คอลัมน์ ฟิสิกส์ธรรมดาสาระมันส์ : ปรากฏการณ์ชาโดว์แบนด์ (ตอนต้น)

ในขณะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงนั้นมีปรากฏการณ์หนึ่งที่น่าสนใจ แต่ไม่ค่อยเป็นที่รู้จักเกิดขึ้นก่อนที่ดวงจันทร์จะบังดวงอาทิตย์อย่างสมบูรณ์และหลังจากการบังกันอย่างสมบูรณ์เกิดขึ้นไม่นานนัก ปรากฏการณ์ดังกล่าวคือ ชาโดว์แบนด์ (Shadow Band) ซึ่งจะสังเกตเห็นได้เมื่อดวงอาทิตย์ปรากฏเป็นเสี้ยวบางมากๆ โดยแสงอาทิตย์ในขณะนั้นจะปรากฏเป็นแถบสว่างมากสลับกับสว่างน้อยเป็นริ้วๆ เหมือนทางม้าลาย และมีการเคลื่อนตัวอย่างระลอกคลื่นในทิศทางตั้งฉากกับแถบไปบนพื้นดิน บนกำแพงและผนังอาคารบ้านเรือน ผู้ที่สนใจศึกษาปรากฏการณ์นี้จะนำผ้าใบสีขาวเรียบๆ หรือกระดาษที่มีขนาดใหญ่ราวๆ 1-2 ตารางเมตร ไปรองรับเพื่อใช้เป็นฉากในการสังเกต

ในปี ค.ศ.1911 Robert W. Wood นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน อธิบายปรากฏการณ์นี้ไว้ใน หนังสือ physical optics ว่ามันเป็นปรากฏการณ์ในลักษณะเดียวกับที่เรามองเห็นดาวบนท้องฟ้าในเวลากลางคืนเกิดการกะพริบ

เหตุที่เรามองเห็นดาวในยามค่ำคืนกะพริบนั้น เนื่องจากชั้นบรรยากาศโลกนั้นมีอุณหภูมิแตกต่างกันทำให้มันทำตัวเหมือนเลนส์เว้าและเลนส์นูนกระจายตัวอยู่เหนือผิวโลก ส่วนที่รวมแสงจะทำให้แสงดาวสว่างขึ้นเล็กน้อย และส่วนที่กระจายแสงจะทำให้แสงดาวลดความสว่างลง เมื่อกระแสอากาศมีความเคลื่อนไหวย่อมทำให้เราเห็นแสงดาวมีความเปลี่ยนแปลงความสว่างไปมาจนเห็นดาวกะพริบ

ชาโดว์แบนด์ก็คือแถบแสงสว่างสลับมืดที่เกิดจากการรวมแสงและกระจายแสงของชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งการถ่ายภาพหรือวิดีโอแถบเหล่านี้ไม่ง่าย เพราะความแตกต่างของความสว่างระหว่างแถบนั้นมีค่าไม่มากนัก (low contrast) นอกจากนี้ยังเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงค่อนข้างเร็ว

กล่าวโดยสรุปได้ว่า หากโลกไม่มีชั้นบรรยากาศ ดาวบนท้องฟ้าย่อมไม่กะพริบ และไม่มีปรากฏการณ์ชาโดว์แบนด์

ในปี ค.ศ.1970 นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยบอลสเตท (Ball State University) แบ่งเป็น 5 กลุ่มแยกย้ายไปทำการสังเกตปรากฏการณ์ชาโดว์แบนด์ด้วยฉากสีขาว ทุกกลุ่มพบว่าแถบชาโดว์แบนด์วางตัวขนานไปกับเส้นคอร์ดที่เชื่อมระหว่างเสี้ยวดวงอาทิตย์ และพบว่าแถบชาโดว์แบนด์เคลื่อนที่ในทิศทางเข้าหาเงาดวงจันทร์ก่อนจะเกิดการบังอย่างสมบูรณ์ และเคลื่อนที่ออกจากเงาดวงจันทร์หลังจากเกิดการบังอย่างสมบูรณ์ พวกเขาพยายามจับเวลาเพื่อหาความเร็วการเคลื่อนที่ของแถบเหล่านี้ ทว่าแต่ละกลุ่มกลับวัดความเร็วได้ไม่เท่ากัน (2-3 เมตรต่อวินาที) และวัดความกว้างของแต่ละแถบได้ไม่เท่ากันอีกด้วย

จริงๆ แล้วก่อนนั้นนั้น A. Healy นักศึกษาจาก Wesleyan University ทำการสังเกตความเข้มของแสงสีน้ำเงินและเหลืองที่ปรากฏในชาโดว์แบนด์ เมื่อวันที่ 12 พฤจิกายน ปี ค.ศ.1966 ด้วยอุปกรณ์ที่ใช้หลักการโฟโตอิเล็กทริก

ผลลัพธ์ที่ได้น่าสนใจมาก เพราะขณะที่สุริยุปราคาใกล้จะเต็มดวง ความกว้างของแถบชาโดว์แบนด์จะน้อยลง และจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นหลังจากการบังกันเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์แล้ว

ยิ่งไปกว่านั้นคือ ขณะที่เกิด second contact ซึ่งเป็นจังหวะที่ดวงจันทร์เพิ่งจะบังดวงอาทิตย์อย่างสมบูรณ์ เมื่อวัดในช่วงแสงสีน้ำเงิน แถบมืดจะมีความกว้าง 6 เซนติเมตร แต่แถบมืดจะกว้าง 8 เซนติเมตร หากวัดในช่วงแสงสีเหลือง

นักวิทยาศาสตร์ตระหนักได้ในตอนนั้นว่าปรากฏการณ์ ชาโดว์แบนด์มีความซับซ้อนกว่าที่เคยคิดกัน

เกาะติดทุกสถานการณ์จาก Line@matichon ได้ที่นี่