“สนามแม่เหล็กดาวพฤหัสบดี” ทรงพลังแค่ไหน ?

เมื่อวันที่ 4 เมษายน 2025 ยานอวกาศจูโนเข้าสู่สถานะเซฟโหมด (Safe Mode) อันเนื่องมาจากข้อผิดพลาดร้ายแรงภายในระบบคอมพิวเตอร์ ซึ่งคาดกันว่าน่าจะมาจากสนามแม่เหล็กที่รุนแรงของดาวพฤหัสบดีรบกวนระบบคอมพิวเตอร์ภายในยาน แล้วสนามแม่เหล็กที่รุนแรงของดาวพฤหัสบดีนั้นรุนแรงแค่ไหน แล้วทำไมวิศวกรยานอวกาศจึงได้กังวลสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีเป็นอย่างมาก

เป็นที่ชัดเจนว่าดาวพฤหัสบดีมีสนามแม่เหล็กความเข้มสูงมากจนไร้ซึ่งดาวเคราะห์ดวงไหนจะเป็นคู่แข่งได้ จากการตรวจวัดโดยยานอวกาศพบว่าค่าความเข้มสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีที่บริเวณยอดเมฆเหนือเส้นศูนย์สูตรมีค่าประมาณ 4.17 เกาส์ (4.17 × 10⁻⁴ เทสลา) ซึ่งสูงกว่าโลกประมาณ 15 – 20 เท่า ขณะที่ค่าโมเมนต์ไดโพลของสนามแม่เหล็ก (Dipole Moment) มากกว่าโลกเกือบ 20,000 เท่า

ต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กยักษ์นั้นอยู่ลึกลงไปใต้ชั้นเมฆ ความดันอันมหาศาลภายในชั้นบรรยากาศบีบอัดไฮโดรเจนจนกลายสภาพเป็นของเหลวที่มีสภาพเป็นโลหะนำไฟฟ้า รวมกับการหมุนรอบตัวเองอันรวดเร็วของมันที่กินเวลาเพียง 9 ชั่วโมง 56 นาทีต่อคาบการหมุนรอบตัวเอง ทำให้เกิดปรากฏการณ์ไดนาโมขนาดมหึมาที่สร้างสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่โตมหาศาล ปริมาตรขอบเขตไดนาโมกินที่พื้นที่นับสิบเท่าของแกนโลกยิ่งขยายพลังสนามให้ครอบคลุมบริเวณกว้าง

สนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีไม่ได้เป็นสิ่งเดียวที่วิศวกรยานอวกาศกังวล เพราะว่ารอบ ๆ ดาวพฤหัสบดีก็มีอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์และสสารพลาสมาที่ถูกกักขังอยู่ภายในสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีด้วยเช่นกัน ซึ่งตัวการสำคัญที่ก่อกำเนิดสสารพลาสมาที่ไหลวนอยู่รอบดาวพฤหัสบดีคือดวงจันทร์ไอโอ (Io) ดวงจันทร์บริวารที่มีกิจกรรมทางภูเขาไฟมากที่สุดในระบบสุริยะ ดวงจันทร์ดวงนี้ปลดปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ออกสู่อวกาศในปริมาณมากกว่า 1 ตันต่อวินาที ก๊าซที่ถูกปลดปล่อยออกมาได้แปลงสภาพเป็นไอออน เกิดมีประจุ และถูกสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีบังคับให้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับการหมุนรอบตัวเองของดาวพฤหัสบดี ก่อให้กลายสภาพเป็นพลาสมาที่ปลดปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาที่ความถี่ 10–40 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) ซึ่งย่านความถี่นี้ดันตรงกับความถี่ของสัญญาณวิทยุที่ใช้งานกันบนโลก และมันก็สร้างสัญญาณที่ก่อกวนคลื่นวิทยุบนโลกกันมาอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ยุคเริ่มต้นของการกระจายสัญญาณวิทยุ โดยก่อนหน้าที่เราจะเข้าใจว่าสัญญาณเหล่านี้มีต้นต่อมาจากดาวพฤหัสบดี นักวิทยุสมัครเล่นบนโลกต่างเดาว่าสัญญาณเหล่านี้น่าจะมาจากฟ้าผ่าและฟ้าแลบจากพายุฝนฟ้าคะนองบนโลก

แม้ว่าสนามแม่เหล็กรอบดาวพฤหัสบดีจะรุนแรงและน่ากังวล แต่สิ่งที่น่าเป็นห่วงมากกว่าความเข้มของสนามแม่เหล็กคือแถบรังสีความเข้มสูงรอบดาวพฤหัสบดีที่เกิดจากสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีอย่างที่กล่าวไปข้างต้น ซึ่งสิ่งนี้คือจุดที่วิศวกรยานอวกาศใส่ใจมากที่สุดเพราะอนุภาคพลังงานสูงจะไปก่อกวนระบบคอมพิวเตอร์จนเกิดข้อผิดพลาดร้ายแรงได้ ตัวอย่างที่สำคัญคือยานกาลิเลโอ (Galileo) ในช่วงทศวรรษที่ 1990 ตัวยานพบว่าระดับรังสีในบริเวณพื้นที่ชั้นในของแมกนีโตสเฟียร์สูงกว่าที่แบบจำลองคาดไว้ถึง 3 เท่า ทำให้ตลอดภารกิจของกาลิเลโอนั้นพบกับปัญหาข้อบกพร่องทางคอมพิวเตอร์ที่ร้ายแรงจนทำให้ยานอวกาศเข้าสู่เซฟโหมดและนำไปสู่ความล้มเหลวของการเก็บข้อมูลระหว่างที่เข้าใกล้วัตถุที่สำรวจหลายต่อหลายครั้ง

ยานอวกาศยุคถัดจากยานกาลิเลโอที่ไปสำรวจดาวพฤหัสบดีจึงต้องถึงออกแบบให้ระบบคอมพิวเตอร์ภายในยานอยู่ในกล่องไทเทเนียมปิดทึบที่มีความหนา 1 เซนติเมตร เรียกกันว่า “กล่องนิรภัยกันรังสีของจูโน” (Juno Radiation Vault) เพื่อปกป้องระบบคอมพิวเตอร์จากรังสีพลังงานสูงไม่ให้ประสบกับปัญหาเหมือนในสมัยของยานกาลิเลโอ แต่ถึงกระนั้นก็ยังมีการพบปัญหาข้อผิดพลาดร้ายแรงที่นำไปสู่การเข้าเซฟโหมดของตัวยานอยู่หลายครั้ง หนึ่งในนั้นก็คือเหตุการณ์เมื่อวันที่ 4 เมษายน ที่ผ่านมา การออกแบบที่ทนทานมากขึ้นของยานจูโนก็ทำให้เก็บข้อมูลกลับมายังโลกได้มากขึ้นกว่าสมัยของยานกาลิเลโอ อีกทั้งยังพิสูจน์แล้วว่าระบบกล่องนิรภัยป้องกันคอมพิวเตอร์ของยานสามารถใช้งานได้จริง และปกป้องยานจูโนจากรังสีที่รุนแรงได้

สนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีนั้นมีความเข้มที่สูงมาก แม้มันจะไม่ได้สร้างปัญหาโดยตรงกับยานอวกาศ แต่อนุภาคและสสารพลังงานสูงโดยรอบก็เป็นอันตรายกับการสำรวจเป็นอย่างยิ่ง และมันกลายเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมในการออกแบบยานอวกาศสำรวจดาวพฤหัสบดี สภาพแวดล้อมที่แตกต่างจากโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ของดาวพฤหัสบดีทำให้มันเป็นจุดที่น่าสนใจและน่าเข้าไปทำการศึกษา เพราะสภาพแวดล้อมที่มีสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงระดับดาวพฤหัสบดีนั้นจะไม่มีดาวเคราะห์ดวงไหนในระบบสุริยะที่มีมากเท่ากับดาวพฤหัสบดีแบบนี้อีกแล้ว

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล

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

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech