พิสูจน์ต้นกำเนิดแสงเหนือสำเร็จ นาซ่าเล็งต่อยอดใช้พยากรณ์สภาพอวกาศ

พิสูจน์ต้นกำเนิดแสงเหนือสำเร็จ นาซ่าเล็งต่อยอดใช้พยากรณ์สภาพอวกาศ

พิสูจน์ต้นกำเนิดแสงเหนือสำเร็จ – วันที่ 8 มิ.ย. ซีเอ็นเอ็นรายงานความสำเร็จของคณะนักวิทยาศาสตร์ในสหรัฐอเมริกาในการพิสูจน์ทฤษฎีต้นกำเนิด ออโรรา โบเรลลีส หรือปรากฏการณ์แสงเหนือ

ออโรรา โบเรลลีส เป็นปรากฏการณ์การเกิดแสงหลากสีสันบนท้องฟ้าของพื้นที่ซีกโลกเหนือ ซึ่งแม้นักวิทยาศาสตร์เคยตั้งทฤษฎีการกำเนิดของปรากฏการณ์อันตระการตาดังกล่าวไว้ แต่กลับยังไม่เคยมีการพิสูจน์ได้มานานหลายศตวรรษ

ผลงานดังกล่าวเป็นฝีมือของคณะนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลับรัฐไอโอวา ประเทศสหรัฐฯ ทำให้ยืนยันได้แน่ชัดแล้วว่า สาเหตุการเกิดปรากฏการณ์แสงเหนือนั้นมาจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic wave) ที่ทรงพลังระหว่างการเกิดพายุแม่เหล็กโลก (geomagnetic storm)

การศึกษาบ่งชี้ว่าปรากฏการณ์นี้เรียกอีกอย่างนี้ เรียกอีกอย่างได้ว่า อัลเฟน เวฟ (Alfven waves) ซึ่งเป็นลักษณะการเกิดคลื่นชนิดหนึ่งในศาสตร์ฟิสิกส์พลาสม่า

อัลเฟน เวฟ ส่งผลให้อนุภาคอิเล็กตรอนมีอัตราเร็วในการเคลื่อนที่สูงขึ้นโดยมีทิศทางพุ่งเข้าหาโลก เมื่ออนุภาคดังกล่าวเคลื่อนที่ก็ปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปแบบของคลื่นแสงที่สามารถเห็นเป็นสีสันต่างๆ โดยแต่ละสีเป็นตัวแทนของคลื่นแสงที่มีพลังงานต่างระดับกันไป กลายเป็นสีสันบนท้องฟ้าที่เรียกกันว่า ออโรรา โบเรลลีส

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ เกรก โฮวีส์ จากคณะฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ม.ไอโอวา กล่าวว่า อนุภาคอิเล็กตรอนกลุ่มนี้เกิดการสั่นไหวทำให้มีอัตราเร็วในการเคลื่อนสูงขึ้นเป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าของคลื่นแบบอัลเฟน เวฟ

“ลองนึกภาพถึงนักเล่นกระดานโต้คลื่นครับ อนุภาคอิเล็กตรอนเป็นนักเล่นกระดาน ส่วนคลื่นที่เข้ามาเรื่อยๆ ก็คืออัลเฟน เวฟ นักโต้คลื่นเคลื่อนตัวขึ้นไปบนยอดคลื่นแล้วก็ถลาลงมาแบบนั้นครั้งแล้วครั้งเล่า ประมาณนั้นแหละครับ”

เลฟ ลันเดา

ทฤษฎีดังกล่าวเคยถูกเสนอไว้แล้วโดยนายเลฟ ดาวิโดวิช ลันเดา นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย ตั้งแต่ปี 2489 เรียกกันเล่นๆ ว่าทฤษฎีอิเล็กตรอน “โต้คลื่น” (surfing) บนสนามไฟฟ้า หรือลันเดา แดมปิ้ง (การสั่นสะเทือนแบบลันเดา) เป็นผู้มีคุณูปการอย่างสูงในวงการฟิสิกส์พลาสม่า นำไปสู่การพิชิตรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี 2505 จากผลงานการสร้างทฤษฎีของเหลวควอนตัม

ทดลองสร้างแสงเหนือ

รายงานระบุว่า แม้นักวิทยาศาสตร์จะเข้าใจกลไกการเกิดของปรากฏการณ์แสงเหนือมานานแล้วแต่การทดลองล่าสุดนี้เพิ่งเป็นการจำลองการเกิดขึ้นของปรากฏการณ์ดังกล่าวได้สำเร็จครั้งแรกที่ห้องปฏิบัติการ Large Plasma Device ที่สถาบันพลาสมาวิทยาพื้นฐาน มหาวิทยาลัยรัฐแคลิฟอร์เนีย วิทยาเขตลอสแองเจลิส หรือยูซีแอลเอ

คณะผู้ทดลองใช้ห้องปฏิบัติการความยาว 20 เมตร เพื่อจำลองสนามแม่เหล็กโลก จากนั้นจึงสร้างพลาสม่าลักษณะเดียวกันกับที่อยู่ใกล้โลก จากนั้นจึงใช้เสาอากาศที่ปล่อยคลื่นอัลเฟน เวฟ เข้าไป จึงพบว่าอนุภาคอิเล็กตรอนั้นมีลักษณะเป็นไปตามการสั่นสะเทือนแบบลันเดา ผลการทดลองดังกล่าวสร้างความตื่นเต้นให้กับนักฟิสิกส์ทั่วโลก

แม้การทดลองดังกล่าวไม่ได้ก่อให้เกิดปรากฏการณ์แสงเหนือขึ้นในห้องปฏิบัติการ แต่การตรวจวัดของอุปกรณ์ต่างๆ และการจำลองจากคอมพิวเตอร์ พบว่าอนุภาคอิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถมีอัตราเร็วสูงได้ถึง 72,420,480 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (45 ล้านไมล์ต่อชั่วโมง) ทำให้เกิดแสงออโรรา

นายเพทริก โคเอิห์น นักวิทยาศาสตร์จากหน่วยสุริยฟิสิกส์ (เฮลิโอฟิสิกส์) ขององค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติสหรัฐฯ หรือนาซ่า กล่าวว่า ผลการทดลองนี้น่าตื่นเต้นสำหรับตนมาก เพราะไม่ค่อยมีการทดลองแนวนี้ออกมามากนัก ที่พิสูจน์ทฤษฎีและโมเดลเกี่ยวกับสภาพอวกาศ หลักๆ แล้วเป็นเพราะอวกาศนั้นกว้างใหญ่เกินกว่าที่จะนำมาจำลองในห้องปฏิบัติการได้

นายโคเอิห์น กล่าวว่า ผลการทดลองนี้จะมีประโยชน์อย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจสภาพความเป็นไปในอวกาศ เพราะลักษณะเช่นนี้มีอยู่ทั่วไปในระบบสุริยะจักรวาล รวมถึงระบบพยากรณ์สภาพอวกาศที่ทางนาซ่ากำลังมุ่งความสนใจพัฒนาอยู่

หนทางยังอีกยาวไกล

ผศ.โฮวีส์ กล่าวว่า แม้ผลการทดลองที่ได้มานั้นจะสามารถพิสูจน์ทฤษฎีการเกิดปรากฏการณ์แสงเหนือได้แล้ว แต่การพยากรณ์หาความรุนแรงของพายุแม่เหล็กโลกจากการสังเกตการณ์ลักษณะของดวงอาทิตย์ด้วยยานสำรวจในอวกาศนั้นยังเป็นความท้าทายที่ยังเอาชนะไม่ได้

“เราสามารถรู้ถึงความเชื่อมโยงระหว่างอิเล็กตรอนที่โต้คลื่นอัลเฟน เวฟสูงจากโลกขึ้นไปได้ราวหมื่นไมล์แล้ว ขั้นต่อไปเราต้องหัดเรียนรู้ก่อนครับว่าเราจะพยากรณ์ระดับของคลื่นอัลเฟน เวฟ ด้วยการใช้ยานสำรวจบนวงโคจรอย่างไร” ผศ.โฮวีส์ ระบุ