บทความฟิสิกส์

 
<dd>ถึงแม้มนุษย์จะรู้จักดวงอาทิตย์มานานร่วมแสนปี แต่เราก็ยังไม่เข้าใจดวงอาทิตย์ดีเลย ดวงอาทิตย์ที่เคยทรงความลึกลับสำหรับคนอดีต ก็ยังคงดำรงตัวลึกลับสำหรับคนปัจจุบันอยู่ต่อไป
</dd><dd>ตั้งแต่สมัยดึกดำบรรพ์ มนุษย์ได้เฝ้าดูดวงอาทิตย์ขึ้น และตกด้วยความพิศวงและสงสัยในธรรมชาติของมัน ชาวอียิปต์เมื่อ 4,000 ปีก่อนได้เคยเชื่อว่า ในยามดวงอาทิตย์ตกลับฟ้า เทพธิดา Nut จะทรงอ้าพระโอษฐ์ กลืนดวงอาทิตย์ลงพระนาภี
</dd><dd>แล้วทรงคลอดดวงอาทิตย์ดวงใหม่ เมื่อถึงเช้าของวันต่อมา Aristotle นักปราชญ์ที่มีชื่อเสียงที่สุดของกรีกโบราณ ก็ได้เคยพร่ำสอนว่าดวงอาทิตย์ คือลูกไฟดวงใหญ่ที่สว่างไสวบนฟ้า และเจิดอย่างไม่มีวันดับ Anaxagoras ปราชญ์กรีกอีกท่านหนึ่ง ได้เคยประมาณขนาดของดวงอาทิตย์ว่า มีเส้นผ่าศูนย์กลางยาวเพียง 160 กิโลเมตรเท่านั้นเอง
</dd><dd>การตระหนักในความสำคัญของดวงอาทิตย์ ต่อสรรพชีวิตบนโลกได้เกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2086 เมื่อ Nicolaus Copernicus ได้พบว่าโลกมิได้เป็นศูนย์กลางของจักรวาล และโลกต่างหากที่โคจรไปรอบดวงอาทิตย์ การค้นคว้าหาความรู้เกี่ยวกับดวงอาทิตย์ จึงได้เกิดขึ้นอย่างจริงจังตั้งแต่นั้นมา
</dd><dd>ปัจจุบันเรารู้ว่าดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลก เป็นระยะทางโดยเฉลี่ย 149 598 023 กิโลเมตร และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์หนึ่งรอบ โดยใช้เวลานาน 365.253366 วัน ด้วยความเร็ว 107.220 กิโลเมตรต่อชั่วโมง นักวิทยาศาสตร์ยังรู้อีกว่าขณะนี้ดวงอาทิตย์หนัก 1.9889 x 10²⁷ตัน ซึ่งนับว่าหนักกว่าโลก ราว 332 946 เท่า มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 1 392 140 กิโลเมตร และมีอุณหภูมิที่จุดศูนย์กลาง สูงถึง 15 430 000 องศาเซลเซียส (วัตถุที่มีขนาดเล็กเท่าหัวเข็มหมุด หากมีอุณหภูมิสูงมากเช่นนี้ สามารถแผ่ความร้อนเผาคนที่ยืนอยู่ห่างออกไป 300 กิโลเมตรให้เกรียมตายได้สบาย ๆ ) ในการเปล่งแสง และปลดปล่อยพลังงานความร้อนมหาศาลเช่นนี้ ดวงอาทิตย์ได้เผาผลาญธาตุไฮโดรเจน ที่มีอยู่ในตัวมันวินาที ละ 4 ล้านตัน การสูญเสียมวลที่มาก และอย่างตลอดเวลา เช่นนี้ได้ทำให้เรารู้ว่าในอีก 5,000 ล้านปีข้างหน้าดวงอาทิตย์ของเราก็จะดับ
</dd><dd>นักวิทยาศาสตร์ได้คำนวณเหตุการณ์ที่ดวงอาทิตย์จะดับว่า เมื่อไฮโดรเจนที่มีบนดวงอาทิตย์ถูกหลอมรวม เป็นฮีเลียมโดยปฏิกิริยา fusion ไปเรื่อย ๆ (ปฏิกิริยา fusion คือปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่ธาตุเบารวมตัวกันเป็นธาตุหนักแล้วปลดปล่อยพลังงานออกมา) ดังนั้นบริเวณแกนของดวงอาทิตย์ จะมีฮีเลียมสะสมมากขึ้น ๆ และบริเวณนอกแกนก็จะมีไฮโดรเจนน้อยลง ๆ ในขณะเดียวกันดวงอาทิตย์ ก็จะมีขนาดใหญ่ขึ้น ๆ จากนั้นอุณหภูมิที่ผิวของดวงอาทิตย์ ซึ่งปัจจุบันสูงถึง 6,000 องศาเซลเซียสก็จะลดลง ๆ พอผิวดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิลดถึง 2,500 องศาเซลเซียส ดวงอาทิตย์ก็จะกลายสภาพ เป็นดาวยักษ์แดง (red giant) ที่มีขนาดใหญ่กว่าปัจจุบันถึง 50 เท่า (คนที่มีชีวิตอยู่ขณะนั้น จะเห็นดวงอาทิตย์ใหญ่เท่าสนามบาสเก็ตบอล) และสว่างมากกว่าปัจจุบันถึง 300 เท่า เพราะขณะนั้นอุณหภูมิที่จุดศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ จะสูงถึง 100 ล้านองศาเซลเซียสแล้ว แต่ในเวลาเดียวกันมวลของดวงอาทิตย์ ได้ลดหายไปแล้วถึง 30% เมื่อมวลหายไปเช่นนี้ แรงดึงดูดที่ดวงอาทิตย์กระทำต่อโลก ก็ลดตามไปด้วย จึงมีผลทำให้โลก โคจรถอยห่างออกไปอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ประมาณ 40% ดังนั้นถึงแม้ดวงอาทิตย์จะมีขนาดใหญ่มาก จนกลืนดาวพุธและดาวศุกร์ที่มีวงโคจรใกล้มันเข้าไปในตัวแล้วก็ตาม แต่มันก็ไม่สามารถจะกลืนโลกเราได้ และเมื่อถึงเวลานั้นสิ่งมีชีวิตบนโลกทุกชนิด จะไม่มี เพราะโลกจะร้อนเหมือนนรก มหาสมุทรจะแห้งขอด เมฆบนฟ้าจะถูกแสงอาทิตย์แผดเผา จนหายไปในอวกาศ และเมื่อดวงอาทิตย์เผาเชื้อเพลิงไฮโดรเจนในตัวหมด ดวงอาทิตย์ก็จะเริ่มสลัวลง ๆ จนดับไปในที่สุด
</dd><dd>เท่าที่กล่าวมานี้ เป็นการคำนวณจากทฤษฎีที่เรามีเกี่ยวกับดวงอาทิตย์ ในปัจจุบัน แต่ถึงแม้ มนุษย์จะรู้จักดวงอาทิตย์ มานานร่วมแสนปี แต่เราก็ยังไม่เข้าใจดวงอาทิตย์เลย
</dd><dd>ดวงอาทิตย์ที่เคยทรงความลึกลับสำหรับคนอดีต ก็ยังคงดำรงตัวลึกลับสำหรับคนปัจจุบันอยู่ต่อไป ทั้งนี้เพราะเรายังไม่รู้กลไก ที่ทำให้ดวงอาทิตย์มีสนามแม่เหล็กในตัวของมัน ซึ่งสนามแม่เหล็กความเข้มสูงนี้มีบทบาทมาก ในการทำให้เกิดการระเบิดที่ผิวดาว เรายังไม่เข้าใจว่า เหตุใดจุดดับของดวงอาทิตย์(sunspot) จึงมีสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มสูงกว่า สนามแม่เหล็กโลกราว 1,000 เท่า และเหตุใดจุดดับเหล่านี้ จึงมีการเกิดและการดับไปทุก ๆ 11 ปี เรายังไม่รู้โครงสร้างภายในของดวงอาทิตย์อย่างละเอียด และลมสุริยะ(solarwind) ที่ประกอบด้วย อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าพลังงานสูงนั้น เกิดได้อย่างไร ฯลฯ
</dd><dd>ในการที่จะตอบปัญหาเหล่านี้ องค์การ NASA ของสหรัฐฯ และองค์การอวกาศของยุโรป (European Space Agency) ได้ร่วมมือกันปล่อยดาวเทียมที่หนัก 2 ตันดวงหนึ่งชื่อ Solar and Heliopheric Observatory หรือที่เรียกสั้น ๆ ว่า SOHO ขึ้นฟ้า เมื่อวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2538 ดาวเทียมดวงนี้อยู่ห่างจากโลกประมาณ 1.5 ล้านกิโลเมตร และโคจรไปรอบดวงอาทิตย์พร้อมกับโลก จุดเด่นพิเศษของ SOHO คือสามารถตรวจสอบดวงอาทิตย์ได้ตลอดเวลา 24 ชั่วโมง บนดาวเทียม SOHO มีอุปกรณ์วิทยาศาสตร์สำหรับ 12 การทดลอง และอุปกรณ์เหล่านี้สามารถทำงานได้นาน 10 ปี
</dd><dd>คำถามหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการคำตอบคือ การแปรปรวนของความสว่างที่ดวงอาทิตย์เปล่งออกมามีบทบาทเพียงใดหรือไม่ในการทำให้ดินฟ้าอากาศของโลกเปลี่ยนแปลงเพราะเมื่อประมาณ 15 ปีก่อนนี้ ดาวเทียมที่ถูกส่งขึ้นไปบันทึกความสว่างของดวงอาทิตย์ได้รายงานข้อมูลลงมาว่า ดวงอาทิตย์ได้รายงานข้อมูลลงมาว่า ดวงอาทิตย์เปล่งแสงให้ความสว่างอย่างไม่สม่ำเสมอ คือแปรปรวนประมาณ 0.1 % ทุก ๆ 11 ปี นักอุตุนิยมวิทยาจึงมีความสงสัยว่าความสว่างที่ไม่สม่ำเสมอนี้ผลกระทบเพียงใดกับปรากฏการณ์เรือนกระจกที่ทุกคนกังวล เพราะเหตุว่ากระบวนการวัดความสว่างครั้งนั้นให้ข้อมูลในช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้นเอง ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงไม่มั่นใจพอที่จะสรุปว่าความสว่างของดวงอาทิตย์ที่กำลังแปรปรวนขณะนี้ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกจริง
</dd><dd>ในวารสาร Science ฉบับวันที่ 26 กันยายน ที่ผ่านมานี้ R.Willson แห่งมหาวิทยาลัย Columbia ในสหรัฐอเมริกา ได้รายงายว่าข้อมูลที่ได้จาก SOHO และข้อมูลที่ได้จากดาวเทียมดวงอื่น ๆ ทำให้เขาก็รู้ว่าในช่วงปี 2529 – 2539 นั้น ดวงอาทิตย์ของเราได้สว่างขึ้น 0.036% หากความแปรปรวนที่วัดได้นี้มีจริงมันก็จะมีอิทธิพลทำให้บรรยากาศของโลกมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น 0.4 องศาเซลเซียสในอีก 100 ปีข้างหน้า แต่เมื่อ R.Lee แห่งศูนย์ วิจัยที่ LANGLEY ในสหรัฐอเมริกาได้วิเคราะห์ข้อมูลที่ Willson ใช้เขาได้พบว่าความสว่างที่ Willson อ้างว่าเพิ่มมากนั้นจริง ๆ แล้วเพิ่มเพียง 0.007% เท่านั้นเอง ซึ่งการเพิ่มที่น้อยนิดเช่นนี้หากเราพิจารณาความคลาดเคลื่อนในการวัดก็จะเท่ากับว่าไม่เพิ่มเลย
</dd><dd>C. Frohlich แห่ง Physico-Meteorological Observatory Davos and World Radiation Center ที่สวิตเซอร์แลนด์กล่าวตัดสินว่าข้อมูลที่ได้ขณะนี้ยังไม่เพียงพอที่จะสรุป เรายังต้องการเวลาที่จะวัดความสว่างต่ออีกอย่างน้อยก็ 10 ปีจึงจะรู้ชัด
</dd><dd>นอกจากประเด็นความสว่างที่กำลังเป็นปริศนาแล้ว นักฟิสิกส์ก็รู้อีกว่า เขายังไม่เข้าใจปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่กำลังเกิดบนดวงอาทิตย์ขณะนี้ดี เพราะเวลาเกิดปฏิกิริยาหลอมรวมธาตุไฮโดรเจน จะมีอนุภาคเล็ก ๆ ชื่อ นิวตริโน (neutrino) เกิดขึ้นด้วย นิวตริโนนี้ไม่ประจุ(แต่อาจจะ) ไม่มีมวลใด ๆ เวลานิวตริโนเดินทางจากดวงอาทิตย์มาถึงโลก จำนวนนับแสนล้านตัวของมันจะพุ่งผ่านตัวเราไปอย่างที่เราไม่รู้สึกอะไรเลย แต่นักฟิสิกส์ที่กำลังศึกษาและสนใจนิวตริโนจะรู้สึกผลการทดลองของนักฟิสิกส์แสดงให้เห็นว่า อนุภาคนิวตริโนที่มาถึงโลกมีจำนวนน้อยกว่าที่ทฤษฎีได้ทำนายไว้ถึง 3 เท่า ความแตกต่างที่มากเช่นนี้ทำให้นักฟิสิกส์หลายคนคิดว่าเรายังไม่เข้าใจดวงอาทิตย์ดี แต่ก็มีนักฟิสิกส์อีกหลายคนที่คิดว่าขณะที่นิวตริโนเดินทางจากดวงอาทิตย์มาสู่โลก นิวตริโนบางตัวได้กลายสภาพเป็นอนุภาคชนิดอื่นไปเรียบร้อยแล้ว มีผลทำให้นิวตริโนที่เราเห็นมีจำนวนน้อยกว่าที่คิด แต่ถ้าหากนิวตริโนสามารถแปลรูปได้จริง นั่นก็หมายความว่านิวตริโนมีมวลและจากการที่นิวตริโนมีจำนวนมากมายในจักรวาล นิวตริโนจะดึงดูดกัน แรงดึงดูดที่มากมหาศาลของนิวตริโนอาจจะยับยั้งจักรวาล (universe) ไม่ให้ขยายตัวอีกต่อไปได้ แต่หากนิวตริโนไม่มีมวลเลย จักรวาลของเราก็จะขยายตัว ๆ ไปสู่สุญญากาศ จนแสงจากดวงดาวทุกดวงดับแล้วจักวาลก็จะตายไปในที่สุด
</dd><dd>ปัญหานิวตริโนของดวงอาทิตย์จึงเป็นสิ่งที่นักฟิสิกส์ปัจจุบันกำลังสนใจมากที่สุดปัญหาหนึ่ง
</dd><dd>ส่วนปัญหาการสั่นสะเทือนของผิวดวงอาทิตย์ก็เป็นปัญหาที่นักฟิสิกส์กำลังให้ความสนใจมากเช่นกัน ความจริงมีอยู่ว่าผิวดวงอาทิตย์มีสภาพเหมือนผิวซุปที่กำลังเดือด ผิวจะไม่ราบเรียบ โดยมีสภาพเป็นคลื่นที่อาจจะมียอดคลื่นสูงถึง 10 กิโลเมตร และระยะห่างระหว่างยอดยาวถึง 40,000 กิโลเมตร คลื่นที่ผิวนี้จะก่อตัวและสลายตัวตลอดเวลา การศึกษาสภาพความเป็นอยู่และเป็นไปของคลื่นสามารถชี้บอกโครงสร้างและการทำงานของดวงอาทิตย์ ความรู้จากการศึกษาเรื่องนี้จะช่วยให้เราสามารถป้องกันโลกของเราให้รอดพ้นจากพายุแม่เหล็กที่จะระเบิดบนดวงอาทิตย์ในอนาคตได้ครับ
<hr>

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)

</dd>