ผลงานนักฟิสิกส์ไทยช่วยไกด์ทางดาวเทียมนาซา

ในช่วงปลายปีนี้ นาซาเตรียมส่งดาวเทียมขึ้นไปศึกษาปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “การเชื่อมต่อใหม่” ของสนามแม่เหล็ก ปรากฏการณ์ดังกล่าวได้รับความสนใจเพราะมีผลต่ออนุภาคจากดวงอาทิตย์ที่จะเข้ามาสู่สนามแม่เหล็กโลก และยังพบว่าการลุกจ้าของดวงอาทิตย์ก็เป็นผลจากปรากฏการณ์ดังกล่าว รวมทั้งโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันที่เป็นความหวังใหม่ด้านพลังงานสะอาดก็เกิดปรากฏการณ์นี้เช่นกัน

ชุดดาวเทียมเอ็มเอ็มเอส (MMS: Magnetospheric Multiscale) 4 ดวง ขององค์การบริหารการบินอวกาศสหรัฐฯ (นาซา) ที่เตรียมส่งขึ้นไปศึกษาปรากฏการณ์การเชื่อมต่อใหม่ (reconnect) ที่เกิดขึ้นระหว่างสนามแม่เหล็กโลกและสนามแม่เหล็กจากดวงอาทิตย์ มีความสามารถในการบันทึกข้อมูลได้อย่างละเอียดและส่งข้อมูลกลับมายังโลกได้อย่างละเอียด

“แม้ว่าดาวนาซาจะเก็บข้อมูลได้อย่างละเอียด และส่งข้อมูลได้อย่างละเอียด แต่ไม่มีแบนด์วิธมากพอในการส่งข้อมูลที่มีความละเอียดสูง จึงจำเป็นต้องเลือกตำแหน่งในการศึกษาปรากฏการณ์ดังกล่าวเพื่อบันทึกและส่งข้อมูลกลับมายังโลก ปัญหาคือเรามองไม่เห็นปรากฏการณ์เชื่อมต่อใหม่ได้ด้วยตาเปล่า และนาซาก็ไม่รู้ว่าตำแหน่งที่ศึกษานั้นใกล้ตำแหน่งที่เกิดปรากฏการณ์แล้วหรือยัง” ศ.ดร.เดวิด รูฟโฟโล อาจารย์ฟิสิกส์และหัวหน้าห้องปฏิบัติการฟิสิกส์อวกาศและอนุภาคพลังงานสูง คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวถึงอุปสรรคอย่างหนึ่งในการทำงานของดาวเทียมนาซา

ทว่า การค้นพบล่าสุดของ ดร.กิตติพัฒน์ มาลากิจ นักวิจัยหลังปริญญาเอก ของภาควิชาฟิสิกส์ มหิดล ได้ช่วยแก้ปัญหาดังกล่าว โดยเขาได้ค้นพบว่ามีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นบริเวณที่มีการเชื่อมต่อใหม่ ซึ่งสนามไฟฟ้าจะเป็นสิ่งชี้นำให้แก่ดาวเทียมเอ็มเอ็มเอสได้ว่า ควรจะเริ่มโหมดการบันทึกข้อมูลได้เมื่อไร ทั้งนี้ การค้นพบดังกล่าวเป็นผลจากการสังเกตการศึกษาทางฟิสิกส์ทฤษฎี และตระหนักว่าสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นไม่น่าจะเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญ

“ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเป็นการค้นพบโดยการพยากรณ์จากการคำนวณ ยังไม่มีการวัดสนามไฟฟ้านี้ได้จริง โดยก่อนหน้านี้การคำนวณทางฟิสิกส์ทฤษฎีของนักวิจัยในสหรัฐฯ เผยให้เห็นว่ามีสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นตรงการเชื่อมต่อใหม่ แต่ไม่มีใครสังเกตว่ามีและอธิบายถึงสนามไฟฟ้าดังกล่าว ซึ่งเมื่อเราเห็นสนามไฟฟ้าในการทดลองจึงตั้งข้อสังเกตว่าไม่น่าจะใช่เรื่องฟลุค และลงมาศึกษาเจาะจงว่ามีเงื่อนไขอะไรบ้างที่ทำให้เกิด” ดร.กิตติพัฒน์ อธิบายแก่ทีมข่าววิทยาศาสตร์

การศึกษาการเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กก่อนหน้านี้ ดร.กิตติพัฒน์ อธิบายว่าโดยมากเป็นการศึกษาภายใต้เงื่อนไขว่าความหนาแน่นของอนุภาคและความเข้มของสนามแม่เหล็กในบริเวณที่เกิดการเชื่อมต่อใหม่มีความสมมาตร แต่ ดร.กิตติพัฒน์ และ ทีม เลือกศึกษาการเชื่อมต่อใหม่ในกรณีที่ความหนาแน่นของอนุภาค หรือความเข้มของสนามแม่เหล็กมีความไม่สมมาตรหรือไม่เท่ากัน ซึ่ง ณ จุดที่เกิดการเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กโลกกับสนามแม่เหล็กจากดวงอาทิตย์นั้นมีความไม่สมมาตรกันระหว่างสนามแม่เหล็กและอนุภาคที่มากพอที่เราสามารถคาดหวังได้ว่าสนามไฟฟ้าที่กล่าวถึงข้างต้นจะเกิดขึ้นและจะมีความเข้มมากพอที่ดาวเทียมสามารถวัดได้อย่างชัดเจน

ทำไมการเชื่อมต่อใหม่จึงได้รับความสนใจ? ดร.กิตติพัฒน์ ได้ตอบคำถามดังกล่าวแก่ทีมข่าววิทยาศาสตร์ฯ ว่า อย่างแรกนั้นบริเวณที่มีการเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กจะพบอนุภาคจากดวงอาทิตย์เข้าสู่บริเวณสนามแม่เหล็กโลกได้ และปรากฏการณ์นี้ยังเกิดขึ้นอีกหลายแห่งในอวกาศ เช่น การลุกจ้า (solar flare) ของดวงอาทิตย์ก็เป็นผลจากการเชื่อมต่อใหม่ หรือพบว่าเกิดปรากฏการณ์นี้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันด้วยเช่นกัน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ไม่ต้องการให้เกิดปรากฏการณ์นี้ขึ้นที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชัน จึงต้องศึกษาเพื่อทำความเข้าใจปรากฏการณ์ และหาทางแก้ไข

สำหรับการค้นพบสนามไฟฟ้าบริเวณการเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กนี้ได้รับการตีพิมพ์ลงวารสาร Physical Review Letters ซึ่ง ดร.เดวิด หนึ่งในทีมวิจัยของการค้นพบนี้ เผยว่าวารสารดังกล่าวเป็นวารสารวิชาการที่ได้รับการยอมรับสูงสำหรับแวดวงฟิสิกส์ และห้องปฏิบัติการฟิสิกส์อวกาศและอนุภาคพลังงานสูง มหิดล ได้ตีพิมพ์ผลงานทั้งหมด 49 เรื่อง* (แก้ไข)




คลิปจำลองการเชื่อมต่อใหม่