จุดบนดวงอาทิตย์ ลางบอกเหตุการณ์เกิดพายุสุริยะ

นักดาราศาสตร์จีนโบราณได้เคยรายงานการเห็นจุดบนดวงอาทิตย์ (sunspot) ตั้งแต่เมื่อ 2,800 ปีก่อน อีก 450 ปีต่อมา Aristotle ) ก็ได้เห็นจุดบนดวงอาทิตย์บ้าง และคิดว่าคงเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ที่ดวงอาทิตย์จะดับ

ครั้นเมื่อถึงยุคของ Galileo Galilei (1584-1642) หลังจากที่ได้ใช้กล้องโทรทัศน์ที่ตนประดิษฐ์ศึกษาดวงอาทิตย์ ก็เห็นจุดมืดสลัวมากมายปรากฏบนผิวของดวงอาทิตย์ จึงวาดภาพของจุดเหล่านั้นอย่างหยาบๆ แล้วนำไปถวายองค์สันตะปาปาแห่งกรุงวาติกันเพื่อให้พระองค์ทอดพระเนตรดูและเห็นว่า พระเจ้าทรงสร้างดวงอาทิตย์ที่ไม่ได้ส่องสว่างอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งดวง หลักฐานนี้กลับทำให้ Galileo ถูกประณามด้วยข้อกล่าวหาว่า ได้ลบหลู่สถาบันศาสนาโดยเชื่อว่า คำสอนที่ปรากฏอยู่ในคัมภีร์ไบเบิลนั้น เป็นเรื่องไม่จริง

จุดบนดวงอาทิตย์ ภาพจากวิกิพีเดีย

นักดาราศาสตร์ในเวลาต่อมาได้ติดตามศึกษาและบันทึกการปรากฏตัวของจุดบนดวงอาทิตย์ ซึ่งมีทั้งขนาดเล็กได้ติดตามศึกษาและบันทึกการปรากฏตัวของจุดบนดวงอาทิตย์ ซึ่งมีทั้งขนาดเล็กและใหญ่บ้าง อยู่กันเป็นกลุ่มบ้างและใหญ่บ้าง อยู่กันเป็นกลุ่มบ้าง และอยู่อย่างโดดเดี่ยวบ้าง จนประจักษ์ว่า จุดเหล่านี้มีเกิดและมีดับ คือสลายหายไป ในบางครั้งก็เวลาเพียง 2-3 วัน แต่บางจุดปรากฏอยู่นานเป็นเดือน จะอย่างไรก็ตามทุก ๆ 11 ปี จำนวนจุดบนดวงอาทิตย์จะมีมากเป็นพิเศษ จากนั้นจำนวนจุดก็จะลดลง แล้วเพิ่มใหม่อีก วัฏจักร 11 ปี ของการถือกำเนิดจุดบนดวงอาทิตย์นี้ ได้เป็นปริศนาที่ทำให้นักดาราศาสตร์สนใจและใคร่จะรู้คำตอบว่า มันเกิดจากสาเหตุใด และอะไรทำให้มันเพิ่ม-ลดจำนวน อะไรทำให้จุดมีขนาดใหญ่และเล็กไม่เท่ากัน เพราะจุดที่มีขนาดใหญ่อาจจะมีเส้นผ่านศูนย์ยาวถึง 10,000 กิโลเมตร (ใหญ่เท่าโลก) และในบริเวณโดยรอบจุดจะมีลักษณะเป็นริ้วยาวคล้ายใยแมงมุม โดยริ้วมีความกว้างประมาณ 100 กิโลเมตร การมีริ้วจำนวนมากเรียบรายที่ขอบของจุดทำให้จุดดูคล้ายดอกทานตะวันที่บานเต็มที่ โดยมีริ้วทำให้หน้าที่เป็นกลีบดอกและเกสรตรงกลางดอกดูเป็นดำ

การเกิดจุดบนดวงอาทิตย์ในช่วงปี 1600-2000 ภาพจากวิกิพีเดีย

อนึ่ง การได้สังเกตเห็นว่า จุดบนดวงอาทิตย์ล้วนมีขนาดไม่สม่ำเสมอ คือไม่เท่ากันและอยู่สะเปสะปะที่ผิว ได้ทำให้นักดาราศาสตร์มีปัญหาในการนับจำนวนจุด ณ เวลาต่าง ๆ เพราะบางครั้งจุดบางจุดจะทับกันหรือซ้อนเหลื่อมกัน ดังนั้น การนับจำนวนจุดบนดวงอาทิตย์ในแต่ละช่วงเวลาจึงมีความไม่แน่นอน จนมีผลทำให้การพยากรณ์การเกิดพายุสุริยะ (solar storm) อันเป็นการปลดปล่อยพวยแก๊สร้อน (plasma) จากผิวดวงอาทิตย์ที่พุ่งมาสู่โลกเป็นเรื่องที่ทำนายให้ถูกต้องได้ยาก

การระเบิดที่ผิวดวงอาทิตย์เป็นแสงจ้า ภาพจากวิกิพีเดีย

สำหรับประวัติการสังเกตเห็น การระเบิดที่ผิวดวงอาทิตย์เป็นแสงจ้า (solar flare) ซึ่งเกี่ยวโยงกับเหตุการณ์พายุสุริยะนั้น นักประวัติวิทยาศาสตร์ได้บันทึกว่า Richard Carrington (1826-1875) คือ ผู้ที่ได้เห็นเป็นคนแรก เมื่อ 164 ปีก่อน

Carrington เป็นดาราศาสตร์สมัครเล่นชาวอังกฤษที่มีความสนใจในวิชาดาราศาสตร์มาก โดยเฉพาะได้สังเกตดูลักษณะการเปลี่ยนแปลงของจุดต่าง ๆ บนดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องกันทุกวันนานเป็นปี และเมื่อถึงวันที่ 1 กันยายน ปี 1859 นั่นเอง เขาก็ได้เห็นการระเบิดเป็นประกายจ้า ณ บริเวณใกล้จุดบนดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นการระเบิดที่ผิวอย่างรุนแรง Carrington จึงได้สเก็ตช์ภาพของวงแสงที่สว่างจ้าลงบนกระดาษ และได้เดินตามหาเพื่อนมาดูสิ่งที่ตนเห็นเพื่อเป็นสักขีพยาน แต่กลับไม่ได้เห็นใครเลย เขาจึงหวนกลับมาดูภาพของดวงอาทิตย์ในกล้องโทรทรรศน์อีกครั้ง ในอีก 1 นาทีต่อมาก็ปรากฏว่า ภาพการระเบิดที่ผิวดวงอาทิตย์ได้อันตรธานไปแล้ว

Richard Carrington (ซ้าย) Carrington effect (ขวา) ภาพจากวิกิพีเดีย

เหตุการณ์ที่ Carrington เห็นเป็นคนแรก คือ สิ่งที่นักดาราศาสตร์รู้จักในนาม solar flare (การระเบิดเปล่งแสงจ้าที่ผิวดวงอาทิตย์) แต่ในเวลานั้น Carrington มิได้ตระหนักในความสำคัญในสิ่งที่เขาเห็น ว่ามันกำลังทำให้เกิดพายุสุริยะ ที่ถ้าเกิดขึ้นโดยที่มวลของพายุมีมากเป็น 1,000 ล้านตัน เหตุการณ์นี้ก็อาจจะทำให้วันสิ้นโลกเกิดขึ้นได้ เพราะสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลกจะล้มตายและสูญพันธุ์

พายุสุริยะ ภาพจากวิกิพีเดีย

เพราะเหตุว่า Carrington เป็นคนที่มีฐานะดีเขาจึงสามารถมีกล้องโทรทรรศน์ส่วนตัวใช้ในสวนบ้านซึ่งอยู่ในกรุงลอนดอน และได้ติดตามดูธรรมชาติของจุดบนดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องนานเป็นปี จนรู้ว่าจุดเหล่านี้เคลื่อนที่ได้และมักเคลื่อนที่ไปสู่บริเวณเส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ Carrington ได้พบว่า แต่มิได้หมุนอย่างลูกข่าง เพราะเนื้อดาวในส่วนต่าง ๆ หมุนด้วยความเร็วที่ไม่เท่ากัน คือ บริเวณขั้วดาวหมุนรอบแกนด้วยความเร็วหนึ่ง และบริเวณเส้นศูนย์สูตรหมุนด้วยอีกความเร็วหนึ่ง

Carrington จึงรายงานเหตุการณ์ทั้งหมดที่เขาเห็นนี้ต่อสมาคม Royal Astronomical Society รวมทั้งได้รายงานการเห็นการระเบิดเป็นประกายแสงจ้าที่ผิวดวงอาทิตย์ด้วย และรายงานการเห็นเหตุการณ์นี้ ก็ได้รับการยืนยัน โดยนักดาราศาสตร์อีกคนหนึ่งที่ชื่อ Richard Hodgson แต่เมื่อ Carrington ได้เห็นเหตุการณ์ระเบิดที่เปล่งแสงจ้าเป็นคนแรก โลกจึงเรียกเหตุการณ์นั้นว่า ปรากฏการณ์ Carrington (Carrington effect) ซึ่งในเวลานั้นเป็นปรากฏการณ์ที่แปลกและน่าสนใจ แต่เมื่อถึงวันนี้ ปรากฏการณ์ Carrington เป็นปรากฏการณ์ที่สร้างความตระหนกตกใจกลัวให้เกิดขึ้นในมวลมนุษย์ชาติ เพราะถ้าพายุสุริยะที่เกิดขึ้นมีพลังในการทำลายสูง ความเสียหายที่จะเกิดกับมนุษย์บนโลกก็จะมากมหาศาลไปด้วย

เมื่อพายุสุริยะเผชิญสนามแม่เหล็กโลก ภาพจากวิกิพีเดีย

ดังเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 13 มีนาคม ปี 1989 เมื่อโรงไฟฟ้าและระบบจ่ายไฟที่มณฑล Quebec ในแคนาดาต้องหยุดทำงานเพราะพายุสุริยะที่พัดนาน 9 โมง การทำงานของระบบจ่ายไฟล้มเหลวและเมื่อผู้คนไม่มีไฟฟ้าใช้ อีกทั้งไม่มีเครื่องทำความร้อนที่ใช้ไฟฟ้าให้แก่ประชาชนในฤดูหนาว ความสูญเสียอย่างมหาศาลจึงเกิดขึ้นและมีผลทำให้คนเสียชีวิตร่วม 100 คน เพราะร่างกายสู้ภัยหนาวไม่ได้

เหตุการณ์พายุสุริยะที่กระหน่ำโลกอย่างรุนแรงในช่วงตั้งแต่เดือนตุลาคมถึงพฤศจิกายนของปี 2003 เมื่อพายุสุริยะจากดวงอาทิตย์เดินทางถึงโลกและได้ปะทะกับโมเลกุลของอากาศที่อยู่เบื้องสูงจนทำให้โมเลกุลมีพลังงานมากขึ้น เคลื่อนที่เร็วขึ้นและไปได้สูงขึ้น จึงทำให้ความหนาแน่นของอากาศในบริเวณเหนือโลกมีค่าน้อยลง และมีผลทำให้ดาวเทียมกับสถานีอวกาศที่ถูกส่งขึ้นไปโคจรรอบโลกลดระดับความสูงในการโคจรลง จนอาจจะเป็นอันตรายต่อดาวเทียมได้

ปรากฏการณ์แสงเหนือ ภาพจากวิกิพีเดีย

รายงานจากสถานีสำรวจสภาพอากาศทั่วโลก ยังแสดงให้เห็นว่าเมื่อพายุสุริยะเดินทางถึงโลกมันจะรบกวนสนามแม่เหล็กจนทำให้เข็มชี้วัดในอุปกรณ์ magnetometer กวัดแกว่งไปมาอย่างรุนแรงซึ่งแสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กโลกถูกกระทบกระเทือนจนสนามมีความเข้มแปรปรวนที่ระดับ 590 nT (nanetesla) หลังการระเบิด (solar flare) เป็นเวลา 17.5 ชั่วโมง ครั้นเมื่อพายุสุริยะเดินทางถึงโลกและเข้าปะทะกับบรรยากาศเหนือโลกก็เกิดปรากฏการณ์แสงเหนือและแสงใต้ในบรรยากาศแถบขั้วโลก แต่สำหรับผู้คนที่อาศัยในแถบเส้นศูนย์สูตรก็มักจะไม่เห็นปรากฏการณ์แสงเหนือแสงใต้เลย ยกเว้นกรณีที่พายุสุริยะพัดรุนแรง ผู้คนที่อาศัยอยู่ในคิวบาและฮาวายก็มีโอกาสจะเห็นได้

สำหรับการวัดพลังงานพายุสุริยะนั้น ก็สามารถจะคำนวณได้จากรู้ความเร็วของอนุภาคที่มีในพายุ ดังเช่น การเกิดเมื่อเดือนสิงหาคม ปี 1972 นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้ตรวจพบว่า พายุสุริยะลูกนั้นได้เดินทางถึงโลกหลังจากที่เกิดเหตุการณ์ระเบิดที่ผิวดวงอาทิตย์เป็นเวลา 145 ชั่วโมง และได้เห็นแสงเหนือในท้องฟ้าเหนือตำแหน่งเส้นรุ้งที่ 23 องศาเหนือ อย่างชัดเจน

นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ยังสามารถวัดความเร็วของอนุภาคในพายุสุริยะ โดยการตรวจดูหลักฐานที่อนุภาคเจาะเข้าไปในน้ำแข็งบนเกาะ Greenland และพบว่า ในช่วง ปี 1965-1992 อนุภาคจากดวงอาทิตย์มีพลังงานสูงสุดที่ 30 ล้านอิเล็กตรอนโวลท์ และในส่วนการรู้ความรุนแรงของพายุสุริยะนั้น ก็จะสามารถรู้ได้จากแสงเหนือและแสงใต้ปรากฏ ณ ตำแหน่งละติจูดต่าง ๆ เช่น ถ้าพายุยิ่งแรง องศาของละติจูดที่เห็นแสงก็จะยิ่งน้อย นอกจากนี้ก็สามารถจะรู้ความรุนแรงของพายุ โดยการดูความแปรปรวนของสนามแม่เหล็กโลกที่ปรากฏในรูปการแกว่งของเข็มวัดในอุปกรณ์ magnetometer ตลอดจนถึงการหมดสภาพการทำงานของโรงไฟฟ้าที่ถูกพายุสุริยะถล่ม

ปัญหาที่นักพยากรณ์สภาพอวกาศต้องเผชิญ คือการไม่รู้ว่าจุดบนดวงอาทิตย์ที่มีขนาดใหญ่และมีจำนวนมากจะเกิดขึ้นเมื่อใดและจะสลายตัวไปเมื่อใด เพราะนั่นก็คือการไม่รู้ว่าระเบิดปล่อยแสงจ้าจะรุนแรงเพียงใด และวันสิ้นโลกจะเป็นเมื่อใด

อ่านเพิ่มเติมจาก Sun-Bombing Craft Uncovers Secrets of the Solar Wind by Alexandra Witze Nature Vol 576 ฉบับวันที่ 5 December 2019

ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน – ราชบัณฑิตสำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

แหล่งที่มา: ผู้จัดการออนไลน์
https://mgronline.com/science/detail/9660000065957