นาซาส่งยานสัมผัสดวงอาทิตย์ครั้งแรก ก้าวสำคัญสู่การไขปริศนาระบบสุริยะ

• ยานอวกาศ พาร์คเกอร์ โซลาร์ โพรบ ซึ่งนาซาส่งออกไปเมื่อ 3 ปีก่อน เดินทางเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์แล้ว เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์มนุษยชาติ
  
  
• นาซาคิดจะส่งยานอวกาศไปดวงอาทิตย์ตั้งแต่ 60 ปีก่อน เพื่อไขความลับเกี่ยวกับชั้นบรรยากาศของดาวฤกษ์ดวงนี้ แต่ไม่มีเทคโนโลยีที่เหมาะสม
  
  
• ภารกิจของยานพาร์คเกอร์ยังไม่จบลง 4 ปี หลังจากนี้มันจะโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์อีกหลายรอบ และเก็บข้อมูลสำคัญที่อาจช่วยนักวิทยาศาสตร์ทำความเข้าใจดาวดวงนี้ได้มากขึ้น
  
  

กว่า 60 ปีมาแล้ว ที่นาซาวางแผนจะส่งยานอวกาศไปสำรวจดวงอาทิตย์ แต่ไม่มีเทคโนโลยีที่เหมาะสมกระทั่งเมื่อ 3 ปีก่อน พวกเขาส่งยานสำรวจชื่อว่า ‘พาร์คเกอร์ โซลาร์ โพรบ’ ไปยังดวงอาทิตย์ และในปีนี้มันสามารถเข้าสู่ ‘โคโรนา’ หรือบรรยากาศชั้นนอกสุดของดาวฤกษ์ดวงนี้ได้สำเร็จ ถือเป็นการสัมผัสกับดวงอาทิตย์ครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ

นี่นับเป็นก้าวสำคัญมากก้าวหนึ่งของวงการวิทยาศาสตร์สุริยะ โดยนักวิทยาศาสตร์มีคำถามใหญ่ 2 ข้อเกี่ยวกับโคโรนาที่พวกเขาอยากรู้มาตลอด คือเหตุใดมันจึงมีอุณหภูมิสูงกว่าพื้นผิวดวงอาทิตย์หลายร้อยเท่า และเหตุใดลมสุริยะที่ถูกปล่อยออกมาจึงมีความเร็วเพิ่มขึ้นจากต่ำกว่าเสียงเป็นเหนือเสียง

แม้ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์จะยังไม่ได้คำตอบเหล่านั้น แต่การเดินทางของยานพาร์คเกอร์ฯ ยังไม่สิ้นสุดลง มันจะโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ ภายใน 4 ปีข้างหน้า ซึ่งมันอาจค้นพบข้อมูลสำคัญ ที่จะช่วยให้เหล่าหัวกะทิบนโลกเข้าใจดาวฤกษ์ดวงนี้ และอิทธิพลของมันที่มีต่อระบบสุริยจักรวาลของเราได้มากขึ้นก็เป็นได้

รู้จักดวงอาทิตย์สักเล็กน้อย

ดวงอาทิตย์ต่างจากโลก มันไม่มีพื้นผิวที่เป็นของแข็ง แต่นักวิทยาศาสตร์จัดให้ชั้นบรรยากาศชั้นล่างสุดของดวงอาทิตย์ที่เรียกว่า โฟโตสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นที่เปล่งแสงออกมาเป็นพื้นผิวของดาวฤกษ์ดวงนี้ โดยมนุษย์สามารถมองเห็นชั้นนี้ได้ด้วยการมองดวงอาทิตย์ผ่านแว่นกรองแสง

ถัดจากนั้นจะเป็นชั้นบรรยากาศร้อนระอุสร้างจากสสารสุริยะ (solar material) ซึ่งเกาะกุมกันด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์ดวงนี้ และพลังแม่เหล็ก เรียกว่าชั้น โคโรนา (corona) แต่ความร้อนและแรงดันที่เพิ่มขึ้นจะผลักให้สสารเหล่านั้นออกห่างจากดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ จนถึงจุดหนึ่งที่แรงดึงดูดกับพลังแม่เหล็กไม่สามารถรั้งเอาไว้ได้อีกต่อไป

จุดที่ว่ารู้จักกันในชื่อ ‘พื้นผิววิกฤติของอัลฟ์เวน’ (Alfvén critical surface) ถือเป็นจุดสิ้นสุดขอบเขตของชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ ซึ่งสสารสุริยะที่มีพลังงานที่หลุดออกจากพื้นผิววิกฤติของอัลฟ์เวนจะกลายเป็นลมสุริยะ (solar wind) พุ่งออกไปทั่วระบบสุริยะหรือไกลกว่านั้น พร้อมกับลากสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ไปด้วย

จนถึงตอนนี้ นักวิจัยยังไม่อาจระบุได้ชัดเจนว่า พื้นผิววิกฤติของอัลฟ์เวน อยู่ตรงไหน แต่จากภาพระยะไกลของโคโรนา พวกเขาคาดว่าพื้นที่ดังกล่าวอยู่ที่ระยะ 10-20 เท่าของรัศมีดวงอาทิตย์ หรือประมาณ 4.3-8.6 ล้านไมล์จากผิวดวงอาทิตย์

ภารกิจสัมผัสดวงอาทิตย์

ยานสำรวจชื่อ พาร์คเกอร์ โซลาร์ โพรบ ซึ่งตั้งขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแก่ศาสตราจารย์ ยูจีน พาร์คเกอร์ ผู้บุกเบิกการวิจัยลมสุริยะ ถูกส่งออกสู่อวกาศในวันที่ 11 ส.ค. 2561 เพื่อทำภารกิจโคจรรอบดวงอาทิตย์ 24 รอบ ภายในระยะเวลา 7 ปี โดยยานลำนี้อาศัยแรงโน้มถ่วงของดาวศุกร์เพื่อโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้นในทุกรอบ

พาร์คเกอร์จะเข้าไปทำการสำรวจในชั้นโคโรนา ซึ่งมีความร้อนสูงและรังสีรุนแรง มันจึงต้องได้รับการปกป้องด้วยโล่ประกอบคาร์บอนหนาถึง 11.43 ซม. เพื่อให้มันทนความร้อนภายนอกที่อาจพุ่งถึง 1,377 องศาเซลเซียสได้ และรักษาอุณหภูมิของอุปกรณ์ภายในให้อยู่ในระดับอุณหภูมิห้องเท่านั้น

เป้าหมายหลักของภารกิจนี้คือ การไขความลับของ โคโรนา ว่าทำไมอุณหภูมิของมันจึงสูงกว่าอุณหภูมิชั้นโฟโตสเฟียร์ร่วม 300 เท่า และหาคำตอบว่าทำไมลมสุริยะจึงเร่งความเร็วมากขึ้นเมื่อหลุดพ้นออกจากชั้นโคโรนา ซึ่งนักวิทยาศาสตร์คิดจะส่งยานไปสำรวจดวงอาทิตย์ตั้งแต่ปี 2501 แล้ว แต่ไม่มีเทคโนโลยีที่เหมาะสมกระทั่งเมื่อ 3 ปีก่อน

สัมผัสดวงอาทิตย์ครั้งแรกในประวัติศาสตร์

ในการโคจรผ่านใกล้ดวงอาทิตย์ครั้งที่ 8 ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 28 เม.ย. 2564 ที่ผ่านมา ยานพาร์คเกอร์ฯ ได้เข้าสู่พื้นที่ที่เรียกว่า ‘pseudostreamer’ ซึ่งอยู่ที่ระยะ 15 เท่าของรัศมีดวงอาทิตย์ หรือราว 6.5 ล้านไมล์จากพื้นผิว และพบประสบการณ์เหมือนการบินผ่านตาพายุ ที่สภาพต่างๆ อยู่ในความสงบ, อนุภาคเคลื่อนที่ช้า และจำนวนกระแสอนุภาคแม่เหล็กที่เคลื่อนตัวเป็นรูปซิกแซ็กที่เรียกว่า ‘สวิตช์แบ็ก’ (switchback) ก็ลดน้อยลง ต่างจากปกติที่ยานจะถูกกระหน่ำด้วยอนุภาคต่างๆ ที่พบในลมสุริยะ

นี่เป็นครั้งแรกที่ยานสำรวจลำนี้ไปอยู่ในพื้นที่ที่สนามแม่เหล็กรุนแรงมากพอจนควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคในบริเวณนั้น ถือเป็นข้อพิสูจน์อย่างชัดเจนว่า ยานพาร์คเกอร์ได้ผ่านพื้นผิววิกฤติของอัลฟ์เวนไปแล้ว และเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ที่ซึ่งสนามแม่เหล็กเป็นตัวกำหนดการเคลื่อนไหวของทุกอย่าง และนับเป็นการสัมผัสดวงอาทิตย์ครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ

พบทั้งคำตอบและปริศนาเพิ่ม

นอกจากนั้น ระหว่างการโคจรครั้งที่ 8 ยานพาร์คเกอร์เข้าและออกจากโคโรนาหลายครั้งทั้งที่เดินทางเป็นรูปวงรี ทำให้เป็นการพิสูจน์สมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์บางคนที่เชื่อว่า พื้นผิววิกฤติของอัลฟ์เวนนั้นไม่ได้มีลักษณะเป็นทรงกลมราบเรียบ แต่ขรุขระเหมือนหนามและหุบเขา ซึ่งการค้นพบนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ทำความเข้าใจได้ว่า กิจกรรมที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์จะส่งผลต่อโคโรนาและลมสุริยะอย่างไร

แต่นอกจากคำตอบ นักวิทยาศาสตร์ก็พบคำถามเพิ่มเติมจากการสำรวจครั้งนี้ โดยย้อนกลับไปเมื่อปี 2562 ในขณะที่ยานพาร์คเกอร์ฯ กำลังโคจรเข้าใกล้โคโรนา มันตรวจพบกระแสอนุภาคแม่เหล็กที่เคลื่อนตัวเป็นรูปซิกแซ็กเคลื่อนที่อยู่ในลมสุริยะ นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ว่ามันมาจากไหนและเกิดจากที่ใด จึงตั้งชื่อให้มันว่า สวิตช์แบ็กกระทั่งในปี 2564 จึงพบว่ามันถูกปล่อยออกมากรวยพลังแม่เหล็กบนผิวดวงอาทิตย์

อย่างไรก็ตาม นั่นเป็นเพียงเศษเสี้ยวเดียวของการกำเนิดสวิตช์แบ็กเท่านั้น ยานพาร์คเกอร์ฯ จะใช้เวลาอีก 4 ปีหลังจากนี้ ทำการโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ จนถึงเป้าหมายที่ระยะ 8.86 เท่าของรัศมีดวงอาทิตย์ (ราว 3.83 ล้านไมล์) ซึ่งนักวิทยาศาสตร์กำลังตั้งตารอว่า ยานลำนี้จะค้นพบอะไรเพิ่มเติมอีกในอนาคต




ผู้เขียน : ทิตชนม์ สว่างศรี

ที่มา : Nasa , Cnn