การออกตามล่าปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวงเพื่อไขปริศนาลมสุริยะและชั้นโคโรนา
กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับดวงอาทิตย์หรือที่รู้จักกันในชื่อ "Solar Wind Sherpas" ที่นำโดย Shadia Habbal ได้เดินทางไปยังสุดขอบโลกเพื่อสังเกตการณ์สุริยุปราคาเต็มดวง เมื่อดวงจันทร์บดบังดวงอาทิตย์จนหมดทั้งดวงได้เปลี่ยนช่วงเวลากลางวันให้กลายเป็นกลางคืนได้ในเวลาสั้น ๆ ซึ่งภาพนี้ได้เปิดเผยการค้นพบที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับลมสุริยะและบรรยากาศชั้นนอกที่เบาบางของดวงอาทิตย์ เรียกว่า ชั้นโคโรนา (Corona) ที่จะมองเห็นได้อย่างชัดเจนก็ต่อเมื่อเกิดปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวงเท่านั้น
จากการตามสังเกตปรากฏการณ์สุริยุปราคามาอย่างยาวนานกว่าทศวรรษจากทั่วโลก กลุ่มนักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าชั้นโคโรนาของดวงอาทิตย์มีการรักษาอุณหภูมิค่อนข้างคงที่ แม้ว่าพฤติกรรมของดวงอาทิตย์มีการเปลี่ยนแปลงทุก ๆ 11 ปี หรือที่เรียกว่า วัฏจักรสุริยะ (Solar Cycle) รวมถึงลมสุริยะที่ปลดปล่อยออกมาจากชั้นโคโรนาไปทั่วทั้งระบบสุริยะนั้นก็มีอุณหภูมิเดียวกัน
Shadia Habbal กล่าวว่า “อุณหภูมิที่แหล่งกำเนิดลมสุริยะในชั้นโคโรนานั้นเกือบจะคงที่ตลอดช่วงวัฏจักรสุริยะ เป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงทั้งที่โครงสร้างของชั้นโคโรนาได้รับอิทธิพลจากการเปลี่ยนแปลงของพลาสมาแม่เหล็ก ซึ่งแตกต่างกันอย่างมากตลอดช่วงของวัฏจักรสุริยะ”
ผลงานวิจัยครั้งนี้ตีพิมพ์ใน Astrophysical Journal Letters ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจลมสุริยะมากขึ้น ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของการเปลี่ยนแปลงสภาพอวกาศ (Space Weather) ที่ส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์บนดาวเทียมและภารกิจของนักบินอวกาศโดยตรง
ปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวงเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการทำความเข้าใจเอกภพมาเป็นเวลามากกว่า 1 ศตวรรษแล้ว ทั้งการใช้อธิบายโครงสร้างของดวงอาทิตย์ ใช้พิสูจน์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ไปจนถึงใช้ค้นพบธาตุฮีเลียมเป็นครั้งแรก และแม้ว่าในปัจจุบันจะมีเครื่องมือที่เรียกว่า “โคโรนากราฟ (Coronagraphs)” ที่สามารถบังแสงจากดวงอาทิตย์เพื่อจำลองการเกิดสุริยุปราคาได้ แต่ก็ยังไม่สามารถศึกษาชั้นโคโรนาได้ดีเท่ากับขณะที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง นักดาราศาสตร์จึงจำเป็นต้องเดินทางไปทั่วโลก เพื่อศึกษาชั้นโคโรนาจากปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวงที่จะเกิดขึ้นทุก ๆ 12 ถึง 18 เดือน
ทีม Solar Wind Sherpas เดินทางไปออสเตรเลีย ลิเบีย มองโกเลีย สหรัฐอเมริกา และสถานที่อื่น ๆ เพื่อรวบรวมภาพความละเอียดสูงของปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวง เป็นระยะเวลากว่า 14 ปี โดยใช้กล้องที่มีแผ่นกรองแสงชนิดพิเศษ เพื่อช่วยวัดอุณหภูมิของอนุภาคจากส่วนในสุดของชั้นโคโรนาที่เป็นแหล่งกำเนิดของลมสุริยะ
ทีมนักวิจัยศึกษาไอออนของเหล็กในชั้นโคโรนาเพื่อระบุอุณหภูมิของสสารบริเวณดังกล่าวโดยใช้แผ่นกรองแสงพิเศษ จากภาพประกอบ ถ่ายที่เมืองมิตเชลล์ รัฐโอเรกอน สหรัฐฯ เมื่อวันที่ 21 สิงหาคม พ.ศ. 2560 บริเวณที่เปล่งแสงสีแดงออกมามีอุณหภูมิสูงประมาณ 1 ล้านเคลวิน และบริเวณที่เปล่งแสงสีเขียวมีอุณหภูมิที่ประมาณ 2 ล้านเคลวิน
ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า ตลอดช่วงของวัฏจักรสุริยะ อนุภาคที่มีอุณหภูมิที่เป็นองค์ประกอบหลักของลมสุริยะนั้น แทบจะไม่เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเลย และพบว่าอัตราเร็วลมสุริยะมีการเปลี่ยนแปลงตั้งแต่ 297 ไปจนถึง 700 กิโลเมตรต่อวินาที ขณะที่อนุภาคและสสารที่มีอุณหภูมิสูงจะมีอุณหภูมิแตกต่างกันไปตามช่วงของวัฏจักรสุริยะ
บ่งชี้ว่า วัฏจักรสุริยะอาจไม่ใช่ปัจจัยหลักที่ทำให้ชั้นโคโรนาและลมสุริยะมีอุณหภูมิสูง และยังแสดงให้เห็นอีกว่า ลมสุริยะที่ส่วนใหญ่มาจากแหล่งกำเนิดที่มีอุณหภูมิคงที่ แต่กลับมีอัตราเร็วที่แตกต่างกันอย่างมาก จึงเกิดประเด็นที่น่าสนใจขึ้นใหม่ คือ “กระบวนการใดที่ทำให้อุณหภูมิของแหล่งกำเนิดลมสุริยะมีค่าคงที่ ?”
ทีมงานยังได้เปรียบเทียบข้อมูลของสุริยุปราคาเต็มดวงกับการวัดของยาน Advanced Composition Explorer (AEC) ของ NASA พบว่าอัตราเร็วของอนุภาคลมสุริยะมีความสัมพันธ์กับไอออนของธาตุเหล็ก รวมถึงการเกิดพวยแก๊ส (prominences) อาจส่งผลต่อคุณสมบัติบางอย่างของลมสุริยะและการปลดปล่อยมวลของดวงอาทิตย์ในชั้นโคโรนา (CME)
แม้ว่าทีมงานจะยังไม่ทราบกระบวนการใดที่ทำให้ต้นกำเนิดของลมสุริยะมีอุณหภูมิคงที่ เบื้องต้นคาดว่าความหนาแน่นของแหล่งกำเนิดดังกล่าวอาจส่งผลต่ออัตราเร็วของลมสุริยะ กล่าวคือ อนุภาคที่เคลื่อนที่ได้ช้ากว่าจะมาจากบริเวณที่มีความหนาแน่นสูง เนื่องจากพลังงานจะถูกกระจายระหว่างอนุภาคทั้งหมดในบริเวณนั้น ขณะที่พื้นที่ที่มีความหนาแน่นต่ำ จึงมีพลังงานสำหรับแต่ละอนุภาคมากกว่า
การค้นพบใหม่นี้ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับคุณสมบัติของลมสุริยะ ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของสภาพอวกาศ ที่อาจส่งผลกระทบต่อดาวเทียมสื่อสารในอวกาศ และอุปกรณ์สังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ อาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มีความเข้าใจถึงความลึกลับของดวงอาทิตย์ในข้อสงสัยที่ว่า “บรรยากาศชั้นโคโรนาของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิที่สูงนับล้านองศาเซลเซียสได้อย่างไร” ทีมงานวางแผนที่จะเดินทางต่อไปทั่วโลกเพื่อสังเกตสุริยุปราคาเต็มดวงและหวังว่าความพยายามของพวกเขาจะไขข้อกระจ่างเกี่ยวกับความลึกลับของดวงอาทิตย์ที่มีมาอย่างยาวนานในที่สุด
เรียบเรียง: ธราดล ชูแก้ว - เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สดร.