาเป็นแสนๆ ปี

เขตการพา คือ การถ่ายโอนความร้อนโดย 70% ของรัศมีดวงอาทิตย์ จนถึงผิวดวงอาทิตย์  การพาเป็นลักษณะที่สามารถปรากฏได้ในบรรยากาศโลกเช่นเดียวกัน เช่น เมื่ออากาศร้อนจะเบากว่า จะลอยขึ้นไปและเมื่ออยู่ด้านบนจะถ่ายโอนความร้อนได้ ก็จะเย็นลง และจะตกเข้าไปใหม่ เพราะอากาศเย็นจะหนักกว่า จะตกเข้าไปใหม่ จะเป็นวัฏจักรแบบนี้ แก๊สจะหมุนเวียนเป็นช่วงๆ มีเขตที่ขึ้นและเขตที่ลง สามารถพบได้ในบรรยากาศโลกเช่นกัน ยกตัวอย่างเวลาอยู่บนเครื่องบินแล้วเห็นเมฆเรียงกันเป็นแถว



รูปนี้แสดงให้เห็นจุดมืดของดวงอาทิตย์ ด้านข้างที่เห็นเป็นเซลล์ของการผ่า ที่สว่างคือ แก๊สร้อนที่ขึ้นมา จากด้านล่าง เมื่อถ่ายโอนความร้อนแล้ว จะเย็น และตกลงด้านข้าง บริเวณที่มีสีมืดกว่า คือ ก๊าซที่เย็นแล้วกำลังจะตกเข้าไป 

ถัดจากนั้นเรียกว่าผิวดวงอาทิตย์ เรียกว่า Photosphere ถ้าดูรูปในแสงธรรมดา จะเห็นว่ามีจุดมืดบ้าง บางคนเรียกว่าจุดดับ ส่วนนักวิชาการไทยนิยมเรียกว่า จุดมืด ซึ่งจริงๆ แล้วไม่ได้มืด สว่างมากด้วย เพียงแต่สว่างน้อยกว่าบริเวณล้อมรอบเท่านั้น  ทางด้านฟิสิกส์ ความสว่างอาจจะเกิดจากรังสีความร้อน และดาวฤกษ์โดยทั่วไปสามารถเปล่งแสงที่มองเห็นได้ ด้วยรังสีความร้อน เพราะฉะนั้นจะขึ้นกับอุณหภูมิ



โดยส่วนใหญ่อุณหภูมิของดวงอาทิตย์อยู่ที่ 6000 องศา จึงเปล่งแสงที่มองเห็นได้ แต่ในบริเวณของจุดมืดมีอุณหภูมิ 4000 องศา ทำให้สว่างน้อยกว่า

จุดมืดจริงๆ เป็นขั้วแม่เหล็ก เราจะคุ้นเคยกับการที่โลกเรามีขั้วสองด้าน โลกของเราจะมีสนามแม่เหล็กที่เป็นระเบียบ ออกจากขั้วหนึ่งกลับเข้าไปอีกขั้วหนึ่ง แต่ดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์โดยทั่วไปมีสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นระเบียบและเมื่อเราเห็นจุดมืด เราจะเห็นเป็นคู่หรือกลุ่ม เป็นเพราะว่าเป็นขั้วแม่เหล็กออกจากจุดหนึ่งและกลับไปยังอีกจุดหนึ่ง

จุดมืดมีโครงสร้างที่น่าสนใจ ตรงกลาง เรียกว่า umbra (เงามืด) ที่มืดสนิท และล้อมรอบเป็น penumbra (เงามัว) ที่มีเส้นๆ เส้นแรงแม่เหล็กเช่นเดียวกัน บ่อยครั้งที่แก๊สของดวงอาทิตย์จะถูกค้างไว้ตามเส้นแรงแม่เหล็ก เมื่อเราสอนนักเรียน เราจะเรียกว่าแก๊ส แต่นักวิทยาศาสตร์เรียกว่า พลาสมา  เป็นแก๊สที่แตกตัวเป็นไอออนกับอิเล็กตรอนแล้ว  เป็นตัวนำไฟฟ้าด้วย เพราะฉะนั้นจะมีการตอบสนองกับสนามแม่เหล็กเป็นพิเศษ

เราจะเคยเรียนว่า เมื่อมีสนามแม่เหล็ก อนุภาคมีประจุ ก็จะเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบๆ สนามแม่เหล็ก และยิ่งไปกว่านั้น สามารถเคลื่อนที่ขนานกับสนามแม่เหล็กได้ หรือเคลื่อนที่เป็นเกลียวล้อมรอบสนามแม่เหล็ก อนุภาคมีประจุ จะผูกไว้กับสนามแม่เหล็ก ถ้าสนามแม่เหล็กแรง พลาสมาจะค้างไว้ตามสนามแม่เหล็ก แต่ถ้าพลาสมาเคลื่อนที่เร็ว จะสามารถลากสนามแม่เหล็กไปด้วย



ในภาพจะเห็นเป็นเส้นๆ คือ สนามแม่เหล็กที่เข้ม เพราะฉะนั้น พลาสมาถูกค้างไว้ด้วย

หากเรามองจากผิวโลก เราสามารถเห็นชั้นบรรยากาศเหนือผิวดวงอาทิตย์ได้ เมื่อเกิดปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวง โชคดีมากที่เมื่อมองจากโลกของเรา ดวงจันทร์ในท้องฟ้าและดวงอาทิตย์ในท้องฟ้า จะมีขนาดเท่าๆ กัน เป็นเรื่องบังเอิญมาก และเมื่อดวงจันทร์เคลื่อนที่มาบังดวงอาทิตย์พอดี เราจะสามารถเห็นชั้นบรรยากาศที่ล้อมรอบดวงอาทิตย์

ถัดจากชั้นบรรยากาศ Photosphere เป็นชั้น Chromosphere มีอุณหภูมิลดลง เป็น 4000 องศา เพราะฉะนั้นลักษณะของแสงจะเปลี่ยนตามอุณหภูมิ กลายเป็นแสงสีแดง



ถัดมาเป็น Corona ซึ่งอุณหภูมิจะขึ้นมาอีกเป็นล้านองศา ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถอธิบายได้สมบูรณ์ ลักษณะการเปล่งรังสีความร้อนจะเปลี่ยนไปด้วย คือ แทนที่จะเปล่งรังสีความร้อนเป็นแสงที่มองเห็นได้ กลับเปลี่ยนเป็นเปล่งรังสีเอกซ์แทน มีประโยชน์ในการติดตั้งอุปกรณ์ในอวกาศ เพื่อถ่ายภาพดวงอาทิตย์ในรังสีเอกซ์ ถ่ายจากโลกไม่ได้ เพราะรังสีเอกซ์ผ่านบรรยากาศโลกไม่ได้

ภาพพลาสมาที่ค้างอยู่ที่สนามแม่เหล็กที่เป็นเส้นๆ เป็นภาพที่ถ่ายในช่วง Solar Maximum คือช่วงจุดมืดจำนวนมาก วัฏจักรของดวงอาทิตย์ของจุดมืด Sunspot จุดมืดจะมีมากขึ้นทุกๆ 11 ปี บางช่วงจุดมืดจะน้อยมาก หรือบางช่วงจะไม่มีจุดมืดเลย จะพบการมีจุดมืดจำนวนมากอีกประมาณ 4-5 ปีข้างหน้า ซึ่งนักดาราศาสตร์ยังไม่สามารถบอกได้ว่าทำใมวัฏจักรต้องเป็น 11 ปี และดาวฤกษ์ทั่วไปด้วยที่มีวัฏจักรแบบนี้ ไม่ใช่เฉพาะดวงอาทิตย์ของเราเท่านั้น



บรรยากาศของดวงอาทิตย์ไม่ได้นิ่ง แต่มีส่วนที่ไหลออกมาอย่างต่อเนื่อง ทุกทิศทาง ด้วยความเร็วสูง ระดับ 400กิโลเมตรต่อวินาที เรียกว่าลมสุริยะ  สามารถกระทบสนามแม่เหล็กของโลกได้เช่นเดียวกัน ทุกวันจะมีการบีบสนามแม่เหล็กของโลกเข้ามา เนื่องจากลมสุริยะ ซึ่งจัดว่าเป็นสภาวะปกติ สรุปว่า สสารจากดวงอาทิตย์ ไม่ได้จบแค่ดวงอาทิตย์แต่แผ่ออกมาข้างนอก เลยโลกเราไปอีก แต่ไม่สามารถบอกได้ว่าไปไกลเท่าไร (ลมสุริยะเกิดขึ้นทุกวันเป็นปกติ)

จากที่ได้กล่าวแล้วว่า เมื่อพลาสมาเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง จะสามารถลากสนามแม่เหล็กออกมาด้วย พลาสมาที่ออกจากดวงอาทิตย์ที่เป็นลมสุริยะจะลากสนามแม่เหล็กออกจากดวงอาทิตย์ด้วย  และที่สนามแม่เหล็กเป็นเส้นโค้งงอ เพราะดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเอง นอกจากนี้ยังมีความปั่นป่วนด้วย โดยทั่วไปทางด้านฟิสิกส์ เมื่อมีของไหลที่ไหลด้วยความเร็วสูง มักจะมีความปั่นป่วนด้วย ทำให้เกิดเป็นเส้นหยักๆ เป็นความสัมพันธ์ของการเคลื่อนที่ของอนุภาค ที่เราทำงานวิจัยมากในประเทศไทยนั้น จะเป็นเรื่องอนุภาคพลังงานสูงที่ออกมาจากดวงอาทิตย์ ซึ่งมักจะตามสนามแม่เหล็ก ความหยักหรือความไม่เป็นระเบียบของสนามแม่เหล็ก จะสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของอนุภาค



หน้าที่ 2 - พายุสุริยะคืออะไร และจะเกิดขึ้นปีใน 2012 หรือไม่ / ผลกระทบจากการเกิดพายุสุริยะ


พายุสุริยะ

- พายุสุริยะ คือ อะไร
- ผลกระทบของการเกิดพายุสุริยะ
- การคาดการณ์ล่วงหน้าว่าจะเกิดพายุสุริยะ



พายุสุริยะไม่เคยทำลายสิ่งปลูกสร้าง หรือทำลายผู้คนให้ล้มตายหรือบาดเจ็บ อาจจะกระทบทางด้านเศรษฐกิจบ้าง พายุสุริยะจะเกิดขึ้นบ่อยครั้งในช่วงที่มีจุดมืดจำนวนมากบนดวงอาทิตย์ พายุสุริยะมักจะเกิดขึ้นในกลุ่มจุดมืดของดวงอาทิตย์

พายุสุริยะเกิดจากการสะสมพลังงานแม่เหล็ก เมื่อมีสนามแม่เหล็ก การผ่าใต้ผิวดวงอาทิตย์จะมีสนามแม่เหล็ก การผ่าจะลากสนามแม่เหล็กไปๆ มาๆ จนในที่สุดขมวดกันเป็นปม จะเพิ่มพลังงานศักย์ทางสนามแม่เหล็กซึ่งจะระบายได้โดยการเปลี่ยนรูปสนามแม่เหล็ก ต่อเชื่อมใหม่ของสนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็นสถาณการ์ที่เกิดขึ้นกระทันหัน และเป็นครั้งเป็นคราว และพยากรณ์ล่วงหน้าไม่ได้  แต่เราสามารถสังเกตได้ว่า เริ่มมีจุดมืดจำนวนมากหรือกลุ่มจุดมืดที่มีความสลับซับซ้อน สนามแม่เหล็กซับซ้อน เราจะสามารถคาดการณ์ได้ว่าจะมีโอกาสที่จะเกิดพายุสุริยะ



สรุปว่า พายุสุริยะเป็นการระเบิดเป็นครั้งเป็นคราว ที่เกิดจากการต่อใหม่ของสนามแม่เหล็ก ในทางฟิสิกส์เรารู้ว่าจะต้องอนุรักษ์พลังงาน จะเปลี่ยนรูปของพลังงาน คือ เปลี่ยนรูปจากพลังงานแม่เหล็กมาเป็นพลังงานความร้อน ซึ่งเรียกว่าการปะทุ





 


ขอขอบคุณภาพวิดีโอจาก www.spacetransportation.org

แสดงให้เห็นการขยายภาพของสนามแม่เหล็กกลุ่มหนึ่ง แปรรูปจากพลังงานแม่เหล็กเป็นพลังงานจลน์ ในภาพนี้มีอุปกรณ์ที่ถ่ายภาพดวงอาทิตย์จากอวกาศ  จะเห็นว่ามีก้อนขนาดใหญ่ออกมาจากด้านข้างดวงอาทิตย์ แต่มวลน้อยกว่ามาก  เป็นพลาสมาที่จาง แต่มีความหนาแน่นมากกว่าและมีความเร็วมากกว่าลมสุริยะปกติ ลองจินตนาการว่าหากก้อนมวลนี้มาปะทะกับโลกของเรา

โลกและสนามแม่เหล็กโลก ลมสุริยะจากดวงอาทิตย์ที่อยู่ทางซ้ายมือ จะบีบสนามแม่เหล็กโลก เหตุการณ์นี้จะเกิดขึ้นปกติทุกวัน และขณะโลกหมุนรอบตัวเอง จะมีสนามแม่เหล็กในแต่ละลักษณะ แต่เมื่อมีพายุสุริยะ จะมีก้อนมวลออกมา Coronal Mass Ejection  (CME)  เข้ามาปะทะกับสนามแม่เหล็กโลก บีบสนามแม่เหล็กเข้ามา และมองใกล้ดวงอาทิตย์ มีอนุภาคค้างไว้ตามสนามแม่เหล็กของโลกตามธรรมชาติ เรียกว่าแถบรังสี และเมื่อสนามแม่เหล็กบีบเข้ามา อนุภาคเหล่านี้จะเข้ามาชนบรรยากาศโลก ใกล้ขั้วโลกที่สนามแม่เหล็กเข้าไป เมื่ออนุภาคชนกับบรรยากาศจะทำให้มีแสงสวยงามเกิดขึ้น ที่เรียกว่า Aurora (แสงเหนือแสงใต้)



ถ้ามองจากพื้นโลกขึ้นไปบนท้องฟ้า จะเห็นแสงออโรร่า เมื่อมีพายุสุริยะแรงเป็นพิเศษ เราสามารถเห็นแสงออโรร่าได้ เช่น ที่ประเทศแคนาดา และหากพายุสุริยะแรงมาก แสงออโรร่าจะลงมาถึง ทางตอนใต้ของสหรัฐ แต่ประเทศไทยไม่สามารถเห็นแสงออโรร่าได้ เนื่องจากเส้นสิ้นสุดสนามแม่เหล็กพอดี

พายุสุริยะจะเกิดขึ้นบ่อยเมื่อมีจุดมืดมากในดวงอาทิตย์ บางครั้งเกิดทุกวัน หรือเกิดบ่อยครั้งต่อวัน แล้วแต่ความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ ว่าจะศึกษาพายุสุริยะที่เกิดขึ้นตามปกติ หรือพายุสุริยะที่รุนแรงมาก หากพายุที่รุนแรงมากจะมีทุกขนาด แต่รุนแรงมากๆ จะมีเพียงไม่กี่ครั้งต่อวัฏจักร 11 ปี

การเกิดพายุสุริยะ นอกจากทำให้เกิดแสงสวยงาม ออโรร่าแล้ว หากมีระดับความรุนแรงมากทำให้มีผลกระทบทางเศรษฐกิจของมนุษย์ ผลกระทบโดยตรง คือ สภาพอวกาศ Space Weather เหมือนกับสภาพอากาศตรงที่พยากรณ์ยากและเกี่ยวข้องกับพายุ  แต่เป็นพายุที่ดวงอาทิตย์  เกิดขึ้นในอวกาศใกล้โลก



เรามีการศึกษาวิจัยในประเทศไทย คือ พายุสุริยะหรือการระเบิดที่ผิวดวงอาทิตย์ สามารถเร่งอนุภาคธรรมดา ให้มีพลังงานสูง จนกลายเป็นอนุภาครังสีคอสมิก รังสีคอสมิกเป็นอนุภาคพลังงานสูง หรือรังสีแกมมา ที่มาจากนอกโลกที่เคลื่อนที่ในอวกาศ 

พายุสุริยะ สามารถเร่งอนุภาคพลังงานธรรมดาให้เป็นอนุภาคพลังงานสูง เรียกว่า อนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์  Solar Energetic Particles  (SEP)  ซึ่งสามารถเคลื่อนที่มาถึงโลกเราได้ จะมีผลกระทบต่อความปลอดภัยของนักบินอวกาศ ทุกวันนี้นักบินอวกาศอยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กโลก แต่หากออกจากสนามแม่เหล็กโลก แล้วเกิดพายุสุริยะในช่วงที่ออกจากสนามแม่เหล็กโลก  จะเสี่ยงต่อการได้รับกัมมันตภาพรังสี ก่อให้เกิดโรคมะเร็งได้

ผลกระทบอีกอย่างคือ ผลกระทบกับดาวเทียม อนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้ สามารถชนกับแผงโซลาเซลล์หรืออิเลกทรอนิกส์ที่ควบคุมดาวเทียม  บางครั้งอาจทำให้บนพื้นโลกไม่สามารถสื่อสารกับดาวเทียมได้ ข้อมูลอาจจะสูญหาย ใช้งานไม่ได้ ดาวเทียมสื่อสารจะมีมูลค่าสูง หากจะให้ปลอดภัยควรปิดการใช้งานในขณะที่มีพายุสุริยะ จะทำให้เสียหายน้อยลง บางครั้งมีผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ เช่น การสื่อสารทางคลื่นวิทยุ  ดังนั้น ทางทหารเรือและทหารอากาศในสหรัฐ จะมีผลต่อการสื่อสารกับเรือหรือเครื่องบิน การทหารสหรัฐฯ จึงสนใจทุ่มเทงบประมาณศึกษาและวิจัย เกี่ยวกับดวงอาทิตย์และพายุสุริยะ

ผลกระทบกับโลกอีกอย่างหนึ่ง เมื่อบีบสนามแม่เหล็กโลก หากเรียนฟิสิกส์ระดับมัธยมจะทราบว่า สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงต่อเวลา ทำให้มีสนามไฟฟ้า หรือแรงขับเคลื่อนไฟฟ้า ทำให้หม้อแปลงพังที่โรงปั่นไฟฟ้า หม้อแปลงอาจจะมีมูลค่าสูง เคยมีหม้อแปลงพังเมื่อเกิดพายุสุริยะ หากเรามีระบบการจ่ายไฟฟ้าที่มีความสลับซับซ้อนมากขึ้น อาจจะมีผลกระทบมากขึ้น

พายุสุริยะจะเกิดขึ้นปีใน 2012 หรือไม่
ในช่วงปี 2011-2014 จะเป็นช่วงเวลาที่เกิดจุดมืดจำนวนมากในดวงอาทิตย์ จึงคาดว่าน่าจะเกิดพายุสุริยะอย่างแน่นอน คงมีทุกวัน แต่จะรุนแรงมากน้อยเพียงใด ไม่สามารถคาดการณ์ได้ แต่ไม่มีบ่งบอกได้ว่าจะต้องเกิดในปีใดเป็นพิเศษ
 

หากมีพายุสุริยะต้องมีการรับมืออย่างไรบ้าง
คนบนพื้นผิวโลกจะไม่ได้รับผลกระทบใดๆ พายุสุริยะไม่มีผลต่อสิ่งปลูกสร้างบนโลก ไม่ได้ทำให้คนบาดเจ็บหรือตาย

หากมีพายุสุริยะ จะมีผลกระทบต่อหน่วยงานต่อไปนี้ มากที่สุด
- บริษัทการบิน หากทราบล่วงหน้าว่าจะมีพายุสุริยะ จะมีการเตือนภัยรังสี ให้สายการบินต่างๆ ทราบ เพราะหากเวลาที่มีพายุสุริยะ จะมีสารกัมมันตรังสี (แต่ที่ผ่านมาไม่มีรายงานว่ามีผลกระทบต่อผู้โดยสารบนเครื่องบิน) ดังนั้นเมื่อทราบว่าจะมีพายุสุริยะเกิดขึ้น นักบินควรหลีกเลี่ยงการบินผ่านบริเวณขั้วโลก  ให้บินอ้อมไป อาจต้องเสียค่าใช้จ่ายด้านเชื้อเพลิงมากขึ้น แต่ปลอดภัยจากสารกัมมันตรังสีมากกว่า
- โรงผลิตกระแสไฟฟ้า อาจจะต้องเตรียมการในเรื่องการจ่ายกระแสไฟฟ้า หากเกิดภาวะไฟฟ้าดับ
- บริษัทดาวเทียม ไม่ควรจะใช้งานในช่วงนั้นๆ  อาจจะช่วยเรื่องแผงโซลาร์เซลล์ได้บ้าง (หากปิดการใช้งานในช่วงเวลาที่มีพายุสุริยะ จะช่วยให้ระบบเสียหายน้อยลง)
- นักบินอวกาศ หากอยู่นอกสนามแม่เหล็กโลก จะมีโอกาสได้รับสารกัมมันตรังสี  ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อสุขภาพของนักบินอวกาศ




หน้าที่ 3 - งานวิจัยที่ทำในประเทศไทย

งานวิจัยที่ทำในประเทศไทย
สถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร
www.thaispaceweather.com


                                สถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร




                            www.thaispaceweather.com


สถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร เป็นการร่วมมือกันระหว่าง มหาวิทยาลัยมหิดล จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี มหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวง และมหาวิทยาลัยนเรศวร เราศึกษาเรื่องพายุสุริยะและการเร่งอนุภาคให้มีพลังงานสูง เรามีโปรแกรมคอมพิวเตอร์ระดับแนวหน้าของโลก ในการจำลองอนุภาคเคลื่อนที่จากดวงอาทิตย์มาถึงโลก  เมื่อมีสนามแม่เหล็กอนุภาคมีประจุ จะเกลียวล้อมรอบสนามแม่เหล็ก แต่สนามแม่เหล็กจะปั่นป่วน ไม่เป็นระเบียบ ทำให้ต้องใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์พิเศษเพื่อศึกษาเรื่องนี้  เราสามารถวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากเครื่องวัดทั่วโลก เพื่อเข้าใจที่มาของอนุภาคใกล้ดวงอาทิตย์  และศึกษาเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ในโครงสร้างพิเศษ เช่น เมื่อเกิดพายุสุริยะ จะมีวงสนามแม่เหล็กลากออกมาจากดวงอาทิตย์  นอกจากนี้ยังศึกษาเรื่องอนุภาครังสีคอสมิกอีกชนิดหนึ่งที่มาจากนอกระบบสุริยะ มาจากที่อื่นในกาแลกซี่ของเรา สามารถวัดที่โลกได้ และเราตั้งเครื่องวัดในประเทศไทย เพื่อศึกษารังสีเหล่านี้

ขณะที่โลกหมุนรอบตัวเอง เครื่องวัดของเราจะมองในทิศทางต่างๆ และสามารถวัดความแตกต่าง ของจำนวนที่มาจากทิศทางต่างๆ  และยังศึกษากระบวนการพื้นฐานของการเคลื่อนที่ของอนุภาคและสนามแม่เหล็ก เนื่องจากการปั่นป่วนในอวกาศ สนามแม่เหล็กมีการเดินสุ่ม โดยศึกษาทางทฤษฎีและจำลองทางคอมพิวเตอร์ในเรื่องนี้ วงโคจรของอนุภาคที่ตามสนามแม่เหล็กสุ่ม

เครื่องวัดอนุภาครังสีคอสมิกอีกชนิดหนึ่งที่มาจากนอกระบบสุริยะ



โดยทั่วไปรังสีคอสมิก คือ อนุภาคพลังงานสูงหรือรังสีแกมมาที่มาจากนอกโลก  เป็นสสารธรรมดาที่ถูกเร่งขึ้นมาให้มีพลังงานสูง ด้วยกระบวนการสุ่มทางธรรมชาติ ไอออนของธาตุต่างๆ เช่น โปรตรอน ที่เป็นไอออนของธาตุไฮโครเจน ไอออนของฮีเลียม ซึ่งเรียกว่าอนุภาคแอลฟา ธาตุคาร์บอนออกซิเจน แต่ที่จริงแอ้วมีทุกๆ ธาตุในรังสีคอสมิก  เมื่ออะตอมแตกตัวเป็นไอออนจะมีอิเลกตรอนออกมาด้วย อิเลกตรอนพบในรังสีคอสมิกด้วย แล้วมีอนุภาคอื่นๆ ที่เกิดขึ้นจากการชนระหว่างทาง ที่เคลื่อนที่มาทั่วกาแลกซี่ของเรา เช่น โฟตอน  นิวออน นิวตรอน เป็นต้น



รังสีคอสมิกเป็นสาเหตุหลักที่มีการกลายพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต กล่าวคือ เป็นกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ และเมื่อรังสีคอสมิกชนกับบรรยากาศโลก ก็มีอนุภาคย่อยลงมา ขณะที่เรานั่งอยู่นี้ จะมีอนุภาคผ่านร่างกายของเราเป็นร้อยๆ ตัว ต่อวินาที  และสามารถรบกวนสาร DNA ซึ่งสืบทอดไปสู่ลูก เป็นการกลายพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต เราควรดีใจว่ามีรังสีคอสมิก มิฉะนั้นเราอาจจะยังเป็นลิงอยู่ (หัวเราะ)

รังสีคอสมิกมาจาก 2 แหล่ง หลักๆ  คือ มาจากภายในระบบสุริยะ โดยส่วนใหญ่เป็นอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์เนื่องจากพายุสุริยะ และ มาจากนอกระบบสุริยะ มาจากทุกทิศทุกทางอย่างต่อเนื่องซึ่งมาจากที่อื่นในกาแลกซี่ของเรา ส่วนใหญ่มาจากเหตุการณ์  Supernova หรือซากที่เหลือจากการระเบิด Supernova ในอดีต



Cygnus loop
กลุ่มดาวหงษ์ ซากที่เหลือจากดาวฤกษ์ที่ระเบิดทั้งดวง เมื่อ 50,000 ปีในอดีต คาดว่าคงระเบิดในใจกลาง สสารระเบิดและชนกับสสารที่ล้อมรอบ และมีการเร่งอนุภาค  ภาพนี้มาจากคลื่นวิทยุของรังสีคอสมิคประเภทอิเลกตรอน ที่ถูกเร่งขึ้นมาจากการชน ทำให้ทราบว่ามีการเร่งอนุภาคในวัตถุแบบนี้

เหตุการณ์ supernova เป็นเหตุการณ์ที่รุนแรงที่สุดทางดาราศาสตร์ในปัจจุบัน เป็นการระเบิดของดาวฤกษ์ทั้งดวง  กาแลกซี่ระบบหนึ่ง อาจจะมีดาวฤกษ์แสนล้านดวง เมื่อดาวฤกษ์เพียงดวงเดียวระเบิด เป็น supernova สามารถสว่างมากกว่าดาวฤกษ์ทั้งหมดที่อยู่กาแลกซี่



ภาพขยาย ของส่วนหนึ่งของวัตถุ  Cygnus loop เส้นที่คมชัด คือ คลื่นกระแทกที่เกิดจากการชน ของสสารที่ระเบิดออกมาชนกับสสารล้อมรอบ บริเวณคลื่นกระแทกเป็นบริเวณที่เร่งอนุภาคธรรมดาให้เป็นรังสีคอสมิก ซึ่งมาถึงโลกได้

เมื่อรังสีคอสมิกมาชนกับบรรยากาศโลก มีอนุภาคย่อยลงมาประเภทต่างๆ ที่รอดมาจนถึงพื้นโลกได้ เช่น  อิเลกตรอน นิวออน นิวตรอนและโปรตรอนบางส่วน หากเราต้องการวัดอนุภาคพลังงานสูง เราจำเป็นต้องใช้บรรยากาศโลกเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องวัด



ในภาพนี้จะเรียกว่า Shower เพราะคล้ายกับน้ำในฝักบัว เป็นการตรวจจับรังสีคอสมิกโดยการสังเกตอนุภาคที่กระจายออกเป็นฝอย หรือ Shower ซึ่งถูกผลิตขึ้นขณะที่รังสีคอสมิกกระทบกับโมเลกุลของบรรยากาศโลก

ย้อนกลับไปขณะที่ยังศึกษาระดับปริญญาเอกนั้น  อาจารย์เดวิดใฝ่ฝันที่จะทำการทดลอง อยากจะมีเครื่องวัดที่พื้นโลก เพราะคงยากที่จะทดลองในอวกาศ และฝันกลายเป็นจริง ใน 18 ปีต่อมา เมื่อปัจจุบัน มีสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร

สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินทรงเปิดอาคารสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร  ณ ดอยอินทนนท์ จังหวัดเชียงใหม่ เมื่อวันจันทร์ที่ 21 มกราคม 2551

เมื่อรังสีคอสมิกชนกับบรรยากาศพื้นโลก  มีอนุภาคนิวตรอนที่เราสามารถวัดที่พื้นดินได้ เราจะวัดจำนวนนิวตรอน เพื่อจะทราบจำนวนรังสีคอสมิก

เป้าหมาย คือ การวัดจำนวนรังสีคอสมิก ตั้งแต่ระดับนาที จนถึงระดับทศวรรษ เพราะมีวัฏจักรของดวงอาทิตย์ทุกๆ 11 ปี ตั้งใจวัดจำนวน จากเครื่องวัดที่มีมาตรฐานเช่นเดียวกับที่ใช้กันทั่วโลก และอาจจะมีเหตุการณ์ระดับนาที โดยเฉพาะหากโชคดี สามารถวัดนิวตรอนที่มาจากพายุสุริยะโดยตรง เราจะต้องวัดระดับนาที เราเคยคิดทางทฤษฎีว่าอาจจะใช้พยากรณ์สภาพอวกาศล่วงหน้า

สำหรับการพยากรณ์พายุสุริยะ จากที่ได้กล่าวแล้วว่า จะเกิดขึ้นเมื่อเกิดจุดมืดในดวงอาทิตย์จำนวนมาก และสนามแม่เหล็กมีลักษณะสลับซับซ้อน จะพอคาดการณ์ได้ว่าจะมีพายุสุริยะเกิดขึ้น แต่ไม่สามารถคาดการณ์ได้ว่า จะเกิดขึ้นวัน เวลาใด หรือระดับความรุนแรงมากน้อยเพียงใด การที่อนุภาควิ่งจากดวงอาทิตย์มายังโลกด้วยความเร็วเกือบเท่าความเร็วแสง ไม่สามารถเตือนภัยล่วงหน้าได้ เพียงแต่เราสามารถใช้อุปกรณ์ที่สถานีตรวจวัดนิวตรอนเพื่อเตือนว่า  ขณะนี้รังสีกำลังจะมาถึงโลกเราแล้ว และเตือนภัยบริษัทสายการบินต่างๆ 

สนามแม่เหล็กโลกออกจากขั้วหนึ่งเข้าไปยังอีกขั้วหนึ่ง  และอนุภาคจะเคลื่อนที่ตามสนามแม่เหล็ก เพราะฉะนั้นอนุภาคที่มาจากดวงอาทิตย์มักจะเข้ามาใกล้ขั้วโลกทั้งสองขั้ว ในปัจจุบัน เครื่องบินมีการบินผ่านขั้วโลกเหนือ เช่น บินจากญี่ปุ่นไปสหรัฐฯ จะบินข้ามขั้วโลกเหนือ แต่เมื่อนักวิทยาศาสตร์สามารถวัดได้ว่าพายุสุริยะเกิดขึ้นแล้ว  และกำลังจะมีอนุภาคมาถึงโลก จะแจ้งบริษัทสายการบินต่างๆ นักบินจะเปลี่ยนเส้นทางบิน เลี่ยงเส้นทางขั้วโลก ซึ่งอาจจะต้องใช้เชื้อเพลิงมากขึ้น เมื่อต้องบินอ้อม

นอกจากอนุภาคพลังงานสูงซึ่งมาเกือบจะทันที  อีกลักษณะหนึ่ง คือ การปล่อยก้อนมวลจากดวงอาทิตย์ ซึ่งมาในทิศทางของโลก จะบีบสนามแม่เหล็ก พายุสุริยะชนิดนั้น พอที่จะพยากรณ์ได้ เมื่อเราเห็นว่ามีการระเบิดที่ดวงอาทิตย์ จะใช้เวลาเร็วที่สุดที่เคยเกิดขึ้น คือ จะมาถึงโลกภายใน 17 ชั่วโมง และนานที่สุดใช้เวลา 4 วัน

นักวิทยาศาสตร์พยายามพัฒนาวิธีที่จะสังเกตพายุสุริยะ ในระหว่างทางว่าจะมาถึงโลกด้วยความเร็วเท่าไร ขณะนี้นาซา มียานอวกาศที่ชื่อ Stereo เคลื่อนที่ใกล้เคียงกับวงโคจรของโลกที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่มี 2 ดวง ยานอวกาศดวงหนึ่งเคลื่อนที่นำหน้าโลก ส่วนอีกดวงหนึ่งเคลื่อนถอยหลังจากโลก และจะสามารถเห็นได้สองด้าน สามารถวัดพายุสุริยะที่มาจากดวงอาทิตย์ว่า มีความเร็วเท่าไร

ในสมัยก่อนนาซามีวิธีหนึ่ง คือ มียานอวกาศที่อยู่ด้านหน้าของโลก หันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์ เมื่อโดนพายุสุริยะ จึงจะทราบว่า เกิดพายุสุริยะ และจะเตือนได้ภายใน 45 นาที หรือ 1 ชั่วโมงเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์จึงคิดทฤษฎี วิธีที่จะทราบล่วงหน้าได้ 4-12 ชั่วโมง โดยใช้รังสีคอสมิก คือ เกี่ยวกับจำนวนรังสีที่มาจากทิศทางต่างๆ พายุสุริยะเมื่อมีคลื่นกระแทกออกมา  จะมีรังสีคอสมิกน้อยลงในด้านหลังคลื่นกระแทก ขณะที่โลกหมุนรอบตัวเอง เครื่องวัดของเราสามารถวัดจำนวนรังสีที่มาจากทิศทางต่างๆ ถ้าหากเราเห็นว่าจำนวนรังสีลดลง จากทิศทางที่ออกจากดวงอาทิตย์พอดี จะสามารถคาดการณ์ได้ว่า จะเกิดพายุสุริยะที่จะมาถึงโลก แต่ต้องใช้เครื่องวัดจากทั่วโลก เราไม่ได้พัฒนาการพยากรณ์ในเชิงธุรกิจ เราศึกษาในระดับวิทยาศาสตร์พื้นฐาน

อย่างไรก็ตามเมื่อรังสีคอสมิกชนกับบรรยากาศโลก อนุภาคย่อยลงมาถึง รวมทั้งนิวตรอนที่เราวัดได้ แต่นิวตรอนส่วนหนึ่งถูกดูดกลืนในบรรยากาศโลก ดังนั้นระดับความสูงเป็นสิ่งสำคัญมาก เราจึงตั้งเครื่องวัดรังสีที่จุดสูงที่สุดในประเทศไทย คือ  ยอดดอยอินทนนท์ จังหวัดเชียงใหม่ โดยขอใช้พื้นที่ของกองทัพอากาศ เป็นฐานรับน้ำหนักอุปกรณ์เรดาร์เก่า แต่ไม่ได้ใช้แล้ว เราจึงได้รับอนุญาตให้ใช้สถานที่ได้ เราต้องมีฐานที่สามารถรับน้ำหนักได้จำนวนมาก เพราะอุปกรณ์เรามีน้ำหนักมากถึง 40 ตัน ส่วนใหญ่อยุ่ในรูปของวงแหวนตะกั่ว

สถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร เป็น โครงการร่วมมือกันระหว่างมหาวิทยาลัยมหิดล จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และมหาวิทยาลัยอุบลราชธานี และทางอุบลฯ ได้สร้างรถเข็นสำหรับเข็นตะกั่วโดยเฉพาะ เพราะตะกั่วอยุ่ในรูปวงแหวน แต่ละวงมีน้ำหนัก 60 กิโลกรัม มีทั้งหมดประมาณ 500 วง สาเหตุที่ใช้ตะกั่ว เพราะเราต้องการให้นิวตรอนบนท้องฟ้าเข้ามาชนกับตะกั่ว แล้วตะกั่วมีนิวเคลียสใหญ่ เมื่อโดนนิวตรอนชน จะแตกและมีนิวตรอนออกมาเพิ่มขึ้น เป็นการขยายสัญญาณนั่นเอง แต่มี พอลิเอทิลีน ล้อมรอบ สาเหตุที่มีพอลิเอทิลีน เป็นวิธีที่มีไฮโดรเจนจำนวนมากเป็นองค์ประกอบของพอลิเอทิลีน เป็นวิธีที่จะมีไฮโดรเจนในรูปของแข็งที่มีความหนาแน่นใช้ได้ แล้วไฮโดรเจนเป็นอะตอมที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในการยับยั้งนิวตรอน เมื่อนิวตรอนชนกับโปรตรอน หากจะเปรียบเทียบให้เห็นได้ชัด คือ เวลาเล่นสนุกเกอร์ เวลาที่วัตถุที่มีมวลเท่ากันมาชนกัน ลูกตัวหนึ่งหยุด อีกลูกหนึ่งรับพลังงานไป ถ้ามวลเท่ากับนิวตรอนจะมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการยับยั้งนิวตรอน อนุภาคโปรตรอน นิวเคลียสของไฮโดรเจนมีน้ำหนักเกือบเท่ากับน้ำหนักของนิวตรอน  จึงมีประสิทธิภาพมากที่สุดในการยับยั้งนิวตรอน ส่วนนิวตรอนพลังงานต่ำที่เกิดจากการแตกสลายของตะกั่วจะกระเด้งไปมาและลดพลังงาน จนเราสามารถวัดได้ เครื่องวัดที่สอดเข้าไปข้างใน  เป็นหลอดวัดนิวตรอน  ซึ่งมีแก๊ส boron trifluoride (โบรอน ไตรฟลูออไรด์) ส่วนนิวตรอนชนกับโบรอน 10ทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์  แต่ขอเน้นว่า รังสีคอสมิกที่เราวัดสารกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ เราไม่ได้ทำให้เกิดขึ้น เราไม่ได้ใช้เครื่องเร่งอนุภาค  ไม่ได้สร้างรังสีเพื่อเป็นอันตรายต่อมนุษย์หรือสิ่งแวดล้อม เป็นสิ่งที่มาจากท้องฟ้าอยู่แล้ว  เพียงแต่ในเครื่องวัดเราจะให้ชนกับโบรอน 10 แล้วเกิดลิเทียมและฮีเลียม สามารถวัดในเครื่องวัดได้ ทั้งหมดคือวิธีการวัดนิวตรอน  จะมีสัญญาณอิเลกทรอนิกส์และโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่บอกจำนวนนิวตรอนต่อนาทีหรือต่อชั่วโมง

การตั้งสถานีตรวจวัดนิวตรอนที่ประเทศไทย นอกจากเพื่อความสะดวกเพราะเราอยู่ในประเทศไทยแล้ว ยังมีเหตุผลทางวิทยาศาสตร์อีก คือ ประเทศไทยเป็นตำแหน่งที่จะวัดรังสีคอสมิกและจะได้ข้อมูลที่ไม่เหมือนใครในโลก



สนามแม่เหล็กโลกจะออกจากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วโลก แต่ขั้วแม่เหล็กโลกจะไม่ใช่ขั้วโลกทางภูมิศาสตร์  ขั้วแม่เหล็กโลกจะห่างจากขั้วโลกทางภูมิศาสตร์ ประมาณ 8 องศา ถึงแม้ประเทศไทยจะไม่ได้อยู่ตรงเส้นศุนย์สูตรตามภูมิศาสตร์ แต่ประเทศไทยอยู่ตรงเส้นศูนย์สูตรแม่เหล็กพอดี เสมือนกันมีแท่งแม่เหล็กอยู่ใจกลางโลก ไม่ได้อยู่ใจกลางโลกพอดี แต่อยู่ชิดมาทางประเทศไทย บริเวณที่มีสนามแม่เหล็กในแนวนอนที่เข้มข้นที่สุดของโลก คือ ชุมพร  รังสีคอสมิกที่เข้ามาในประเทศไทยจะเข้ามายากเป็นพิเศษ เนื่องจากต้องข้ามสนามแม่เหล็กจำนวนมาก เพราะฉะนั้นรังสีคอสมิกที่มีพลังงานสูงที่สุดจึงจะข้ามสนามแม่เหล็กได้ รังสีคอสมิกที่มีพลังงานต่ำ ก็จะเกลียวตามสนามแม่เหล็กไปที่บริเวณอื่น อาจจะเข้าได้เฉพาะที่ขั้วโลก  ประเทศไทยเป็นบริเวณที่วัดรังสีคอสมิกได้ยากที่สุด จำนวนน้อยที่สุด แต่ได้รังสีคอสมิกที่มีพลังงานสูงที่สุดทำให้ข้อมูลที่ได้แตกต่างจากบริเวณอื่น เป็นข้อมูลที่มีเอกลักษณ์





หน้าที่ 4 - ดวงอาทิตย์มีวันดับหรือไม่ / ดาวฤกษ์อื่นๆ จะมีวัฏจักรเป็นอย่างไรบ้าง

ดวงอาทิตย์มีวันดับหรือไม่





อนาคตของดวงอาทิตย์ของเรา ซึ่งนักดาราศาสตร์สังเกตจากดาวฤกษ์ดวงอื่นที่ใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์

ปัจจุบันนี้ แหล่งพลังงานของดาวอาทิตย์มาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ในแกนกลาง ซึ่งสร้างพลังงาน ทำให้มีความดันของแก๊ส ที่จริงความดันเป็นแรงต่อพื้นที่ แต่ถ้าดูหน่วย จะเป็นหน่วยเดียวกับความหนาแน่นพลังงาน พลังงานต่อปริมาตร เกี่ยวข้องกัน คือ ถ้ามีแหล่งพลังงานก็จะมีความดัน  ความดันนี้ทำให้แก๊สรับน้ำหนักดวงอาทิตย์ได้ คือมีน้ำหนักกดลง มีความดันสู้กับน้ำหนักได้ ด้วยการเผาธาตุไฮโดรเจน  แต่ในอนาคตจะเกิดอะไรขึ้น ถ้าเชื้อเพลิงไฮโดรเจนหมดไป ซึ่งเราคาดว่าจะเกิดขึ้นอีก 7.5 พันล้านปีในอนาคต ขณะนี้ดวงอาทิตย์อายุประมาณ 4.5 พันล้านปี คาดว่าดวงอาทิตย์มีเชื้อเพลิงทั้งหมดประมาณ 12,000 ล้านปี เมื่อหมดเชื้อเพลิงไอโดรเจน จะขาดความดันที่จะแบกน้ำหนักดวงอาทิตย์ แกนกลางจะหดตัว แล้วก็จะร้อนขึ้นจนสามารถเผาธาตุฮีเลียมได้ ซึ่งจะสามารถแบกรับน้ำหนักได้อีกครั้งหนึ่ง แต่ในขณะที่แกนกลางหดตัว และร้อนมากขึ้น ผิวของดาวฤกษ์จะขยายตัวด้วย  เมื่อเชื้อเพลิงหมด ผิวของดวงอาทิตย์ก็จะเย็นลง และจะเปลี่ยนสี กลายเป็นสีแดง และจะมีการเปลี่ยนทางกายภาพ และอิเล็กตรอนสามารถรวมตัว กับนิวเคลียสเป็นอะตอม ของไฮโดรเจน หรือแม้แต่ไอออนไฮโดรเจนลบ อย่างไรก็ตาม เมื่อแก๊สเย็นลงจะมีการดูดกลืนแสงได้ดีมากขึ้น จะมีความดันแสง ซึ่งจะผลักบรรยากาศออกไปทำให้ผิวของดวงอาทิตย์ขยายตัว 300 เท่า จนเราจะเรียกว่า ดาวยักษ์ หรือ Giant ดังนั้นดาวชนิดนี้จะเรียกว่า Red Giant (ยักษ์แดง หรือปีศาจแดง) แต่ดวงอาทิตย์จะเป็นดาวยักษ์แดงช่วงสั้นๆ ประมาณ 100 ล้านปี (เมื่อเปรียบเทียบกับ 12,000 ล้านปี) แล้วในที่สุดชั้นบรรยากาศล้อมรอบก็จะผลัดออกไปหมดจนเหลือแกนกลางซึ่งหดไปแล้วเนื่องจากหมดเชื้อเพลิงจะกลายเป็นดาวแคระขาว White Dwarf (บางตำราเรียก Black Dwarf) และดวงอาทิตย์น่าจะหยุดที่การเป็นดาวแคระขาว



หากเป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์หลายเท่า เช่น มากกว่าดวงอาทิตย์ 9 เท่าขึ้นไป อาจจะกลายเป็นซุปเปอร์โนวา ที่จะระเบิด เพราะเมื่อมีมวลมากขึ้น จะใช้เชื้อเพลิงเร็วมากขึ้น และหากใช้เชื้อเพลิงหมดจริงๆ จะหดไปเรื่อยๆ จนแบกน้ำหนักไม่ไหว จนในที่สุดมีการหดตัวกลายเป็นดาวนิวตรอน  แทนที่จะเป็นดาวแคระขาวบางท่านคาดว่าอาจจะเป็นหลุมดำ ยังไม่มีหลักฐานแน่นอน แต่อาจจะเป็นไปได้ และเมื่อการหดตัวแรงขนาดนั้นอาจจะเกิดคลื่นกระแทก ทำให้ดาวทั้งดวงระเบิดออกเป็นซุปเปอร์โนวา



สรุปดวงอาทิตย์คงไม่ดับ แค่เปลี่ยนสภาพ อาจจะเป็นดาวแคระขาว

ดาวฤกษ์อื่นๆ จะมีวัฏจักรเป็นอย่างไรบ้าง
ดาวฤกษ์อื่นๆ จะมีวัฏจักรใกล้เคียงกัน ระยะอาจจะสั้นหรือยาวกว่า 11 ปี ไม่มาก ดาวฤกษ์ขนาดเล็กจะมีสนามแม่เหล็กแรงมากกว่า



หน้าที่ 5 - สถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร

สถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร
(ขอขอบคุณข้อมูลจากสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร www.thaispaceweather.com)

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 



รถเข็นพิเศษสำหรับเข็นตะกั่วโดยเฉพาะ

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

สรุปส่งท้าย

การศึกษาเกี่ยวกับดวงอาทิตย์ทำให้ทราบว่า พายุสุริยะจะเกิดขึ้นบ่อยครั้งในช่วงที่มีจุดมืดจำนวนมากบนดวงอาทิตย์ พายุสุริยะมักจะเกิดขึ้นในกลุ่มจุดมืดของดวงอาทิตย์ แต่พายุสุริยะไม่เคยทำลายสิ่งปลูกสร้าง หรือทำลายผู้คนให้ล้มตายหรือบาดเจ็บ อาจจะกระทบทางด้านเศรษฐกิจบ้าง เช่น กระทบต่อบริษัทสายการบิน  โรงผลิตกระแสไฟฟ้า บริษัทดาวเทียม นักบินอวกาศ และรบกวนการสื่อสารทางคลื่นวิทยุ เป็นต้น เราจึงไม่ควรตระหนกต่อการเกิดพายุสุริยะ และเราควรจะศึกษาและใช้ประโยชน์จากการเกิดพายุสุริยะให้มากที่สุดค่ะ

อาจารย์เดวิด เป็นชาวอเมริกันที่รักประเทศไทยมาก และเป็นอาจารย์ที่ใจดีมาก อาจารย์ถ่ายทอดความรู้อย่างเต็มที่ อาจารย์ฝากบอกน้องๆ ว่า หากสนใจที่จะเรียนวิทยาศาสตร์ หรือวิชาฟิสิกส์  ไม่ใช่วิชาที่ยากจนเกินไป  เพียงใช้ความเข้าใจ และอาจารย์ฝากให้กำลังใจน้องๆ ทุกคน ขอให้ผ่านระดับมัธยมที่อาจจะต้องท่องจำให้ได้ แล้วอนาคตในระดับปริญญาตรีจะรู้สึกง่ายขึ้น เพราะใช้ความเข้าใจ อาจารย์เรียนเก่งขนาดเข้าเรียนระดับปริญญาตรี ขณะอายุ 13 ปี และจบปริญญาเอกขณะที่อายุ 23 ปี ซึ่งเครียดมาก  แต่ไม่ได้เครียดที่เนื้อหา หากแต่เป็นความเครียดทางสังคม เพราะในขณะที่เพื่อนๆ ตัวโตหมดแล้ว แต่เราตัวเล็กอยู่ (หากเปรียบเทียบกับเด็กไทย เข้าเรียนปริญญาตรีอายุ 13 ปี ประมาณ ม.2 ค่ะ) อาจารย์แนะนำให้น้องๆ เรียนตามระดับชั้นเรียนปกติจะดีกว่า จะได้ไม่เครียดมาก  ปัจจุบันนอกจากอาจารย์จะประจำอยู่ที่ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดลแล้ว อาจารย์ยังเป็นอาจารย์พิเศษที่โรงเรียนจิตรลดา  รวมทั้งเป็นทำงานเป็นหัวหน้ากลุ่มวิจัยของสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร ศึกษาเกี่ยวกับรังสีคอสมิก พายุสุริยะ ดวงอาทิตย์และงานวิจัยอื่นๆ อีกมากมาย เพื่อเป็นประโยชน์กับประเทศไทยเราค่ะ  



ขอขอบพระคุณ อาจารย์เดวิดที่รักประเทศไทย ศึกษาเรื่องต่างๆ เพื่อประเทศไทย  เป็นตัวอย่างครอบครัวไทยที่อบอุ่นและน่ารักให้เราได้ชื่นชมกัน และให้ความรู้เรื่องดวงอาทิตย์พายุสุริยะ และสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธร พร้อมภาพประกอบ เป็นการจุดประกายความคิดให้เยาวชนไทยรักการเรียนวิทยาศาสตร์ ฟิสิกส์ และดาราศาสตร์ค่ะ



แสดงความคิดเห็น