วันพฤหัสบดีที่ 16 มิถุนายน พ.ศ. 2554

ออโรรา (Aurora)
เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ที่มีแสงเรืองบนท้องฟ้าในเวลากลางคืน โดยมักจะขึ้นในบริเวณแถบขั้วโลก โดยบางครั้งจะเรียกว่า แสงเหนือ หรือ แสงใต้ ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิด
ปรากฏการออโรราเป็นตัวอย่าง ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่น่าทึงที่สุดที่เกิด ขึ้นในอวกาศที่ใกล้พื้นโลก มันอาจปรากฏจากสิ่งจางๆ เป็นวงนิ่ง แล้วระเบิดออกมาเป็นสีต่าง ๆ พุ่งกระจายภายในเวลาไม่กี่วินาที บางครั้งจะปรากฏเหมือนมันจะแตะกับพื้น หรือในเวลาอื่นอาจเห็นมันพุ่งสูงขึ้นสู่ท้องฟ้า แต่ความจริงแล้ว แสงออโรรานั้นเกิดขึ้นที่ความสูงจากพื้นโลก (altitudes) ประมาณ 100 ถึง 200 กิโลเมตร บริเวณที่อยู่บริเวณบรรยากาศชั้นบนที่อยู่ใกล้กับอวกาศ

ความหมายของชื่อ

แสงเหนือ ตามประวัตินั้นมีชื่อมากมายหลายชื่อ ชื่อวิทยาศาสตร์ของปรากฏการณ์นี้ คือ ออโรรา บอเรลลีส (Aurora Borealis) ซึ่งเป็นภาษาละติน แปลเป็นภาษาไทยได้ว่า รุ่งอรุณสีแดงแห่งทิศเหนือ ซึ่งตั้งชื่อโดย กาลิเลโอ กาลิเลอิ (Galileo Galilei) (ค.ศ. 1564 – 1642)
คำว่า "Aurora Borealis" แปลว่า "แสงเหนือ" (Northern Light) ส่วน "Aurora Australis" แปลว่า "แสงใต้" (Southern Light) และคำว่า "Aurora Polaris" แปลว่า "แสงขั้วโลก" ใช้เรียกทั้งแสงเหนือและแสงใต้

สาเหตุการเกิด

ก่อนเราจะทำความรู้จัก กับ ออโรรา เราต้องรู้ข้อเท็จจริงที่มา มีสิ่งมากมายในอวกาศที่เรามองไม่เห็น อย่างแรกก็คืออากาศที่เราหายใจ บรรยากาศของเรา ประกอบด้วยแก๊สมากมายจริงๆ แต่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยไนโตรเจน และ ออกซิเจน ตามมาด้วยไฮโดรเจน ฮีเลียม และ ธาตุอื่นๆ อีกมากมาย
อีกอย่างที่เรามองไม่เห็น ก็คือ สนามแม่เหล็กซึ่งมีอยู่รอบๆ โลกของเรา ถ้าคุณเคยเล่นแท่งแม่เหล็กกับเศษเหล็กละก็ คุณต้องเคยเห็นเหล็กเรียงตัวเป็นรูปโค้งที่เกิดจากสนามแม่เหล็กแน่ รูปต่อไปแสดงให้เห็นสนามแม่เหล็กของโลก ที่อยู่รอบแกนโลก และมีลักษณะเหมือนกับ สนามแม่เหล็กรอบแท่งแม่เหล็ก แม่เหล็กโลกอยู่ลึกลงไปในแกนโลก แม้เราจะมองไม่เห็นสนามแม่เหล็ก แต่เราสามารถวาดรูปประกอบได้ สนามแม่เหล็กพุ่งออกและเข้าสู่ ขั้วแม่เหล็กโลก ซึ่งเส้นที่อยู่ใกล้ชิดกันมากที่สุด จะแทนสนามที่เข้มที่สุด และที่ที่ห่างกัน ก็แทนสนามแม่เหล็กที่อ่อน แล้วคุณบอกได้หรือยัง ว่าสนามแม่เหล็กตรงไหนเข้ม ตรงไหนอ่อน?
สิ่งที่มองไม่เห็น สิ่งที่สาม (ที่จะกล่าวถึง) คือ พลาสมาที่อยู่ในอวกาศรอบๆ โลก พลาสมานี้เกิดจาก อนุภาคมีประจุจำนวนมาก ส่วนใหญ่เป็น อิเล็กตรอน และอนุภาคบวก ที่อยู่รอบๆ สนามแม่เหล็กโลก อนุภาคเหล่านี้มักจะเคลื่อนที่พิเศษจากเดิมคือ จะเคลื่อนไปตาม สนามแม่เหล็กโลก และหมุนรอบเส้นนั้นเป็นเกลียวยาว อนุภาคมีประจุเหล่านี้ คือ “ลูกกระสุน (Ammunition)” ของออโรรา อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ( ก็อิเล็กตรอนนั่นแหละ) จะเคลื่อนที่ไปตามแนวสนามแม่เหล็กโลกแล้วพุ่งลงไป ยังบรรยากาศชั้นบน ซึ่งทำให้ไปชนกับอะตอมของแก๊ส ผลที่เกิดก็คือ มีแสงเกิดขึ้น

สถานที่และโอกาสการเกิดออโรรา

ในเขตที่มีการปรากฏของออโรรา สามารถสังเกตออโรราได้ทุกคืนที่ฟ้าโล่งในฤดูหนาว โดยมีข้อสังเกตดังนี้
  • ออโรราจะปรากฏบ่อยครั้ง ตั้งแต่เวลา 22.00 น ถึง เที่ยงคืน
  • ออโรราจะสว่างจ้าในช่วง 27 วันที่ดวงอาทิตย์หันด้านแอคทีฟ (Active Area) มายังโลก
  • ช่วงปลายฤดูใบไม้ร่วงจนถึงต้นฤดูใบไม้ผลิ ในเดือนตุลาคม กุมภาพันธ์ และ มีนาคม เป็นเดือนที่เหมาะสำหรับการชมออโรราทางซีกโลกเหนือ
  • ออโรรามีความสัมพันธ์กับจุดสุริยะ (Sun Spot) บนดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นวัฎจักรประมาณ 11 ปี แต่ดูเหมือนว่า จะมีการล่าช้าไป 1 ปีสำหรับการเกิดจุดดับมากที่สุดกับการเกิดออโรรามากที่สุด
ตารางที่ 1 แสดงความถี่ในการปรากฏออโรราในสถานที่ต่างๆทั่วโลก
  • ออโรราจะปรากฏลดลง 20-30% กว่าตอนที่เกิดจุดสุริยะมากที่สุด เมื่อเกิดจุดสุริยะบนดวงอาทิตย์น้อยที่สุด
ออโรราจะปรากฏในแถบประเทศเมดิเตอเรเนียนเมื่อเกิดจุดสุริยะหรือมีลมสุริยะมากๆ อาจถึง 10 ปีต่อครั้ง โดยเฉลี่ยแล้วเกิด 100 ปีต่อครั้ง
สถานที่ ความถี่ในการปรากฏ
เมือง Andenes ประเทศนอร์เวย์ เกือบทุกคืนที่ฟ้าโล่ง
เมือง Fairbanks รัฐอลาสกา 5 – 10 ครั้งต่อเดือน
เมือง Oslo ประเทศนอร์เวย์ 3 คืนต่อเดือน
สกอตแลนด์เหนือ เดือนละครั้ง
พรมแดนสหรัฐ/แคนาดา 2 – 4 ครั้งต่อปี
เม็กซิโก และ เมดิเตอเรเนียน 1 – 2 ครั้งใน 10 ปี
ประเทศตอนใต้ทะเลเมดิเตอเรเนียน 1 – 2 ครั้งในศตวรรษ
แถบศูนย์สูตร 1 ครั้งในรอบ 2000 ปี

สถานที่ปรากฏออโรรา

บริเวณที่เกิดออโรราเป็นบริเวณรูปไข่ (Oval-shape region) รอบๆ ขั้วแม่เหล็กของโลก โดยรูปไข่จะเบ้ไปทางด้านกลางคืนของโลก เมื่อออโรราสงบ รูปไข่จะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3000 กิโลเมตร แต่เมื่อเกิดออโรรารุนแรงขึ้น รูปไข่จะกว้างขึ้นกว่า 4000 หรือ 5000 กิโลเมตร เนื่องจากขั้วแม่เหล็กเหนือของโลกอยู่ทางตอนเหนือของแคนาดา ออโรรา โบเรลลีส (Aurora Borealis) จึงพบมากที่เส้นรุ้ง (Latitude) ที่มีประชากรอาศัยมากในซีกโลก (hemisphere) ตะวันตก ส่วนออโรราออลเตรลีส (Aurora Australis) สามารถมองเห็นได้จากเกาะทัชมาเนีย (Tasmania) และทางตอนใต้ของนิวซีแลนด์

เสียงของออโรรา

มีข้อโต้เถียงกันมานานเกี่ยวกับเสียงของออโรราว่ามัน สามารถได้ยินโดยผู้ สำรวจบนพื้นโลกหรือไม่ คลื่นเสียงนั้นมีความถี่ประมาณ 340 เมตรต่อวินาทีในอากาศบนระดับพื้นโลก แต่ที่ความสูง 80 ถึง 500 กิโลเมตร ซึ่งเป็นบริเวณที่ออโรราปรากฏนั้นอยู่ใกล้สุญญากาศมาก ทำให้เป็นเป็นไปไม่ได้ที่จะเกิดเสียงขึ้น กระนั้น ก็มีรายงานมากมายว่าได้ยินเสียงระหว่างเกิดออโรรา เสียงที่ได้ฟังนั้น ไม่ใช่เป็นเสียงที่บันทึกจากออโรราโดยตรง แต่เป็นเสียงที่บันทึกจาก แมกนีโตมิเตอร์ (Magnetometer) เสียงที่เปลี่ยนไปคือการเปลี่ยนไปของสนามแม่เหล็กซึ่งเกิดจากอนุภาคสุริยะ (Solar Particles)

แหล่งที่มาและระดับพลังงานของอนุภาค
ออโรราที่ปรากฏนั้นเกิดจากอนุภาคมีพลังงานเคลื่อนที่ตาม เส้นสนามแม่เหล็ก มาจากเมกนีโตเทล (Magnetotail) มาสู่บรรยากาศชั้นบน อนุภาคส่วนใหญ่คืออิเล็กตรอน แต่โปรตอนและไอออนอื่น ก็อาจพบได้ เมื่ออนุภาคมีประจุ (Charged Particles) พุ่งมาจาก แมกนีโทสเฟียร์ (Magnetosphere) มาสู่บรรยากาศชั้นบน จะเกิดการชนกับแก๊สที่ไม่มีความสำคัญอะไรที่นั่น
อนุภาคออโรราเป็นเพียงหนึ่งในหลายอนุภาคมีประจุที่ กระหน่ำมายังโลก รวมถึงอนุภาคที่มีพลังงานฟลักซ์มหาศาลในช่วง พันล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) หรือล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) อย่างเช่น รังสีคอสมิค (Cosmic Rays) อนุภาคจากแถบกัมมันตรังสี (Radiation Belt) พลังงานสูง และอนุภาคสุริยะ (Solar Energetic Particles) ส่วนอนุภาคออโรรานั้นเกิดขึ้นในแผ่นพลาสมาแม่เหล็ก (Magnetospheric Plasma Sheet) และมีพลังงานอยู่ในช่วง 1 ถึง 10 พันอิเล็กตรอนโวลต์ (keV) แต่บางทีอาจมีพลังงานมากถึง 100 พันอิเล็กตรอนโวลต์ (keV) และอนุภาคพลังงานต่ำ เช่น ลมสุริยะที่เข้าสู่แมกนีโตสเฟียร์ทาง ซีกโลกกลางวัน (Dayside Cusp ) ใกล้กับขั้วแม่เหล็กโลก เป็นต้น ความลึกที่อนุภาคเหล่านี้จะเจาะเข้าไปในชั้นบรรยากาศ ขึ้นอยู่กับพลังงานของมัน ยิ่งพลังงานมากยิ่งเข้าได้ลึก รังสีคอสมิค สามารถเดินทางไปถึงชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์ (Troposphere) หรืออาจลึกไปถึงพื้นโลก อนุภาคจากแถบกัมมันตรังสีและอนุภาคสุริยะพลังงานสูง เข้ามาได้ถึงชั้นสตราโตสเฟียร์ (Stratosphere) และชั้นมีโซสเฟียร์ (Mesosphere) ส่วนออโรรานั้นมาได้แค่ชั้นเทอร์โมสเฟียร์ (Thermosphere) ซึ่งสูงประมาณ 100 กิโลเมตร นั่นทำให้ออโรราเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศนี้

สีของออโรรา

ดวงอาทิตย์ปล่อยแสงทุกสีที่มองเห็นได้ออกมาก ทำให้เราเห็นแสงอาทิตย์เป็นสีขาว ส่วนสเปคตรัมของออโรรา ก่อนจะศึกษารายละเอียด เราต้องรู้เรื่อง สาเหตุการเกิดแสงก่อน
ในบรรยากาศประกอบด้วยไนโตรเจน และ ออกซิเจน เป็นหลัก อนุภาคของแก๊สเหล่านี้จะปลดปล่อยโฟตอนซึ่งมีความยาวคลื่นคงที่ เมื่ออนุภาคมีประจุไฟฟ้า กระตุ้นแก๊สในบรรยากาศ อิเล็กตรอนจะเริ่มเคลื่อนที่รูปนิวเคลียสในวงโคจรที่เปลี่ยนแปลงไป เพราะมีพลังงานเหลือเฟือ อนุภาคที่ถูกกระตุ้นจะไม่เสถียรและจะปลดปล่อย พลังงานออกมาในรูปของแสง เรียกว่าแสงนี้ว่า ออโรรา

แสงสีเขียวเข้ม เกิดที่ความสูง (Altitudes) ที่ 120 ถึง 180 กิโลเมตร แสงเหนือสีแดงปรากฏที่ความสูงที่สูงกว่า ส่วนสีฟ้า และม่วงปรากฏที่ความสูงต่ำกว่า 120 กิโลเมตร เมื่อเกิดพายุสุริยะ 000 แสงสีแดงจะปรากฏที่ความสูงตั้งแต่ 90 ถึง 100 กิโลเมตร
เมื่อออโรราจางลง มันจะปรากฏเป็นสีขาวเมื่อมองด้วยตาเปล่า เมื่อมันสว่างขึ้น สีจึงมองเห็นขึ้นมา และสีเขียวซีดที่เป็นเอกลักษณ์ของมันจะมองเห็นขึ้นมา
เมื่อมีความหนาแน่นมากขึ้น ในบริเวณที่ต่ำลงมาจะมองเห็นเป็นสีเขียวสด และ สีแดงจางๆ จะมองเห็นที่ความสูงมากๆ
เหนือชั้นบรรยากาศขึ้นไป 100 กิโลเมตร ประกอบด้วยโมเลกุลไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นส่วนใหญ่ ซึ่ง ไนโตเจนจะมีมากที่ความสูง 10 กิโลเมตร และออกซิเจน มีมากที่ 200 กิโลเมตร เส้นกราฟสีเขียวแสดงความหนาแน่นของก๊าซออกซิเจนและสีม่วงแสดงความหนาแน่นของ ก๊าซไนโตรเจน ณ ความสูงต่าง ๆ ในชั้นบรรยากาศเทอโมสเฟียร์ เมื่ออะตอมออกซิเจนถูกกระตุ้น มันจะปล่อยแสงมากมายหลายสีออกมาก แต่สีที่ที่ส ว่างที่สุดคือที่แดงและสีเขียว

2 ความคิดเห็น: