เรื่องจริงของพายุสุริยะ

ตอนที่ 2

ลมสุริยะ
ในขณะที่เกิดสุริยุปราเต็มดวง 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

(โปรดติดตามตอนต่อไป)