แทบทุกครั้งที่เวลาผ่านมาถึงช่วงที่มีวันที่หรือเลขปีสวย ๆ ดูเหมือนจะต้องเกิดกระแส "โลกแตก" ขึ้นเสมอ ๆ ในช่วงใกล้ปี พ.ศ. 2543 หรือ ค.ศ. 2000 อย่างในตอนนี้ก็เช่นกัน มีข่าวลือสารพัดว่าในปี 2000 จะเกิดภัยพิบัติต่าง ๆ นานา ไม่ว่าจะเป็นน้ำท่วมโลก โลกแตกตามคำทำนายของโหรชื่อดัง วาระสุดท้ายของโลกตามคำภีร์ แกรนครอส แกรนคอนจังก์ชัน ปัญหา Y2K ฯลฯ ข่าวที่ลือกันนี้ บางเรื่องก็มีส่วนจริงและชวนคิด และอีกหลายเรื่องก็เพ้อเจ้อถึงขั้นไร้สาระเลยทีเดียว

หนึ่งในเรื่องสยองขวัญเหล่านี้ที่ได้ยินหนาหูในช่วงปีที่ผ่านมาก็คือ พายุสุริยะถล่มโลก ซึ่งกล่าวกันว่าจะเกิดในปี พ.ศ. 2543 หรือ ค.ศ. 2000 ปีอาถรรพ์ยอดนิยม บางกระแสว่าพายุสุริยะนี้อาจคุกคามสิ่งมีชีวิตบนโลก หรือทำร้ายนักบินอวกาศถึงขั้นเสียชีวิต อาจทำให้ไฟดับทั้งประเทศ ฯลฯ เราน่าถือโอกาสนี้มาทำความรู้จักกับพายุสุริยะกันเสียเลย ว่ามันคืออะไร น่ากลัวอย่างที่ลือกันหรือไม่

ก่อนหน้านี้เพียงไม่กี่สิบปี นักวิทยาศาสตร์เคยเชื่อว่า สูงขึ้นไปเหนือชั้นบรรยากาศของโลก คืออวกาศ ความว่างเปล่า ปราศจากสสารใด ๆ มีเพียงรังสีในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มาจากดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ต่าง ๆ เท่านั้น จนกระทั่งเมื่อ 4 ทศวรรษที่ผ่านมา ยุคอวกาศได้เริ่มต้นขึ้น นักดาราศาสตร์จึงได้ทราบว่า เหนือบรรยากาศโลกขึ้นไปในอวกาศ รวมถึงบริเวณระบบสุริยะชั้นใน ถูกปกคลุมไปด้วยอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ หรือกล่าวได้ว่า ในบริเวณรัศมี 150 ล้านกิโลเมตรจากดวงอาทิตย์ ที่โลกโคจรอยู่นี้ยังอยู่ในชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ โลกเรามิได้โคจรไปในอวกาศอันว่างเปล่าอย่างที่คาดคิดกัน


อนุภาคพลังงานสูงที่ถูกพัดมาจากดวงอาทิตย์นั้น อยู่ในรูปของอนุภาคประจุไฟฟ้า เช่นอิเล็กตรอนและโปรตอน เราเรียกสายธารของอนุภาคที่ถูกพัดมาจากดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องนี้ว่า ลมสุริยะ (solar wind) และในบางครั้ง ลมสุริยะก็อาจทวีความรุนแรงกว่าปกติหลายเท่า ดังที่หลายคนเรียกว่า พายุสุริยะ (solar storm)

แม้ในปัจจุบันนักดาราศาสตร์ยังไม่เข้าใจถึงกลไกและปรากฏการณ์ต่าง ๆ บนดวงอาทิตย์ถ่องแท้นัก แต่อย่างน้อยก็ได้ทราบอย่างแน่นอนแล้วว่า ปรากฏการณ์หลายอย่างบนดวงอาทิตย์ มีความสัมพันธ์กับลมสุริยะและมีความสัมพันธ์กับปรากฏการณ์บางอย่างบนโลก ปรากฏการณ์ที่ดูจะมีความใกล้ชิดกับลมสุริยะมากอย่างเห็นได้ชัดที่สุดก็คือ จุดดำ และ แฟลร์ ดังนั้น หากจะรู้จักลมสุริยะ เราจำเป็นต้องรู้จักกับจุดดำและแฟลร์เสียก่อน

รู้จักกับจุดดำ

จุดดำบนดวงอาทิตย์ (sunspot) เป็นปรากฏการณ์บนพื้นผิวดวงอาทิตย์ที่สังเกตได้ง่ายที่สุด จึงไม่น่าแปลกใจที่มันจะถูกค้นพบมาตั้งแต่สมัยของกาลิเลโอแล้ว จุดดำบนดวงอาทิตย์เมื่อมองผ่านแผ่นกรองแสงจะมีลักษณะเป็นจุดสีดำขึ้นประปรายอยู่บนผิวหน้าของดวงอาทิตย์ คล้ายกับดวงอาทิตย์ตกกระ ซึ่งสามารถมองเห็นได้ง่าย ๆ โดยการใช้ฉากรับภาพจากกล้องโทรทรรศน์หรือกล้องสองตา

จุดดำบนดวงอาทิตย์เกิดขึ้นที่ชั้นโฟโตสเฟียร์ เช่นเดียวกับ แกรนูล (ลักษณะที่เป็นเม็ด คล้ายฟองที่เดือนพล่านบนผิวของดวงอาทิตย์) ขนาดของจุดดำมีตั้งแต่เท่ากับแกรนูลฟองเดียว หรืออาจจะใหญ่กว่านั้น และอาจมีการรวมกลุ่มกันเป็นกระจุกจนมีพื้นที่หลายพันล้านตารางกิโลเมตร โครงสร้างของจุดดำบนดวงอาทิตย์มิได้มีลักษณะดำมืดแต่เพียงอย่างเดียว หากพิจารณาดูดี ๆ แล้ว จะพบว่าแต่ละจุดจะมีลักษณะซ้อนกันสองชั้น โดย จุดดำชั้นใน (umbra) จะมีสีดำเข้ม ส่วนจุดดำชั้นนอก (penumbra) ซึ่งล้อมรอบอยู่จะมีลักษณะจางกว่าและมีริ้วลายเป็นเส้นในแนวรัศมี ดูเผิน ๆ แล้วจุดดำของดวงอาทิตย์จะคล้ายกับลูกตาดำของคน โดยจุดดำชั้นในแทนรูม่านตาส่วนชั้นนอกแทนม่านตา โดยทั่วไปแล้วพื้นที่ส่วนจุดดำชั้นนอกมักมีพื้นที่มากกว่า บางครั้งอาจมากถึง 80% ของพื้นที่จุดดำทั้งหมด บริเวณจุดดำชั้นนอกเป็นบริเวณที่มีการไหลของแก๊สจากบริเวณจุดดำชั้นในไปสู่พื้นที่นอกจุดดำ เมื่อแก๊สไหลออกไปนอกจุดดำชั้นนอกแล้วก็จะเปลี่ยนทิศพุ่งขึ้นตั้งฉากกับผิวของดวงอาทิตย์จนถึงชั้นโครโมสเฟียร์ (บรรยากาศที่อยู่เหนือพื้นผิวของดวงอาทิตย์) หลังจากนั้นจึงย้อนกลับพุ่งลงในใจกลางของจุดดำอีกครั้งเป็นวัฏจักรต่อไป



การกระจายตัวของจุดดำนั้น มักพบว่าจุดดำมักเกิดขึ้นเป็นคู่หรือรวมกลุ่มเป็นกระจุกใหญ่จำนวนมาก ๆ แต่จุดดำคู่จะพบได้มากกว่า ส่วนจุดดำที่ขึ้นเดี่ยว ๆ จะไม่พบมากนัก นอกจากนี้ยังพบว่าจุดดำบนดวงอาทิตย์มีการเกิดขึ้นและสลายตัวตลอดเวลา โดยปรกติแล้วจุดดำแต่ละจุดจะมีอายุประมาณไม่เกินสองสัปดาห์ แต่ก็อาจมีบางจุดที่มีอายุยาวนานนับเดือนก็เป็นได้

ถึงแม้ว่าจุดดำชั้นในจะเป็นบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำที่สุดบนดวงอาทิตย์จนมองเห็นเป็นสีดำสนิท แต่มันก็ยังมีอุณหภูมิสูงถึง 4,000 เคลวิน ในความเป็นจริง แก๊สที่มีอุณหภูมิขนาดนี้จะมีความสว่างมาก แต่สาเหตุที่เราเห็นเป็นสีดำนั้นเนื่องจากพื้นผิวของดวงอาทิตย์โดยรอบจุดดำหรือโฟโตสเฟียร์มีความสว่างมากกว่ามาก เพราะมีอุณหภูมิสูงถึง 6,000 เคลวินนั่นเอง ดังนั้นคำว่า "จุดดำ" คงจะไม่ตรงตามความจริงเท่าใดนัก เพราะจุดมันไม่ดำจริง ๆ ส่วนบริเวณจุดดำชั้นนอกนั้นมีอุณหภูมิต่ำกว่าโฟโตสเฟียร์เพียงเล็กน้อย คือประมาณ 5,600 เคลวิน


ในขณะที่ความสว่างของจุดดำบนดวงอาทิตย์จะน้อยกว่าที่อื่น ๆ แต่สนามแม่เหล็กบริเวณนี้กลับมีความเข้มข้นสูงมาก เราพบว่าสนามแม่เหล็กจะมีทิศจะพุ่งออกจากจุดดำพร้อม ๆ กับนำเอาแก๊สร้อนจัดจากภายใต้พื้นผิวดวงอาทิตย์ขึ้นมาด้วย สนามแม่เหล็กที่จุดดำอาจมีความเข้มสูงถึง 0.2 - 0.4 เทสลา (1 เทสลาเท่ากับ 10,000 เกาสส์) รูปร่างและทิศทางของสนามแม่เหล็กจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับลักษณะของกลุ่มของจุดดำเหล่านี้ กล่าวคือ บริเวณที่มีจุดดำเป็นคู่ สนามแม่เหล็กจะพุ่งขึ้นออกจากจุดดำจุดหนึ่งสู่บรรยากาศชั้นบนเหนือโฟโตสเฟียร์ แล้วเลี้ยวโค้งวกกลับลงสู่จุดดำอีกจุดหนึ่งที่อยู่คู่กัน จุดดำสองจุดนี้จึงมีขั้วแม่เหล็กที่ตรงข้ามกันเสมอ เหมือนกับแม่เหล็กแบบเกือกม้าที่ติดอยู่บนผิวดวงอาทิตย์ เราเรียกสนามแม่เหล็กรูปร่างแบบนี้ว่า สนามแม่เหล็กแบบ ไบโพลาร์ (bipolar)

บริเวณที่มีจุดดำรวมกลุ่มกันเป็นกระจุกขนาดใหญ่จะมีรูปร่างของสนามแม่เหล็กที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่ยังคงเป็นสนามแม่เหล็กปิดเช่นเดียวกับสนามแม่เหล็กแบบไบโพลาร์ ส่วนจุดดำที่เป็นจุดเดียวโดด ๆ ไม่รวมกลุ่มหรือเข้าคู่กับจุดดำอื่น ๆ สนามแม่เหล็กจะพุ่งออกจากจุดดำชั้นในและสาดออกไปสู่อวกาศโดยไม่วกกลับเข้ามา เรียกว่าเป็นสนามแม่เหล็กเปิด ซึ่งเป็นช่องทางที่มวลสารจำนวนมากดวงอาทิตย์พุ่งทะลักสู่อวกาศ และเป็นส่วนหนึ่งของการเกิดลมสุริยะ

5848e76578225830931679

สนามแม่เหล็กแบบไบโพลาร์บนดวงอาทิตย์มีลักษณะเฉพาะที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือ ทุก ๆ คู่ของจุดดำจะเรียงกันในแนวนอนเกือบขนานกับเส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ เนื่องจากดวงอาทิตย์มีการหมุนรอบตัวเองด้วย ดังนั้นจุดดำสองจุดในแต่ละคู่จึงมีชื่อเรียกว่า จุดนำ และ จุดตาม เรามักพบว่าจุดนำของแต่ละคู่มักจะอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตรมากกว่าจุดตามเล็กน้อย นอกจากนี้ยังพบว่า สนามแม่เหล็กแบบไบโพลาร์ที่เกิดขึ้นในซีกดาวเดียวกันจะมีทิศทางตรงกันทั้งหมด และทิศทางของสนามแม่เหล็กของซีกเหนือและซีกใต้ของดวงอาทิตย์จะตรงข้ามกันเสมออีกด้วย

นอกจากจุดดำบนดวงอาทิตย์ที่มักอยู่รวมกันเป็นกระจุกแล้ว ปรากฏการณ์ต่าง ๆ บนดวงอาทิตย์เช่นแฟลร์ หรือการลุกจ้าอย่างรุนแรง แฟกคิวลา เพลจ ก็มักเกิดบริเวณใกล้ ๆ กับกระจุกของจุดดำอีกเหมือนกัน

วัฏจักรแห่งสุริยะ

ปริมาณของจุดดำบนดวงอาทิตย์บางช่วงเวลาอาจมีเป็นจำนวนมาก แต่บางช่วงอาจจะไม่มีเลยแม้แต่จุดเดียว ความผันแปรนี้เป็นการผันแปรที่เป็นวัฏจักร มีคาบค่อนข้างสม่ำเสมอ อยู่ในช่วง 8 ปี ถึง 16 ปี มีค่าเฉลี่ย 11.1 ปี คาบนี้เรียกว่า วัฏจักรของดวงอาทิตย์ (solar cycle) หรือ วัฏจักรของจุดดำ (sunspot cycle) หากเราเขียนแผนภูมิแสดงความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนจุดดำบนดวงอาทิตย์กับเวลา โดยให้เวลาอยู่ในแนวนอน และจำนวนจุดดำเป็นแนวตั้ง จะพบว่ารูปกราฟที่ได้คล้ายกับคลื่นรูปฟันเลื่อย โดยช่วงขาขึ้น (จากช่วงที่มีจุดดำน้อยที่สุดไปสู่ช่วงที่มีจุดดำมากที่สุด) จะชันกว่าช่วงขาลงเล็กน้อย โดยเฉลี่ยแล้วช่วงขาขึ้นจะใช้เวลาประมาณ 4.8 ปี ส่วนขาลงใช้เวลาประมาณ 6.2 ปี


ตำแหน่งการเกิดของจุดดำก็มีลักษณะน่าสนใจอีกเช่นกัน หลังจากที่ดวงอาทิตย์เพิ่งพ้นจากช่วงต่ำสุดมาและกำลังจะเริ่มวัฏจักรใหม่ จุดดำจะเกิดขึ้นที่บริเวณละติจูดประมาณ 35 องศาทั้งซีกเหนือและซีกใต้ หลังจากนั้น จุดดำก็จะเลื่อนไหลไปรอบ ๆ ดวงอาทิตย์ตามการหมุนรอบตัวเองของดวงอาทิตย์ พร้อม ๆ กับเคลื่อนเข้าหาเส้นศูนย์สูตรอย่างช้า ๆ แต่ก็ไปไม่ถึงเส้นศูนย์สูตรเพราะจุดดำนั้นสลายตัวไปเสียก่อน จุดดำที่เกิดขึ้นในรุ่นต่อ ๆ มาก็จะเกิดขึ้นอีกที่ละติจูดเริ่มต้นต่ำกว่าระดับของจุดดำรุ่นที่แล้วเล็กน้อย แล้วก็เคลื่อนเข้าหาเส้นศูนย์สูตรในลักษณะเดียวกัน จุดเริ่มต้นของการเกิดจุดดำจะเปลี่ยนตำแหน่งเช่นนี้เรื่อย ๆ จนกระทั่งใกล้ถึงช่วงต่ำสุดของดวงอาทิตย์ ซึ่งเมื่อถึงช่วงนี้ละติจูดเฉลี่ยของจุดดำจะอยู่ประมาณ 7 องศา (เหนือและใต้) เท่านั้น หากเราสังเกตตำแหน่งของจุดดำทุก ๆ จุดอย่างต่อเนื่องและยาวนานพอ แล้วนำตำแหน่งของจุดดำมาเขียนเป็นแผนภูมิ โดยให้แกนนอนเป็นเวลา และแกนตั้งเป็นละติจูดของจุดดำ แผนภูมิที่ได้จะมีลักษณะเหมือนกับใบมะกอก หรือผีเสื้อมาเกาะเรียงต่อ ๆ กัน แผนภูมินี้จึงมีเชื่อเรียกเฉพาะว่า แผนภูมิรูปผีเสื้อ (butterfly diagram)

ดังที่กล่าวมาแล้วว่า สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นที่บริเวณจุดดำบนดวงอาทิตย์จะมีทิศทางเดียวกันในแต่ละซีกดาว แต่ทิศทางของสนามแม่เหล็กนี้จะไม่คงทิศเดิมตลอดไป เพราะทุก ๆ ครั้งที่ถึงช่วงต่ำสุด (sunspot minimum) นั้น จะมีการสลับขั้วของสนามแม่เหล็กทั้งซีกเหนือและซีกใต้ของดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กในจุดดำของชุดใหม่จะมีทิศทางตรงข้ามกับชุดเดิม ดังนั้น วัฏจักรของสนามแม่เหล็กบนจุดดำของดวงอาทิตย์จึงเป็นสองเท่าของวัฏจักรของจุดดำ คือประมาณ 22.2 ปี



จากการสำรวจดวงอาทิตย์ของนักดาราศาสตร์อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน นักดาราศาสตร์ยังได้พบว่า ปรากฏวัฏจักรที่ยาวประมาณ 80 ปีซ้อนอยู่บนคาบ 11.1 ปีนี้อีกด้วย นอกจากนี้วัฏจักรของจุดดำบนดวงอาทิตย์ก็ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอมาตลอด ในปี ค.ศ. 1645 ถึง 1715 วัฏจักรของดวงอาทิตย์ได้หยุดชะงักไปนานถึง 70 ปี เป็นช่วงที่รู้จักกันในชื่อของ ช่วงต่ำสุดมอนเดอร์ (Maunder mininum) ซึ่งในช่วงเวลาดังกล่าวแทบจะไม่มีจุดดำเกิดขึ้นเลย

ลมสุริยะ

ในขณะที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง สิ่งที่เราเห็นเป็นเส้นรัศมีสว่างอยู่ล้อมรอบวงกลมสีดำนั้นคือบรรยากาศของดวงอาทิตย์ เรียกว่า คอโรนา (corona) คอโรนาเป็นบรรยากาศชั้นนอกสุดของดวงอาทิตย์ แม้ว่าคอโรนาที่เรามองเห็นขณะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงจะมีรัศมีประมาณไล่เลี่ยกับรัศมีของดวงอาทิตย์ แต่แท้จริงแล้วคอโรนามีรัศมีกว้างไกลกว่านั้นมาก จากการศึกษาสเปกตรัมของคอโรนาพบว่าคอโรนามีอุณหภูมิสูงนับล้านองศาเซลเซียส พลังงานความร้อนที่สูงมากทำให้คอโรนาขยายตัวออกเรื่อย ๆ จนในที่สุดอนุภาคจะหลุดพ้นจากแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์และหนีออกจากดวงอาทิตย์ไปทุกทิศทุกทาง จนกระทั่งห่อหุ้มและครอบคลุมระบบสุริยะทั้งหมด เราเรียกกระแสธารของอนุภาคที่พัดออกมาจากดวงอาทิตย์ว่า ลมสุริยะ (solar wind)


ลมสุริยะที่เกิดขึ้นในลักษณะนี้จะมีความเร็วต่างกันตามละติจูดที่เกิด กล่าวคือ ลมสุริยุที่ขึ้นบริเวณขั้วเหนือและใต้ของดวงอาทิตย์จะมีความเร็วสูงมาก ซึ่งเราจะสังเกตได้ว่าบริเวณขั้วเหนือและใต้มักมี โพรงคอโรนา (coronal hole) ขนาดใหญ่ปรากฏอยู่ ซึ่งโพรงคอโรนาเป็นที่ ๆ มีลมสุริยะความเร็วสูงและรุนแรงพัดออกมาจากดวงอาทิตย์ในบริเวณนั้น ในขณะที่ลมสุริยะที่เกิดขึ้นบริเวณแนวใกล้ศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์จะมีความเร็วต่ำ ลมสุริยะที่เกิดขึ้นจากการขยายตัวของคอโรนาในแนวศูนย์สูตรดวงอาทิตย์นี้มีความเร็วเริ่มต้นโดยเฉลี่ยประมาณ 450 กิโลเมตรต่อวินาที หลังจากนั้นจะเร่งความเร็วจนถึงราว 800 กิโลเมตรต่อวินาที

การเร่งความเร็วของลมสุริยะนี้ เป็นอีกหนึ่งในปริศนาของดวงอาทิตย์ เพราะนักดาราศาสตร์ได้ตั้งข้อสงสัยมาเป็นเวลานานนับตั้งแต่เริ่มรู้จักลมสุริยะแล้วว่า เพราะเหตุใดลมสุริยะจึงเร่งความเร็วขึ้นมาได้ จนเมื่อปี 2541 นี้เอง ยานโซโฮและดาวเทียมสปาร์ตันได้พบว่าสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์มีการกระเพื่อมตลอดเวลา ซึ่งอาจจะเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้ลมสุริยะมีการเร่งความเร็วขึ้นก็ได้

แม้ลมสุริยะที่กล่าวมานี้จะมีความเร็วถึงเกือบพันกิโลเมตรต่อวินาที ใช้เวลาประมาณ 26 ชั่วโมงในการเดินทางผ่านอวกาศเป็นระยะทางราว 150 ล้านกิโลเมตรมาถึงโลก ถึงกระนั้นก็ยังจัดว่ามีความเร็วและความรุนแรงต่ำ และไม่ใช่สาเหตุหลักที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์และผลกระทบต่าง ๆ บนโลก ลมสุริยะที่มีความรุนแรงผันผวนและมีอิทธิพลต่อโลกอย่างมากจะเกิดจากปรากฏการณ์อย่างอื่นที่มีความรุนแรงเกรี้ยวกราดมากกว่ามาก นั่นคือ แฟลร์ และ คอโรนัลแมสอีเจกชัน

แฟลร์

แฟลร์ (flare) เป็นการระเบิดอย่างรุนแรงที่เกิดขึ้นที่ชั้นโครโมสเฟียร์ (chromosphere) และมักเกิดขึ้นเหนือรอยต่อระหว่างขั้วของสนามแม่เหล็ก เช่นบริเวณกึ่งกลางของจุดดำแบบคู่หรือท่ามกลางกระจุกของจุดดำที่มีสนามแม่เหล็กปั่นป่วนซับซ้อน

แฟลร์ให้พลังงานสูงมาก โดยเฉพาะคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านรังสีเอกซ์และย่านอัลตราไวโอเลต พลังงานที่ได้จากแฟลร์ลูกหนึ่งอาจมากเท่า ๆ กับระเบิดไฮโดรเจนขนาด 100 เมกกะตัน 1 ล้านลูกรวมกัน แต่แฟลร์กลับให้ความสว่างไม่มากนักในย่านแสงขาวหรือแสงที่ตามองเห็น ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องง่ายนักที่จะถ่ายภาพของแฟลร์ด้วยการถ่ายภาพธรรมดา แม้ว่าแฟลร์จะถูกค้นพบเป็นครั้งแรกจากภาพถ่ายแสงขาวก็ตาม


แฟลร์จะปรากฏในรูปของการเกิดแสงสว่างลุกจ้าขึ้นมาอย่างฉับพลัน ปล่อยพลังงานออกมาอย่างรุนแรง มีอุณหภูมิสูงถึงหลายล้านเคลวิน พร้อม ๆ กับสาดอนุภาคประจุไฟฟ้าออกมากอย่างรุนแรงและรวดเร็ว ช่วยเสริมกำลังให้กับลมสุริยะให้เร็วและรุนแรงยิ่งกว่าในภาวะปกติมาก ลมสุริยะที่เกิดขึ้นจากแฟลร์มีความเร็วสูงมาก และสามารถเดินทางมาถึงโลกภายในเวลาไม่กี่สิบนาทีเท่านั้น

ในสนามแม่เหล็กแบบไบโพลาร์ซึ่งจะเกิดขึ้นกับคู่ของจุดดำเป็นบริเวณที่มักเกิดแฟลร์ขึ้นเสมอ และอาจเกิดขึ้นได้บ่อย ๆ แม้ว่าดวงอาทิตย์จะไม่ได้อยู่ในช่วงสูงสุดก็ตาม เมื่อเกิดแฟลร์ขึ้นก็จะพัดลมสุริยะออกมาอย่างรุนแรง แต่ถึงกระนั้นก็ยังถือว่ายังไม่มากนักหากเทียบกับแฟลร์ที่เกิดขึ้นท่ามกลางกระจุกของจุดดำ เนื่องจากกระจุกของจุดดำมีสนามแม่เหล็กซับซ้อนและเข้มข้นมากกว่า เมื่อเกิดแฟลร์ขึ้นในบริเวณนี้จึงกลายเป็นแหล่งกำเนิดลมสุริยะที่รุนแรงมาก ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่บางคนเรียกว่า พายุสุริยะ นั่นเอง

แฟลร์เกิดขึ้นได้อย่างไร

จนถึงปัจจุบัน นักดาราศาสตร์ยังไม่ทราบกลไกการเกิดแฟลร์อย่างแน่ชัดนัก จากการสังเกตการณ์ พบว่า แฟลร์มักเกิดร่วมกับจุดดำ โดยจะอยู่กึ่งกลางระหว่างจุดดำที่มีขั้วแม่เหล็กต่างกัน หรือเกิดขึ้นท่ามกลางกระจุกจุดดำที่มีสนามแม่เหล็กปั่นป่วน ตามสมมติฐานปัจจุบัน เชื่อว่า แฟลร์น่าจะเกิดจากการตัดขาดและเชื่อมต่ออีกครั้งของสนามแม่เหล็ก

คอโรนัลแมสอีเจกชัน

ปรากฏการณ์บนดวงอาทิตย์ที่เกี่ยวข้องกับลมสุริยะอีกอย่างหนึ่งและมีความรุนแรงยิ่งกว่าแฟลร์ก็คือ คอโรนัลแมสอีเจกชัน (Coronal Mass Ejection-CME) เป็นปรากฏการณ์ที่มีการสาดมวลสารจำนวนมากออกมาจากดวงอาทิตย์ดูเหมือนฟองขนาดมหึมาถูกเป่าออกมาจากผิวดวงอาทิตย์ จนเกิดเป็นโพรงคอโรนาเกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง อิออนจำนวนมหาศาลจากดวงอาทิตย์จะถูกเป่าออกสู่อวกาศด้วยความเร็วสูงนับพันกิโลเมตรต่อวินาที

แม้ในปัจจุบันนักดาราศาสตร์ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าคอโรนัลแมสอีเจกชันมีสาเหตุมาจากอะไร แต่พบว่ามันมักเกิดขึ้นจากปรากฏการณ์อื่นที่เกิดขึ้นระดับคอโรนาชั้นล่าง บ่อยครั้งที่พบว่าเกิดขึ้นร่วมกับแฟลร์หรือโพรมิเนนซ์ (prominence) แต่บางครั้งก็อาจเกิดขึ้นโดยไม่มีปรากฏการณ์สองอย่างนี้เลย นอกจากนี้ความถี่ในการเกิดยังแปรผันตามวัฏจักรของดวงอาทิตย์อีกด้วย ในช่วงใกล้เคียงกับช่วงต่ำสุดของดวงอาทิตย์อาจเกิดคอโรนัลแมสอีเจกชันประมาณสัปดาห์ละครั้ง หากเป็นช่วงใกล้กับจุดสูงสุดของดวงอาทิตย์ ก็อาจเกิดขึ้นบ่อยถึงประมาณสองหรือสามครั้งต่อวัน

ผลกระทบของวัฏจักรดวงอาทิตย์ที่มีต่อโลก

นอกจากปรากฏการณ์แสงเหนือ-แสงใต้แล้ว ยังพบว่าปรากฏการณ์บนดวงอาทิตย์ยังมีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิและภูมิอากาศของโลกด้วย ดังตัวอย่างเช่น อุณหภูมิของบรรยากาศในชั้นสตราโตสเฟียร์พบว่ามีการเปลี่ยนแปลงเป็นวัฏจักรที่มีคาบยาว 11 ปีเช่นเดียวกับวัฏจักรของดวงอาทิตย์เช่นเดียวกัน


ส่วนบรรยากาศชั้นล่างซึ่งเป็นชั้นที่เราสัมผัสอยู่นั้น การเปลี่ยนแปลงบนโลกที่จะเกิดขึ้นตามวัฏจักร 11 ปีของดวงอาทิตย์อาจไม่เด่นชัดนัก สาเหตุอาจเป็นเพราะระบบบรรยากาศชั้นล่างมีความซับซ้อนและมีตัวแปรของระบบมากกว่าบรรยากาศชั้นบน นอกจากนี้การที่ความเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในบรรยากาศชั้นบนที่จะแพร่กระจายลงมาถึงบรรยากาศชั้นล่างต้องใช้เวลานานหลายปี ความผันแปรที่มีคาบเพียง 11 ปีจึงมีการหักล้างลบหายไปมากจนยากจะสังเกตได้ ดังนั้นความเปลี่ยนแปลงในบรรยากาศชั้นล่างของโลกจึงมักขึ้นกับความเปลี่ยนแปลงของดวงอาทิตย์ที่มีคาบยาวกว่านั้น ดังเช่นในช่วงต่ำสุดมอนเดอร์ อากาศในยุคนั้นจะหนาวเย็นผิดปรกติ เป็นที่รู้จักกันในชื่อ "ยุคน้ำแข็งน้อย" (Little Ice Age) ภูเขาน้ำแข็งได้แผ่กระจายออกจากขั้วโลกเป็นบริเวณกว้างที่สุดนับจากยุคน้ำแข็งครั้งล่าสุด แม่น้ำเทมส์ในประเทศอังกฤษถึงกับจับตัวเป็นน้ำแข็งในฤดูหนาวเลยทีเดียว นอกจากนี้ยังมีหลักฐานว่าในช่วงศตวรรษที่ 12 เป็นช่วงที่มีปรากฏการณ์บนดวงอาทิตย์รุนแรงต่อเนื่องกันเป็นเวลานาน ซึ่งสอดคล้องกับช่วงเวลาที่ดินแดนตอนเหนือของโลกมีอุณหภูมิอบอุ่นเป็นพิเศษจนมีคนไปตั้งรกรากอาศัยอยู่บนแผ่นดินกรีนแลนด์ได้ แม้แต่ทุกวันนี้ยังมีอุณหภูมิหนาวกว่าในยุคนั้นเสียด้วยซ้ำ

ในช่วงจุดสูงสุดของดวงอาทิตย์ นอกจากลมสุริยะจะมีความเข้มข้นและรุนแรงมากกว่าในช่วงอื่น ๆ แล้ว ยังมีความผันผวนมากกว่าในช่วงอื่น ๆ อีกด้วย การเปลี่ยนแปลงความเข้มของประจุไฟฟ้าบริเวณรอบ ๆ โลกทำให้สนามแม่เหล็กโลกมีการเปลี่ยนแปลงตาม การเปลี่ยนแปลงความเข้มสนามแม่เหล็กนี้อาจทำให้เกิดการเหนี่ยวนำไฟฟ้าขึ้นบนวัตถุใด ๆ บนผิวโลกที่เป็นตัวนำไฟฟ้าและมีความยาวมาก ๆ เช่น ท่อส่งน้ำมัน หรือสายไฟฟ้าแรงสูง เป็นต้น ซึ่งกรณีหลังอาจทำให้หม้อแปลงไฟฟ้าระเบิดและระบบส่งจ่ายไฟฟ้าขัดข้องได้ เหตุการณ์ไฟดับครั้งใหญ่หลายครั้งในอดีต ดังเช่นในปี 2532 ที่จังหวัดควิเบกของแคนาดา และที่เมืองหนึ่งในรัฐนิวเจอร์ซีของสหรัฐอเมริกา ก็คาดว่าเป็นผลจากพายุสุริยะเหมือนกัน แต่อย่างไรก็ตาม เหตุการณ์นี้มักจะเกิดกับพื้นที่ ๆ ใกล้กับขั้วโลก สำหรับประเทศไทยซึ่งตั้งอยู่แถบศูนย์สูตร จะมีโอกาสเกิดไฟฟ้าดับจากสาเหตุนี้น้อยมาก ระบบอื่นที่อาจมีปัญหาก็คือ ระบบการสื่อสารที่ใช้การสะท้อนของสัญญาณกับบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ เพราะบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์นี้อาจเกิดการปั่นป่วนเมื่อถูกโจมตีจากการระเบิดบนดวงอาทิตย์

แม้สิ่งที่ดวงอาทิตย์จะสาดออกมากระหน่ำโลกจะเป็นอนุภาคประจุไฟฟ้า แต่ตัวอนุภาคเหล่านั้นแทบจะไม่มีผลทางตรงต่อมนุษย์เลย เพราะโลกของเรามีสนามแม่เหล็กที่เข้มข้นเป็นเกราะคุ้มกันอย่างดี ไม่ให้อนุภาคพลังงานสูงเหล่านั้นทะลุเข้ามาถึงบรรยากาศโลกหรือทำอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตบนพื้นโลกได้ เมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าจากลมสุริยะเข้าใกล้โลก จะเปลี่ยนทิศทางและวิ่งตีเกลียวไปตามเส้นแรงแม่เหล็กโลกจนดูเหมือนกับอนุภาคเหล่านั้นถูกกักเอาไว้ในรูปของวงแหวนขนาดใหญ่รอบโลก เรียกว่า วงแหวนแวนอัลเลน (Van Allen Belt) มีอนุภาคเพียงส่วนเล็กน้อยเท่านั้นที่เล็ดลอดตามแนวที่เส้นแรงแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นโลกเข้ามาถึงชั้นบรรยากาศได้ แต่ถึงกระนั้นก็ยังไม่สามารถทะลุถึงพื้นโลกได้อยู่ดี เพราะเมื่ออนุภาคเหล่านี้กระทบถูกบรรยากาศโลกก็ถูกดูดกลืนพลังงานไป ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดการเรืองแสงขึ้นเป็นปรากฏการณ์แสงเหนือ-แสงใต้นั่นเอง

การพยากรณ์พายุสุริยะ

ดังจะเห็นได้ชัดแล้วว่า ลมสุริยะหรือพายุสุริยะมีฤทธิ์เดชและอิทธิพลต่อโลกมากพอสมควร และสามารถสร้างความเสียหายแก่โลกได้ระดับหนึ่ง ดังนั้นจึงต้องมีการเฝ้าติดตามดวงอาทิตย์เพื่อพยากรณ์พายุที่อาจเกิดขึ้นล่วงหน้า เพื่อจะได้เตรียมการรับมือกับปัญหาที่อาจเกิดจากลมสุริยะได้อย่างทันท่วงที

เราสามารถคาดการณ์สภาพลมฟ้าอากาศบนโลกและบรรยากาศชั้นล่างได้ จากการพยากรณ์ของกรมอุตุนิยมวิทยา ถึงแม้ว่าวิทยาการด้านอุตุนิยมวิทยามีการพัฒนามาเป็นเวลานานและมีความก้าวหน้าความแม่นยำสูงมาก แต่สำหรับการพยากรณ์ลมฟ้าอากาศในชั้นบรรยากาศเบื้องสูงหรือสภาพต่าง ๆ เหนือชั้นบรรยากาศของโลกไปนั้น ยังเป็นศาสตร์ที่เพิ่งเริ่มต้นตั้งไข่เท่านั้น ประสิทธิภาพในการพยากรณ์ขึ้นอยู่กับความเข้าใจกลไกทั้งหมดของระบบบรรยากาศเบื้องสูงและสภาพเหนือบรรยากาศโลกขึ้นไปรวมทั้งปรากฏการณ์บนดวงอาทิตย์ซึ่งยังมีข้อจำกัดอยู่มาก การพยากรณ์บรรยากาศชั้นสูงในปัจจุบันนี้จึงเป็นการสังเกตการณ์จากการเกิดแฟลร์และโพรงคอโรนาเป็นสำคัญ

ตามที่เราได้ทราบแล้วว่า การประทุของลมสุริยะจะเกิดจากแฟลร์ขนาดใหญ่ที่มักเกิดบริเวณกระจุกของจุดดำหรืออาจเกิดจากคอโรนัลแมสอีเจกชัน ดังนั้นการจะรู้ว่าจะมีลมสุริยะรุนแรงพัดมาถึงโลกอาจพอคาดการณ์ได้จากแฟลร์ขนาดใหญ่หรือกระจุกจุดดำ หากกระจุกจุดดำมีตำแหน่งที่จะพาดผ่านหน้าดวงอาทิตย์ และหากมีการปะทุของแฟลร์ในช่วงที่หันมาทางโลกพอดี ก็มีโอกาสมากที่โลกจะถูกกระหน่ำโดยพายุสุริยะ

รูปร่างของแฟลร์บริเวณกระจุกจุดดำก็อาจถือเป็นสิ่งบอกเหตุได้ว่าจะทำให้เกิดการระเบิดใหญ่ นักดาราศาสตร์ได้สังเกตพบว่า เมื่อใดที่แฟลร์มีการบิดตัวอย่างรุนแรง อาจเป็นจุดเริ่มต้นของการตัดขาดและลัดวงจรของสนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็นจุดกำเนิดของการระเบิดอย่างรุนแรงได้


ขณะนี้มีดาวเทียมหลายดวงที่มีหน้าที่คอยเฝ้าสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ตลอดเวลา ทำให้สามารถแจ้งเหตุการกระโชกของลมสุริยะที่เกิดจากคอโรนัลแมสอีเจกชันล่วงหน้าได้ประมาณ 1 หรือ 2 วันก่อนที่จะพัดมาถึงโลก ส่วนลมสุริยะที่แรงและเร็วที่สุดจะสามารถเตือนล่วงหน้าได้ประมาณครึ่งชั่วโมง เวลาเท่านี้ถือว่าเพียงพอสำหรับโรงไฟฟ้าที่จะเตรียมการระบบจ่ายไฟหรือระบบป้องกันฉุกเฉิน เพื่อรับมือกับความแปรปรวนที่จะเกิดขึ้นจากสนามแม่เหล็ก และยังนานพอที่จะเตือนนักดาราศาสตร์และประชาชนให้ตื่นขึ้นมาดูแสงเหนือ-แสงใต้ได้

ระยะเวลาล่วงหน้าของการพยากรณ์นี้ถูกจำกัดจากหลายปัจจัย เช่นโดยธรรมชาติที่มีอายุสั้นของแฟลร์ และโดยความที่ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงกลไกการเกิดแฟลร์และคอโรนัลแมสอีเจกชัน ตำแหน่งการสังเกตการณ์ยังเป็นอุปสรรคสำคัญในการพยากรณ์อีกด้วย การสังเกตการณ์จากโลกและดาวเทียมบริเวณโลกจะมองเห็นผิวของดวงอาทิตย์ได้เฉพาะด้านที่หันเข้าสู่โลกเท่านั้น แต่ไม่สามารถมองเห็นสิ่งที่เกิดขึ้นบนผิวดวงอาทิตย์ด้านตรงข้ามได้เลย หากสามารถมองเห็นสิ่งที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ฝั่งตรงข้ามได้แล้ว นักดาราศาสตร์คงจะสามารถพยากรณ์การเกิดพายุสุริยะล่วงหน้าได้นานขึ้น

ความหวังของนักดาราศาสตร์เริ่มสดใสขึ้นเมื่อดาวเทียมโซโฮ (SOHO) สามารถมองเห็นสภาพของดวงอาทิตย์ฝั่งตรงข้ามได้ ทั้ง ๆ ที่ตัวดาวเทียมเองอยู่ในตำแหน่งด้านหน้าของดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับโลก

เคล็ดลับของโซโฮอาศัยหลักการว่า ลมสุริยะที่พัดออกจากดวงอาทิตย์จะพัดพาอะตอมไฮโดรเจนที่กระจัดกระจายอยู่บริเวณสุริยะชั้นในไปรวมตัวเป็นชั้นของไฮโดรเจนโดยรอบ จนดูเหมือนกับว่ามีฟองก๊าซไฮโดรเจนล้อมรอบระบบสุริยะชั้นใน ฟองไฮโดรเจนนี้มีความหนาแน่นประมาณ 100 อะตอมต่อลิตร ถึงแม้ว่าจะเบาบางมาก แต่ก็ยังหนาแน่นพอที่จะเรืองแสงอัลตราไวโอเลตได้ เมื่อรังสีที่ปล่อยจากบริเวณกลุ่มจุดดำหรือแฟลร์บนดวงอาทิตย์กระทบถูกผนังของฟองนี้ จะกระตุ้นให้มีการเรืองแสงอัลตราไวโอเลตบริเวณที่ตรงกับด้านที่เกิดแฟลร์บนดวงอาทิตย์ซึ่งตรวจจับได้โดยกล้องสวอน (SWAN-Solar Wind Anisotropies) ของโซโฮ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่เราสามารถรับรู้ถึงการปะทุของแฟลร์บนดวงอาทิตย์ที่อยู่ด้านตรงข้ามกับโลกได้ โดยการสังเกตการเรืองแสงของฟองไฮโดรเจนนี้ ภาพของจุดเรืองแสงที่ปรากฏบน "จอ" นี้จะเคลื่อนที่ไปตามการหมุนรอบตัวเองของดวงอาทิตย์

คาดหมายความเสียหายที่จะเกิดในรอบนี้

ในขณะนี้ (ต้นปี 2543) จำนวนจุดดำบนดวงอาทิตย์กำลังเพิ่มจำนวนขึ้นตามลำดับตามวัฎจักรของดวงอาทิตย์ ช่วงสูงสุดของวัฏจักรสุริยะจะกินระยะเวลายาวนานพอสมควร โดยอาจจะนานหลายเดือนหรืออาจเกิน 1 ปี สำหรับช่วงสูงสุดในครั้งนี้คาดว่าจะเกิดขึ้นในช่วงตั้งแต่กลางปี พ.ศ. 2543 จนถึงกลางปี 2544

คาดว่าการขึ้นถึงจุดสูงสุดของวัฎจักรรอบนี้น่าจะเป็นครั้งที่สร้างความเสียหายมากที่สุด แต่สาเหตุไม่ใช่เพราะว่าความปั่นป่วนของดวงอาทิตย์จะมีความรุนแรงมากกว่ารอบอื่น หากเป็นเพราะในปัจจุบันมีเทคโนโลยีใหม่ ๆ มากมายที่อ่อนไหวต่อลมสุริยะมากกว่าเมื่อ 11 ปีที่แล้วมาก อาทิเช่น โทรศัพท์มือถือ วิทยุติดตามตัว ระบบนำร่องด้วยจีพีเอส เป็นต้น เทคโนโลยีเหล่านี้ ล้วนต้องพึ่งพาระบบดาวเทียมสื่อสาร ซึ่งลอยตัวอยู่เหนือชั้นบรรยากาศโลกนับหมื่นกิโลเมตร หากดาวเทียมสื่อสารที่ใช้งานอยู่เกิดเสียหายหรือขัดข้องจากการถูกโจมตีของลมสุริยะ ย่อมส่งผลให้เกิดความเสียหายอย่างมากทั้งทางเศรษฐกิจและในด้านความปลอดภัย ดังนั้นผู้ที่ใช้เทคโนโลยีดาวเทียมจึงจำเป็นต้องมีแผนสำรองเอาไว้ในช่วงเวลาดังกล่าวเผื่อระบบดาวเทียมเกิดขัดข้องจริง ๆ นักเดินเรืออาจจะต้องพกแผนที่กับเข็มทิศออกเดินเรือด้วย เพราะวิธีบอกตำแหน่งแบบโบราณอย่างนี้อาจจำเป็นต้องนำมาใช้ หากระบบจีพีเอสขัดข้องในระหว่างเดินเรือ เป็นต้น

จะเห็นว่า ผลเสียที่เกิดขึ้นนั้น จะเกิดขึ้นกับดาวเทียมเป็นส่วนใหญ่ซึ่งอยู่เหนือชั้นบรรยากาศโลก แต่จะไม่มีผลร้ายโดยตรงกับร่างกายหรือชีวิตของมนุษย์ที่อยู่บนพื้นโลก เพราะอนุภาคอันตรายจากดวงอาทิตย์ไม่สามารถทะลุทะลวงเข้ามาถึงพื้นโลกได้ เนื่องจากโลกของเรามีเกราะกำบังหลายชั้น ทั้งวงแหวนแวนอัลเลนและบรรยากาศของโลก แม้แต่นักบินอวกาศที่ปฏิบัติหน้าที่อยู่บนอวกาศ ก็ยังคงปลอดภัยจากลมสุริยะเพราะมียานอวกาศและชุดอวกาศเป็นสิ่งคุ้มกันอย่างดีอยู่แล้ว

ถึงตอนนี้เราได้รู้จักกับลมสุริยะ พายุสุริยะ ตลอดจนปรากฏการณ์ข้างเคียงต่าง ๆ รวมถึงธรรมชาติของดวงอาทิตย์ได้ในระดับหนึ่ง หวังว่าเราคงจะประเมินภาพคร่าว ๆ ของผลกระทบจากพายุสุริยะที่จะเกิดขึ้นในช่วงปี 2543-44 นี้ได้พอสมควร และสามารถพิจารณาได้ว่าควรจะตื่นกลัวหรือตื่นเต้นกับปรากฏการณ์ธรรมชาตินี้มากน้อยเพียงใด

ข้อมูลอ้างอิง

- The Sun As A Star, Roger J. Tayler, Cambridge University Press, 1997
- The New Solar System, Fourth Edition, J.Kelly Beatty, Carolyn Collins Petersen, Andrew Chaikin, Sky Publishing Corperation
- McGraw-Hill Encyclopedia of Astronomy Second Edition, McGraw-Hill, Sybil P. Parker, Jay M. Pasachoff
- SOHO Spies the Far Side of the Sun
- Sunspots and the Solar Cycle
- CNN : Space weather to get watches and warnings
- http://cnn.com/NATURE/9904/13/solar.enn/index.html
- http://cnn.com/TECH/space/9906/01/solar.storms.ap/
- The Corona
- A Solar Flare Effect
- Post Flare Loops
- Coronal Mass Ejections 
- What is a Solar Flare?
- Q & A
- SOLAR FLARES AND MAGNETIC SHEAR
- The Solar Dynamo
- Solar Flares
- Magnetism - the Key to Understanding the Sun
- Solar Dynamo Position 
- The sun's influence on earth