NASA NASA ใช้จรวดขนาดบั้งไฟ วัดค่าสนามแม่เหล็กชั้น Chromosphere ของดวงอาทิตย์ครั้งแรก
NASA ใช้จรวดขนาดบั้งไฟ วัดค่าสนามแม่เหล็กชั้น Chromosphere ของดวงอาทิตย์ครั้งแรก

Chottiwatt Jittprasong in Featured

NASA ใช้จรวดขนาดบั้งไฟ วัดค่าสนามแม่เหล็กชั้น Chromosphere ของดวงอาทิตย์ครั้งแรก

March 10, 2021

มนุษย์เรานั้นมีเพียงไม่กี่คนที่ได้เห็นชั้น Chromosphere ของดวงอาทิตย์เนื่องจากมันเป็นส่วนของชั้นบรรยากาศดวงอาทิตย์ระหว่าง Photosphere (พื้นผิว) และชั้น Corona และทางเดียวที่จะเห็นมันได้คือช่วงสุริยุปราคาเท่านั้น เมื่อดวงจันทร์มาบังพื้นผิวที่สว่างของดวงอาทิตย์ทั้งหมดจนเหลือแค่ชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ที่มองเห็นได้ และชั้นบรรยากาศชั้นนี้เองก็เป็นปริศนาที่นักดาราศาสตร์ยังไม่สามารถแก้ไขได้มาหลายร้อยปีแล้ว

ชั้น Chromosphere เป็นเหมือนแผ่นกันที่กันระหว่างพื้นผิวของดวงอาทิตย์เรียกว่า Photosphere อุณหภูมิของ Photoshere อยู่ที่ประมาณ 5,500 องศาเซลเซียส ในขณะที่ชั้น Corona ของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงถึง 1 ล้านองศาเซลเซียส หากจะหาสาเหตุว่าเหตุใดจึงเกิดความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขนาดนี้ก็คงจะต้องตกอยู่ที่ชั้น Chromosphere ที่คั่นกลางทั้งสองชั้นไว้นั้นเอง หนึ่งในนั้นก็คือการวัดค่าสนามแม่เหล็ก

ชั้น Chromosphere ที่มองเห็นได้เป็นสีแดง (สีของไฮโดรเจน) ระหว่างการเกิดสุริยุปราคาเมื่อปี 1990 – ที่มา Luc Viatour

เป็นครั้งแรกที่ NASA สามารถวัดค่าสนามแม่เหล็กของชั้น Chromosphere ได้สำเร็จด้วยดาวเทียม CLASP2 (Chromospheric Layer Spectropolarimeter 2) ซึ่งถูกติดตั้งอยู่บนจรวด Sub-orbital อ้างอิงจากงานวิจัย Mapping solar magnetic fields from the photosphere to the base of the corona

การที่เราไขปริศนาเหล่านี้ได้จะช่วยให้เราเข้าใจเกี่ยวกับระบบสุริยะเรามากขึ้นโดยเฉพาะการพยากรณ์อวกาศ (Space Weather) ที่จะช่วยให้เราสามารถคาดการณ์การเกิดพายุสุริยะหรือลมสุริยะล่วงหน้าได้นั่นเอง การปะทุของดวงอาทิตย์อย่าง Coronal Mass Ejection (CME) หรือ Solar Eruption เกิดจากเส้นสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าซึ่งอาจทอดยาวไปไกลผ่านโลกของเรา ซึ่งอาจพาอนุภาคมีประจุต่าง ๆ มาด้วยได้

ถึงมันจะไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ แต่เราสามารถตรวจจับมันได้แบบอ้อม ๆ เช่น จากพลาสม่าหรือร่องรอยของแก๊สได้นั่นเอง นักดาราศาสตร์สามารถตรวจจับเส้นสนามแม่เหล็กในชั้น Corona โดยตรงขณะที่กำลังเกิด Solar Eruption ได้ อย่างไรก็ตามความหนาแน่นของแก๊สในชั้น Corona นั้นต่ำมาก ต่ำกว่าความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลปานกลางบนโลกเสียอีก ทำให้การวัดนั้นคลาดเคลื่อนได้ง่าย

นักดาราศาสตร์จึงใช้อีกวิธีคือการวัดที่ Photosphere ซึ่งเป็นพื้นผิวของดวงอาทิตย์ที่มีความหนามากกว่านั้นเอง จากนั้นจึงใช้โมเดลทางคณิตศาสตร์เพื่อประมาณว่าเส้นสนามแม่เหล็กจาก Photosphere ทะลุออกไป Chromosphere และ Corona อย่างไร

ชั้นต่าง ๆ ของดวงอาทิตย์ – ที่มา NASA’s Goddard Space Flight Center

อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์พบว่าในชั้น Chromosphere นั้นซับซ้อนกว่าที่เราคิด เพราะเมื่อเส้นสนามแม่เหล็กทะลุจากชั้น Photosphere ไปยัง Chromosphere พฤติกรรมของเส้นสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปในลักษณะที่คาดเดาได้อยาก จึงทำให้ไม่สามารถจำลองได้ดีเท่าที่ควรจึงต้องหาวิธีอื่นที่จุวัดค่าสนามแม่เหล็กเหล่านี้ได้

และอุปกรณ์ที่จะมาวัดค่าดังกล่าวก็คือ CLASP2 พัฒนาร่วมกันโดยสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น สเปน และฝรั่งเศส โดยติดตั้งอุปกรณ์ไว้ที่จรวด Sounding rocket ซึ่งก็คือจรวด Sub-orbital ที่จะขึ้นไปในอวกาศเพียงไม่กี่นาทีจากนั้นจึงตกกลับโลก จรวดแบบนี้ใช้เชื้อเพลิงน้อยกกว่ามากทำให้ประหยัดค่าใช้จ่ายในการทดลองอุปกรณ์ได้มาก

Black Brant XII Sounding Rocket – ที่มา NASA/Wallops

จรวด Sounding Rocket ที่ติดตั้ง CLASP2 ถูกปล่อยจากฐานปล่อยที่ White Sands Missile Range, New Mexico ขึ้นไปสู่อวกาศที่ความสูง 274 กิโลเมตรเหนือชั้นบรรยากาศเพื่อสำรวจดวงอาทิตย์ โดยเมื่อพ้นชั้นบรรยากาศและ CLASP2 เริ่มทำการสำรวจดวงอาทิตย์ กล้อง IRIS (Interface Region Imaging Spectrograph) ของ NASA และดาวเทียม Hinoda ของญี่ปุ่นซึ่งอยู่ในวงโคจรรอบโลกก็เริ่มสำรวจจุดจุด เดียวกับที่ CLASP2 โดยทั้ง 3 กล้องจะสำรวจจุดเดียวกันแต่คนละความลึก

ซึ่งจรวด Sounding Rocket นี้อธิบายง่าย ๆ ก็คือบั้งไฟของไทยเรานั่นแหละ เพียงแต่ว่ามีประสิทธิภาพสูงมาก ยิงขึ้นไปได้ตั้งแต่หลักสิบ หลักร้อยกิโลเมตรไปจนถึงหลักพันกิโลเมตร และยิ่งเมื่อติดอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ขึ้นไปก็จะสามารถสร้างการค้นพบต่าง ๆ ได้

Hinoda ของ JAXA จะสำรวจบริเวณ Photosphere เพื่อหาเส้นสเปกตรัมของเหล็กในชั้น Photosphere ในขณะที่ CLASP2 จะหาเส้นสเปกตรัมของ Ionized Magnesium และ Magnesium ในแต่ละชั้นของ Chromosphere ที่แบ่งย่อยได้อีกเป็น 3 ชั้น ส่วน IRIS จะวัดเส้นสเปกตรัมของ Magnesium ที่ความละเอียดสูง เพื่อช่วย CLASP2

Zeeman Effect เส้นสเปกตรัมและเส้นดูดกลืนแสง (Absorption Lines) – ที่มา NASA’s Goddard Space Flight Center/Scott Weissinger

ผลลัพธ์ที่ได้จากการใช้กล้องทั้ง 3 ตัวร่วมกัน คือ แผนที่สนามแม่เหล็กชั้น Chromosphere แบบแบ่งความสูง (Multi-height Map) อันแรกของดวงอาทิตย์ ซึ่งไม่เคยมีใครทำได้พร้อม ๆ กันมาก่อน ได้เป็นข้อมูลในแต่ละชั้นความสูงของ Chromosphere

ข้อมูลความเข้มของสนามแม่เหล็กในแต่ละชั้นของดวงอาทิตย์ – ที่มา Mapping solar magnetic fields from the photosphere to the base of the corona

ซึ่งการศึกษา Heliophysics จะเป็นส่วนหนึ่งที่ช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถไขปริศนาอันมหาศาลเกี่ยวกับเอกภพ ระบบสุริยะ ดวงอาทิตย์ โลก และชีวิตของเราได้สำเร็จในอนาคตนั่นเอง และภารกิจนี้เป็นเพียงก้าวเล็กเท่า ๆ นั้น

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

NASA Missions Make Unprecedented Map of Sun’s Magnetic Field





MORE