Solar Orbiter เผยต้นกำเนิดการหักงอรูปตัว S บนดวงอาทิตย์

ยานอวกาศ Solar Orbiter ได้ช่วยไขปริศนาสำคัญเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ หลังจากนักวิทยาศาสตร์สามารถระบุแหล่งกำเนิดของโครงสร้างประหลาดที่มีรูปร่างคล้ายตัว S ซึ่งเคลื่อนที่ออกจากดวงอาทิตย์ไปพร้อมกับลมสุริยะ การค้นพบครั้งนี้ทำให้เราเข้าใจมากขึ้นว่า อนุภาคมีประจุถูกทำให้ร้อนและเร่งความเร็วได้อย่างไร ก่อนจะเดินทางผ่านอวกาศไปยังบริเวณใกล้โลก

ปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่า magnetic switchback หรือการหักกลับของสนามแม่เหล็ก เป็นการเปลี่ยนทิศทางอย่างฉับพลันของเส้นแรงแม่เหล็ก จนดูเหมือนว่าสนามแม่เหล็กพับย้อนกลับเข้าหาตัวเอง นักวิทยาศาสตร์พบเหตุการณ์นี้ในข้อมูลการสังเกตดวงอาทิตย์มานานแล้ว แต่ยังไม่สามารถตอบได้อย่างแน่ชัดว่า switchback เกิดขึ้นจากบริเวณใดบนพื้นผิวดวงอาทิตย์

Solar Orbiter เผยต้นกำเนิดการหักงอรูปตัว S บนดวงอาทิตย์

ในปี 2022 ยาน Solar Orbiter ได้บินผ่านกระแสอนุภาคมีประจุที่มีรูปร่างคล้ายตัว S ขณะกระแสดังกล่าวพุ่งออกจากดวงอาทิตย์ เครื่องมือบนยานได้บันทึกทั้งทิศทางของสนามแม่เหล็กและคุณสมบัติของพลาสมาอย่างละเอียด การสังเกตใกล้ดวงอาทิตย์เช่นนี้มีความสำคัญมาก เพราะอนุภาคยังไม่ถูกปั่นป่วนหรือเปลี่ยนแปลงมากจากการเดินทางระยะไกลในระบบสุริยะ

ทีมวิจัยใช้เครื่องมือ Solar Wind Analyser หรือ SWA เพื่อตรวจสอบองค์ประกอบของอนุภาคในโครงสร้าง switchback ผลการวิเคราะห์พบไอออนของออกซิเจนและคาร์บอนในสัดส่วนเฉพาะ องค์ประกอบนี้ทำหน้าที่เสมือนลายนิ้วมือที่บอกว่าอนุภาคเหล่านี้เคยอยู่ในบริเวณที่ร้อนจัดและมีสนามแม่เหล็กเป็นวงโค้งบนพื้นผิวดวงอาทิตย์มาก่อน

Solar Orbiter เผยต้นกำเนิดการหักงอรูปตัว S จากลายนิ้วมือของอนุภาค

การค้นพบส่วนผสมของออกซิเจนและคาร์บอนถือเป็นหลักฐานสำคัญ เพราะช่วยสนับสนุนทฤษฎีที่เรียกว่า “การเชื่อมต่อใหม่แบบสลับเปลี่ยน” หรือ interchange reconnection กระบวนการนี้เกิดขึ้นเมื่อบริเวณต่าง ๆ ของดวงอาทิตย์มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กแตกต่างกันเข้ามาปะทะหรือเชื่อมต่อกัน

เมื่อเส้นแรงแม่เหล็กเบียดเข้าหากัน สนามแม่เหล็กบางส่วนอาจขาดออกและเชื่อมต่อใหม่ในรูปแบบที่แตกต่างจากเดิม พลาสมาซึ่งเคยถูกกักไว้ในวงแม่เหล็กที่ร้อนจัดจึงสามารถหลุดออกสู่อวกาศได้ การปลดปล่อยนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปของกระแสลมสุริยะ และสร้างลักษณะการหักงอเป็นรูปตัว S ที่ยาน Solar Orbiter ตรวจพบ

ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์มีทฤษฎีหลักอยู่สองแนวทางสำหรับอธิบายต้นกำเนิดของ switchback แนวทางแรกมองว่าโครงสร้างดังกล่าวอาจเกิดจากคลื่นหรือความไม่เสถียรที่เดินทางไปพร้อมกับลมสุริยะ ส่วนอีกแนวทางเสนอว่า switchback เริ่มต้นจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวดวงอาทิตย์โดยตรง ข้อมูลจาก SWA ช่วยให้นักวิจัยเห็นว่าแนวทางที่สองมีน้ำหนักมากขึ้นในกรณีนี้

ทำไมการค้นพบนี้จึงสำคัญต่อการพยากรณ์พายุสุริยะ

ดวงอาทิตย์ไม่ได้ปล่อยแสงและความร้อนเพียงอย่างเดียว แต่ยังส่งลมสุริยะซึ่งเป็นกระแสของโปรตอน อิเล็กตรอน และไอออนชนิดต่าง ๆ ออกมาอย่างต่อเนื่อง เมื่อสนามแม่เหล็กบนดวงอาทิตย์เกิดการปะทุหรือเปลี่ยนแปลงรุนแรง อนุภาคเหล่านี้อาจถูกเร่งให้มีพลังงานสูงและเดินทางมายังโลก เหตุการณ์ดังกล่าวสามารถก่อให้เกิดพายุสุริยะและพายุแม่เหล็กโลก

พายุสุริยะขนาดใหญ่ส่งผลกระทบต่อระบบดาวเทียม การสื่อสารด้วยวิทยุ ระบบนำทาง GPS และโครงข่ายไฟฟ้าบนพื้นโลก นอกจากนี้ นักบินอวกาศและภารกิจที่อยู่นอกสนามแม่เหล็กโลกยังมีความเสี่ยงจากรังสีพลังงานสูง การเข้าใจว่า switchback ก่อตัวขึ้นอย่างไรจึงไม่ใช่เพียงการศึกษาโครงสร้างสวยงามในอวกาศ แต่เกี่ยวข้องโดยตรงกับความปลอดภัยของเทคโนโลยีและมนุษย์

นักวิจัยได้สร้างแบบจำลองเพื่อย้อนรอยเส้นทางของอนุภาคกลับไปยังบริเวณต้นกำเนิดบนพื้นผิวดวงอาทิตย์ แบบจำลองนี้แสดงให้เห็นว่า บรรยากาศของดวงอาทิตย์สามารถประทับร่องรอยทางเคมีลงบนอนุภาคที่กลายเป็นลมสุริยะได้ นักวิทยาศาสตร์จึงอาจใช้ส่วนผสมของอนุภาคเป็นข้อมูลสำหรับอ่านประวัติการเดินทางของลมสุริยะในอนาคต

สิ่งที่ Solar Orbiter อาจค้นพบต่อไป

การสังเกตครั้งนี้เป็นเพียงหนึ่งเหตุการณ์จากปรากฏการณ์ switchback จำนวนมากที่เกิดขึ้นรอบดวงอาทิตย์ นักวิทยาศาสตร์ยังต้องศึกษาว่าโครงสร้างลักษณะเดียวกันเกิดขึ้นบ่อยเพียงใด เกิดในบริเวณประเภทใด และมีความสัมพันธ์กับเปลวสุริยะหรือการพ่นมวลจากโคโรนาหรือไม่ การเปรียบเทียบข้อมูลจากหลายช่วงเวลาจะช่วยแยกแยะรูปแบบที่เกิดขึ้นเป็นประจำออกจากเหตุการณ์พิเศษ

• ตรวจสอบองค์ประกอบของออกซิเจน คาร์บอน และไอออนชนิดอื่นในลมสุริยะ
• เปรียบเทียบข้อมูลสนามแม่เหล็กกับภาพถ่ายพื้นผิวและบรรยากาศของดวงอาทิตย์
• ติดตามความเชื่อมโยงระหว่าง switchback กับพายุสุริยะที่พุ่งมายังโลก
• พัฒนาแบบจำลองเพื่อคาดการณ์ทิศทางและความรุนแรงของสภาพอวกาศ

ภารกิจ Solar Orbiter แสดงให้เห็นว่า การเข้าใกล้ดวงอาทิตย์และตรวจวัดอนุภาคโดยตรงสามารถเปิดเผยรายละเอียดที่การสังเกตจากโลกทำได้ยากมาก การผสมผสานข้อมูลจากเครื่องมือหลายชนิดทำให้นักวิทยาศาสตร์มองเห็นทั้งรูปร่างของสนามแม่เหล็ก องค์ประกอบของพลาสมา และต้นกำเนิดบนพื้นผิวดาวฤกษ์ในภาพเดียวกัน

โดยสรุป ผลงานนี้ช่วยยืนยันว่าโครงสร้างรูปตัว S ไม่ได้เกิดขึ้นแบบไร้ที่มา แต่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อใหม่ของสนามแม่เหล็กบนดวงอาทิตย์โดยตรง สำหรับผู้คนบนโลก ความรู้ดังกล่าวจะช่วยยกระดับการเฝ้าระวังสภาพอวกาศและการเตรียมพร้อมรับมือพายุสุริยะ ยิ่งเราเข้าใจลมสุริยะมากเท่าไร เราก็ยิ่งปกป้องดาวเทียม ระบบสื่อสาร และโครงสร้างพื้นฐานสำคัญได้ดีขึ้นเท่านั้น

ในมุมมองของผู้เขียน การค้นพบนี้สะท้อนให้เห็นว่าอนุภาคขนาดเล็กสามารถบอกเล่าเรื่องราวของเหตุการณ์ขนาดใหญ่บนดวงอาทิตย์ได้อย่างน่าทึ่ง การติดตามข้อมูลจาก Solar Orbiter ต่อไปอาจนำไปสู่แผนที่ต้นกำเนิดของลมสุริยะที่ละเอียดขึ้น และช่วยให้การพยากรณ์พายุสุริยะเข้าใกล้ความแม่นยำในระดับใช้งานจริงมากขึ้น

ที่มา – Solar Orbiter Traces the Origin of a Mysterious S-Shaped Kink on the Sun