การปลดปล่อยก้อนมวลจากโคโรนา

(Coronal Mass Ejection)

 

Coronal Mass Ejection (CME) เป็นการปลดปล่อยก้อนมวลออกมาจากบรรยากาศชั้นโคโรนาของดวงอาทิตย์  โดยทั่วไปสามารถตรวจพบได้ด้วยอุปกรณ์ coronagraph ในย่านแสงขาวหรือแสงที่ตามนุษย์มองเห็น (optical light) 

กลุ่มมวลที่ถูกปลดปล่อยออกมานั้นอยู่ในรูปพลาสมา (plasma) หรือสถานะที่อะตอมธาตุสูญเสียอิเล็กตรอนออกไปจนอยู่ในสภาพไอออน (ion) และอิเล็กตรอน (electron) ปะปนกัน  โดยสำหรับ CME นี้ประกอบไปด้วยอิเล็กตรอน  โปรตอน  ตลอดจนไอออนของธาตุหนักอย่างเช่น ฮีเลียม ออกซิเจน และเหล็กรวมทั้งสนามแม่เหล็กที่นำพาอนุภาคมีประจุเหล่านั้นเอาไว้เป็นกลุ่ม 

 

แสดงขั้นตอนการเกิดการปลดปล่อยก้อนมวลจากโคโรนาเมื่อวันที่ 18 สิงหาคม 2523 ตั้งแต่เวลา 10.04 ถึง 13.34 นาฬิกาตามเวลาสากล 

Image credit: High Altitude Observatory/Solar Maximum Mission Archives

 

การปลดปล่อยก้อนมวลจากโคโรนาครั้งหนึ่งๆ จะพาสสารมวลอย่างน้อย 1.6 x 10^15 กรัม (พันล้านตัน) ออกมาด้วยอัตราเร็ว 20 กิโลเมตรต่อวินาที จนถึง 2,700 กิโลเมตรต่อวินาที  และจากข้อมูลโดยอุปกรณ์ LASCO ซึ่งติดตั้งบนยานอวกาศ SOHO ในช่วง พ.ศ. 2539 2546 พบว่า CME มีอัตราเร็วเฉลี่ยประมาณ 489 กิโลเมตรต่อวินาที   ในขณะที่ลมสุริยะ (solar wind) ซึ่งออกมาจากดวงอาทิตย์เป็นประจำนั้นมีอัตราเร็วเพียง 250 ถึง 1000 กิโลเมตรต่อวินาที  ดังนั้นเมื่อวัตถุเคลื่อนที่เร็วกว่าจึงก่อให้เกิดแนวประทะของตัวกลาง (shock) ขึ้นภายในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ด้วย

 

 

CME เมื่อปลายเดือนพฤศจิกายน 2543 บนซ้ายแสดงจุดมืด (sunspot) จากอุปกรณ์ MDI บนขวาคือการเกิดการลุกจ้าจากจุดดับดังกล่าวโดยอุปกรณ์ EIT

ในย่านความยาวคลื่น 195 อังสตรอม ภาพล่างขวา CME ที่กำลังปะทุออกมา ด้วยกล้อง LASCO C2

และภาพล่างขวาคือในอีกสามชั่วโมงถัดมา CME ดังกล่าวขยายตัวออกมาสู่อวกาศ

Image credit: SOHO (ESA & NASA)"

 

CMEs ส่วนใหญ่กำเนิดมาจากบริเวณกัมมันต์ (active region) ซึ่งเป็นบริเวณที่มีเส้นสนามแม่เหล็กแบบปิด (closed magnetic field lines) บนผิวดวงอาทิตย์หรือบริเวณที่เป็นจุดมืด (Sun spot) นั่นเอง  สนามแม่เหล็กในบริเวณดังกล่าวมีความเข้มมากพอจะกักพลาสมาหรืออนุภาคมีประจุไว้ภายใน  แนวคิดที่เป็นที่นิยมกันมากสำหรับอธิบาย CME คือเกิดการต่อใหม่ของเส้นสนามแม่เหล็ก (reconnection) ทำให้เกิดพลังงานปริมาณมหาศาลผลักดันกลุ่มมวลที่ถูกกักเอาไว้ในสนามแม่เหล็กแบบลูปหรือวง (magnetic loop) ให้หลุดออกมา    อย่างไรก็ตาม CME ก็สามารถเกิดขึ้นนอกบริเวณกัมมันต์ได้  แม้ว่าหลายครั้งที่บริเวณดังกล่าวเคยเป็นบริเวณกัมมันต์มาก่อนหน้าไม่นานนัก

 

วงสนามแม่เหล็กที่เป็น CME ซึ่งหลุดออกจากบริเวณที่เกิดการต่อใหม่ของเส้นสนามแม่เหล็ก (magnetic reconnection)  

จะเห็นว่าการเกิด CME เป็นเหตุการณ์ที่สืบเนื่องมาจาก solar flare ที่เกิดบริเวณใกล้ผิวดวงอาทิตย์ใต้ CME

Image credits: Proto solar nebula: Spitzer Space Telescope

 

ความรู้เท่าที่มีในปัจจุบันเกี่ยวกับจลนศาสตร์ของ CME นั้นแบ่งออกเป็นสามระยะ ได้แก่

-    ระยะก่อนเร่งความเร็ว (initial pre-acceleration) ซึ่งเป็นช่วงที่กลุ่ม CME ค่อยๆ ลอยขึ้นออกมาจากผิวดวงอาทิตย์อย่างช้าๆ

-    ระยะเร่งความเร็วอย่างรวดเร็ว (rapid acceleration) โดยเคลื่อนที่ด้วยความเร่งออกมาจากดวงอาทิตย์

-    ระยะความเร็วเกือบคงที่ (near-constant velocity) เป็นระยะที่สามเมื่อก้อนมวลทั้งหมดเคลื่อนที่ออกมาจากดวงอาทิตย์แล้วค่อยๆ ลดความเร่งลง

 

บางครั้ง CME ในบางเหตุการณ์ก็ขาดขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งในสามขั้นตอนดังกล่าว  ซึ่งมักเป็น CME ที่เคลื่อนตัวช้ามากๆ  แม้กระทั่ง CME ที่มีระยะเร่งความเร็วอย่างเด่นชัด แต่ในช่วงก่อนเร่งความเร็ว (pre-acceleration) กลับไม่ปรากฏออกมาอย่างชัดเจน  อนึ่ง CME  ที่เดินทางผ่านตัวกลางระหว่างดาวเคราะห์ (interplanetary medium) เรียกว่า Interplanetary Coronal Mass Ejection (ICME)   ออกสู่ส่วนนอกของระบบสุริยะและมีโอกาสพุ่งชนดาวเคราะห์หรือยานอวกาศที่ขวางทางเดินของมันก่อให้เกิดผลกระทบร้ายแรงได้

 

ภาพเคลื่อนไหวแสดง  CME

Image credit: http://hea-www.harvard.edu/hrc.ARCHIVE/2002/2002364.000000-2002364.240000/SpaceWeather/images2002/28dec02/cme_c3_big.gif

 

CME โดยทั่วไปประกอบด้วยโครงสร้าง ดังนี้ 

1.    ช่องกลวงที่ภายในมีอิเล็กตรอนความหนาแน่นเชิงจำนวนต่ำ 

2.    แกนกลางหนาแน่นไปด้วยอนุภาค หรือที่เรียกว่า prominence ซึ่งเป็นย่านสุกสว่างที่สุดที่เห็นได้จากภาพถ่ายของโคโรนากราฟภายในช่องว่าง 

3.    ขอบสว่าง

อย่างไรก็ตาม บางครั้ง CME ในบางเหตุการณ์ก็อาจมีโครงสร้างไม่ครบ หรือไม่มีโครงสร้างดังกล่าวเลยก็ได้ 

 

การเกิด CME นั้นสัมพันธ์กับวัฏจักรสุริยะ(solar cycle) ในช่วงที่ดวงอาทิตย์มีจุดมืด (sun spot) มากๆ หรือช่วง solar maximum ในหนึ่งวันอาจเกิด CME ถึง 3 ครั้ง   ทว่าในช่วงที่มีจุดมืดน้อย (solar minimum)  CME ครั้งหนึ่งอาจเกิดห่างกันประมาณ 5 วัน อย่างไรก็ดีอัตราดังกล่าวยังป็นอัตราขั้นต่ำ เนื่องจากยังมี CME ที่เกิดในดวงอาทิตย์อีกด้านที่ไม่ได้หันมาทางโลก (backside CMEs)   นอกจากนี้ในช่วง solar minimum   CMEs จะก่อตัวในบริเวณ coronal streamer belt ใกล้ๆ ศูนย์สูตรสนามแม่เหล็กดวงอาทิตย์    ขณะที่ในช่วง solar maximum CME จะกำเนิดจากบริเวณกัมมันต์ ซึ่งกระจายตัวในแนวละติจูดอย่างสม่ำเสมอ

 

 

อ้างอิง

-    http://en.wikipedia.org

-    http://hesperia.gsfc.nasa.gov