Planetary Science South Atlantic Anomaly จุดอ่อนของสนามแม่เหล็กโลกที่กำลังขยายตัว
South Atlantic Anomaly จุดอ่อนของสนามแม่เหล็กโลกที่กำลังขยายตัว

Chottiwatt Jittprasong

South Atlantic Anomaly จุดอ่อนของสนามแม่เหล็กโลกที่กำลังขยายตัว

August 21, 2020

สนามแม่เหล็กโลก หรือ Geomagnetic field เปรียบเสมือนเกราะป้องกันของโลก ซึ่งป้องกันโลกเราจากอนุภาคที่มีประจุต่าง ๆ โดยเฉพาะอนุภาคที่มีประจุจาก Coronal Mass Ejection อย่างพายุสุริยะและลมสุริยะ ซึ่งปลดปล่อยอนุภาคจำพวกโปรตอนอิเล็กตรอนและรังสีไอออไนซ์จำนวนมากออกมาพร้อมกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กโลกจะทำหน้าที่เหวี่ยงอนุภาคเหล่านี้ออกไปหรือจับมันไว้ในสนามแม่เหล็กโลกเพื่อไม่ให้มันกระทบโลก ทำให้ชีวิตทุกชีวิตบนโลกปลอดภัยจากรังสีอันตรายต่าง ๆ เรียกได้ว่าหากไม่มีสนามแม่เหล็กโลก ก็อาจไม่มีสิ่งมีชีวิตบนโลก

ภาพจำลองเส้นสนามแม่เหล็กโลก – ที่มา NASA

แต่บนสนามแม่เหล็กโลกมีจุดจุดหนึ่งที่เรียกว่า South Atlantic Anomaly หรือ SAA ซึ่งเป็นจุดที่อยู่ทางตอนใต้ของมหาสมุทรแอตแลนติก มีกำลังของสนามแม่เหล็กโลกน้อยกว่าปกติ ซึ่ง NASA พบว่ามันกำลังขยายตัวใหญ่ขึ้นและอ่อนแรงลงกว่าเดิม

South Atlantic Anomaly คืออะไร

South Atlantic Anomaly (SAA) เป็นจุดที่ Van Allen belt ใกล้โลกมากกว่าปกติ ซึ่ง Van Allen belt คือ พื้นที่ในสนามแม่เหล็กโลกที่อนุภาคมีประจุมาติดอยู่ อย่างประจุจากพายุสุริยะไม่ถูกสะท้อนหรือเหวี่ยงออกจากสนามแม่เหล็กโลกไป มันก็จะถูกดึงเข้ามาอยู่ในเขตของ Van Allen belt แทน ทำให้ Van Allen belt เป็นเหมือนที่กักกันอนุภาคมีประจุต่าง ๆ ไม่ให้เข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก โดยปกติ Van Allen belt นั้นแบ่งเป็นสองชั้น คือ Inner belt (ชั้นใน) และ Outer belt (ชั้นนอก) โดยที่ Inner belt อยู่สูงจากโลกตั้งแต่ 1,000 กิโลเมตร ถึง 12,000 กิโลเมตร ส่วน Outer belt อยู่สูงจากโลก 13,000 กิโลเมตร ถึง 60,000 กิโลเมตร

แบบจำลองของ Van Allen Belt ชั้นใน (สีแดง) และชั้นนอก (สีฟ้า) – ที่มา NASA

แต่ที่ South Atlantic Anomaly นั้น Van Allen belt มีความสูงจากพื้นโลกเพียงแค่ประมาณ 200 กิโลเมตรเท่านั้น ซึ่งใกล้กว่าปกติถึง 5 เท่า ซึ่งที่ความสูง 200 กิโลเมตรนั้นเป็นเขตของ low-Earth orbit (LEO) และเพราะว่า Van Allen belt เป็นส่วนของสนามแม่เหล็กที่มีประจุอนุภาคจำนวนมากทำให้อะไรก็ตามที่ผ่านมาใน Van Allen belt ไดรับประจุอนุภาคเหล่านี้เข้าไปด้วย โดยเฉพาะดาวเทียมที่โคจรผ่าน SAA มีความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายกับระบบไฟฟ้าในดาวเทียมเนื่องจากเมื่อประจุพวกนี้ชนกับแผงวงจรอะไรก็ตาม มันจะจ่ายไฟให้แผงวงจรด้วยขึ้นอยู่กับว่ามันเจอกับประจุเยอะแค่ไหน และถ้าเยอะมากแผงวงจรอาจจะลัดวงจรพังก็ได้ นอกจากนี้พื้นที่ SAA ยังมีค่าแมกนิจูดของสนามแม่เหล็กน้อยกว่า 32,000 nanotesla ซึ่งปกติแล้วค่าแมกนิจูดเฉลี่ยจะอยู่ที่ 50,000 nanotesla

ค่าแมกนิจูดของสนามแม่เหล็กโลก – ที่มา NOAA

มีดาวเทียมจำนวนไม่น้อยที่ต้องโคจรผ่าน SAA ไม่ว่าจะเป็น Hubble Space Telescope ที่เวลาผ่าน SAA ต้องปิดระบบทั้งหมดก่อนเพื่อป้องกันความเสียหาย หรือ ISS ที่ป้องกันประจุเหล่านี้ด้วยเกราะสะท้อนประจุเพราะว่า ISS มีคาบโคจรเอียง 51.6 องศา ก็จะมีบางช่วงที่ต้องผ่าน SAA เช่นกัน หรือในภารกิจ Skylab ที่ระหว่างโคจรผ่าน SAA เกิดสัญญาณเตือน Solar Flare ขึ้น (False alarm) ภารกิจกระสวยอวกาศที่กระสวยอวกาศต้องโคจรผ่าน SAA NASA ได้รายงานว่าคอมพิวเตอร์บนยานบางตัวล่มขณะที่กำลังผ่าน SAA หรือในภารกิจ CRS-1 ของ SpaceX ที่ขณะยาน Dragon กำลังผ่าน SAA เกิดปัญหาขึ้นกับระบบเครื่องยนต์ซึ่งเชื่อว่าเกิดจากประจุอนุภาคไปรบกวนการทำงานของระบบเครื่องยนต์

พื้นที่ของ South Atlantic Anomaly ที่ความสูง 560 กิโลเมตร – US ROSAT/Steve Snowden

เหตุผลที่ Van Allen belt ในพื้นที่ของ SAA มันใกล้โลกกว่าปกติเป็นเพราะว่า Van Allen belt นั้นเอียงตามแกนแม่เหล็กโลกซึ่งเอียงจากแกนหมุนของโลกประมาณ 11 องศา ทำให้ Van Allen belt ที่อ้างอิงแกนแม่เหล็กนั้นเอียงเข้าหาผิวโลกมากกว่าปกติในฝั่งตอนใต้ของมหาสมุทรแอตแลนติก และเอียงออกจากผิวโลกมากกว่าปกติเช่นกันในฝั่งตอนเหนือของมหาสมุทรแปซิฟิก

ภาพจำลองการเอียงของ Inner Radiation Belth – ที่มา Marko Markovic

อย่างไรก็ตามการเอียงของ Inner belt ซึ่งทำให้เกิด SAA ยังไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกเราเพราะว่ามันยังอยู่สูงกว่าผิวโลกถึง 200 กิโลเมตร แต่จากการสำรวจและวิจัยของ NASA ระยะยาว พบว่า SAA กำลังขยายใหญ่ขึ้นกว่าเดิมและกำลังเคลื่อนที่ไปทางตะวันตกมากกว่าเดิม

SAA กำลังขยายตัวเพราะอะไร

SAA เป็นจุดที่เกิดจากปัจจัยสองอย่าง คือ แกนเอียงของสนามแม่เหล็กและตัวสนามแม่เหล็กโลกเอง โลกก็เป็นเหมือนแท่งแม่เหล็กมีขั้วเหนือขั้วใต้ซึ่งทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ แต่สิ่งที่สนามแม่เหล็กโลกแตกต่างจากแท่งแม่เหล็กธรรมดาคือ สนามแม่เหล็กโลกมันไม่ได้เรียงตัวแบบตรงเป๊ะ ๆ กับโลกและมันก็ยังไม่เสถียรเหมือนแท่งแม่เหล็กด้วย เพราะว่าสนามแม่เหล็กโลกเกิดจากแกนกลางชั้นนอกของโลกที่มีเหล็กเหลวกำลังหมุนเวียนอยู่ใต้พื้นดินไป 2,900 กิโลเมตรจากผิวโลก ซึ่งการหมุนเวียนของเหล็กเหลวที่ว่าทำให้เกิดปรากฏการณ์ Geodynamo ซึ่งสร้างกระแสไฟฟ้าภายในแกนชั้นนอกซึ่งเป็นเหล็กเหลวที่สามารถนำไฟฟ้าได้ทำให้เกิด Magnetic polarities ระหว่างขั้วเหนือและขั้วใต้ของปรากฏการณ์ Geodynamo เกิดเป็นสนามแม่เหล็กขึ้น

ปรากฏการณ์ Geodynamo ในแกนของดาวเคราะห์ – ที่มา USGS

ปรากฏการณ์ Geodynamo เป็นปรากฏการณ์ที่ไม่เสถียรเพราะว่าเหล็กเหลวในแกนชั้นนอกของดาวเคราะห์ไม่ได้เคลื่อนที่แบบเดิมตลอดเวลาและอาจเปลี่ยนไปตอนไหนก็ได้ซึ่งการเปลี่ยนแปลงของปรากฏการณ์ Geodynamo จะทำให้สนามแม่เหล็กโลกเปลี่ยนไปด้วย หรือหากแกนชั้นนอกของดาวเคราะห์ส่วนใดส่วนหนึ่งไหลเวียนช้าลงก็จะทำให้แกนแม่เหล็กโลกในฝั่งนั้นอ่อนลงไปด้วยซึ่งอาจทำให้เกิดจุดที่คล้าย SAA เพิ่ม

บวกกับการที่แกนของสนามแม่เหล็กโลกไม่ได้อยู่นิ่งตลอดเวลาและสามารถเคลื่อนที่ได้ทำให้มีความเป็นไปได้ว่าหากแกนแม่เหล็กเอียงเพิ่มขึ้นมากกว่าเดิมจาก 11 องศา อาจจะทำให้จุด SAA ที่เดิมอยู่ใกล้ชั้นบรรยากาศโลกอยู่แล้ว เข้าใกล้โลกเข้าไปมากกว่าเดิมอีก

การเคลื่อนที่ของขั้วเหนือของสนามแม่เหล็กโลก – ที่มา Cavit

ข้อมูลจาก Solar, Anomalous, and Magnetospheric Particle Explorer (SAMPEX) บอกว่า SAA กำลังค่อย ๆ เคลื่อนที่ขึ้นไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือซึ่งยืนยันว่าขั้วแม่เหล็กเคลื่อนที่ตลอดเวลา นอกจากนี้ข้อมูลจาก SAMPEX ยังสามารถนำไปสร้างโมเดลทางคอมพิวเตอร์เพื่อจำลองและคาดการณ์การเคลื่อนที่ของ SAA ในอนาคตได้ด้วย

VDO อธิบายการขยายตัวและการเกิด SAA – ที่มา NASA

SAA มีผลอะไรกับเรา

เมื่อเกิดพายุสุริยะหรือ CME อนุภาคที่มีประจุจำนวนมากจะกระทบกับ Magnetosphere ของโลกและถูกนำไปตามเส้นของสนามแม่เหล็กไปสู่ส่วนที่เรียกว่า Bow Shock ทำให้ความเร็วของอนุภาคที่มีประจุลดลงจากนั้นก็พัดจ่อไปยังส่วนของ Magnetotail อย่างไรก็ตามจะมีอนุภาคส่วนหนึ่งซึ่งจะหลุดรอดเข้ามาภายในสนามแม่เหล็กส่วนในได้และติดอยู่ใน Van Allen belt

ภาพจำลองลมสุริยะ เส้นสีส้มคืออนุภาคที่ถูกพัดออกโดยสนามแม่เหล็ก เส้นสีส้มคืออนุภาคที่หลุดรอดเข้ามาและติดอยู่ภายใน Van Allen belt – ที่มา NASA

จึงทำให้ Van Allen belt เรียกได้ว่าเป็นเขตกักกันของอนุภาคที่มีประจุและอนุภาคไอออไนซ์ซึ่งสามารถแผ่รังสีไอออไนซ์ได้ เพราะว่ามันมีความเข้มข้นของรังสีสูงมากเนื่องจากอนุภาคจากดวงอาทิตย์ติดอยู่ในนั้นเป็นจำนวนมากนั่นเอง จึงคงไม่มีใครอยากเข้าไปใกล้มันหรือเข้าไปอยู่ข้างใน Van Allen belt สักเท่าไหร่ แม้แต่ดาวเทียมเองก็ไม่อยากเข้าไปอยู่

ภาพจำลองลมสุริยะและสนามแม่เหล็กโลก – ที่มา NASA

แต่ไม่ต้องห่วงเพราะเราไม่ต้องเข้าไปหามัน มันก็มาหาเราซะแล้ว (ฮา) การที่ SAA มีกำลังของสนามแม่เหล็กอ่อนบวกกับ Van Allen belt ที่ใกล้โลกผิดปกติทำให้อนุภาคมีประจุที่วิ่งอยู่ใน Van Allen belt สามารถกระโดดข้ามเข้ามาในชั้นบรรยากาศโลกได้ และยิ่งอยู่ใกล้ก็ยิ่งสามารถกระโดดเข้ามาในชั้นบรรยากาศได้มากขึ้นเท่านั้น อนุภาคที่ว่านี้ก็คืออนุภาคไอออไนซ์ซึ่งสามารถแผ่รังสีไอออไนซ์ได้และเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตเป็นอย่างมากเพราะว่าอนุภคเหล่านี้สามารถทำลาย DNA ของเราแบบ DSB (Double Strand Break) ได้ เรียกได้ว่า DNA แตกเป็นเสี่ยง ๆ เลยทีเดียว (สามารถอ่านบทความเกี่ยวกับผลกระทบของรังสีในอวกาศต่อสิ่งมีชีวิตได้ที่นี่ Radiation in Space เมื่อมนุษย์กับรังสีในอวกาศ เราจะกลายพันธ์ุไหม)

แต่ ณ ตอนนี้ เรายังไม่ต้องเป็นห่วงเพราะว่า Van Allen belt ในเขต SAA ยังอยู่สูงกว่าเราพอสมควรที่มันจะยังไม่กระทบต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก แต่สิ่งที่กระทบแน่ ๆ คือดาวเทียม ดาวเทียมหลาย ๆ ดวงที่จะต้องโคจรเหนือ SAA จะต้องหาวิธีหรือเทคโนโลยีในการป้องกันตัวเองจากรังสีใน Van Allen belt ที่ไม่ต่างจากการบินผ่านลมสุริยะดี ๆ นี่เอง

ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากกำลังติดตามการเคลื่อนไหวของจุด SAA อย่างทีมของ NASA ที่กำลังวิเคราะห์ข้อมูลจาก Swarm constellation ของ ESA อยู่เพื่อสร้างโมเดลการพยากรณ์ทางสนามแม่เหล็ก และสร้างโมเดลของ Geodynamo SAA เป็นเหมือนโอกาสหนึ่งที่มอบให้กับนักวิทยาศาสตร์เพื่อที่จะศึกษาแกนของโลกและปัจจัยต่าง ๆ ที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก การเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็ก จุดอ่อนของสนามแม่เหล็ก เพื่อที่จะเข้าใจหลักการของสนามแม่เหล็กโลกให้มากยิ่งขึ้น

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก