หากเรามองดวงอาทิตย์ในย่านความยาวคลื่นที่ตามองเห็น เราอาจจะพบจุดดำบนดวงอาทิตย์สองสามจุด แต่ถ้าสังเกตผ่านอัลตราไวโอเลต เราจะพบกับชั้นพื้นผิวพลาสมาปั่นป่วน และหากเราขยับไปที่ย่านอัลตราไวโอเลตพลังงานสูง (Extreme UV) เราจะพบกับโพรงชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ เรียกว่า Coronal hole รูโหว่ขนาดใหญ่ที่กินพื้นที่ใหญ่ได้มากถึง 1 ใน 4 ของพื้นผิวดวงอาทิตย์นี้คืออะไร แล้วมันต่างจากจุดดำของดวงอาทิตย์อย่างไร
Coronal hole ไม่ใช่รูโพรงที่เจาะลึกลงไปในเนื้อดวงอาทิตย์ แต่ที่เราเห็นนั้นคือชั้นบรรยากาศนอกสุดของดวงอาทิตย์ที่เราเรียกกันว่าโคโรนา ตามปกติชั้นบรรยากาศโคโรนาของดวงอาทิตย์จะมีอุณหภูมิที่สูงถึงล้านองศาเซลเซียส เปล่งแสงในย่านรังสีอัลตราไวโอเลตพลังงานสูงและรังสีเอกซ์พลังงานต่ำ ภาพถ่ายในย่านอัลตราไวโอเลตพลังงานสูงจึงสว่างวาบขึ้นมาและสังเกตเห็นถึงความปั่นป่วนของชั้นโคโรนาได้อย่างชัดเจน
ชั้นโคโรนาของดวงอาทิตย์ยึดโยงอยู่กับดวงอาทิตย์ผ่านสนามแม่เหล็กที่ม้วนกลับลงมายังเนื้อดวงอาทิตย์ เราเรียกห่วงสนามแม่เหล็กเหล่านี้ว่า Close loop แต่ในบางตำแหน่งของเส้นแรงสนามแม่เหล็กปั่นป่วน จนทำให้สนามแม่เหล็กไม่ม้วนกลับเข้ามาแต่กลับพุ่งออกไปจากดวงอาทิตย์แทน เราเรียกปรากฏการณ์นี้ว่า Open Magnetic Field Lines ซึ่งเมื่อสนามแม่เหล็กเปิดออก มันจะพามวลสารโคโรนาปริมาณมหาศาลให้ไหลออกไปพร้อมกับสนามแม่เหล็ก ทำให้บริเวณที่เปิดออกมีชั้นโคโรนาอยู่เบาบางมากจนคล้ายกับเป็นรูโหว่และปรากฏเป็นพื้นที่สีดำในภาพถ่ายในย่านรังสีอัลตราไวโอเลตพลังงานสูงนั่นเอง
โคโรนาที่หลุดออกจากดวงอาทิตย์ตามเส้นสนามแม่เหล็กที่เปิดมานั้นจะเรียกว่า ลมสุริยะความเร็วสูง (Fast Solar Wind) ลมสุริยะจากบริเวณนี้จะมีความเร็วสูงถึง 500–800 กิโลเมตรต่อวินาที ต่างจากลมสุริยะปกติที่มีความเร็วเพียง 300–400 กิโลเมตรต่อวินาที ลมสุริยะจะพัดไปจนถึงตำแหน่งที่สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์สามารถส่งอิทธิพลไปถึง (heliopause) ก่อนที่จะชะลอความเร็วและกลายเป็นฟองกั้นสสารระหว่างดวงดาวไม่ให้หลุดเข้ามาภายในระบบสุริยะของเรา และการที่ลมสุริยะเหล่านี้ไม่ไหลกลับ ทำให้ดวงอาทิตย์อยู่ในสภาพสูญเสียมวลสารของมันอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา
รูโหว่ในชั้นโคโรนาต่างจากจุดดับบนดวงอาทิตย์อย่างไร
รูโหว่ในชั้นโคโรนากับจุดดับบนดวงอาทิตย์นั้นต่างกันอย่างสิ้นเชิง เพราะรูโหว่ของชั้นโคโรนาเกิดขึ้นจากความบิดเบี้ยวของสนามแม่เหล็กที่ชั้นโคโรนาซึ่งเปิดอ้าออกสู่อวกาศห้วงลึก แต่จุดดับบนดวงอาทิตย์เกิดบนชั้นโฟโตสเฟียร์ (Photosphere) โดยจุดดับบนดวงอาทิตย์นั้นเป็นบริเวณที่สนามแม่เหล็กเข้มข้นจนขัดขวางการพาความร้อนจากภายใน ทำให้อุณหภูมิต่ำกว่ารอบข้างและดูมืดลง การบิดเบี้ยวของสนามแม่เหล็กเป็นแบบปิด อยู่ภายในเนื้อดวงอาทิตย์ เมื่อจุดดำมาเจอกันจะเกิดการรวมตัวกันของสนามแม่เหล็ก และอาจรุนแรงถึงขั้นเกิดเป็นการปะทุของพื้นผิวดวงอาทิตย์หรือพายุสุริยะได้
ขั้วสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์
แม้สนามแม่เหล็กภายในดวงอาทิตย์จะวุ่นวายและซับซ้อนมาก แต่ก็ยังคงปฏิบัติตามกฎฟิสิกส์ที่ว่ามีขั้วสนามแม่เหล็กสองขั้ว เหมือนกับโลกของเราหรือแม้กระทั่งแท่นแม่เหล็กในอุปกรณ์ต่าง ๆ เพียงแต่ภายในดวงอาทิตย์เต็มไปด้วยสสารที่มีประจุ และอุณหภูมิของดวงอาทิตย์นั้นไม่ได้กระจายเท่ากันอย่างสม่ำเสมอ ทำให้การไหลของสสารภายในดวงอาทิตย์ปั่นป่วนและซับซ้อนจนเกิดปรากฏการณ์ไดนาโมที่ประจุไฟฟ้าไหลวนเหนี่ยวนำกันเองจนสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นมาได้ด้วยตัวเอง สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์จึงมีขั้วเกิดขึ้นมากมาย ยังไม่นับรวมผลจากการหมุนรอบตัวเอง สสารบริเวณเส้นศูนย์สูตรจะหมุนเร็วกว่าบริเวณขั้วเหนือและใต้ เป็นที่มาของวัฏจักรดวงอาทิตย์ทุก 11 ปีที่ดวงอาทิตย์มีกิจกรรมทางพื้นผิวสูงที่สุด (solar maximum) และต่ำที่สุด (solar minimum) นั่นเอง
เพราะลมสุริยะเป็นสิ่งที่พยากรณ์ได้
ในขณะที่การพ่นมวลโคโรนา (coronal mass ejection) เป็นการระเบิดรุนแรง เปรียบเสมือนพายุที่ก่อตัวและพุ่งมาหาโลก ลมสุริยะความเร็วสูงที่ออกจากรูโหว่ชั้นโคโรนานั้นกลับคล้ายความกดอากาศสูงที่เราสามารถคาดเดาและพยากรณ์ช่วงเวลาที่กระแสลมเหล่านั้นจะพัดพามาได้
โดยหลักการคือ เราทราบว่าดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเองหนึ่งรอบใช้เวลา 27 วัน หมายความว่าตำแหน่งที่รูโหว่โคโรนาจะหันมาเจอกับโลกคือทุก 27 วัน และเนื่องจากรูโหว่โคโรนามักจะมีโครงสร้างที่เสถียร คงอยู่ได้นานหลายเดือน เราจึงตรวจพบพายุสนามแม่เหล็กโลกแบบเกิดซ้ำ (recurrent geomagnetic storms)
แม้เราจะทราบตำแหน่งของรูโหว่โคโรนาจากกล้องโทรทรรศน์สังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ แต่กว่าที่ลมสุริยะความเร็วสูงจะเดินทางมาถึงโลกนั้นต้องใช้ระยะเวลานานสามวันเลยทีเดียว และด้วยเหตุนี้ทำให้เราสามารถทำนายช่วงเวลาที่ลมสุริยะจะเดินทางมาปะทะกับโลกได้ล่วงหน้า ทางหน่วยงานต่าง ๆ สามารถออกประกาศแจ้งเตือนเกี่ยวกับพายุสนามแม่เหล็กโลก ที่มีระดับความรุนแรงเล็กถึงปานกลาง (G1–G2) ให้กับบริษัทโทรคมนาคม ดาวเทียม โรงไฟฟ้าได้อย่างทันท่วงที
ถึงแม้ลมสุริยะเหล่านี้อาจจะไม่ก่อให้เกิดปัญหาให้เกิดความปั่นป่วนด้านสนามแม่เหล็กโลกมากเท่ากับพายุสุริยะ แต่ถึงอย่างนั้นมันก็สร้างผลกระทบให้กับดาวเทียม วิทยุ การสื่อสารได้อยู่ดี การที่ลมสุริยะเหล่านี้คาดเดาได้ เปิดโอกาสให้เกิดการท่องเที่ยวเพื่อเยี่ยมชมแสงเหนือ เพราะว่าเราสามารถทำนายช่วงเวลาที่ลมสุริยะจะพัดมาชนโลกพอดิบพอดี ทำให้ง่ายต่อการชมแสงเหนือของนักท่องเที่ยว
การเข้าใจรูโหว่ชั้นโคโรนา จึงไม่ใช่แค่การศึกษาฟิสิกส์ของดวงอาทิตย์เท่านั้น แต่คือการเรียนรู้ที่จะอ่านและทำความเข้าใจกลไกสภาพอวกาศที่ส่งผลต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ในปัจจุบัน เพราะในปัจจุบันเรามีการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มากมาย ความเข้าใจกระบวนการของดวงอาทิตย์ทำให้เราเตรียมรับมือกับสถานการณ์ต่าง ๆ ได้มากยิ่งขึ้น และทำให้เราสามารถวางแผนป้องกันระบบดาวเทียมและการสื่อสารที่เปราะบางต่ออนุภาคพลังงานสูงได้อย่างแม่นยำ พร้อมทั้งลดความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับโครงสร้างพื้นฐานทางเทคโนโลยีของโลกในยุคดิจิทัลได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
