ยาน Parker Solar Probe พบว่าลมสุริยะสามารถตีม้วนเข้าหาดวงอาทิตย์ได้เป็นครั้งแรก

เมื่อพูดถึงลมสุริยะแล้ว เราเรียนกันมานานแสนนานว่าเป็นกลุ่มของอนุภาคที่วิ่งออกมาจากดวงอาทิตย์ และเนื่องจากอนุภาคพวกนี้เป็นอนุภาคมีประจุมันจึงวิ่งตาม “เส้นแรงแม่เหล็ก” เหมือนกับที่เราเรียนกันมา ปกติแล้วดวงอาทิตย์จะมีเส้นแรงแม่เหล็กที่วิ่งออกจากตัวดวงอาทิตย์เราเรียกว่า Interplanetary Magnetic Field Lines ให้ลองนึกภาพว่าอนุภาคถ้าไม่มีสนามและเส้นแรงให้มันวิ่ง มันก็จะไม่ไปไหน ดังนั้นสิ่งที่กำหนดให้อนุภาคพวกนี้วิ่งออกมาจากดวงอาทิตย์ก็คือ Magnetic Field Lines นั่นเอง

เราเคยนำเสนอบทความว่าพฤติกรรมของลมสุริยะนั้นสามารถมองในมุมของกลศาสตร์ของไหลไว้ในบทความ กลศาสตร์ของไหล ความเชื่อมโยงที่นำไปสู่การศึกษาอวกาศที่ไม่ว่างเปล่า ที่มองพฤติกรรมเชิงแม่เหล็กเป็นในเชิงของไหล เรียกว่า Magnetohydrodynamics ซึ่งเป็นแนวคิดที่ถูกพัฒนาขึ้นโดยนักฟิสิกส์พลาสม่าชื่อ Hannes Alfvén เจ้าของรางวัลโนเบลในปี 1970

ภาพของเส้นแรงแม่เหล็กซึ่งเกิดจากสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ ที่มา – NASA / SDO / AIA / LMSAL.

ด้วยวิธีการมองแบบเส้นแรงแม่เหล็ก และกลศาสตร์ของไหล ทำให้ตอนนี้เราอธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นได้อย่างแม่นยำมากขึ้น รวมถึงการที่ยาน Voyager เพิ่งจะยืนยันการออกนอกระบบสุริยะด้วยการวัดอนุภาคมีประจุที่จุดสิ้นสุดของ Heliosphere (จุดสุดท้ายที่แรงจากลมสุริยะเดินทางไปถึง)

พฤติกรรมที่ไม่เคยเจอมาก่อน บนเส้นแรงแม่เหล็กของดวงอาทิตย์

ข้อมูลล่าสุดจากยาน Parker Solar Probe เผยให้เราเห็นพฤติกรรมที่ใหม่มาก ๆ ที่เราเพิ่งขึ้นพบ ต้องย้อนให้ฟังก่อนว่าเส้นแรงแม่เหล็กของดวงอาทิตย์นั้น ไม่ได้สวยงามและไม่ได้เป็น Laminar Flow (ไหลแบบสม่ำเสมอเท่ากันทุกจุด) แต่จะมีการโค้ง เบน บิดเบี้ยวกันไปตามสนามแม่เหล็กของวัตถุอื่น ๆ ในระบบสุริยะ รวมถึงดาวเคราะห์ด้วย (เป็นสาเหตุที่ทำให้เราเห็นแสงเหนือแสงใต้นั่นเอง)

ภาพจำลองยาน Parker Solar Probe ขณะเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด เพื่อศึกษาปรากฏการณ์บนผิวดวงอาทิตย์ในขณะที่อุปกรณ์ Magnetometer บนยานก็ทำแผนที่สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ ที่มา – NASA/JHU

แต่ประเด็นก็คือไม่ว่าจะอย่างไรก็ตามอนุภาคที่ไหลไปตามเส้นแรงแม่เหล็ก มันก็ควรจะไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามกับแหล่งกำเนิด (ซึ่งก็คือดวงอาทิตย์) แต่ทีมนักฟิสิกส์จาก  University of California, Berkeley ได้ตีพิมพ์ Paper 3 ตัวลงในวารสาร Nature พูดถึงพฤติกรรมของเส้นแรงแม่เหล็กที่ได้จากข้อมูลของยาน Parker Solar Probe ได้แก่

ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นการนำ Data จากการบินเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดของยาน Parker Solar Probe ในช่วงปี 2018 ซึ่งในตอนนั้นความ active ของดวงอาทิตย์เป็น Solar Minimum หรือปล่อยอนุภาคต่าง ๆ ออกมาน้อยนั่นเอง ยาน Parker Solar Probe ใช้อุปกรณ์ Magnetometer บนยานสัมผัสและสร้างเป็นแบบจำลองของเส้นแรงแม่เหล็กในระยะใกล้ดวงอาทิตย์พบว่า มีเส้นแรงที่พาเอาอนุภาคลมสุริยะ ตีกลับเข้าไป 180 องศา จากนั้นก็ค่อยพัดกลับออกมา ซึ่งเราไม่เคยเจอพฤติกรรมแบบนี้มาก่อน

แบบจำลองแสดงเส้นแรงแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ซึ่งพาเอาอนุภาคมีประจุเดินทางจาก Coronal Hole มาถึงยาน Parker Solar Probe และจะเห็นว่ามีบริเวณที่เส้นแรงแม่เหล็กตีกลับเข้าไปหาดวงอาทิตย์แบบ 180 องศา ก่อนจะตีกลับออกมาใหม่ ที่มา – UC Berkeley/JHU/Nature

จริง ๆ แล้ว พฤติกรรมแบบนี้นั้นต่างจากการปั่นป่วนของเส้นแรงแม่เหล็กแบบ Turbulence ปกติเพราะเรารู้อยู่แล้วว่าอัตราการไหลของลมสุริยะแต่ละจุดไม่เท่ากัน เวลาที่ลมสุริยะมาเจอกับสนามแม่เหล็กของดาวอื่น ๆ ก็จะเกิดการปั่นป่วน เช่น ปรากฎการณ์ Tail Reconnection ที่ทำให้จุดเกิดแสงเหนือแสงใต้ของโลกไม่สมมาตรกัน แต่การที่อยู่ดี ๆ เส้นแรงแม่เหล็กเกิดการตีกลับแบบ 180 องศานั้น ปัจจุบันยังอธิบายไม่ได้

ภาพจำลองการเกิด Switchbacks ของทิศทางการเคลื่อนที่ของลมสุริยะ ที่มา – NASA’s Goddard Space Flight Center

แต่อย่าลืมว่าการศึกษาดวงอาทิตย์ ณ ตอนนี้นั้นทฤษฎีที่ดีที่สุดที่เรามีอยู่ก็คือ Magnetohydrodynamics ของ Hannes Alfvén ซึ่งนำกลศาสตร์ของไหลมาอธิบาย ปรากฏการณ์การเกิด Switchbacks นี้ จึงน่าจะสอนกล้องกับพฤติกรรมในเชิง Magnetohydrodynamics อย่างแน่นอน

นักฟิสิกส์ก็มีความหวังว่าในปี 2020 ยาน Parker Solar Probe จะโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งยิ่งอยู่ใกล้ โอกาสที่จะได้ศึกษาปรากฏการณ์ Switchbacks ของ เส้นแรงแม่เหล็กนี้ก็จะเยอะขึ้นทำให้เราเข้าใจมันมากขึ้นว่าเกิดจากอะไรกันแน่ และสุดท้ายเราจะเข้าใจพฤติกรรมของมันมากขึ้น

อีกหลายการค้นพบที่น่าสนใจจาก Parker Solar Probe

นอกจากปรากฏการณ์ Switchbacks ที่กล่าวถึงแล้วนั้น ยังมีอีกหลาย ๆ การค้นพบที่ยาน Parker Solar Probe เช่นค้นพบว่า Zodiacal Light หรือแสงที่เกิดจากฝุ่นในระบบสุริยะนั้นถ้าอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มาเกินไปจะไม่ปรากฏเพราะความร้อนจากดวงอาทิตย์ทำให้อนุภาคของฝุ่นพวกนี้เปลี่ยนสถานะไปหมด ซึ่งระยะห่างที่จะไม่มีฝุ่นนั้นก็คือประมาณ 3.5 ล้านไมล์จากดวงอาทิตย์ ซึ่งเขียนไว้ใน Paper เรื่อง Near-Sun observations of an F-corona decrease and K-corona fine structure หรือการศึกษาความแตกต่างและปั่นป่วนในการเกิดลมสุริยะ โดยอาศัยหลักการ Alfvén-wave turbulence

ให้ลองนึกภาพว่าถ้าเรามองพฤติกรรมของลมสุริยะเป็นกลศาสตร์ของไหลจริง ๆ การมียาน Parker Solar Probe ก็เหมือนเป็นการศึกษาช่วง “ต้นน้ำ” ส่วนยาน Voyager 2 ซึ่งตอนนี้ก็เดินทางผ่านจุด Heliopause หรือจุดปลายสุดที่แรงจากลมสุริยะจะพัดไปถึง ก็เหมือนการศึกษา “ปลายน้ำ” สุดท้ายแล้ว ต้นน้ำกับปลายน้ำก็จะให้ข้อมูลของแหล่งกำเนิดต้นน้ำ ก็คือดวงอาทิตย์ของเราซึ่งเป็นดาวฤกษ์ดวงเดียวที่เราได้ศึกษาอย่างใกล้ชิดขนาดนี้

เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co





Must Know Topics