ผลกระทบของปรากฏการณ์ขั้วแม่เหล็กโลกกลับทิศ

ตำนานจีนมีการกล่าวถึงคนที่ประดิษฐ์ “เข็มทิศ” ขึ้นเป็นครั้งแรกเมื่อประมาณ 1,600 ปีก่อน เพื่อถวายแด่องค์จักรพรรดิให้ทรงใช้ในการทำสงคราม เพราะเวลาหมอกลงจัดพระองค์ทรงไม่สามารถทอดพระเนตรเห็นยุทธวิธีของกองทัพข้าศึกได้ แต่ก็ยังไม่มีใครพบเข็มทิศดังกล่าวนั้นเป็นหลักฐานจนกระทั่งปี 1089 ช่างจีน Shen Kua ก็ได้ชื่อว่าเป็นบุคคลแรกที่ประดิษฐ์เข็มทิศ โดยการบรรยายวิธีสร้างว่า ได้นำเข็มเย็บผ้ามารูดบนแท่งแม่เหล็กไปในทิศทางเดียวหลายครั้ง แล้วแขวนเข็มที่ตรงกลางแท่งด้วยเส้นด้ายให้สามารถหมุนได้รอบตัวในแนวนอน ก็พบว่า เข็มจะชี้ทิศใต้เสมอ (ชาวยุโรปนิยมเรียกทิศที่เข็มชี้ว่า ทิศเหนือ)

ในปี 1150 (ก่อนสมัยอาณาจักรสุโขทัย) ประวัติศาสตร์จีนได้มีบันทึกว่า พ่อค้าและนักเดินทางจีนนิยมใช้เข็มทิศของ Shen Kua ในการเดินทางข้ามทะเลทราย ทะเล และทุ่งหญ้าที่กว้างใหญ่ในดินแดนเอเชียกลาง เพื่อไปทำธุรกิจและสำรวจ เพราะกัปตันเรือต้องอาศัยเข็มทิศในการกำหนดทิศที่เรือต้องเดินทาง ขณะที่คนบนเรือยังมองไม่เห็นฝั่งเลย การรู้ความเร็วเรือ ทิศที่เรือกำลังมุ่งหน้า และเวลาที่เรือได้เดินทางมาแล้ว ทำให้กัปตันสามารถรู้ตำแหน่งของเรือ ณ เวลานั้นได้ พ่อค้าจีนจึงนิยมใช้เรือ เดินทางไปค้าขายกับผู้คนในดินแดนทางใต้ อันได้แก่ เวียตนาม ฟิลิปปินส์และอินโดนิเซีย นักเดินเรือบางคนได้ดั้นด้นเไปจนถึงมหาสมุทรอินเดีย เพื่อติดต่อกับชาวอินเดียและชาวอาหรับ จนมีผลทำให้ชาวอาหรับได้รู้จักใช้เข็มทิศด้วย

ในปี 1218 บาทหลวงชาวฝรั่งเศสชื่อ Jacques de Vitry ได้เอ่ยถึงความจำเป็นที่ชาวอาหรับต้องใช้เข็มทิศเพื่อเดินทางในทะเล และได้ทำแผนที่ชายทะเลของอินเดีย ให้ Vasco da Gama ได้ใช้ในการเดินทางถึงอินเดียในปี 1498 จากนั้นชาวอาหรับก็ได้ถ่ายทอดความรู้นี้ให้ชาวยุโรปอีกทอดหนึ่ง ตำราวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นจึงมีคำ Zoron และ Aphron ที่นักบุญชาวเยอรมันชื่อ Albertus Magnus ได้เขียนไว้ ซึ่งคำนี้แปลว่า ขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ตามลำดับ

ในคริสต์ศตวรรษที่ 13 Petrus Peregrinus de Maricourt ปราชญ์ชาวฝรั่งเศสได้ทดลองวางเข็มทิศบนท่อนไม้ที่ลอยน้ำ และพบว่าเข็มทิศสามารถหมุนได้รอบตัวเหมือนเข็มที่ถูกแขวนโดยเส้นด้าย Peregrinus จึงได้กำหนดมุมที่เข็มทิศหมุนเป็นองศา
ด้าน John Dee ซึ่งเป็นนักภูมิศาสตร์ นักดาราศาสตร์ โหร นักเล่นแร่แปรธาตุ และนักคณิตศาสตร์ในรัชสมัยสมเด็จพระนางเจ้า Elizabeth ที่ 1 แห่งอังกฤษ ก็ได้ปรับปรุงอุปกรณ์เข็มทิศ ในปี 1558 ให้มีเสถียรภาพ และประสิทธิภาพยิ่งขึ้น เพื่อให้สามารถบอกทิศในการเดินทางเรือระหว่างอังกฤษกับรัสเซียได้อย่างแม่นยำและถูกต้อง

ในปี 1600 William Gilbert ซึ่งเป็นแพทย์และนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ศึกษาธรรมชาติของแม่เหล็กเป็นครั้งแรก และได้เขียนตำราชื่อ The Magnet ที่กล่าวว่า โลกมีขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้เหมือนแท่งแม่เหล็กทั่วไป และขั้วแม่เหล็กโลกวางตัวอยู่ในแนวขั้วเหนือและขั้วใต้ภูมิศาสตร์ของโลก แต่ไม่มีใครในเวลานั้นสามารถตอบคำถามได้ว่าสนามแม่เหล็กโลกถือกำเนิดจากสาเหตุใด

จนกระทั่งถึงยุคปัจจุบัน เมื่อนักธรณีวิทยาได้แบ่งโครงสร้างภายในของโลกออกเป็นชั้นๆ คือ ชั้นนอกสุดเป็นเปลือกโลก (crust) ที่มีความหนาตั้งแต่ 3 กิโลเมตร และอยู่ใต้ทะเล จนถึง 200 กิโลเมตร ที่อยู่ใต้ภูเขา ใต้เปลือกโลกลงไปเป็นชั้นกลาง (mantle) ที่มีความหนาประมาณ 3,000 กิโลเมตร และมีความหนาแน่นมาก ณ บริเวณรอยต่อระหว่างชั้น mantle กับชั้น crust มีหินที่มีสมบัติยืดหยุ่น ดังนั้น เปลือกโลกจึงสามารถเคลื่อนที่ได้บ้าง (นี่เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดเหตุการณ์แผ่นดินไหว) ใต้ mantle ลงไปเป็นบริเวณแกนกลาง (core) ซึ่งประกอบด้วยส่วน outer core ที่หนา 2,200 กิโลเมตร และมีเหล็กกับนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลัก กับชั้นในสุด (inner core) ซึ่งเป็นเหล็กที่มีความหนา 2,500 กิโลเมตร

ภายในชั้นนี้มีความดันประมาณ 3.6 ล้านเท่าของบรรยากาศ การไหลวนของเหล็กเหลวในชั้น outer core เกิดจากการที่หินในชั้นนั้นมีความหนาแน่นไม่สม่ำเสมอ ส่วนที่อยู่ลึกจะมีความหนาแน่นมาก และส่วนที่อยู่ตื้นมีความหนาแน่นน้อย ความแตกต่างเรื่องอุณหภูมิและความหนาแน่นทำให้เหล็กเหลวเคลื่อนที่ได้ด้วยความเร็วประมาณ 1 มิลลิเมตร/วินาที ไปพุ่งตัดสนามแม่เหล็กที่มาจาก inner core ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าขับกระแสไฟฟ้าให้ไหล จึงสามารถทำให้เกิดสนามแม่เหล็กมาต่อต้าน หรือเสริมสนามแม่เหล็กโลกได้ เพราะการไหลของเหล็กเหลวสามารถเกิดขึ้นได้ในหลายทิศทาง ดังนั้นความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกจึงมีค่าไม่คงตัว และในภาพรวมมีสมบัติเสมือนว่า เป็นแท่งแม่เหล็กที่มี 2 ขั้ว คือขั้วเหนือกับขั้วใต้ แต่ขั้วเหนือและขั้วใต้ของแท่งแม่เหล็กโลกกับขั้วเหนือและขั้วใต้ภูมิศาสตร์มิได้ชี้ทิศเดียวกัน นอกจากนี้ ในขณะที่ขั้วเหนือและขั้วใต้ภูมิศาสตร์ไม่เปลี่ยนตำแหน่ง ขั้วเหนือและขั้วใต้ของแท่งแม่เหล็กโลกกับเคลื่อนที่ได้

ในปี 1831 นักสำรวจชาวอังกฤษชื่อ James Clerk Ross ได้พบตำแหน่งขั้วเหนือของแม่เหล็กโลกว่าอยู่ในเขต Arctic ถึงปี 1904 นักสำรวจชาวนอร์เวย์ชื่อ Roald Amundsen ก็ได้พบว่าขั้วเหนือแท่งแม่เหล็กโลกได้เลื่อนตำแหน่งจากที่ ๆ Ross เคยพบ ไปตามเส้นทางที่ลากผ่านเกาะ Prince of Wales จึงเป็นที่คาดหวังว่า ในอนาคตขั้วเหนือแม่เหล็กโลกจะเดินทางจาก Canada ถึง Siberia ในปี 2050 ด้วยความเร็ว 40 กิโลเมตร/ปี คิดเป็นระยะทางประมาณ 1,000 กิโลเมตร

Carl Friedrich Gauss ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ชาวเยอรมัน เป็นบุคคลแรกที่วัดความเข้มของสนามแม่เหล็กโลก (ในอดีตหน่วยวัดความเข้มสนามแม่เหล็ก จึงได้ชื่อว่า Gauss ปัจจุบันใช้หน่วย Tesla) การวัดสนามแม่เหล็ก ณ สถานที่เดียวกัน ในเวลาต่อๆ มาแสดงให้เห็นว่า ความเข้มที่ Gauss วัดได้มีค่าสูงกว่าค่าปัจจุบันประมาณ 10% นั่นคือ ความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกได้ลดลงและลดอย่างไม่สม่ำเสมอ คือมีความแปรปรวนบ้าง แต่ก็นับว่าน้อย ดังนั้นถ้าความเข้มของสนามลดไปเรื่อยๆ เช่นนี้ วันหนึ่งสนามแม่เหล็กโลกจะมีความเข้มเท่ากับศูนย์ ต่อจากนั้นสนามแม่เหล็กโลกก็จะกลับทิศ คือ ขั้วเหนือจะเปลี่ยนเป็นขั้วใต้ และขั้วใต้จะกลับเป็นขั้วเหนือ (เข็มทิศที่เคยชี้ทิศเหนือ ก็จะชี้ทิศใต้แทน)

ในปี 1906 นักธรณีวิทยาชาวฝรั่งเศสชื่อ Bernard Brunhes ได้พบว่า การกลับทิศของขั้วแม่เหล็กโลก ได้เกิดขึ้นเป็นครั้งสุดท้ายเมื่อ 780,000 ปีก่อน เขาได้พบองค์ความรู้นี้ จากการศึกษาสภาพแม่เหล็กของชั้นหินภูเขาไฟ

คำถามที่ทุกคนสนใจคือ ขั้วแม่เหล็กโลกจะกลับทิศอีกเมื่อใด และเราจะรู้ได้อย่างไรว่า มันกำลังจะกลับทิศ การกลับทิศเกิดขึ้นบ่อยเพียงใด และสิ่งมีชีวิตจะได้รับผลกระทบเพียงใด จากการกลับทิศนั้น

การศึกษาชั้นหินที่อยู่เรียงซ้อนกันหลายชั้นใต้ท้องมหาสมุทร ได้ทำให้นักธรณีวิทยาพบว่า ในชั้นหินเหล่านั้นมีสารแม่เหล็ก ที่เวลาถูกสนามแม่เหล็กโลกกระทำ จะมีสมบัติเป็นแท่งแม่เหล็กขนาดเล็กที่ชี้ไปในทิศของสนาม ในขณะที่ชั้นหินนั้นถือกำเนิด ข้อมูลที่ได้แสดงให้เห็นว่า ตั้งแต่เมื่อ 312-262 ล้านปีก่อน สนามแม่เหล็กโลกได้กลับทิศทางหลายพันครั้งแล้ว และเมื่อ 118-83 ล้านปีก่อนคือในยุค Cretaceous สนามแม่เหล็กโลกก็ได้กลับทิศอีกครั้งหนึ่ง

ข้อมูลเหล่านี้ทำให้นักธรณีฟิสิกส์ B. Bunches และ M. Matuyama คาดการณ์ว่า การกลับทิศจะเกิดในทุก 300,000 ปี ดังนั้นถ้าตัวเลขการกลับทิศครั้งสุดท้ายเกิดขึ้นเมื่อ 780,000 ปีก่อน เวลากลับทิศครั้งต่อไป ก็ได้ล่วงเลยมานานมากแล้ว แต่ตราบจนวันนี้ นักธรณีฟิสิกส์ก็ยังไม่สามารถพยากรณ์ล่วงหน้าได้ว่า เหตุการณ์ขั้วแม่เหล็กโลกจะกลับทิศอีกเมื่อใด

ในความพยายามจะพยากรณ์เหตุการณ์สนามกลับทิศ นักธรณีฟิสิกส์ได้สร้างแบบจำลองของโลกขึ้นมา โดยใช้ sodium เหลว, gallium เหลว และปรอทเหลวแทนเหล็กเหลวที่มีในชั้น outer core ของโลก เพราะสารเหล่านี้มีสมบัติแม่เหล็กใกล้เคียงกับเหล็ก จึงเหมาะที่จะใช้ศึกษาการสร้างสนามแม่เหล็กขณะเหล็กเหลวเคลื่อนที่ แต่โลกจำลองในห้องทดลองมีขนาดเล็กกว่าโลกจริงมาก

อีกทั้งสภาพนำไฟฟ้าของของเหลวที่ใช้ก็ไม่เหมือนสภาพนำไฟฟ้าของเหล็กเหลวจริง ปริมาณของเหลวก็ไม่มากเท่าปริมาณเหล็กจริง ความเร็วของของเหลวก็ไม่เท่าความเร็วของเหล็กเหลวจริง ดังนั้นตัวเลขที่ได้จากการวัดในห้องทดลองจึงมีค่าแตกต่างจากค่าจริง จนทำให้เรารู้ว่า เรายังไม่สามารถทำนายเวลาที่ขั้วแม่เหล็กโลกจะกลับทิศได้อย่างแม่นยำ

สำหรับผลกระทบหนึ่งที่จะเกิดเวลาสนามแม่เหล็กโลกมีความเข้มลดลงๆ คือความรุนแรงของรังสีคอสมิกจากอวกาศจะมีมากขึ้น เพราะอนุภาคต่างๆ จะทะลุผ่านเข้ามาในบรรยากาศโลกได้ง่ายขึ้น จากการที่สนามแม่เหล็กโลกที่ต่อต้านมันมีค่าน้อยลง ดังนั้นคนบนโลกจะเห็นปรากฏการณ์แสงเหนือและแสงใต้เกิดบ่อยครั้งขึ้น การคมนาคมสื่อสารบนโลกก็จะถูกกระทบกระเทือน เพราะกระแสอนุภาคที่มีประจุจากนอกโลกอาจทำให้การคมนาคมไฟฟ้าถูกตัดขาด แต่สำหรับประเด็นสุขภาพของมนุษย์ที่จะได้รับผลจากการเปลี่ยนทิศของสนามแม่เหล็กโลกนั้น ยังไม่มีคำตอบ เพราะยังไม่มีใครเคยทดลองเรื่องนี้เลย

เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ปี 2018 Alanna Mitchell ได้เรียบเรียงหนังสือชื่อ The Spinning Magnet : The Electromagnetic Force That Created the Modern World and Could Destroy It ซึ่งจัดพิมพ์โดย Dutton หนังสือได้กล่าวถึงประวัติความเป็นมาของแม่เหล็กว่า ในปี 1269 ตรงกับรัชสมัยสมเด็จพระเจ้ารามคำแหงมหาราช) นักปราชญ์ฝรั่งเศส ซึ่งเป็นนักรบครูเสดด้วยและมีนามว่า Petrus Peregrinus de Maricourt ได้เรียบเรียงหนังสือชื่อ Epistle on the Magnet ซึ่งบรรยายเรื่องสนามแม่เหล็กโลก (ในเวลานั้นคนจีนรู้เรื่องเข็มทิศและสนามแม่เหล็กโลกเรียบร้อยแล้ว) จนกระทั่งถึงคริสต์ศตวรรษที่ 16 William Gilbert ซึ่งเป็นทั้งนักดาราศาสตร์และแพทย์ในสมเด็จพระนางเจ้า Elizabeth ที่ 1 ก็ได้แต่งตำรา De Magnete

 ด้าน Henry Gellibrand ได้ทดลองให้เห็นว่า สนามแม่เหล็กโลก ณ สถานที่ต่างๆ บนโลกมีความเข้มไม่เท่ากัน และความเข้มขึ้นกับเวลา จากนั้น Edmond Halley ผู้มีชื่อเสียงจากการพบดาวหาง Halley ก็ได้สร้างแผนที่สนามแม่เหล็กโลกขึ้นครั้งแรก โดยการลากเส้น contour ผ่านสถานที่บนผิวโลกที่มีความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกเท่ากัน เพื่อช่วยกัปตันในการเดินเรือได้อย่างปลอดภัย

นักวิทยาศาสตร์คนสำคัญ ที่ได้สร้างผลงานเรื่องแม่เหล็กในเวลาต่อมาได้แก่ Benjamin Franklin, André-Marie Ampère, Hans Christian Orsted, Michael Faraday และ James Clerk Maxwell ซึ่งทุกคนเป็นชาย แต่มีสตรีชาวเดนมาร์กคนหนึ่งชื่อ Inge Lehmann ซึ่งได้พบว่า แก่นกลาง (inner core) ของโลกเป็นของแข็งในปี 1936 จากการวิเคราะห์คลื่นแผ่นดินไหว
คำถามหนึ่งที่คนทั่วไปสงสัยมากคือ การกลับทิศของสนามแม่เหล็กโลก มีอิทธิพลและผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกมากเพียงใด

คำตอบในเบื้องต้นมีว่า สำหรับคน ผลกระทบมีไม่มากจนถึงระดับต้องกังวล เพราะคนเราไม่จำเป็นต้องใช้สนามแม่เหล็กโลกในการเดินทาง แต่จะใช้ GPS, Google Maps รวมถึงป้ายในการบอกชื่อถนน เมือง ที่เรียงรายตลอดเส้นทาง เป็นอุปกรณ์นำทาง แต่ถ้าเราอยู่กลางทะเลลึก หรืออยู่กลางป่า และไม่มีอุปกรณ์นำทางใดๆ ในมือ เราก็แทบจะหมดหนทางไปต่อ เพราะเราไม่มีสมองส่วนใดที่จะใช้ในการบอกทิศให้เดินทางเหมือน นก หนู ค้างคาว เต่า ปลา หรือแบคทีเรีย ที่มีอวัยวะรับรู้สนามแม่เหล็กในตัว

เมื่อประมาณ 70 ปีก่อนนี้ นักชีววิทยาชาวเยอรมันชื่อ Hans Fromme แห่งมหาวิทยาลัย Frankfurt ได้สังเกตเห็นว่า ฝูงนกกางเขนที่ถูกขังในกรง เมื่อถึงช่วงเวลาที่เป็นฤดูร้อนในประเทศสเปน เหล่านกจะมีอาการกระสับกระส่ายมาก และพยายามจะบินออกจากกรงไปในทิศทางเดียวกัน การกระทำเช่นนี้ได้ยืนยันความเชื่อของคนทั่วไปในเวลานั้นคือ นกใช้แสงจากดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวในการนำทาง แต่ Fromme กลับพบว่า เมื่อเขานำกรงนกไปวางในห้องที่มืดสนิท การบินชนผนังกรงของนก ก็ยังไม่ยุติ

ปริศนานี้เริ่มมีคำตอบในปี 1960 เมื่อ Walfgang Wiltschko จากมหาวิทยาลัย Frankfurt ในประเทศเยอรมนี ได้แสดงให้โลกเห็นว่า เวลาเขาส่งสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มพอประมาณเข้าไปในกรงนกกางเขน มันจะเปลี่ยนทิศการบิน คือจะบินไปในทิศของสนามแม่เหล็ก การทดลองนี้จึงแสดงให้เห็นว่า นกใช้สนามแม่เหล็กในการนำทาง

ในปี 1981 R. B. Frankel ได้พบว่า ในตัวแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในน้ำ มีผลึกแม่เหล็กจำนวนมากซึ่งมีขนาดเล็กระดับนาโนเมตร วางตัวในทิศของสนามแม่เหล็กโลก เพื่อช่วยมันว่ายน้ำจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้ เพราะมันไม่มีอวัยวะ เช่น สมองหรือตาที่ช่วยในการดู นั่นคือ แบคทีเรียทำตัวเสมือนเป็นแท่งแม่เหล็กขนาดจิ๋ว และใช้สนามแม่เหล็กโลกเป็นปัจจัยหลักในการเคลื่อนที่
การค้นพบนี้ ทำให้นักชีววิทยาหลานคนมีประเด็นสงสัยว่า สัตว์อื่นๆ อาทิเช่น ปลาแซลมอน, ปลา trout หรือปลาม้าลาย (zebrafish) ก็อาจจะมีผลึกแม่เหล็กในตัวเช่นกัน ซึ่งได้ทำให้มันสามารถเดินทางกลับบ้านเกิดได้อย่างไม่หลงทาง

การมีอวัยวะรับสนามแม่เหล็ก (magnetoreceptor) ในกรณีของมดและผึ้งก็เช่นกัน คือมีผลึกแม่เหล็กอยู่ที่อวัยวะส่วนท้องและหนวด เพื่อช่วยในการนำทาง สำหรับเต่าก็มี magnetoreceptor ในตัวที่ช่วยให้มันสามารถเดินทางกลับถิ่นเกิดได้ แม้จะมีการนำมันไปทิ้งในที่อยู่ห่างไกลบ้านเกิดก็ตาม ด้านค้างคาวนอกจากจะใช้หูฟังเสียงสะท้อนแล้ว ก็ยังใช้แสงอาทิตย์ในการควบคุมทิศการเดินทางเช่นกัน เพราะแสงจะมีผลต่อโปรตีนชื่อ magnetosome ในตาค้างคาว

ในที่สุดในปี 2010 G. Falkenberg นักชีวฟิสิกส์จากศูนย์วิจัยซินโครตรอนแห่งเมือง Hamburg ในประเทศเยอรมนีก็ได้พบว่า ในตัวนกพิราบ มีเซลล์รูปร่างคล้ายกระสุนปืน ซึ่งภายในมีอะตอมเหล็กอยู่เป็นจำนวนมาก และอะตอมเหล่านี้ทำหน้าที่รับสนามแม่เหล็กโลก และเซลล์จะอยู่ใต้ผิวหนังในบริเวณใกล้จะงอยปากด้านบนของนก

ในขณะที่นักชีวฟิสิกส์กำลังค้นหาผลึกแม่เหล็กในตัวสัตว์ Klaus Schulten จากมหาวิทยาลัย Illinois ที่ Urbana-Champaign กลับสนใจปฏิกิริยาเคมีที่อาจได้รับผลกระทบโดยอิทธิพลของสนามแม่เหล็ก เพราะเขาเชื่อว่า ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์สัตว์ เวลามีสนามแม่เหล็กมารบกวน ก็ควรจะได้รับผลกระทบด้วย ยิ่งถ้าเซลล์สัตว์มีอะตอมเหล็ก การเปลี่ยนแปลงของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีก็จะสามารถบอกสมบัติของสนามแม่เหล็กที่มากระทำได้ เพราะเวลาอิเล็กตรอนในอะตอมหนึ่งมีอันตรกิริยากับอิเล็กตรอนในอีกอะตอมหนึ่ง มันจะใช้สมบัติควอนตัมคือ สปิน (spin) ของมัน ที่อาจชี้ทิศเดียวกัน หรือสวนทิศกัน

ดังนั้นเวลามีสนามแม่เหล็กมากระทำ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเปลี่ยนทันที เพราะตามปกติเซลล์ใน retina ของตาสัตว์จะมีโมเลกุล ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีสปิน ดังนั้นเวลามีแสง (ซึ่งมีสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าในตัว) มากระทบ retina ที่อยู่ในตาสัตว์ พฤติกรรมของโมเลกุลใน retina จะเปลี่ยน รูปแบบการเปลี่ยนแปลงนี้ จึงสามารถบอกการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกได้ และในทำนองเดียวกัน ลักษณะการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกก็จะบอกทิศที่สัตว์ควรเดินทางได้

การศึกษาของ R. Wiltschkos ในเวลาต่อมา ได้แสดงให้เห็นว่า นกหลายชนิดก็ต้องการแสง โดยเฉพาะแสงสีน้ำเงิน-เขียว ที่มีความยาวคลื่นสั้น ในการนำทาง แม้ความเข้มแสงจะไม่มาก ในปี 1990 Klaus Schulten ได้พบว่า โปรตีน cryptochrome ที่มีเซลล์ในพืชและสัตว์ต่างก็มีปฏิกิริยาตอบสนองต่อแสงสีน้ำเงิน เพราะอิเล็กตรอนที่มีในโปรตีนนี้ จะถูกส่งต่อไปยังโมเลกุลขนาดเล็กกว่า ชื่อ FAD ซึ่งมีบทบาทในการนำทางของนก และเมื่อใดที่มีการใช้สนามแม่เหล็กความถี่สูง นกก็อาจจะสูญสิ้นความสามารถในการบินอพยพไปอย่างสมบูรณ์ งานวิจัยนี้ได้รับการลงพิมพ์เผยแพร่ในปี 2004 ในวารสาร Nature ฉบับที่ 429 หน้า 177 โดยได้แสดงให้เห็นว่าตาของนกมีเข็มทิศ ซึ่งช่วยนกในการ “เห็น” สนามแม่เหล็ก และนกที่เริ่มอพยพเป็นครั้งแรก มักใช้สายตาในการทำแผนที่สนามแม่เหล็ก แต่นกที่มีประสบการณ์อพยพหลายครั้ง ใช้ความทรงจำ แสงอาทิตย์ แสงดาว กลิ่นและสายตา รวมถึงเสียงในการบินอพยพ

ส่วนคำถามที่คนทุกคนต้องการคำตอบมากคือ มนุษย์จะต้องกังวลเรื่องกลับทิศของสนามแม่เหล็กโลกหรือไม่ และเพราะเหตุใด
ตามปกติก่อนที่สนามแม่เหล็กโลกจะกลับทิศ ความเข้มของสนามจะค่อยๆ ลดลง ทีละน้อย ซึ่งมีผลทำให้รังสีคอสมิกจากนอกโลกสามารถผ่านเข้ามาในบรรยากาศโลกได้ง่ายขึ้นและมากขึ้น เพราะแรงแม่เหล็กโลกที่กระทำต่ออนุภาคคอสมิกมีค่าน้อยลง เมื่ออนุภาคเหล่านั้นพุ่งชนอะตอมของอ็อกซิเจน และไนโตรเจนที่มีในบรรยากาศโลก อิเล็กตรอนในอะตอมจะถูกชนจนกระเด็นหลุดออกไป การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมใหม่ จะทำให้อะตอมเปล่งแสงออกมาเป็นแสงเหนือและแสงใต้ (aurora) ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่เราเห็นแสงเหนือและแสงใต้บ่อยขึ้น และความเข้มแสงเพิ่มขึ้น นั่นแสดงว่าความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกได้ลดลงแล้ว

ในอดีตที่ผ่านมา สัตว์หลายชนิด (สัตว์เซลล์เดียว) ซึ่งใช้สนามแม่เหล็กโลกในการนำทาง ได้สูญพันธุ์ไปแล้ว แต่สัตว์ขนาดใหญ่หลายชนิดก็ยังมีอยู่ การเปลี่ยนทิศของสนามแม่เหล็กโลกที่เกิดขึ้นอย่างช้าๆ ไม่ได้ทำให้วิถีชีวิตของสัตว์เปลี่ยนไปมาก เพราะมันสามารถปรับตัวได้

แต่สำหรับคนผลกระทบด้านการคมนาคมอาจได้รับผลระทบกระเทือนบ้าง เพราะโลกจะถูกพายุสุริยะโจมตี แม้ ณ วันนี้เราแทบไม่มีความรู้เลยว่า เวลาสนามแม่เหล็กโลกกลับทิศ สุขภาพของมนุษย์จะถูกกระทบกระเทือนเพียงใด แต่เมื่อมนุษย์เราก็ยังไม่สูญพันธุ์ ดังนั้นเราจึงมั่นใจว่า สนามแม่เหล็กโลกกลับทิศได้ ก็กลับไป มนุษย์เราก็จะยังไม่เป็นไรทุกครั้งไป

อ่านเพิ่มเติมจาก Reversals of the Earth’s Magnetie Field โดย J. A. Jacobs จัดพิมพ์โดย Cambridge University Press ปี 1997


สุทัศน์ ยกส้าน

ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์