สมาคมดาราศาสตร์ไทย

วัฏจักรสุริยะรอบใหม่อาจรุนแรงที่สุด

วัฏจักรสุริยะรอบใหม่อาจรุนแรงที่สุด

6 ก.พ. 2564
รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)
นักดาราศาสตร์ด้านดวงอาทิตย์ส่วนใหญ่เชื่อว่า วัฏจักรสุริยะที่ 25 ที่กำลังดำเนินอยู่นี้ จะเป็นวัฏจักรกำลังอ่อนเช่นเดียวกับวัฏจักรที่ผ่านมา แต่งานวิจัยนักดาราศาสตร์คณะหนึ่งกลับแสดงว่า อาจเป็นวัฏจักรที่มีความรุนแรงที่สุดวัฏจักรหนึ่งเท่าที่เคยมีการบันทึกมาก็ได้

ดวงอาทิตย์ที่ดูเกลี้ยงเกลา แท้จริงแล้วมีกัมมันตภาพต่าง ๆ เกิดขึ้นหลายอย่าง เช่น จุดมืด การลุกจ้า เปลวสุริยะ การพ่นมวลคอโรนา สิ่งเหล่านี้มีเกี่ยวข้องโดยตรงต่อสภาพภูมิอากาศนอกโลก ซึ่งอาจมีผลทางอ้อมต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์เราด้วย

นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตการเกิดจุดมืดบนดวงอาทิตย์มาตั้งแต่เริ่มมีกล้องโทรทรรศน์ใช้ และสังเกตว่าจำนวนจุดมืดมีการเปลี่ยนแปลงขึ้นลงเป็นวัฏจักร แต่ละวัฏจักรมีคาบราว 11 ปี 

ภาพเปรียบเทียบกัมมันตภาพบนดวงอาทิตย์ระหว่างช่วงสูงสุดของวัฏจักร (ซ้าย) กับช่วงต่ำสุดของวัฏจักร (ขวา) ภาพซ้ายถ่ายในเดือนเมษายน 2557 ภาพขวาถ่ายในเดือนธันวาคม 2562  (จาก NASA/ Solar Dynamics Observatory (SDO).)


ขณะนี้ (ต้นปี 2564) อยู่ในช่วงเริ่มต้นของวัฏจักรสุริยะรอบที่ 25 ซึ่งได้เริ่มขึ้นมาตั้งแต่เดือนกันยายนปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์สุริยะส่วนใหญ่ รวมถึงจากองค์การนาซาและองค์การบริหารมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติหรือโนอาต่างคาดการณ์ไปในทางเดียวว่า วัฏจักรที่ 25 น่าจะเป็นวัฏจักรเบา ๆ อีกวัฏจักรหนึ่ง ช่วงสูงสุดคาดว่าจะตกอยู่ราวเดือนกรกฎาคม 2568 ด้วยจำนวนจุดมืดราว 114 จุดต่อวัน ซึ่งคล้ายกับวัฏจักรที่ 24 หากเป็นเช่นนั้นจริง ก็จะช่วยยืนยันทฤษฎีเกี่ยวกับกัมมันตภาพสุริยะที่นักดาราศาสตร์ได้ศึกษาพยายามทำความเข้าใจมาเป็นเวลานาน

ดวงอาทิตย์ที่มีจุดมืดขึ้นอยู่ทั่วไป 


แต่งานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์อีกคณะหนึ่ง นำโดย สก็อตต์ แมกอินทอช จากศูนย์วิจัยบรรยากาศแห่งชาติสหรัฐกลับคาดการณ์ไปในทางตรงข้าม โดยกล่าวว่า วัฏจักรที่ 25 นี้อาจเป็นวัฏจักรที่รุนแรงที่สุดครั้งหนึ่งเท่าที่เคยมีการบันทึกกันมา

ทุกครั้งที่มีการขึ้นวัฏจักรสุริยะใหม่ สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ก็จะสลับขั้วด้วย ขั้วเหนือกลายเป็นขั้วใต้ และขั้วใต้กลายเป็นขั้วเหนือ ช่วงที่สลับขั้วเป็นช่วงที่สนามแม่เหล็กอ่อนกำลังที่สุด กัมมันตภาพสุริยะรวมถึงจำนวนจุดมืดสุริยะมีปริมาณต่ำสุด ดังนั้นหากพิจารณาถึงขั้วแม่เหล็กประกอบด้วยแล้ว วัฏจักรสุริยะที่แท้จริงก็จะมีคาบ 22 ปี 

คณะของแมกอินทอชได้ศึกษาและเผยแพร่งานวิจัยเกี่ยวกับการสำรวจดวงอาทิตย์ในปี 2557 งานวิจัยฉบับนี้ศึกษาดวงอาทิตย์โดยมองว่าวัฏจักรสุริยะคือ 22 ปี เพราะพิจารณาทิศของสนามแม่เหล็กประกอบด้วย และสิ่งที่สนใจเป็นพิเศษคือการเคลื่อนที่ของ จุดสว่างคอโรนา (coronal bright point) บนดวงอาทิตย์ เขาสังเกตว่า ในแต่ละวัฏจักร จุดสว่างนี้ค่อย ๆ เคลื่อนจากบริเวณขั้วดวงอาทิตย์มาอยู่ที่แถบศูนย์สูตร การเคลื่อนที่ของจุดสว่างดังกล่าวก็ดูเหมือนจะมีความเชื่อมโยงกับแถบสนามแม่เหล็กที่พันรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งก็มีความสัมพันธ์กับการเกิดกัมมันตภาพสุริยะอย่างจุดมืดด้วย

ภาพซ้าย แผนภาพแสดงการเคลื่อนที่ของแถบสนามแม่เหล็กบนดวงอาทิตย์ แต่ละแถบจะเริ่มจากขั้วดวงอาทิตย์แล้วเคลื่อนที่เข้าหาบริเวณศูนย์สูตร เมื่อแถบแม่เหล็กจากทั้งสองขั้วซึ่งมีขั้วแม่เหล็กตรงข้ามกันบรรจบกันก็จะหักล้างกัน ภาพขวาบน แสดงจำนวนจุดมืดที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นวัฏจักร ภาพขวาล่าง แสดงตำแหน่งของจุดมืดที่เกิดขึ้น

 (จาก (Scott McIntosh/NCAR))


เนื่องจากสนามแม่เหล็กในซีกเหนือและใต้เส้นศูนย์สูตรมีขั้วตรงข้ามกัน เมื่อกลุ่มจุดสว่างจากสองซีกมาบรรจบกันที่บริเวณศูนย์สูตรก็จะหักล้างซึ่งกันและกัน ทำให้วัฏจักรแม่เหล็กในรอบนั้นสิ้นสุดลง ขณะเวลาที่บรรจบกันนั้นคือจุดที่คณะของแมกอินทอชถือเป็นรอยต่อระหว่างวัฏจักร ซึ่งเป็นการมองต่างจากนักดาราศาสตร์ทั่วไปที่ถือเอาจำนวนจุดมืดเป็นหลักในการกำหนดวัฏจักร

แถบสนามแม่เหล็กนี้เคลื่อนที่เร็วช้าต่างกันในแต่ละวัฏจักร ระยะเวลาของแต่ละวัฏจักรจึงมีระยะเวลาไม่คงที่ คณะของแมกอินทอชได้ศึกษาบันทึกการเกิดจุดมืดบนดวงอาทิตย์ย้อนหลังไป 270 ปีแล้วสังเกตเห็นว่าระยะเวลาของแต่ละวัฏจักรมีความสัมพันธ์กับความเข้มของกัมมันตภาพสุริยะในวัฏจักรถัดไป โดยพบว่ายิ่งระยะเวลาของวัฏจักรหนึ่งยาวขึ้นเท่าใด วัฏจักรถัดไปก็จะอ่อนลงเท่านั้น ในทางกลับกัน ยิ่งระยะเวลาของวัฏจักรหนึ่งสั้นลง วัฏจักรต่อไปก็จะรุนแรงมากขึ้น

วัฏจักรสุริยะที่ยาวที่สุดที่เคยบันทึกได้คือวัฏจักรที่ ซึ่งมีความยาวถึง 15 ปี วัฏจักรที่ ที่อยู่ถัดมามีจำนวนจุดมืดสูงสุดเพียง 82 จุดต่อวันเท่านั้น และในวัฏจักรที่ นี้ก็กินเวลายาว 14 ปี ส่งผลให้วัฏจักรที่ ก็เป็นวัฏจักรที่เงียบเหงาอีกเช่นกันด้วยค่าจำนวนจุดมืดสูงสุดเพียง 81 จุดต่อวัน ช่วงสองวัฏจักรนี้เป็นที่รู้จักในชื่อ ช่วงต่ำสุดดัลตัน (Dalton minimum)

หากวัฏจักรใดที่กินระยะเวลาสั้นกว่า 11 ปี ก็จะตามมาด้วยวัฏจักรที่คึกคัก วัดจำนวนจุดมืดสูงสุดได้สูงกว่า 200 จุดต่อวัน

วัฏจักร 23 ก็เป็นวัฏจักรที่มีความยาวกว่าปกติเช่นกัน โดยวัดได้นานเกือบ 13 ปี และในวัฏจักรที่ 24 ที่เพิ่งผ่านพ้นไปก็เป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นวัฏจักรที่เงียบเหงากว่าปกติ แต่วัฏจักรที่ 24 กลับเป็นวัฏจักรที่กินระยะเวลาเพียงไม่ถึง 10 ปี หากแนวโน้มเป็นไปตามการคาดการณ์ของแมกอินทอช วัฏจักรที่ 25 ที่กำลังดำเนินอยู่จะมีความรุนแรงมากกว่าปกติ คาดว่าจำนวนจุดมืดอาจพุ่งขึ้นสูงถึง 210-260 จุดในช่วงสูงสุด

ความสัมพันธ์เช่นนี้อธิบายได้ว่า วัฏจักรที่มีระยะเวลายาวกว่าปกติ จุดสว่างจะเคลื่อนที่ช้า ซึ่งเป็นการเพิ่มเวลาให้แถบแม่เหล็กที่ขั้วตรงข้ามกันมีเวลารบกวนกันมากขึ้น ซึ่งกระบวนการนี้เกิดขึ้นภายในดวงอาทิตย์ เป็นผลให้อัตราการสร้างจุดมืดสุริยะในวัฏจักรถัดไปลดลง

การพิสูจน์ทฤษฎีนี้ว่าถูกต้องหรือไม่เป็นเรื่องง่ายมาก เพียงรอให้ถึงช่วงสูงสุดของวัฏจักร 25 แล้วดูค่าจำนวนจุดมืดสูงสุด ซึ่งก็อยู่อีกเพียงไม่กี่ปีข้างหน้าเท่านั้น หากการพยากรณ์นี้ถูกต้อง เท่ากับว่านักดาราศาสตร์ได้เครื่องมือตัวใหม่ในการทำความเข้าใจกลไกภายในดวงอาทิตย์และพยากรณ์กัมมันตภาพสุริยะที่แม่นยำยิ่งขึ้น

งานวิจัยใหม่นี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ และโครงการลิฟวิงวิทอะสตาร์ของนาซา