Multiverse | บัญชา ธนบุญสมบัติ
www.facebook.com/buncha2509
ชวนรู้จัก ‘อนุภาคสุริยะพลังงานสูง’
และ ‘พายุรังสีสุริยะ’
ในบทความก่อนหน้านี้ ผมได้แนะนำให้รู้จัก ‘ต้นเหตุ’ และ ‘ผลกระทบ’ ของพายุสุริยะบางแบบไปแล้ว คราวนี้จะขอแนะนำ ‘ต้นเหตุ’ และ ‘ผลกระทบ’ รูปแบบอื่นที่ควรรู้จัก นั่นคือ อนุภาคสุริยะพลังงานสูงและพายุรังสีสุริยะ
มาดูกันทีละอย่างครับ
อนุภาคสุริยะพลังงานสูง (Solar Energetic Particle) เรียกย่อว่า SEP คือ อนุภาคที่มีพลังงานอยู่ในช่วง 1 หมื่น ถึง 1 หมื่นล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (ซึ่งมีพลังงานสูงกว่าอนุภาคของลมสุริยะมาก) อนุภาคหลักคือ โปรตอน (ราว 80-90 % โดยประมาณ) และมีไออนประจุบวกอื่นๆ รวมทั้งอิเล็กตรอนอีกเล็กน้อย (ราว 1% หรือน้อยกว่า)
อนุภาค SEP มีกำเนิดจาก 2 แบบหลัก แบบแรกเกิดพร้อมกับการลุกจ้าของดวงอาทิตย์ ส่วนอีกแบบหนึ่งเกิดจากการที่ก้อนพลาสมา CME (coronal mass ejection) ความเร็วสูงพุ่งแหวกไปในกระแสลมสุริยะทำให้เกิดคลื่นกระแทก โดยอนุภาคสุริยะพลังงานสูงจะเกิดขึ้นในบริเวณคลื่นกระแทกนี้
เรื่อง CME นี่ ผมเคยเล่าไว้แล้วในบทความชื่อ ชวนรู้จัก Coronal Mass Ejection การพ่นมวลจากโคโรนา สามารถอ่านได้ที่ https://www.matichonweekly.com/column/article_838220
-แผนภาพอย่างง่ายแสดงอนุภาค SEP ที่เกิดพร้อมกับการลุกจ้าของดวงอาทิตย์
เนื่องจากอนุภาค SEP มีพลังงานสูง จึงอาจทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนดาวเทียมหรือยานอวกาศเสียหาย โดยอนุภาคจำนวนหนึ่งอาจเข้าไปสะสมอยู่บนผิวของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในแต่ละบริเวณมากน้อยต่างกันไป เมื่อความต่างศักย์ถึงจุดหนึ่งอาจเกิดการปลดปล่อยประจุ (discharge) ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์ดังกล่าวเสียหายได้ ดาวเทียมที่เคยได้รับความเสียหายจากอนุภาค SEP เช่น ดาวเทียมสื่อสาร Galaxy 15 ของอเมริกา
นอกจากนี้ อนุภาค SEP ที่มีพลังงานสูงกว่า 40 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ยังเป็นอันตรายต่อนักบินอวกาศที่ปฏิบัติงานอยู่ในอวกาศได้เช่นกัน
มีบางกรณีที่โปรตอนพลังงานสูงในช่วงหลายสิบล้านอิเล็กตรอนโวลต์ถูกสนามแม่เหล็กโลกเบี่ยงเบนเส้นทางการเคลื่อนที่เข้าสู่ขั้วแม่เหล็กโลก โปรตอนเหล่านี้จะรบกวนบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ ทำให้การสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุบริเวณขั้วแม่เหล็กโลกถูกรบกวน เรียกว่า Polar Cap Absorption (PCA) Event หรือเรียกสั้นๆ ว่า polar blackout อันเป็นการขาดหายของสัญญาณวิทยุในบริเวณขั้วโลก
น่ารู้ด้วยว่า อนุภาค SEP ก็มีแง่มุมที่เป็นประโยชน์เหมือนกัน เนื่องจากนักดาราศาสตร์สามารถใช้อนุภาค SEP เป็นข้อมูลตัวอย่างในการระบุชนิดของสสารที่ก่อกำเนิดระบบสุริยะ โดยการศึกษาไอโซโทปต่างๆ ซึ่งเป็นองค์ประกอบของอนุภาค SEP
แผนภาพอย่างง่ายแสดงอนุภาค SEP ที่เกิดจากคลื่นกระแทกของ CME
คําอีกคำหนึ่งซึ่งเราอาจจะได้ยินจากข่าวดาราศาสตร์คือ พายุรังสีสุริยะ (Solar Radiation Storm) คำคำนี้จะใช้เมื่ออวกาศมีจำนวนอนุภาคสุริยะพลังงานสูงเพิ่มขึ้น
ระดับความรุนแรงของพายุรังสีสุริยะขึ้นกับจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูงกว่า 10 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (10 MeV) โดยมีสเกล 5 ระดับ ดังตารางสรุปย่อที่ให้ไว้
ควรรู้ด้วยว่าผู้โดยสารเครื่องบินที่กำลังบินในระดับสูงและอยู่ในบริเวณละติจูดสูง อาจมีความเสี่ยงที่จะได้รับอันตรายจากพายุรังสีสุริยะตั้งแต่ระดับ S2 ขึ้นไป อย่างไรก็ดี หากเกิดพายุรังสีสุริยะขึ้น นักบินจะได้รับการแจ้งเตือน และจะเปลี่ยนเส้นทางการบินเพื่อหลีกเลี่ยงบริเวณอันตรายดังกล่าว
ผมนำแผนภาพแสดงความสัมพันธ์ระหว่างต้นเหตุของพายุสุริยะ (แนวดิ่งทางซ้าย) กับผลกระทบของพายุสุริยะ (แนวนอน) มาให้ชมอีกครั้ง
หมายเหตุ : ข้อมูลผลกระทบศึกษาได้จาก ภาคผนวก B NOAA Space Weather Scale for Solar Radiation Storms
ต้นเหตุของพายุสุริยะ ดูจากคอลัมน์แนวดิ่งทางซ้ายสุด ไล่ลงมาจากด้านบน ได้แก่ ลมสุริยะ (solar wind) การลุกจ้า (solar flare) ก้อน CME ที่ดวงอาทิตย์ปลดปล่อยออกมา (coronal mass ejection) และอนุภาคสุริยะพลังงานสูง (solar energetic particle)
ทั้งนี้ องค์การมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติ (National Oceanographic and Atmospheric Administration) หรือ โนอา (NOAA) ของสหรัฐอเมริกาซึ่งเป็นหน่วยงานที่รับผิดชอบเรื่องพายุสุริยะโดยตรง ได้ระบุผลกระทบจากพายุสุริยะใว้ 3 ลักษณะ
ในตารางดูจากแถวในแนวนอน ไล่จากซ้ายไปขวา มีรายละเอียดสำคัญดังนี้
(1) พายุแม่เหล็กโลก (Geomagnetic Storm) : การที่สนามแม่เหล็กโลกรวนเนื่องจากถูกสนามแม่เหล็กจากดวงอาทิตย์รบกวน
(2) พายุรังสีสุริยะ (Solar Radiation Storm) : การที่อนุภาคพลังงานสูงมีจำนวนเพิ่มขึ้น
(3) การขาดหายของสัญญาณวิทยุ (Radio Blackout) : การที่คลื่นวิทยุถูกรบกวน เนื่องจากบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์แตกตัวมากขึ้น
ตารางแสดงความสัมพันธ์ระหว่างสาเหตุและผลกระทบของพายุสุริยะแบบต่างๆ
ผมมีข้อสังเกตว่า ความสับสนในการรายงานและการรับรู้ข่าวพายุสุริยะบางครั้งเกิดจากสาเหตุหลัก 3 ประการ ได้แก่
หนึ่ง – พายุแม่เหล็กโลกอาจเกิดจากทั้งลมสุริยะ หรือการพ่นมวลโคโรนา (CME) และการขาดหายของสัญญาณวิทยุอาจเกิดจากทั้งการลุกจ้าและอนุภาคสุริยะพลังงานสูง
สอง – การพ่นมวลโคโรนาไม่จำเป็นต้องเกิดพร้อมกับการลุกจ้า แต่บ่อยครั้งก็เกิดร่วมกัน ทำให้วงการวิทยาศาสตร์เคยเข้าใจผิดไปว่าการลุกจ้าเป็นสาเหตุทำให้เกิดพายุแม่เหล็กโลก ทั้งนี้ นับตั้งแต่มีการค้นพบ coronal mass eruption (ชื่อเดิมของ coronal mass ejection) โดยยาน OSO-7 และ Skylab ก็เป็นที่แน่ชัดว่า CME ต่างหากที่เป็นสาเหตุของพายุแม่เหล็กโลก ส่วนการลุกจ้าไม่ใช่สาเหตุของพายุแม่เหล็กโลก
สาม – อนุภาคสุริยะพลังงานสูงอาจเกิดร่วมกับการลุกจ้าหรือการพ่นมวลโคโรนาได้ จึงอาจทำให้เข้าใจไปว่าการลุกจ้าเป็นสาเหตุโดยตรงของพายุรังสีสุริยะ แต่ที่จริงแล้วควรพูดว่าอนุภาคสุริยะพลังงานสูงที่เกิดพร้อมกับการลุกจ้าเป็นสาเหตุหนึ่งของพายุรังสีสุริยะจะแม่นยำกว่า
พายุสุริยะแต่ละแบบจะส่งผลกระทบต่อวงการบินได้อย่างน้อย 5 แง่มุม ได้แก่ 1) การสื่อสารด้วยคลื่นวิทยุความถี่สูง 2) การนำทางด้วยคลื่นวิทยุความถี่ต่ำ 3) การนำทางด้วยดาวเทียม 4) อันตรายต่อมนุษย์ และ 5) ระบบส่งไฟฟ้ากำลัง ดังสรุปในตารางที่ให้ไว้
ประเด็นนี้ ผมเขียนเล่าไว้ในบทความ ‘ผลกระทบของพายุสุริยะต่อการบิน’ ตามลิงก์นี้
วงการบินทราบถึงผลกระทบต่างๆ ที่เกิดจากพายุสุริยะแต่ละแบบ และมีมาตรการรับมือเพื่อหลีกเลี่ยงหรือลดความเสี่ยง เช่น ในกรณีที่เกิดพายุรังสีสุริยะ เที่ยวบินแถบขั้วโลกและละติจูดสูงอาจถูกเลื่อน หรือเส้นทางการบินอาจถูกปรับเปลี่ยน เพื่อความปลอดภัยของผู้ที่อยู่ในเครื่องบินทุกคนครับ
สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj
— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022
