Plasma Oscillation เสียงที่ Voyager 1 ได้ยิน บ่งบอกถึงความหนาแน่นของอวกาศใน Interstellar Space

Plasma Oscillation เสียงที่ Voyager 1 ได้ยิน บ่งบอกถึงความหนาแน่นของอวกาศใน Interstellar Space

ยาน Voyager 1 เป็นยานอวกาศลำแรกที่ได้วัดค่าตัวแปรต่าง ๆ นอกระบบสุริยะเมื่อวันที่ 25 สิงหาคม 2012 ซึ่งเป็นวันที่ Voyager 1 เดินทางผ่น Heliopause ซึ่งเป็นจุดสิ้นสุดของ “Bubble” ที่เรียกว่า Heliosphere ซึ่งเป็นจุดสิ้นสุดอาณาเขตอิทธิพลของลมสุริยะและสนามแม่เหล็กส่วนใหญ่ของดวงอาทิตย์ ซึ่งโดยนัยก็คือเป็นจุดสิ้นสุดของระบบสุริยะ พื้นที่นอก Heliosphere นี้เองเป็นพื้นที่ที่เรียกว่า Interstellar Space

พื้นที่ภายในบริเวณเส้น Heliopause เรียกว่า Heliosphere เป็นพื้นที่ที่ลมสุริยะมีอิทธิพล – ที่มา NASA/IBEX

Heliosphere ก็เป็นเหมือนเรือที่กำลังแล่นผ่านมวลสารจำนวนมากข้างหน้ามันซึ่งก็คือมวลสารภายใน Interstellar Space เมื่อมันแล่นผ่านแล้วมันก็จะทิ้งลูกคลื่นที่เรียกว่า “Wake” ไว้ ยานอวกาศทั้งหมดในระบบสุริยะที่กำลังเก็บข้อมูลต่าง ๆ ต่างก็กำลังถูกลูกคลื่นเหล่านี้โถมใส่ ในขณะที่ยานนอกระบบสุริยะอย่าง Voyager นั้นก็เป็นเหมือนเรือเล็ก ๆ ที่แล่นออกมานอกลูกคลื่นเจอกับกระแสน้ำที่สงบ น้ำในบริเวณนี้เป็นน้ำที่ไม่ถูกรบกวนโดยคลื่นของ Heliosphere

อ่าน – รู้ได้อย่างไรว่า Voyager 2 ออกนอกระบบสุริยะแล้ว บทเรียนจากการเดินทางที่ไร้จุดหมาย และ ยาน New Horizon วัดไฮรโดรเจนนอกระบบสุริยะได้แม่นยำกว่าที่ Voyager เคยวัดได้ บอกอะไรเรา

Sink Analogy หลักการก่อตัวของ Heliosphere – ที่มา WikiCommons

ถึงตอนนี้ Voyager จะยังอยู่ในพื้นที่ซึ่งเป็นบริเวณที่ Heliosphere ชนเข้ากับ Interstellar Space อยู่หรือที่เรียกว่า Bow Shock แต่อีกไม่นานอิทธิพลของ Heliosphere ก็จะหายจากการวัดค่าต่าง ๆ ของ Voyager โดยสิ้นเชิง และมันจะเป็นยานลำแรกที่ได้วัดค่าตัวแปรต่าง ๆ ใน Interstellar Space อย่างแท้จริง

ภาพแสดงตำแหน่งของ Voyager 1 และ 2 หลังข้าม Heliopause ขอบสุดของอิทธิพลของดวงอาทิตย์ – ที่มา NASA/JPL-Caltech

อ้างอิงจากงานวิจัย Persistent plasma waves in interstellar space detected by Voyager 1 นักวิทยาศาสตร์พบว่า Voyager 1 อาจจะวัดค่าความหนาแน่นของ Interstellar Medium มาได้ตลอดแต่ข้อมูลที่ถูกกรองออกมาก่อนหน้านี้นั้นอาจจะเผลอตัดพวกมันออกไปทำให้ได้ข้อมูลความหนาแน่นมาแค่บางส่วนเท่านั้น

เนื่องจากบริเวณรอบ ๆ สุริยะของเราก็คือมวลสารที่กำลังโคจรรอบ ๆ กาแล็กซีก็เหมือนกับกำลังมีกระแสน้ำหลาย ๆ กระแสกระทบเข้าหากันเป็นลูกคลื่น ซึ่งลูกคลื่นเหล่านี้เองเป็นส่วนที่สำคัญในการวัดความหนาแน่นของ Interstellar Medium ซึ่งหากเราสามารถวัดพวกมันได้เราก็จะสามารถเข้าใจการเกิด Heliosphere การเกิดของดาวและการเกิดของกาแล็กซีได้นั่นเอง

การวัดความหนาแน่นเหล่านี้ทำได้ก้วยการวัดการสั่น (Oscillation) ของอิเล็กตรอนซึ่งมีคุณสมบัติพิเศษที่ว่ายิ่งมันถูกอัดแน่นเท่าไหร่ ความถี่ที่มันสั่นก็จะยิ่งมากขึ้นกว่าเดิม และนั้นก็เป็นที่มาของอุปกรณ์ที่เรียกว่า Plasma Wave Subsystem บนยาน Voyager 1 ซึ่งทำหน้าที่เป็นเหมือนหูของ Voyager ลักษณะเป็นเสาสัญญาณยื่นออกมาบริเวณด้านหลังของยานประมาณ 10 เมตร

อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์บนยาน Voyager 1 – ที่มา NASA/JPL-Caltech

หลัง Voyager 1 ข้าม Helipause มาได้ มันก็คอยฟังเสียงของ Plasma Wave ที่เกิดจากการสั่นของอิเล็กตรอนมาตลอดจนกระทั่งในเดือน พฤศจิกายน 2012 มันก็ได้ยินเสียงดังกล่าวเป็นครั้งแรก แล้วก็ไม่ได้ยินไปอีกสักพักจนกระทั่งอีก 6 เดือนต่อมาถึงจะได้ยินอีกครั้งและครั้งนี้ก็ได้กว่าครั้งก่อนและความถี่สูงกว่าครั้งก่อนบ่งบอกว่า Interstellar Medium ในบริเวณนั้นหนาแน่นกว่าก่อนหน้านี้ จากนั้น Voyager 1 ก็ไม่ได้ยินเสียงดังกล่าวอีก มีเพียงเสียงเป็นช่วงสั้น ๆ เท่านั้นที่ Voyager 1 ตรวจจับได้

เสียงก Plasma Oscillation ที่ได้ยินจากอุปกรณ์ Plasma Wave Instrument บนยาน Voyager 1 – ที่มา NASA/JPL-Caltech

Voyager 1 ได้ยินเสียง Plasma Oscillation ดังกล่าวเพียงแค่ประมาณ 1 ครั้งต่อปีซึ่ง Data Point เพียง 1 อันต่อปีไม่เพียงพอต่อการ Map ความหนาแน่นของระบบสุริยะในแต่ละตำแหน่งที่ Voyager 1 เดินทางผ่านไป นักวิจัยจึงเริ่มหาค่าที่ขาดหายไปด้วยการค้น Archive ของข้อมูลจาก Voyager 1 เพื่อหาข้อมูลที่ยังขาดอยู่

ทีมนักวิจัยเจอการสั่นอ่อน ๆ แต่ต่อเนื่องอันหนึ่งซึ่งเริ่มตั้งแต่ประมาณกลางปี 2017 จนถึงปัจจุบัน ซึ่งเส้นกราฟของเสียงดังกล่าวมีแนวโน้มชัดเจนซึ่งสามารถบ่งบอกถึงความหนาแน่นของ Interstallar Medium ได้

กราฟความถี่ของเสียงจาก Plasma Oscillation ที่ได้ยินจากอุปกรณ์ Plasma Wave Instrument บนยาน Voyager 1 – ที่มา NASA’s Voyager 1 Plasma Wave Subsystem/Stella Ocker

ในขณะที่ข้อมูลก่อนหน้านี้ที่ได้มานั้นเป็นข้อมูลที่ถูกกรองให้เหลือเพียงแค่เสียงที่ชัดเจนเท่านั้นทำให้ข้อมูลที่มีเสียงไม่ชัดเจนถูกตัดออกไปแม้มันจะเป็นเสียงที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องนั่นเอง

กราฟความถี่ของเสียงที่มีสัญญาณเข้มจาก Plasma Oscillation ที่ได้ยินจากอุปกรณ์ Plasma Wave Instrument บนยาน Voyager 1 – ที่มา NASA’s Voyager 1 Plasma Wave Subsystem/Stella Ocker

ข้อมูลที่ได้จาก Plasma Oscillation อันใหม่นี้เองสอดคล้องกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลกซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ทีมนักวิจัยยังพบอีกด้วยว่าความถี่ของ Plasma Oscillation ค่อย ๆ เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อประมาณปี 2013 ก่อนที่จะมาหยุดที่ความถี่ประมาณ 2.75 kHz – 3.50 kHz เมื่อประมาณปี 2015 ซึ่งสามารถคำนวณได้เป็นการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นกว่า 40 เท่าจากก่อนหา้นี้

ทีมนักวิจัยที่ศึกษาเรื่องนี้กำลังพัฒนาโมเดลทางฟิสิกส์เพื่อวิเคราะห์ Plasma Wave Emission ที่เกิดขึ้นจากการสั่นของ Electron เพื่อนำมาช่วยในการคำนวณค่าตัวแปรต่าง ๆ ใน Interstellar Space ต่อไป

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Persistent plasma waves in interstellar space detected by Voyager 1

As NASA’s Voyager 1 Surveys Interstellar Space, Its Density Measurements Are Making Waves

เราใช้คุกกี้เพื่อพัฒนาประสิทธิภาพ และประสบการณ์ที่ดีในการใช้เว็บไซต์ของคุณ คุณสามารถศึกษารายละเอียดได้ที่ นโยบายความเป็นส่วนตัว และสามารถจัดการความเป็นส่วนตัวเองได้ของคุณได้เองโดยคลิกที่ ตั้งค่า

Privacy Preferences

คุณสามารถเลือกการตั้งค่าคุกกี้โดยเปิด/ปิด คุกกี้ในแต่ละประเภทได้ตามความต้องการ ยกเว้น คุกกี้ที่จำเป็น

Allow All
Manage Consent Preferences
  • Always Active

Save