ตลอดประวัติศาสตร์มนุษยชาติเราไม่เคยมองเห็นภาพถ่ายของสนามแม่เหล็กที่อยู่รอบโลกมาก่อนเลย “Smile” ภารกิจใหม่ขององค์การบริหารอวกาศยุโรปและสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน จะออกเดินทางสู่ตำแหน่งสำคัญเพื่อจับภาพของสนามแม่เหล็กโลกเต็มใบจากกลางอวกาศ เพื่อถ่ายภาพสนามแม่เหล็กโลกและศึกษาผลกระทบต่อพื้นผิวโลก

ตลอดหลายสิบปีที่เราศึกษาสนามแม่เหล็กโลก เรามักจะส่งดาวเทียมไปยังตำแหน่งต่าง ๆ ของสนามแม่เหล็ก จากนั้นใช้เครื่องมือตรวจวัดสนามแม่เหล็กและอนุภาคที่วิ่งผ่านตัวยาน วิเคราะห์ข้อมูลภาพใหญ่ที่ได้มา กระบวนการศึกษาสนามแม่เหล็กของโลกในทุกวันนี้เทียบได้กับการศึกษาพายุหมุนขนาดใหญ่จากการใช้เครื่องวัดความเร็วลมที่ตั้งอยู่ห่าง ๆ กันและพยายามจำลองรูปร่างของพายุหมุนว่าหน้าตาเป็นอย่างไร

ภาพจำลองของสนามแม่เหล็กโลกในย่านรังสีเอกซ์เมื่ออนุภาคมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมภายในสนามแม่เหล็กของโลก ซึ่งอาจจะสามารถสังเกตเห้นได้จากยาน Smile ภาพจาก ESA

แทนที่เราจะเพิ่มจำนวนของดาวเทียมที่ใช้ในการตรวจวัดสนามแม่เหล็กในวงโคจรรอบโลกที่มากขึ้น แนวคิดใหม่คือการสร้างยานอวกาศที่สามารถมองเห็นภาพรวมของสนามแม่เหล็กด้วยภาพถ่ายเพียงภาพเดียว ภายใต้ภารกิจ Smile (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer) ที่จะใช้รังสีเอกซ์พลังงานต่ำมาสังเกตสนามแม่เหล็กของโลกผ่านปฏิสัมพันธ์ระหว่างลมสุริยะกับอนุภาครอบโลก ทำให้ภาพของสนามแม่เหล็กที่จากเดิมต้องอาศัยการวาดภาพจำลองเพื่อทำความเข้าใจสู่ภาพของสนามแม่เหล็กที่จะ “มองเห็น” ได้เป็นครั้งแรก

แล้วปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กโลกและอนุภาคพลังงานสูงจะมาสร้างภาพถ่ายของสนามแม่เหล็กได้อย่างไร ในเมื่อสนามแม่เหล็กเป็นสิ่งที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า

ทีมนักวิทยาศาสตร์วาดภาพสนามแม่เหล็กโลกผ่านการแลกเปลี่ยนประจุ (charge exchange) ระหว่างอนุภาคพลังงานสูงภายในลมสุริยะกับอะตอมที่มีสถานะเป็นกลางรอบโลก เมื่อเกิดการชนกันจึงเกิดการแลกเปลี่ยนประจุและปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของรังสีเอกซ์พลังงานต่ำ ตัวยาน Smile นี้เองใช้รังสีเอกซ์พลังงานต่ำที่ปลดปล่อยออกมาเป็นสปอตไลท์ที่ทำให้ขอบเขตของสนามแม่เหล็กโลกเรืองแสงขึ้นมา

Smile เป็นยานอวกาศที่เกิดจากความร่วมมือระหว่างองค์การบริหารอวกาศยุโรปและสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน ตัวยานเป็นดาวเทียมขนาดไม่เล็กไม่ใหญ่ ประมาณรถยนต์คันเล็ก ๆ หนึ่งคัน มีน้ำหนักรวมไม่เกิน 2.3 ตัน ตัวยานไม่ได้มีแต่เครื่องมือวิทยาศาสตร์เพื่อการศึกษาและถ่ายภาพในรังสีเอกซ์พลังงานต่ำ แต่ยังมีกล้องถ่ายภาพในย่านรังสีอัลตราไวโอเลตที่ทำให้เห็นถึงปรากฏการณ์แสงออโรราที่จะเกิดขึ้นเพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์แลกเปลี่ยนประจุกับออโรราและอุปกรณ์วิเคราะห์ประจุมวลเบา (light ion analyzer) ทำหน้าที่วัดความเร็วของกระแสลมสุริยะ ฝั่งยุโรปเป็นผู้ดูแลอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่จะขนส่งไปกับยาน (payload) ส่วนประเทศจีนรับผิดชอบ โครงสร้างและระบบยานอวกาศ (spacecraft bus)

วงโคจรของยาน Smile จะมีลักษณะเป็นวงรีสูง จุดใกล้โลก (perigee) เพียง 5,000 กิโลเมตร ส่วนจุดไกลโลก (apogee) อยู่ห่างออกไปถึง 121,000 กิโลเมตร

The_Smile_mission

ข้อมูลที่ได้จาก Smile จะเข้ามาเติมเต็มสิ่งที่ยานอวกาศยุคก่อนหน้าทำไว้ ซึ่งคือการเห็นภาพใหญ่ของสนามแม่เหล็กโลกว่ามีรูปร่างที่แท้จริงอย่างไร และเราจะยังอาจจะได้เห็นจังหวะที่ลมสุริยะปะทะสนามแม่เหล็กโลกจนเกิดเป็นคลื่นกระแทก (bow shock) และขอบเขตของสนามแม่เหล็กโลก (magnetopause)

ภารกิจ Smile มีกำหนดขึ้นสู่อวกาศในช่วงเมษายน 2026 ด้วยจรวด Vega C จากฐานปล่อยในดินแดนโพ้นทะเลของประเทศฝรั่งเศส เฟรนช์เกียนา (French Guiana) หากการส่งไม่มีอุปสรรค ยาน Smile เมื่อขึ้นไปในอวกาศแล้วมันจะกลายสภาพเป็นตัวเปลี่ยนเกมในการศึกษาสนามแม่เหล็กของโลก เพราะในปัจจุบันวิถีชีวิตของมนุษย์นั้นพึ่งพาดาวเทียมเครือข่ายจีพีเอสอันเปราะบางในการโทรคมนาคม ซึ่งระบบนี้หากเสียหายหนักจากพายุสนามแม่เหล็ก อาจก่อให้เกิดหายนะใหญ่หลวงได้ ดังนั้นการทำความเข้าใจสนามแม่เหล็กโลกและทำนายผลกระทบของ พายุสนามแม่เหล็กที่ละเอียดขึ้นก็จะช่วยทำให้เราวางแผนในการรับมือกับสถานการณ์ที่เลวร้ายได้ดียิ่งขึ้น

นอกจากนี้ การปฏิบัติภารกิจของยาน Smile ยังออกแบบมาเพื่อบูรณาการข้อมูลร่วมกับภารกิจอย่างยาน MMS, THEMIS และ DSCOVR อีกทั้งข้อมูลที่ได้จาก Smile จะนำไปเชื่อมโยงกับภารกิจในอนาคต เช่น ยาน Vigil สำหรับการสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์จากมุมกว้าง และโครงการ HelioSwarm เพื่อศึกษาความปั่นป่วนของพลาสมาในอวกาศ

ภาพถ่ายสนามแม่เหล็กของโลกรูปแรกจากยาน Smile จะทำให้มนุษยชาติสามารถประกอบจิ๊กซอว์ทางวิทยาศาสตร์ได้ครบถ้วนเป็นครั้งแรก เพื่อทำความเข้าใจว่าปฏิสัมพันธ์ในระดับอนุภาคสามารถส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมของสนามแม่เหล็กดาวเคราะห์ได้อย่างไร ซึ่งจะนำไปสู่ความเข้าใจในสภาพอวกาศและการพยากรณ์สภาพอวกาศที่แม่นยำขึ้น และเป็นส่วนหนึ่งในการไขข้อสงสัยเกี่ยวกับการทำงานของสนามแม่เหล็กของโลก

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล

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

ทำความรู้จักยาน Smile ยานอวกาศถ่ายภาพสนามแม่เหล็กโลกลำแรก