ตั้งแต่ยุคแรกแห่งการสำรวจอวกาศจนถึงปัจจุบัน เรามียานและดาวเทียมสำรวจอวกาศนับไม่ถ้วนแล้วและมียานอวกาศจำนวนไม่น้อยที่มีโอกาสได้สำรวจแต่ละส่วนของระบบสุริยะของเรา อย่างไรก็ตามตอนนี้มียานเพียงแค่ 2 ลำเท่านั้นที่กำลังสำรวจพื้นที่นอกระบบสุริยะของเราซึ่งก็คือยาน Voyager 1 และยาน Voyager 2
ข้อมูลระบบสุริยะของเราทั้งหมดจึงเป็นการเก็บข้อมูลภายในระบบหรือจากภายในเท่านั้นไม่ได้เป็นการสำรวจจากภายนอกซึ่งหากอ้างอิงกับหลักการทางวิทยาศาสตร์แล้วการเก็บข้อมูลจากภายในย่อมแม่นยำและเที่ยงตรงกว่าการเก็บข้อมูลจากภายนอก ยกตัวอย่างเช่น หากเราอยากรู้ส่วนประกอบของพื้นผิวของดาวอังคาร การเก็บข้อมูลด้วยการส่งยานไปสำรวจตรง ๆ ในชั้นบรรยากาศเลยย่อมเที่ยงตรงและแม่นยำกว่าการใช้อุปกรณ์บนภาคพื้นโลก เช่น Spectrophotometer มาตรวจสอบ
ปัจจุบันมียานเพียงสองลำนั่นก็คือ Voyager 1 และ 2 เท่านั้นที่อยู่ในพื้นที่ที่เรียกว่า Interstellar Space หรือนอกระบบสุริยะของเรานั่นเอง หมายความว่ายานได้ผ่านพื้นที่ที่เรียกว่า Heliosphere ซึ่งเป็นเขตพื้นทีที่ระบบสุริยะพัดถึง ผ่านจุดที่เรียกว่า Termination shock และผ่าน Heliopause ซึ่งเปิดจุดสิ้นสุดของระบบสุริยะเข้าสู่ Interstellar Space ไปแล้ว หมายความว่าโดยทฤษฎี Voyager 1 และ 2 ตอนนี้เป็น Interstellar object
ระบบสุริยะของเราไม่ได้อยู่เฉย ๆ แต่โคจรรอบแกนกลางของกาแลกซีทางช้างเผือกเช่นกันและกาแล็กซีทางช้างเผือกก็โคจรรอบ ๆ Cluster ของกาแลกซีอีกและ Cluster ของกาแล็กซีก็โคจรรอบ Supercluster อย่าง Laniakea Supercluster อีกทีไปเรื่อย ๆ แทบจะไม่มีที่สิ้นสุด และพื้นที่ที่เรากำลังโคจรรอบเรียกว่า Interstellar medium ซึ่งก็คืออวกาศที่ดูเหมือนจะว่างเปล่าแต่แท้จริงแล้ว Interstellar medium เหล่านี้ก็มี Interstellar particles อยู่เช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง “แก๊ส” หมายความว่าระบบสุริยะของเรากำลังแหวกแก๊สที่เปรียบเสมือนหมอกไปด้วยอยู่ และหมอกนั่นก็ไม่ต่างอะไรจากลมสุริยะด้วย
แล้วทำไมโลกของเราหรือแม้แต่ระบบสุริยะของเราไม่ได้รับผลกระทบจากแก๊สที่ว่า เหตุผลเดียวกับที่โลกเราไม่ได้รับผลกระทบจากลมสุริยะของดวงอาทิตย์ เรามีสนามแม่เหล็ก โลกของเรามีสนามแม่เหล็กที่ป้องกันเราจากลมสุริยะ ระบบสุริยะของเราก็มีสนามแม่เหล็กซึ่งมาจากลมสุริยะของดวงอาทิตย์เองที่มีประจุสูงมากจนทำให้เกิดเส้นสนามแม่เหล็กขึ้นรอบ ๆ Heliosphere ในระหว่างที่อนุภาคที่มีประจุต่าง ๆ จาก Interstellar space พุ่งเข้าใส่เรา มันก็ถูกเหนี่ยวนำไปตามเส้นสนามแม่เหล็กของ Heliosphere คล้ายกับที่โลกของเราเหนี่ยวนำลมสุริยะด้วยสนามแม่เหล็ก ส่วนอนุภาคที่ไม่มีประจุก็จะถูกแรงดันของลมสุริยะใน Heliosphere ดันออกให้เคลื่อนที่ไปรอบ ๆ Heliopause และเกิดเป็น Bow Shock ขึ้นซึ่งเป็นผลจากการปะทะกับระหว่างลมสุริยะกับ Interstellar medium
อ่าน – รู้ได้อย่างไรว่า Voyager 2 ออกนอกระบบสุริยะแล้ว บทเรียนจากการเดินทางที่ไร้จุดหมาย
อย่างไรก็ตาม การมี Heliosphere นั่นทำให้ข้อมูลที่เราคาดการณ์ไว้เกี่ยวกับความหนาแน่นของอะตอมของไฮโดรเจรใน Interstellar medium ของเราคาดเคลื่อนไป
อ้างอิงจากงานวิจัย Density of Neutral Hydrogen in the Sun’s Interstellar Neighborhood ข้อมูลจากอุปกรณ์ SWAP (Solar Wind Around Pluto) ของยาน New Horizons พบว่าค่า Neutral Hydrogen (อะตอมของไฮโดรเจนที่ไม่มีประจุ หมายความว่ามีจำนวน Proton และ Electron ในอะตอมเท่ากัน) ที่บริเวณ Termination shock ซึ่งเป็นบริเวณที่อนุภาคใน Interstellar medium ปะทะกับลมสุริยะ วัดได้ที่ 0.127 อนุภาคต่อพื้นที่ 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร หรือประมาณ 120 อะตอม ต่อ 945 ลูกบาศก์เซนติเมตร
เปรียบเทียบจากข้อมูลของยาน Voyager 2 (Voyager 1 ปล่อยน้องไปเถอะ น้องจะไม่ไหวแล้ว) ซึ่งอยู่ห่างจากโลกเราออกไป 6,400 ล้านกิโลเมตร ซึ่งก็วัดได้ที่ 120 อะตอม ต่อ 945 ลูกบาศก์เซนติเมตร เช่นกัน อย่างไรก็ตามข้อมูลนี้ขัดแย้งกันกับข้อมูลจากยาน Ulysses ซี่งเป็นโพรบสำรวจ วัดค่าความหนาแน่นของ Neutral Hydrogen ที่บริเวณดาวพฤหัสได้เพียงแค่ 80 อะตอม ต่อ 945 ลูกบาศก์เซนติเมตรเท่านั้น ต่างกันถึง 40%
ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า Neutral Hydrogen ที่มาจาก Interstellar medium นั้นไม่มีประจุเมื่อมันปะทะเข้ากับ Heliosphere ของระบบสุริยะซึ่งมีเส้นสนามแม่เหล็กจากลมสุริยะอยู่ มันจะทะลุผ่านเส้นสนามแม่เหล็กไปเลย เพราะว่าสนามแม่เหล็กมีผลแต่กับอนุภาคที่มีประจุเท่านั้น อนุภาคที่ไม่มีประจุก็ไม่มีผล จึงทำให้ Neutral Hydrogen ผ่านเข้ามาสู่พื้นที่ใน Heliosphere อย่างง่ายดาย แต่มันก็ต้องเจอกับมหาโหดของ Heliosphere เช่นกัน นั่นก็คือลมสุริยะ
เมื่อ Neutral Hydrogen ที่หลุดรอดจากเส้นแม่เหล็กของระบบสุริยะเข้ามาได้ มันก็เจอกับลมสุริยะเข้าซึ่งลมสุริยะเป็นอนุภาคที่มีประจุ (High-energy protons) เมื่ออนุภาคที่ไม่มีประจุเจอกับอนุภาคที่มีประจุ (ลมสุริยะ: High-energy protons) เข้า Neutral hydrogen ก็จะเสีย Electron ให้กับอนุภาคที่มีประจุ (ลมสุริยะ: High-energy protons) ส่วนตัวเองก็กลายเป็นอนุภาคที่มีประจุซะเอง (Positively-charged hydrogen) แต่ก็มี Neutral Hydrogen บางส่วนที่ไม่สูญเสียอิเล็กตรอนและยังเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุอยู่เช่นกัน
ปรากฎการณ์นี้ทำให้ยานสำรวจในอดีตที่เก็บข้อมูลมาก่อนหน้านี้แยกไม่ออกว่าอันไหนเป็น Hydrogen atom จาก Interstellar medium และอันไหนเป็น Hydrogen atom จากลมสุริยะ เพราะว่ามันดันกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุกันเกือบหมด (เป็นผลจากปรากฏการณ์ก่อนหน้านี้ทีได้อธิบายไป) อนุภาคที่ไม่มีประจุที่เหลืออยู่จริง ๆ จึงน้อย ทำให้การวัดค่าคลาดเคลื่อน
อย่างไรก็ตามยานสำรวจและโพรบใหม่ ๆ อย่างอุปกรณ์ SWAP ของยาน New Horizons สามารถแยกอะตอมของไฮโดรเจนที่มาจาก Interstellar medium ออกจากอะตอมของไฮโดรเจรที่มาจากลมสุริยะของดวงอาทิตย์ได้แล้ว ถึงแม้ว่ามันจะกลายเป็นอนุภาคมีประจุไปเกือบหมดแล้วก็ตาม เพราะว่าอุปกรณ์สามารถวัดค่าพลังงานของอนุภาคได้ซึ่งอนุภาคจาก Interstellar medium จะมีพลังงานมากกว่าอนุภาคจากลมสุริยะธรรมดานั่นเอง
ถึงแม้ว่าตัวเลขความหนาแน่นของอะตอมจะต่างกันจากแค่ 85 ไป 120 ก็ตาม แต่แค่เลขเพียงไม่กี่ตัวหากนำไปประยุกต์ในโมเดลที่ใหญ่มาก ๆ อย่าง Heliophysics มันย่อมมีความแตกต่างที่มีนัยสำคัญอย่างมาก ปัจจุบัน NASA กำลังส่งยานสำรวจอวกาศใหม่ ๆ อย่าง IBEX (Interstellar Boundary Explorer) เพื่อไขปริศนา Heliophysics มากมายเกี่ยวกับระบบสุริยะของเรา อย่างเช่น IBEX Ribbon ซึ่งเป็นเส้นของอนุภาคมีประจุนอกขอบระบบสุริยะของเราทอดยาวกว่า 16,000 ล้านกิโลเมตรหน้า Heliosphere ของเรา
เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO
อ้างอิง
Citation: Density of Neutral Hydrogen in the Sun’s Interstellar Neighborhood
New Evidence Our Neighborhood in Space Is Stuffed With Hydrogen
