ปริศนาความร้อนในคอโรนา

โดย...วรเชษฐ์ บุญปลอด

คอโรนาเป็นบรรยากาศชั้นนอกของดวงอาทิตย์ มีความสว่างน้อยกว่าผิวดวงอาทิตย์นับล้านเท่า เราจึงมีโอกาสเห็นคอโรนาได้ด้วยตาเปล่าอย่างชัดเจนจากพื้นโลกได้เฉพาะในช่วงเวลาสั้นๆ ที่ดวงจันทร์บังดวงอาทิตย์มิดหมดดวงขณะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวง พื้นผิวดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงราว 5,800 เคลวิน แต่คอโรนามีอุณหภูมิสูงนับล้านเคลวิน ซึ่งเป็นปริศนาที่นักดาราศาสตร์เฝ้าค้นหาคำตอบว่าอะไรเป็นสาเหตุให้ดวงอาทิตย์เป็นก้อนแก๊สทรงกลมขนาดใหญ่มหึมา มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.4 ล้านกิโลเมตร หรือใกล้เคียงกับ 3.4 เท่าของระยะทางจากโลกถึงดวงจันทร์ ขณะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ผิวสว่างจ้าที่เรียกว่าโฟโตสเฟียร์จะถูกบดบัง ทำให้สามารถสังเกตเห็นสิ่งต่างๆ ที่อยู่ใกล้ผิวและบริเวณรอบดวงอาทิตย์ได้ ที่อยู่ใกล้ผิวคือเปลวสุริยะและโครโมสเฟียร์ ส่วนที่อยู่โดยรอบคือคอโรนาเปลวสุริยะมีลักษณะเหมือนเปลวไฟพุ่งขึ้นเหนือขอบดวงอาทิตย์ โครโมสเฟียร์เป็นบรรยากาศชั้นที่อยู่เหนือโฟโตสเฟียร์ หนาราว 4,000 กิโลเมตร เห็นเป็นสีชมพูที่ขอบดวงอาทิตย์ขณะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ส่วนคอโรนามีลักษณะเป็นแสงจางแผ่ออกไปในอวกาศโดยรอบดวงอาทิตย์ รูปร่างของคอโรนาแตกต่างกันในสุริยุปราคาแต่ละครั้ง

ดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเองเช่นเดียวกับวัตถุต่างๆ ในระบบสุริยะ การที่ดวงอาทิตย์เป็นก้อนแก๊ส (ถ้าจะเรียกให้ถูกต้องกว่านั้นคือพลาสมา หรือแก๊สที่แตกตัวเป็นไอออน ประกอบด้วยอิเล็กตรอนและนิวเคลียสของอะตอม) ทำให้พื้นผิวส่วนต่างๆ หมุนไปไม่พร้อมกัน ส่วนที่อยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตรเคลื่อนที่เร็วกว่าส่วนที่อยู่ใกล้ขั้ว ความแตกต่างนี้ทำให้เส้นแรงแม่เหล็กในดวงอาทิตย์ถูกบิดและยุ่งเหยิง ปัจจุบันโลกมีสนามแม่เหล็กสองขั้ว คือขั้วเหนือและใต้ เหมือนมีแท่งแม่เหล็กขนาดใหญ่วางตัวอยู่ในแนวใกล้เคียงกับแกนหมุน ดวงอาทิตย์มีสนามแม่เหล็กสองขั้วเช่นกัน แต่มีจำนวนมาก ไม่ได้มีเพียงหนึ่งเดียว และมีความซับซ้อนมาก บริเวณที่เกิดสนามแม่เหล็กบนผิวของดวงอาทิตย์ เรียกว่า บริเวณกัมมันต์ ผุดขึ้นบนโฟโตสเฟียร์จากการเคลื่อนที่ของพลาสมาภายในดวงอาทิตย์ และมักปรากฏเป็นจุดมืด ซึ่งจำนวนจุดมืดมีการเปลี่ยนแปลงเป็นวัฏจักร สูงสุดหรือต่ำสุดเฉลี่ยทุก 11 ปี

การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กในบริเวณกัมมันต์ส่งผลต่อรูปร่างของคอโรนารอบดวงอาทิตย์ สุริยุปราคาเต็มดวงในประเทศไทยเมื่อ พ.ศ. 2538 เกิดในช่วงที่ดวงอาทิตย์มีกัมมันตภาพต่ำ คอโรนาจึงแผ่ยาวออกไปสองข้างตามแนวศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ สุริยุปราคาเต็มดวงใน พ.ศ. 2544 เกิดในช่วงที่ดวงอาทิตย์มีกัมมันตภาพสูง คอโรนาจึงแผ่ออกไปโดยรอบเป็นระยะทางเกือบเท่ากันทุกทิศทุกทางผิวดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงราว 5,800 เคลวิน โครโมสเฟียร์มีอุณหภูมิสูงราว 10,000 เคลวิน ตามปกติแล้วเมื่อห่างจากแหล่งพลังงานความร้อนออกมามากเท่าใด สภาพแวดล้อมก็ควรจะมีอุณหภูมิลดลงตามระยะห่าง แต่สำหรับอวกาศที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ไม่เป็นเช่นนั้น คอโรนาที่อยู่เหนือโครโมสเฟียร์เบาบางมาก มีความหนาแน่นของอนุภาคต่ำกว่าความหนาแน่นของโมเลกุลอากาศที่ระดับน้ำทะเลบนโลกถึงหนึ่งแสนล้านเท่า แต่กลับมีอุณหภูมิสูงอย่างยิ่ง แสดงว่ามีกระบวนการทางฟิสิกส์บางอย่างบนดวงอาทิตย์ที่ก่อให้เกิดปรากฏการณ์ดังกล่าว

ในอดีตการสังเกตคอโรนาทำได้เฉพาะในช่วงที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นบ่อย และเห็นได้ภายในแนวแคบๆ บนผิวโลกเท่านั้น ทำให้การศึกษาคอโรนามีขีดจำกัดมาก เมื่อมีการสังเกตดวงอาทิตย์ในความยาวคลื่นรังสีเอ็กซ์และอัลตราไวโอเลตสุดขีด (EUV) ด้วยดาวเทียมหรือยานอวกาศ นักดาราศาสตร์จึงสามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงในคอโรนาและความสัมพันธ์ระหว่างคอโรนากับสนามแม่เหล็กบนดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์มีการปลดปล่อยพลังงานสูงมากอย่างรวดเร็วที่เรียกว่า การลุกจ้า (Flare) แต่ไม่ได้เกิดขึ้นบ่อย สนามแม่เหล็กบริเวณจุดมืดสามารถเก็บกักอนุภาคมีประจุไฟฟ้าที่มีพลังงานสูงเอาไว้ เมื่อเกิดการลุกจ้า อนุภาคที่ถูกเร่งความเร็วจนมีพลังงานสูงเหล่านั้นจะถูกปลดปล่อยออกสู่อวกาศ

หากมีทิศทางตรงมายังโลก อาจก่อให้เกิดความเสียหายกับระบบอิเล็กทรอนิกส์บนดาวเทียมได้ ปริศนาที่ค้างคาใจนักดาราศาสตร์มาเป็นเวลานานหลายสิบปี คือ อะไรที่ทำให้คอโรนามีอุณหภูมิสูงนับล้านเคลวิน สมมติฐานหนึ่งอธิบายว่าบนดวงอาทิตย์มีการลุกจ้าขนาดเล็กที่ก่อให้เกิดพลังงานสูงในเวลาสั้นๆ อยู่อย่างสม่ำเสมอ เรียกว่าไมโครแฟลร์ (Microflare) หรือนาโนแฟลร์ (Nanoflare) ซึ่งแต่ละครั้งให้พลังงานน้อยกว่าการลุกจ้าทั่วไปถึงหนึ่งพันล้านเท่า แต่มีอุณหภูมิสูงถึง 10 ล้านเคลวิน และเกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา อาจถึงหลายล้านครั้งต่อวินาที คาดว่าพลังงานนี้อาจถ่ายเทไปยังคอโรนา ทำให้คอโรนามีอุณหภูมิสูงกว่าผิวดวงอาทิตย์การสังเกตการณ์เมื่อเร็วๆ นี้ แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าเกิดการลุกจ้าขนาดเล็กขึ้นบนผิวดวงอาทิตย์ แต่กระบวนการหรือกลไกที่ทำให้เกิดไมโครแฟลร์หรือนาโนแฟลร์จะเหมือนกับการลุกจ้าขนาดใหญ่หรือไม่ นักดาราศาสตร์ยังไม่สามารถสรุปได้ เนื่องจากไม่พบการเปล่งรังสีเอ็กซ์อย่างการลุกจ้าขนาดใหญ่ ซึ่งอาจเป็นไปได้ว่ามีการเปล่งรังสีเอ็กซ์ในระดับต่ำ แต่ถูกกลบจนไม่สามารถแยกแยะได้ ความร้อนสูงในคอโรนาจึงยังคงเป็นปริศนาที่ต้องค้นหาคำตอบกันต่อไป