ยาน Mars Express และ Trace Gas Orbit ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) ทั้งสองลำที่กำลังอยู่ในวงโคจรของดาวอังคาร เก็บข้อมูลในช่วงเวลาสำคัญที่พายุสุริยะครั้งใหญ่ที่สุดพัดถล่มดาวอังคารได้ เป็นโอกาสดีของนักวิทยาศาสตร์ในการทำความเข้าใจกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร ซึ่งอาจจะช่วยไขความลับของสภาพชั้นบรรยากาศที่เรายังไม่รู้

เหตุการณ์การปะทุของพายุสุริยะเข้าชนดาวอังคารครั้งใหญ่เมื่อเดือนพฤษภาคม 2024 เป็นช่วงที่ดวงอาทิตย์มีกิจกรรมทางพื้นผิวสูงที่สุดหรือที่เรียกว่า Solar Maximum และการปะทุในครั้งนั้นก็นับได้ว่าเป็นการปะทุที่รุนแรงที่สุดในรอบหลายสิบปีจนทำให้เกิดแสงเหนือขึ้นบนโลก ทั้งยังเดินทางไปถึงดาวอังคาร นับเป็นโอกาสดีของการศึกษาผลกระทบของพายุสุริยะขนาดใหญ่ต่อชั้นบรรยากาศและกิจกรรมภายในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร

ภาพประกอบอธิบายกระบวนการในการตรวจวัดความผิดปกติของชั้นบรรยากาศดาวอังคารจากพายุสุริยะด้วยยานอวกาศ Mars Express และ TGO ภาพจาก ESA

นักวิทยาศาสตร์ของ ESA อาศัยจังหวะนี้ศึกษารังสีและชั้นบรรยากาศของดาวอังคารผ่านยานอวกาศ Mars Express และ Trace Gas Orbit (TGO) ที่อยู่ในวงโคจรของดาวอังคาร เครื่องตรวจวัดรังสีบนยาน TGO ได้ตรวจพบว่าปริมาณรังสีภายในระยะเวลา 64 ชั่วโมงนับตั้งแต่พายุปะทะกับดาวอังคารมีปริมาณรังสีเทียบเท่ากับปริมาณรังสีในช่วงเวลาปกติ 200 วัน ถือว่าสูงกว่าค่าเฉลี่ยอย่างมหาศาล

จากการเก็บข้อมูลโดยยานอวกาศทั้งสองลำนั้นพบว่า ผลกระทบจากพายุสุริยะทำให้ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าเหตุการณ์นี้ไม่เคยพบมาก่อน บ่งบอกถึงความรุนแรงของพายุสุริยะลูกนี้ได้เป็นอย่างดี

พายุสุริยะลูกนี้ทำให้จำนวนอิเล็กตรอนในชั้นบรรยากาศดาวอังคารสองชั้นที่ความสูงประมาณ 110 และ 130 กิโลเมตร เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สูงถึง 45% และ 278% ตามลำดับ นี่คือจำนวนอิเล็กตรอนที่มากที่สุดเท่าที่เคยตรวจพบในชั้นบรรยากาศระดับนี้ของดาวอังคาร

พายุสุริยะลูกนี้ไม่ได้สร้างความปั่นป่วนให้กับชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเท่านั้น แต่ยังรบกวนระบบคอมพิวเตอร์ของยานอวกาศทั้งสองลำอีกด้วย ถึงอย่างนั้นความปั่นป่วนภายในระบบคอมพิวเตอร์ของยานอวกาศนับว่าเป็นเรื่องปกติ เพราะอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์สามารถเข้ามาพุ่งชนและรบกวนการทำงานเมื่อใดก็ได้ ยานอวกาศทั้งสองลำจึงออกแบบมาเพื่อรองรับเรื่องนี้ ทีมวิศวกรใช้ชิ้นส่วนที่ทนทานต่อรังสีและมีระบบเฉพาะสำหรับการตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาด ทำให้ยานสามารถกู้คืนระบบได้อย่างรวดเร็วหากต้องเผชิญกับพายุสุริยะขั้นรุนแรง

ภาพวาดจากจินตนาการของศิลปินของยาน Mars Express ภาพจาก ESA

เมื่อเราพูดถึงการตรวจวัดปริมาณอิเล็กตรอนภายในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร เอาเข้าจริงยานอวกาศทั้ง Mars Express และ TGO ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อภารกิจนี้ตั้งแต่ต้น แต่นักวิทยาศาสตร์จาก ESA ได้ออกแบบเทคนิคการตรวจวัดใหม่ที่เรียกว่า Radio Occultation ซึ่งต้องใช้ยานอวกาศทั้ง Mars Express และ TGO ทำงานด้วยกัน เริ่มด้วยยาน Mars Express จะยิงสัญญาณวิทยุไปยังยาน TGO ในจังหวะที่ยาน TGO กำลังจะลับขอบฟ้าของดาวอังคารพอดี สัญญาณวิทยุจาก Mars Express ที่เดินทางไปยัง TGO จะมีการหักเหด้วยชั้นบรรยากาศชั้นต่าง ๆ ของดาวอังคาร ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเก็บข้อมูลเกี่ยวกับบรรยากาศแต่ละชั้นได้มากขึ้น นอกจากนี้ นักวิจัยยังใช้ข้อมูลจากยานอวกาศ MAVEN ของ NASA เพื่อยืนยันความหนาแน่นของอิเล็กตรอนอีกด้วย

เทคนิคนี้จริง ๆ แล้วนักวิทยาศาสตร์ประยุกต์ใช้มานานหลายทศวรรษเพื่อสำรวจระบบสุริยะ แต่เป็นการส่งสัญญาณจากยานอวกาศกลับมายังโลก แต่นักวิทยาศาสตร์ของ ESA เพิ่งจะนำเทคนิคนี้มาใช้งานกับยานอวกาศรอบวงโคจรของดาวอังคารเมื่อประมาณห้าปีที่ผ่านมานี้เอง ซึ่งปกติคลื่นวิทยุเหล่านั้นจะใช้ส่งข้อมูลระหว่างยานโคจรและยานสำรวจพื้นผิว (rover) เท่านั้น การนำมันมาใช้งานกันระหว่างยานอวกาศเพื่อใช้ในการศึกษาชั้นบรรยากาศจึงเป็นเรื่องที่ยอดเยี่ยมจนอาจมีความเป็นไปได้ที่จะนำไปใช้กับการสำรวจดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ

แม้พายุสุริยะที่ชนโลกและดาวอังคารจะเป็นพายุลูกเดียวกัน แต่ผลกระทบกับชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ทั้งสองนี้กลับแตกต่างโดยสิ้นเชิง ซึ่งเราพบว่าผลกระทบของพายุสุริยะต่อชั้นบรรยากาศของโลกนั้นเบาบางกว่าที่ดาวอังคาร สาเหตุเพราะโลกมีสนามแม่เหล็กและชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นกว่าดาวอังคารถึง 100 เท่า

ภาพการปะทุของ CMS บนพื้นผิวดวงอาทิตย์เมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม 2024 ที่พายุสุริยะเข้ามาปะทะทั้งโลกและดาวอังคารในช่วงเวลาไล่เลี่ยกัน ภาพจาก NASA

อย่างไรก็ตาม การศึกษาสภาพอวกาศนั้นทำได้ยาก เพราะดวงอาทิตย์พ่นรังสีและสสารออกมาอย่างไม่สม่ำเสมอ ทำให้การตรวจวัดแบบเจาะจงมักขึ้นอยู่กับโอกาส นับว่าการที่ ESA สามารถคิดค้นเทคนิคนี้ได้พอดี นับว่าเป็นความโชคดีของนักวิทยาศาสตร์ที่สามารถเริ่มต้นใช้เทคนิคดังกล่าวในการศึกษาสภาพของชั้นบรรยากาศได้ภายใน 10 นาทีนับตั้งแต่เปลวพายุสุริยะปะทุขึ้นมา

ผลลัพธ์จากการศึกษาชั้นบรรยากาศดาวอังคารในครั้งนี้ช่วยปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับดาวอังคารให้ตรงตามความเป็นจริงยิ่งขึ้น มันแสดงให้ว่าพายุสุริยะถ่ายโอนพลังงานและอนุภาคเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอย่างไร ซึ่งสำคัญต่อการทำความเข้าใจวิวัฒนาการของดาวอังคารว่ามาสู่สภาพนี้ได้เพราะเหตุใด นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเหตุผลที่ทำให้เกิดการสูญเสียน้ำและชั้นบรรยากาศไปน่าจะมาจากลมสุริยะที่พัดออกมาจากดวงอาทิตย์โดยส่วนใหญ่

องค์ความรู้จากการศึกษาในครั้งนี้ทำให้เราทราบว่าเมื่อพายุสุริยะปะทะกับชั้นบรรยากาศของดาวอังคารแล้วจะทำให้เกิดอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศของดาวอังคารอย่างมหาศาล ซึ่งอาจจะเป็นปัญหากับระบบสื่อสารของหุ่นยนต์บนพื้นผิวดาวอังคารกับยานอวกาศ รวมถึงระหว่างยานอวกาศกับยานอวกาศด้วยกันได้ วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์จึงต้องศึกษาเพิ่มเติมเพื่อออกแบบอุปกรณ์สื่อสารของยานอวกาศในการรับมือกับปัญหาที่จะเกิดขึ้นเหล่านี้อีกด้วย

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : ESA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

ยาน ESA พบ “พายุสุริยะ” ปะทะดาวอังคาร สร้างความปั่นป่วนชั้นบรรยากาศกว่าที่คาด