ครั้งแรก! นาซาสร้างแผนที่สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ในส่วนลึกลับที่สุดได้สำเร็จ

แม้จะอยู่ใกล้โลกของเรามากกว่าอีกหลายวัตถุในอวกาศ แต่สำหรับ ‘ดวงอาทิตย์ของเรา’ ก็ยังมีอะไรให้สำรวจและค้นพบอยู่อีกมาก เนื่องจากความเจิดจ้าของมัน ทำให้ยากต่อการสังเกตการณ์

อย่างชั้นโครโมสเฟียร์ (Chromosphere) ของดวงอาทิตย์ ที่แม้ค้นพบมาหลายทศวรรษแล้ว แต่เพราะสามารถมองเห็นชั้นดังกล่าวได้ในช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้น นั่นคือในช่วงสุริยุปราคาเต็มดวง เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนมาบดบังแสงอันสว่างจ้าจนทำให้เราเห็นเปลวสุริยะที่ล้นพุ่งออกมาจากดวงอาทิตย์ได้ จึงส่งผลให้โครโมสเฟียร์ เป็นชั้นบรรยากาศที่ ‘ลึกลับที่สุด’ ของดวงอาทิตย์ 

โครโมสเฟียร์คือ ชั้นบรรยากาศที่คั่นกลางระหว่างพื้นผิวที่สว่างและโคโรนา ซึ่งเป็นบรรยากาศชั้นนอกของดวงอาทิตย์ บริเวณโครโมสเฟียร์เป็นสถานที่ที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ที่ซึ่งมีอุณหภูมิสูงขึ้นอย่างมากและสนามแม่เหล็กเริ่มมีอิทธิพลเหนือพฤติกรรมของดวงอาทิตย์

ทว่าล่าสุด 3 ภารกิจของนาซา ได้ ‘มองเข้าไป’ ในโครโมสเฟียร์ เพื่อวัดความสูงหลายระดับของสนามแม่เหล็กในนั้น โดยได้สังเกตการณ์ผ่านดาวเทียมสองดวง และภารกิจ Chromospheric Layer Spectropolarimeter 2 หรือ CLASP2 ที่ใช้จรวดใต้วงโคจร (Suborbital rocket) ขนาดเล็ก ช่วยเผยให้เห็นว่า สนามแม่เหล็กบนพื้นผิวดวงอาทิตย์ก่อให้เกิดการปะทุที่สว่างจ้าในบรรยากาศภายนอกได้อย่างไร จนก่อเกิดเป็นงานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ใน Science Advances

Heliophysics คือศาสตร์ที่มุ่งศึกษาอิทธิพลของดวงอาทิตย์ที่มีต่ออวกาศและชั้นบรรยากาศ เพื่อทำนายการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอวกาศ และอธิบายว่ามันก่อให้เกิดผลพวงที่ส่งผลต่อโลกยังไบ้าง เรียวโกะ อิชิกาวะ (Ryohko Ishikawa) นักฟิสิกส์ดวงอาทิตย์ที่ศึกษาศาตร์ดังกล่าว จากหอดูดาวแห่งชาติญี่ปุ่น และหัวหน้าผู้เขียนงานวิจัยกล่าวว่า “ดวงอาทิตย์ทั้งสวยงาม ลึกลับ และยังคงมีกิจกรรมที่เกิดจากสนามแม่เหล็กอย่างต่อเนื่อง” 

สิ่งที่การขับเคลื่อนให้เกิดการปะทุบนดวงอาทิตย์ คือสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ มันมีลักษณ์เป็นเส้นที่มองไม่เห็นทอดยาวจากพื้นผิวสุริยะ พุ่งผ่านไปยังอวกาศและผ่านโลก สามารถสังเกตได้ทางอ้อม ด้วยการสังเกตแสงของพลาสมาหรือก๊าซที่มีความร้อนสูง ซึ่งเกาะติดเส้นสนามแม่เหล็ก เหมือนกับไฟหน้ารถที่สาดไปตามถนนในยามค่ำคืน 

ที่น่าสงสัยคือ การเรียงตัวของเส้นแม่เหล็กเหล่านั้นน่าจะส่งผลให้เกิดความแตกต่างระหว่างดวงอาทิตย์ที่เงียบสงบภายในและการปะทุของแสงอาทิตย์ในชั้นถัดมาได้ แต่มันส่งผลอย่างไร? 

ทว่า การอ่านสนามแม่เหล็กในชั้นโคโรนานั้นยากที่จะแม่นยำ เนื่องจากพลาสมาที่เกิดขึ้นนั้นเบาบางเกินไป เพื่อให้วัดค่าได้อย่างแม่นยำขึ้น นักวิทยาศาสตร์จึงใช้วิธีวัดชั้นโฟโตสเฟียร์ (Photosphere) ที่หนาแน่นกว่าบริเวณพื้นผิวดวงอาทิตย์ที่อยู่ต่ำลงไปสองชั้น จากนั้นจึงใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ปลดปล่อยค่านั้นขึ้นไปในโคโรนา วิธีนี้ช่วยให้ไม่ต้องวัดชั้นโครโมสเฟียร์ซึ่งอยู่ระหว่างพื้นผิวและโคโรนา แต่วัดจากการจำลองพฤติกรรมของมันแทน

แต่ทุกอย่างไม่เป็นอย่างที่คาด เมื่อค่าที่ได้ในชั้นโครโมสเฟียร์จำลองผันผวนมาก และกลายเป็นบริเวณที่สนามแม่เหล็กจัดเรียงในแนวทางที่ยากจะคาดเดา นักวิทยาศาสตร์จึงต้องหาปัจจัยเพื่อมาเติมเต็มช่องว่างที่ซับซ้อนนี้

น่าเสียดายที่โครโมสเฟียร์กลายเป็นสัญลักษณ์แทนซึ่งเส้นสนามแม่เหล็กจัดเรียงใหม่ในแบบที่ยากจะคาดเดาได้ แบบจำลองต้องดิ้นรนเพื่อจับความซับซ้อนนี้

ลอเรน รัชเมอร์เลอร์ (Laurel Rachmeler) อดีตนักวิทยาศาสตร์ในโครงการ CLASP2 และผู้ประสานงานที่องค์การบริหารมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติหรือ NOAA ในปัจจบันกล่าวว่า “โครโมสเฟียร์เป็นสิ่งที่ร้อนระอุอย่างมาก เราสร้างสมมติฐานที่เรียบง่ายในโฟโตสเฟียร์และแยกสมมติฐานในโคโรนา แต่ในโครโมสเฟียร์สมมติฐานเหล่านั้นส่วนใหญ่พังทลาย ใช้การไม่ได้” 

สถาบันต่าง ๆในสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น สเปน และฝรั่งเศสได้ทำงานร่วมกัน เพื่อพัฒนาแนวทางใหม่ในการวัดสนามแม่เหล็กของโครโมสเฟียร์ หลังการปรับปรุงอุปกรณ์ที่ใช้บินในปี 2015 พวกเขาก็ติดตั้งหอสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์เข้ากับจรวดที่เรียกว่า ‘Sounding rocket’ ที่ตั้งชื่อตามคำศัพท์เทคนิคที่เกียวกับการเดินเรือมีความหมายว่าการวัด 

(อ่านต่อหน้า 2 คลิกด้านล่างเลย)