ภาพถ่ายดวงอาทิตย์โดยตรง จากยานอวกาศยุโรป Solar Orbiter

   ภาพใหม่จากปฏิบัติการสำรวจดวงอาทิตย์งานใหม่ขององค์กรอวกาศยุโรป-นาซา ได้เผยให้เห็นการลุกจ้าขนาดจิ๋วจำนวนมากบนดวงอาทิตย์ ซึ่งเรียกชื่อเล่นว่า แคมป์ไฟ(campfires) ใกล้พื้นผิวของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เรามากที่สุด

ดวงอาทิตย์ในภาพเต็มภาพแรกจากปฏิบัติการ Solar Orbiter ในช่วงอุลตราไวโอเลตด้วยความละเอียดสูงเมื่อวันที่ 30 พฤษภาคม

นักวิทยาศาสตร์ในปฏิบัติการโซลาร์ออร์บิเตอร์(Solar Orbiter) ได้เห็นปรากฏการณ์ประหลาดนี้ที่ไม่เคยสำรวจได้ในรายละเอียดมาก่อน ได้บอกใบ้ถึงศักยภาพอันเหลือเฟือของปฏิบัติการซึ่งเพิ่งเสร็จสิ้นช่วงปรับแต่งทางเทคนิคในช่วงต้น(commissioning) ไปหลังจากล่าช้าเนื่องจากปัญหาโรคระบาดโคโรนาไวรัส Daniel Müller นักวิทยาศาสตร์โครงการโซลาร์ออร์บิเตอร์ของอีซา กล่าวว่า นี่เป็นเพียงภาพแรกๆ และเราก็ได้เห็นปรากฏการณ์ประหลาดใหม่ที่น่าสนใจนี้แล้ว จริงๆ เราไม่คาดว่าจะได้ผลสรุปที่ดีเยี่ยมเช่นนี้จากตั้งแต่ต้นเลย เรายังได้เห็นว่าเครื่องมือวิทยาศาสตร์ทั้งสิบชิ้นทำงานสอดประสานซึ่งกันและกันอย่างไร ซึ่งได้ให้ดวงอาทิตย์และสภาพแวดล้อมรอบๆ ในภาพแบบองค์รวม

Anatomy of the Sun

โซลาร์ออร์บิเตอร์ซึ่งส่งออกสู่อวกาศในวันที่ 10 กุมภาพันธ์ 2020 ได้นำเครื่องมือตรวจสอบจากระยะไกลหรือกล้อง 6 ชนิด เพื่อถ่ายภาพดวงอาทิตย์และสภาพรอบข้างของมัน และเครื่องมือตรวจสอบพื้นที่(in-situ) อีก 4 ชนิดที่จับตาสภาพแวดล้อมรอบๆ ยาน ด้วยการเปรียบเทียบข้อมูลจากเครื่องมือทั้งสองกลุ่ม นักวิทยาศาสตร์ก็จะได้แง่มุมสู่ลมสุริยะ(solar wind) ซึ่งเป็นกระแสของอนุภาคมีประจุจากดวงอาทิตย์ ซึ่งส่งผลต่อระบบสุริยะทั้งปวง

ความคาดหมายจากปฏิบัติการนี้ก็คือ จะไม่มียานอื่นใดอีกที่สามารถถ่ายภาพพื้นผิวดวงอาทิตย์จากระยะทางที่ใกล้กว่านี้ได้

เครื่องมือ 10 ชนิดบนยานโซลาร์ออร์บิเตอร์ สีแดงเป็นเครื่องมือที่ตรวจสอบจากพื้นที่จริง(in-situ) สีเหลืองเป็นเครื่องมือสำรวจจากระยะไกล(remote sensing)

ภาพแคมป์ไฟที่แสดงในภาพชุดแรกถ่ายโดย EUI(Extreme Ultraviolet Imager) จากการผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดในวงโคจรรี(perihelion) ครั้งแรกของโซลาร์ออร์บิเตอร์เมื่อวันที่ 15 มิถุนายน ในช่วงเวลาดังกล่าว ยานอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เพียง 77 ล้านกิโลเมตร หรือประมาณครึ่งระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ แม้ว่ายานอาจจะไม่ได้เข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากเหมือนกับยานพาร์กเกอร์โซลาร์(Parker Solar probe) ของนาซา แต่ก็มีเหตุผลที่ดีรองรับ สภาพแวดล้อมที่พาร์กเกอร์ต้องเผชิญเมื่อเข้าไปในระยะทาง 9 เท่ารัศมีดวงอาทิตย์จากพื้นผิวที่มองเห็นได้นั้น ทารุณเกินกว่าที่กล้องใดๆ จะถ่ายภาพดวงอาทิตย์ได้โดยตรง ระยะทางของโซลาร์ออร์บิเตอร์ช่วยให้กล้องหลายๆ ตัวของมันได้ผลุบโผล่ออกมาเกราะกันความร้อนของยาน เพื่อถ่ายภาพดิสก์เต็มดวงอาทิตย์และซูมเพื่อจับรายละเอียดในชั้นบรรยากาศได้

EUI ของโซลาร์ออร์บิเตอร์พบจุดสว่างขนาดจิ๋วบนดวงอาทิตย์ซึ่งระบุด้วยลูกศรในภาพโมเสอิคนี้ การลุกจ้าขนาดจิ๋วเหล่านี้ถูกเรียกว่า แคมป์ไฟ(campfires)

แคมป์ไฟนั้นมีความเล็กเมื่อเทียบกับการลุกจ้าของดวงอาทิตย์(solar flare) ที่เราสามารถสังเกตการณ์ได้จากบนโลก เล็กกว่าในระดับหลายล้านถึงหลายพันล้านเท่าทีเดียว David Berghmans จากหอสังเกตการณ์หลวงแห่งเบลเจียม(ROB) ผู้นำเครื่องมือ EUI ซึ่งถ่ายภาพชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ซึ่งเรียกว่า โคโรนา(corona) ส่วนล่างด้วยความละเอียดสูง กล่าว ดวงอาทิตย์อาจจะแลดูเงียบเมื่อมองเห็นในคราวแรก แต่เมื่อเราพิจารณารายละเอียด เราก็ได้เห็นการลุกจ้าขนาดจิ๋วเหล่านั้นทั่วทุกหนแห่งที่เรามองไป

นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่าแคมป์ไฟเป็นการลุกจ้าขนาดใหญ่ที่เวอร์ชั่นจิ๋ว หรือพวกมันถูกขับดันโดยกลไกที่แตกต่างออกไปกันแน่ อย่างไรก็ตาม ก็มีทฤษฎีว่าการลุกจ้าขนาดจิ๋วเหล่านี้อาจจะเป็นตัวสร้างหนึ่งในปรากฏการณ์ประหลาดที่เป็นปริศนาที่สุดของดวงอาทิตย์ คือ ความร้อน(แรง) ของโคโรนา

ภาพดวงอาทิตย์แสดง “แคมป์ไฟ” แห่งหนึ่ง(ระบุด้วยลูกศร) และเทียบกับขนาดของโลก

Frederic Auchere จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์อวกาศ(IAS) ฝรั่งเศส ผู้นำร่วมทีม EUI กล่าวว่า แคมป์ไฟเหล่านี้โดยแต่ละแห่งแล้วดูไม่สลักสำคัญอะไรเลย แต่เมื่อมารวมๆ กัน พวกมันอาจจะเป็นตัวการหลักที่ทำให้โคโรนาดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงมาก โคโรนาดวงอาทิตย์เป็นชั้นบรรยากาศส่วนนอกสุดของดวงอาทิตย์ซึ่งแผ่ออกไปหลายล้านกิโลเมตรสู่ห้วงอวกาศ อุณหภูมิของมันนั้นสูงกว่า 1 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งก็ร้อนกว่าพื้นผิวดวงอาทิตย์ที่ 5500 องศาเซลเซียส หลายสิบเท่า หลังจากทำการศึกษามาหลายทศวรรษ ก็ยังคงไม่เข้าใจกลไกทางกายภาพที่ทำให้โคโรนาร้อนอย่างถี่ถ้วนนัก แต่การจำแนกกลไกเช่นนี้น่าจะเป็นจอกศักดิ์สิทธิ์ของฟิสิกส์สุริยะเลยทีเดียว

เมื่อแคมป์ไฟอาจมีความเกี่ยวข้องกับนาโนแฟลร์(nanoflares) ซึ่งเป็นการปะทุพลังงานขนาดเล็ก, เป็นช่วงพริบตา แต่มีจำนวนมากมายบนดวงอาทิตย์ และคิดกันว่าเป็นตัวการที่ทำให้โคโรนาร้อนจัด ก้าวต่อไปก็คือ ทีมจะตรวจสอบอุณหภูมิของแคมป์ไฟด้วยเครื่องมือ SPICE(Spectral Imaging of the Coronal Environment)

ในช่วงความยาวคลื่นเฉพาะของแสงที่เรียกว่า ไลแมนอัลฟา(Lyman Alpha) EUI เก็บสเปคตรัมของไฮโดรเจนในโครโมสเฟียร์(chromospheres) ชั้นบรรยากาศส่วนล่างของดวงอาทิตย์ซึ่งมีอุณหภูมิระหว่าง 1 หมื่นถึง 1 แสนองศา

Yannis Zouganelis นักวิทยาศาสตร์ผู้ช่วยโครงการโซลาร์ออร์บิเตอร์ ที่อีซา กล่าวว่า ตอนนี้ยังคงเร็วเกินไปที่จะบอกได้แต่เราก็หวังว่าด้วยการเชื่อมต่อการสำรวจเหล่านั้นกับการตรวจสอบจากเครื่องมือชุดอื่นๆ ของเราที่ “รับรู้” ลมสุริยะเมื่อมันพัดผ่านยาน สุดท้ายเราจะสามารถตอบคำถามให้กับปริศนาเหล่านี้บางส่วนได้

เครื่องมืออีกชิ้นคือ SoloHI(Solar and Heliospheric Imager) ได้ส่งภาพแสงจักรราศี(zodiacal light) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแสงอาทิตย์สะท้อนออกจากอนุภาคฝุ่นในระบบสุริยะของเรา แม้ว่าภาพเหล่านี้จะไม่ใช่การค้นพบใหม่ใดๆ แต่ต้องทำให้ SoloHI ลดแสงจ้าของดวงอาทิตย์ลงเหลือเพียงหนึ่งในล้านล้านส่วนของความสว่างที่แท้จริง เมื่อทำภารกิจนี้สำเร็จ นักวิจัยทีมเครื่องมือก็เชื่อมั่นว่า SoloHI จะสามารถสร้างภาพที่มีคุณภาพตามที่ต้องการใช้เพื่อศึกษาลมสุริยะ(ซึ่งเป็นเป้าหมายหลักของเครื่องมือ) ได้เมื่อปฏิบัติการเริ่มเข้มข้นขึ้น

Zodiacal light โดย SoloHI

บนยานโซลาร์ออร์บิเตอร์ ยังมีเครื่องมือที่น่าสนใจอีกชิ้นก็คือ PHI(Polarimetric and Helioseismic Imager) มันจะทำการตรวจสอบเส้นแรงสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวดวงอาทิตย์ด้วยความละเอียดสูง มันถูกออกแบบมาให้จับตาดูพื้นที่กิจกรรมสูงบนดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีสนามแม่เหล็กรุนแรงเป็นพิเศษซึ่งสามารถให้กำเนิดการลุกจ้าของดวงอาทิตย์ได้ ในระหว่างที่ดวงอาทิตย์เกิดการลุกจ้า ดวงอาทิตย์จะปล่อยอนุภาคพลังงานสูงออกมาซึ่งส่งผลต่อลมสุริยะที่พัดโบกอย่างคงที่ออกจากดาวฤกษ์สู่ห้วงอวกาศ เมื่ออนุภาคเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับมักนีโตสเฟียร์ของโลก ก็เป็นสาเหตุให้เกิดพายุแม่เหล็ก(magnetic storm) ที่รบกวนเครือข่ายการโทรคมนาคมและการส่งไฟฟ้าบนโลกได้

Sami Solanki ผู้อำนวยการสถาบันมักซ์พลังค์เพื่อการวิจัยระบบสุริยะ ในกอททิงเงน เจอรมนี และผู้นำทีม PHI กล่าวว่า ในตอนนี้ เรากำลังอยู่ในวัฏจักรสุริยะที่นาน 11 ปี ในส่วนที่ดวงอาทิตย์เงียบมากๆ แต่เนื่องจากโซลาร์ออร์บิเตอร์อยู่ในองศากับดวงอาทิตย์ที่แตกต่างจากโลก เราจึงได้เห็นพื้นที่มีกิจกรรมสูงแห่งหนึ่งที่ไม่สามารถสำรวจได้จากโลก นี่จึงเป็นครั้งแรก เราไม่เคยจะตรวจสอบสนามแม่เหล็กที่ด้านหลังของดวงอาทิตย์ได้มาก่อนเลย

PHI บนโซลาร์ออร์บิเตอร์ทำแผนที่สนามแม่เหล็กดวงอาทิตย์เมื่อวันที่ 18 มิถุนายน ซึ่งรวมถึงพื้นที่ที่มีกิจกรรมสูงขนาดใหญ่แห่งหนึ่งทางด้านล่างขวาของภาพ

มักนีโตแกรม(magnetograms) ซึ่งแสดงว่าสนามแม่เหล็กดวงอาทิตย์มีการแปรผันอย่างไรทั่วพื้นผิวดวงอาทิตย์ จะถูกนำมาเปรียบเทียบกับการตรวจสอบจากเครื่องมือที่ตรวจรอบยาน Jose Carlos del Toro Iniesta ผู้นำร่วมทีม PHI จากสถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์แห่งอันดาลูเชีย สเปน กล่าวว่า เครื่องมือ PHI กำลังตรวจสอบสนามแม่เหล็กบนพื้นผิว เราได้เห็นโครงสร้างในโคโรนาดวงอาทิตย์ด้วย EUI แต่เราก็ยังพยายามจะบอกว่าเส้นแรงสนามแม่เหล็กหลุดออกไปในตัวกลางระหว่างดาวเคราะห์(interplanetary medium) ที่โซลาร์ออร์บิเตอร์อยู่ ได้อย่างไร

เครื่องมือที่ตรวจรอบยานโซลาร์ออร์บิเตอร์ทั้งสี่ชนิดจะแจกแจงคุณลักษณะของเส้นแรงสนามแม่เหล็กและลมสุริยะเมื่อมันผ่านยานไป Christopher Owen จากห้องทดลองวิทยาศาสตร์อวกาศมัลลาร์ด ยูนิเวอร์ซิตี้ คอลเลจ ลอนดอน และผู้นำทีมเครื่องมือวิเคราะห์ลมสุริยะรอบยาน กล่าวเสริมว่า ด้วยการใช้ข้อมูลนี้ เราก็สามารถประเมินได้ว่าส่วนใดบนดวงอาทิตย์ที่ปล่อยลมสุริยะส่วนที่พิเศษออกมา และจากนั้น ก็ใช้ชุดเครื่องมือทั้งหมดของปฏิบัติการเพื่อเผยและเข้าใจกระบวนการทางกายภาพที่ทำงานในพื้นที่ต่างๆ บนดวงอาทิตย์ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวลมสุริยะ

ภาพโมเสอิคแสดงดวงอาทิตย์ในหลายๆ หน้าตา เมื่อมองจาก EUI และ PHI ของปฏิบัติการ ภาพสีเหลืองในแถวบนแสดงมุมมอง EUI ที่ 17 นาโนเมตร ในขณะที่ภาพสีแดงในแนวตั้งด้านขวาแสดงมุมมอง EUI ที่ 30 นาโนเมตร(ทั้งสองส่วนเป็นภาพสีเพี้ยนเนื่องจากช่วงความยาวคลื่นสำรวจนั้นอยู่นอกเหนือจากช่วงตาเห็น) ในขณะที่ภาพสีเหลืองแสดงชั้นบรรยากาศส่วนนอกสุดหรือ โคโรนา ภาพสีแดงแสดงชั้นบรรยากาศส่วนล่างที่เรียกว่าพื้นที่รอยต่อ(transition region) ระหว่างชั้นบรรยากาศส่วนบน-ล่าง ซึ่งหนาราว 100 กิโลเมตรเท่านั้น แต่อุณหภูมิกลับเพิ่มขึ้นถึงร้อยเท่า ภาพตรงกลางรวมภาพ EUI(สีแดง) กับภาพจาก Solar Dynamics Observatory ของนาซา(สีเทา) ภาพแถวซ้ายกลางแสดงแผนที่สนามแม่เหล็กดวงอาทิตย์ที่ปรับมาจากข้อมูล PHI ล่างขวาเป็นจุดเริ่มต้นของพื้นที่กิจกรรมแม่เหล็กสูง ล่างซ้าย สีน้ำเงิน, ขาว และแดง แสดงความเร็วแนวสายตาของดวงอาทิตย์ สุดท้าย ภาพล่างกลางแสดงดวงอาทิตย์ในช่วงตาเห็นจาก PHI ในวันที่ 18 มิถุนายน จะไม่พบจุดดับดวงอาทิตย์เนื่องจากดวงอาทิตย์มีกิจกรรมแม่เหล็กเพียงน้อยนิดมากๆ

เราทั้งหมดตื่นเต้นกับภาพแรกๆ เหล่านี้ แต่นี่ก็เพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น Daniel กล่าวเสริม โซลาร์ออร์บิเตอร์จะเริ่มการเดินทางในระบบสุริยะส่วนใน และจะเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ ในเวลาไม่ถึงสองปี และสุดท้าย มันจะเข้าไปในระยะใกล้ถึง 42 ล้านกิโลเมตรซึ่งก็เกือบๆ หนึ่งในสี่ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ ซึ่งจะให้ภาพที่คมชัดมากกว่าภาพแรกๆ นี้สองเท่า

ในทางเทคนิคแล้ว กล้องโทรทรรศน์อิโนะเอะ(Daniel K. Inouye Solar Telescope) บนภาคพื้นดินมีสายตาที่ดีกว่าโซลาร์ออร์บิเตอร์ ภาพแสงแรกของกล้องซึ่งเผยแพร่ออกมาในเดือนมกราคมมีความละเอียดถึง 30 กิโลเมตร แต่ในขณะที่อิโนะเอะถูกจำกัดด้วยแสงช่วงตาเห็นที่ผ่านทะลุชั้นบรรยากาศโลกเข้ามาได้ โซลาร์ออร์บิเตอร์จะมองเห็นแสงอุลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์ที่ชั้นบรรยากาศของโลกกั้นไว้

การเดินทางของโซลาร์ออร์บิเตอร์ระหว่างปี 2020 ถึง 2030 ในระบบสุริยะส่วนใน จะเฉียดผ่านโลกและดาวศุกร์ ในระนาบสุริยวิถี และเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้นเรื่อยๆ แต่ในปี 2025 ยานจะใช้แรงโน้มถ่วงจากดาวศุกร์ช่วยยกวงโคจรขึ้นจากระนาบ และจะเอียงมากขึ้นเรื่อยๆ จนสามารถสำรวจขั้วดวงอาทิตย์ได้เป็นครั้งแรก

มุมการมองของโซลาร์ออร์บิเตอร์ยังเป็นอัตลักษณ์อย่างยิ่ง ทุกสิ่งที่ตรวจสอบดวงอาทิตย์ไม่ว่าจะจากโลก หรือในวงโคจรรอบโลก หรือกระทั่งดาวเทียมที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ จะอยู่ในระนาบสุริยวิถี(ecliptic plane) ซึ่งเป็นระนาบที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่โซลาร์ออร์บิเตอร์จะให้ภาพจากขั้วดวงอาทิตย์เป็นครั้งแรก ออร์บิเตอร์จะบินในวงโคจรที่เอียงสูงขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งสุดท้ายจะทำให้มันอยู่ที่ระดับ 33 องศาเหนือศูนย์สูตร ช่วยให้ยานได้เห็นขั้วดวงอาทิตย์ที่เราไม่เคยเห็นมาก่อน

ในขณะที่ภาพแรกๆ เหล่านี้ได้แสดงถึงสิ่งที่จะมาตามอีกมหาศาลจากปฏิบัติการ แต่นักวิจัยและสาธารณชนคงต้องรออย่างอดทน การดำเนินงานวิทยาศาสตร์เต็มตัวจะเริ่มในเดือนมีนาคม 2022 และยานจะไม่เริ่มตรวจสอบขั้วดวงอาทิตย์จนกว่าจะถึงปี 2025 ซึ่งจะใช้แรงโน้มถ่วงของดาวศุกร์ขยับมุมวงโคจรขึ้น โดยมุมสำรวจขั้วดวงอาทิตย์ที่ดีที่สุดจะเริ่มในปี 2027 ปฏิบัติการหลักซึ่งยาว 7 ปี จะโคจรรอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรรูปไข่ทั้งสิ้น 22 รอบ แต่ก็อาจจะมีภาคต่อจนถึง 2030 อย่างไรก็ตาม แค่การค้นพบแคมป์ไฟก็ได้ชี้ไปถึงสิ่งที่เราจะได้โดยการถ่ายภาพดวงอาทิตย์ในระยะประชิดแล้ว

ปฏิบัติการโซลาร์ออร์บิเตอร์ขององค์กรอวกาศยุโรป เปรียบเทียบกับ ปฏิบัติการ พาร์กเกอร์โซลาร์โพรบของนาซา

ข้อมูลชุดแรกก็ได้แสดงถึงพลังที่ซ่อนอยู่เบื้องหลังความร่วมมือที่ประสบความสำเร็จ ระหว่างองค์กรอวกาศต่างๆ กับความเป็นประโยชน์ของชุดภาพที่แตกต่างกัน ซึ่งได้เผยปริศนาบางส่วนของดวงอาทิตย์ออกมา Holly Gilbert ผู้อำนวยการแผนกวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์สุริยะ ที่ศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ดของนาซา และนักวิทยาศาสตร์โครงการโซลาร์ออร์บิเตอร์ที่นาซา กล่าว โซลาร์ออร์บิเตอร์เป็นปฏิบัติการความร่วมมือนานาชาติระหว่างอีซากับนาซา โดยมีชาติสมาชิกของอีซา 19 ชาติ(ออสเตรีย, เบลเจียม, สาธารณรัฐเชค, เดนมาร์ก, ฟินแลนด์, ฝรั่งเศส, เจอรมนี, กรีซ, อิตาลี, ไอร์แลนด์, ลักเซมเบิร์ก, เนเธอร์แลนด์ส, นอร์เวย์, โปแลนด์, ปอร์ตุเกส, สเปน, สวีเดน, สวิตเซอร์แลนด์ และสหราชอาณาจักร) กับนาซาซึ่งช่วยสนับสนุนอุปกรณ์ ดาวเทียมถูกสร้างโดย Airbus Defence and Space ในสหราชอาณาจักร

แหล่งข่าว spaceref.com : Solar Orbiter’s first images reveal “Campfires” on the Sun

skyandtelescope.com : European Solar Orbiter takes closest-ever images of the Sun

sciencealert.com : closest images of our Sun reveal unexpected “campfires” covering the surface

space.com : weird country-size “campfires” on the Sun revealed in closest-ever photos

astronomy.com : Solar Orbiter sends back the closest photos of the Sun ever taken