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


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


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


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


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


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


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

เหตุการณ์พายุสุริยะที่กระหน่ำโลกอย่างรุนแรงในช่วงตั้งแต่เดือนตุลาคมถึงพฤศจิกายนของปี 2003 เมื่อพายุสุริยะจากดวงอาทิตย์เดินทางถึงโลกและได้ปะทะกับโมเลกุลของอากาศที่อยู่เบื้องสูงจนทำให้โมเลกุลมีพลังงานมากขึ้น เคลื่อนที่เร็วขึ้นและไปได้สูงขึ้น จึงทำให้ความหนาแน่นของอากาศในบริเวณเหนือโลกมีค่าน้อยลง และมีผลทำให้ดาวเทียมกับสถานีอวกาศที่ถูกส่งขึ้นไปโคจรรอบโลกลดระดับความสูงในการโคจรลง จนอาจจะเป็นอันตรายต่อดาวเทียมได้


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

อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" ได้ทุกวันศุกร์