ทำนายวัฏจักรสุริยะที่ 25

 

ภาพจุดดับดวงอาทิตย์ โดยกล้องโทรทรรศน์สุริยะอิโนะเอะ

     ดวงอาทิตย์อาจจะกำลังเข้าสู่ช่วงเวลาที่วุ่นวาย จากการทำนายครั้งใหม่บอกว่า วัฏจักรกิจกรรมสุริยะของมันในช่วงสูงสุดครั้งต่อไป อาจจะเป็นกิจกรรมครั้งที่รุนแรงที่สุดครั้งหนึ่งที่เราเคยได้เห็นมา นี่เป็นการแย้งโดยตรงกับการพยากรณ์สภาวะดวงอาทิตย์อย่างที่เป็นทางการจากนาซาและ NOAA ซึ่งถ้าเกิดขึ้นจริง มันก็อาจจะยืนยันทฤษฎีหนึ่งเกี่ยวกับวัฏจักรกิจกรรมสุริยะที่นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เวลาหลายปีเพื่อสร้างขึ้น

     จุดดับดวงอาทิตย์(sunspots) เป็นส่วนหนึ่งในวัฏจักรขึ้นและลงที่กินเวลาประมาณ 11 ปีซึ่งถูกสำรวจมาตั้งแต่ปี 1610 แล้ว เป็นหนึ่งในชุดข้อมูลที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่มนุษยชาติเคยทำมา Dean Pesnell จากศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ดของนาซา ผู้เชี่ยวชาญวัฏจักรสุริยะ(solar cycle) กล่าว วัฏจักรจุดดับเองก็เป็นเพียงครึ่งเดียวของวัฏจักรแม่เหล็กเต็มๆ ที่เรียกว่า วัฏจักรเฮล(Hale cycle) ซึ่งสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนจนเป็นวัฏจักรครบถ้วนสมบูรณ์ในช่วงเวลา 22 ปี     

     แม้เราจะพอทราบช่วงเวลาของวัฏจักรจุดดับดวงอาทิตย์แบบคร่าวๆ ได้ แต่นักวิทยาศาสตร์อับจนปัญญาที่จะทำนายความรุนแรง(magnitude) ของวัฏจักรจุดดับดวงอาทิตย์ เนื่องจากเราขาดแคลนความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับกลไกที่ขับดันวัฏจักรนั้น Scott McIntosh นักฟิสิกส์สุริยะที่ศูนย์เพื่องานวิจัยชั้นบรรยากาศแห่งชาติ(NCAR) สหรัฐฯ ผู้นำการศึกษานี้ กล่าว ถ้าการทำนายของเราได้รับการพิสูจน์ว่าถูกต้อง เราก็จะมีหลักฐานว่ากรอบงานของเราเพื่อความเข้าใจเครื่องจักรแม่เหล็กภายในของดวงอาทิตย์นั้นมาถูกทางแล้ว

Anatomy of the Sun

     ระดับกิจกรรมของดวงอาทิตย์นั้นแท้จริงแล้วค่อนข้างแปรปรวน และวัฏจักรกิจกรรมของมันก็ขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ ทุกๆ 11 ปี ขั้ว(แม่เหล็ก) ดวงอาทิตย์จะกลับทิศ ใต้กลายเป็นเหนือและเหนือกลายเป็นใต้ ยังคงไม่แน่ชัดว่าอะไรที่ผลักดันวัฏจักรเช่นนี้ แต่เราก็ทราบว่าขั้ว(แม่เหล็ก) สับเปลี่ยนเมื่อสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์อยู่ในจุดที่อ่อนแรงที่สุด

     เนื่องจากสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์นั้นควบคุมกิจกรรม ทั้ง จุดดับดวงอาทิตย์(พื้นที่ที่มีสนามแม่เหล็กรุนแรงเป็นการชั่วคราว), การลุกจ้าของดวงอาทิตย์(solar flare) และการผลักมวลจากชั้นโคโรนา(coronal mass ejection ซึ่งเกิดจากเส้นแรงสนามแม่เหล็กขาดออกและเชื่อมต่อกันใหม่อีกครั้ง) สถานะในวัฏจักรเหล่านี้จะไม่ปรากฏในช่วงเวลาที่มีกิจกรรมเบาบางที่สุด ซึ่งจะเรียกว่า solar minimum

     และเมื่อขั้วเปลี่ยนย้ายแล้ว สนามแม่เหล็กจะรุนแรงมากขึ้น และกิจกรรมสุริยะเช่นข้างต้นก็จะเกิดจนถึงระดับสูงสุด(solar maximum) ก่อนจะหดหายลงเข้าสู่การเปลี่ยนย้ายขั้วครั้งต่อไป โดยรวมแล้ว เราตามรอยช่วงกิจกรรมเบาบางที่สุดโดยการจับตาดูกิจกรรมสุริยะอย่างระมัดระวังและทราบความจริงหลังจากที่เกิดขึ้นแล้ว ด้วยตรรกะนี้ ช่วงกิจกรรมเบาบางที่สุดครั้งล่าสุดจึงเกิดขึ้นเมื่อเดือนธันวาคม 2019 และขณะนี้ เรากำลังอยู่ในวัฏจักรสุริยะที่ 25 นับตั้งแต่มีการบันทึกเป็นต้นมา กำลังมุ่งหน้าสู่ช่วงที่มีกิจกรรมรุนแรงที่สุด

ภาพแสงช่วงตาเห็นโดย Solar Dynamics Observatory ของนาซาแสดงดวงอาทิตย์ในช่วงกิจกรรมเบาบางที่สุด(solar minimum) ในเดือนธันวาคม 2019 และช่วงกิจกรรมรุนแรงที่สุด(solar maximum) ในเดือนเมษายน 2014 

      จากนาซาและ NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration) คาดว่าช่วงกิจกรรมรุนแรงที่สุดนี้จะเกิดขึ้นแบบเงียบเชียบ โดยมีจุดดับมากที่สุดราว 115 แห่งในช่วงเดือนกรกฎาคม 2025 ซึ่งค่อนข้างใกล้เคียงกับวัฏจักรสุริยะที่ 24 ซึ่งมีจุดดับมากที่สุดที่ 116 แห่ง แต่ McIntosh และเพื่อนร่วมงานเชื่อในสิ่งที่แตกต่างออกไป ในปี 2014 เขาและเพื่อนร่วมงานได้เผยแพร่รายงานฉบับหนึ่งที่อธิบายการสำรวจดวงอาทิตย์ในวัฏจักรเฮล 22 ปี ซึ่งคิดกันมานานแล้วว่าเป็นวัฏจักรแม่เหล็กสุริยะแบบเต็ม เมื่อขั้วย้ายกลับสู่ตำแหน่งเริ่มต้นของพวกมัน แต่ McIntosh สังเกตเห็นบางสิ่งที่น่าสนใจ ตลอดช่วงราว 20 ปี มีการกระพริบของรังสีอุลตราไวโอเลตสุดขั้วในชั้นบรรยากาศดวงอาทิตย์ที่เรียกว่า coronal bright points ซึ่งดูเหมือนจะเคลื่อนที่จากขั้วไปสู่ศูนย์สูตร และไปเจอกันตรงกลาง การเคลื่อนที่ของจุดสว่างเหล่านี้ข้ามละติจูดกลางในระยะเวลาราว 20 ปี ดูจะเกี่ยวข้องกับกิจกรรมจุดดับโดยบังเอิญ

     McIntosh เชื่อว่าจุดสว่างยูวีเหล่านี้เป็นตัวระบุการเดินทางของแถบของสนามแม่เหล็กที่ห่อไปรอบๆ ดวงอาทิตย์ ซึ่งคืบคลานจากขั้วทั้งสองเข้าหาศูนย์สูตรในทุกๆ 11 ปีโดยประมาณ เนื่องจากพวกมันมีองศาการบิดระนาบแสง(polarity) ที่ตรงกันข้ามกัน เมื่อพวกมันมาบรรจบที่ตรงกลางจะหักล้างกันจนหมด เป็นสิ่งที่นักวิจัยเรียกว่า terminator เหตุการณ์การกำจัดผลเหล่านี้จะเป็นจุดสิ้นสุดของวัฏจักรแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ 22 ปี และเป็นการเริ่มวัฏจักรต่อไป

     ในขณะที่แถบที่มีประจุตรงกันข้ามชุดหนึ่งกำลังเดินทางไปได้ครึ่งทางสู่การปะทะที่ศูนย์สูตร แถบชุดที่สองก็ปรากฏขึ้นที่ละติจูดสูงและเริ่มเดินทางตามมา แต่บางครั้งพวกมันก็ไม่ได้ใช้เวลาที่เท่าๆ กัน บางครั้งแถบเหล่านั้นก็เคลื่อนช้าลงเมื่อมาถึงละติจูดกลางๆ ซึ่งหมายความว่าความยาวของระยะเวลาระหว่างเหตุการณ์การกำจัดผลแต่ละครั้งก็จะแปรผันด้วย และทีมก็พบว่ามีความเกี่ยวข้องระหว่างความยาวของเวลาระหว่างการกำจัดผลแต่ละครั้ง กับความเข้มของช่วงกิจกรรมรุนแรงที่สุดในวัฏจักรต่อมา Bob Leamon จากมหาวิทยาลัยมารีแลนด์ บัลติมอร์ กล่าวว่า เมื่อเรามองย้อนไปตลอดบันทึกการสำรวจช่วงเวลาการกำจัดผลที่นาน 270 ปี เราก็เห็นว่าเวลาระหว่างการกำจัดผลแต่ละครั้งยิ่งนานขึ้นเท่าใด วัฏจักรต่อไปก็ยิ่งอ่อนแรงเพิ่มขึ้นด้วย และในทางตรงกันข้าม ถ้าใช้เวลาสั้นลง วัฏจักรสุริยะถัดไปก็มีความรุนแรงมากขึ้น

ซ้าย: แถบแม่เหล็กซึ่งมีขั้วที่ต่างกันเดินทางจากส่วนขั้วของดวงอาทิตย์ เข้าหาศูนย์สูตร ซึ่ง แถบเหล่านี้โดยปกติจะใช้เวลาใกล้เคียงกันมาพบกันที่ศูนย์สูตรเพื่อหักล้างผล(ขวา) ซึ่งจะกลายเป็นการสิ้นสุดวัฏจักรสุริยะ แต่บางครั้ง แถบอาจเคลื่อนที่ช้าจนหักล้างผลไม่หมดซึ่งจะเป็นผลสืบต่อไปถึงวัฏจักรสุริยะครั้งถัดไปที่จะอ่อนแรงลง

     ช่วงเวลาที่ยาวที่สุดที่บันทึกไว้ระหว่างช่วงเวลาการกำจัดผล ก็คือ วัฏจักรสุริยะที่ 4 ซึ่งเริ่มด้วยการกำจัดผลในปี 1786 และจบด้วยการกำจัดผลในปี 1801 ก็คือยาวนาน 15 ปี มันก็ตามด้วยวัฏจักรสุริยะที่ 5 ช่วงกิจกรรมเบาบางที่สุดครั้งใหญ่ดัลตัน(Dalton Grand Minimum) ซึ่งช่วงกิจกรรมรุนแรงที่สุดมีจุดดับเพียง 82 จุดเท่านั้น ซึ่งยาวนานเกือบ 14 ปี และพบจุดดับ 81 จุดในวัฏจักรที่ 6

     แต่วัฏจักรที่สั้นลง(คือพวกที่สั้นกว่า 11 ปี) จะตามมาด้วยช่วงกิจกรรมรุนแรงที่สุดที่มีจุดดับมากเกิน 200 จุด จากตรรกะนี้ วัฏจักรสุริยะที่ 23 ซึ่งค่อนข้างนานโดยเริ่มในปี 1998 และจบในปี 2011 อีกเกือบ 13 ปีต่อมา และวัฏจักรที่ 24 ซึ่งก็เงียบเชียบกว่าวัฏจักรก่อนหน้านี้ แต่วัฏจักรกลับสั้น ไม่ถึง 10 ปี ถ้าการวิเคราะห์ของทีมถูกต้อง เราก็น่าจะได้เห็นจุดดับจำนวนมากระหว่าง 210 ถึง 260 แห่ง ในช่วงกลางทศวรรษ 2020 ซึ่งก็มีทางเดียวที่จะรู้คือ เราก็ต้องรอและเฝ้าดู

     Lisa Upton จากบริษัทวิจัยระบบอวกาศซึ่งเป็นประธานร่วมคณะกรรมการ บอกว่าเธอและคนอื่นๆ ตระหนักถึงการใช้ข้อได้เปรียบจากแบบจำลองที่มีพื้นฐานทางฟิสิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ใช้การตรวจสอบสนามแม่เหล็กที่ขั้วดวงอาทิตย์มาคำนวณร่วมในแบบจำลอง สนามที่ขั้วเหล่านี้ดูเหมือนจะเป็น “เมล็ดพันธุ์” ของกิจกรรมแม่เหล็กตลอดวัฏจักรถัดไป เราให้น้ำหนักกับการทำนายเหล่านี้สูงอยู่ เธอกล่าว เราทั้งหมดรู้สึกว่าแบบจำลองที่มีพื้นฐานจากฟิสิกส์ดูมีความเที่ยงตรงสูงที่สุด ข้อสงสัยว่าสนามที่ขั้วดวงอาทิตย์เป็นปัจจัยที่ส่งผลรุนแรงต่อกิจกรรมโดยตรงของดวงอาทิตย์ เป็นหนึ่งในแรงผลักดันปฏิบัติการ โซลาริส(Solaris) ซึ่งเป็นปฏิบัติการของนาซาที่ล่าสุดถูกเลือกเพื่อการศึกษาแนวคิด โซลาริสน่าจะให้มุมมองที่ไม่เห็นมาก่อนของขั้วดวงอาทิตย์ แม้ว่ายาน Solar Orbiter ขององค์กรอวกาศยุโรป ก็จะให้มุมมองคล้ายๆ กันในปี 2025  

ภาพโคโรนา(corona; ชั้นบรรยากาศดวงอาทิตย์) ส่วนล่างซึ่งแสดงกิจกรรมดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงไปตามเวลา ในวัฏจักร 11 ปีที่แสดงตามภาพนี้ แท้จริงแล้วเป็นเพียงครึ่งเดียวของวัฏจักรแม่เหล็กเต็มวงจรที่เรียกว่า วัฏจักรเฮล

     McIntosh และทีมเชื่อมั่นในการแปลผลกิจกรรมดวงอาทิตย์ของพวกเขา และถ้าพวกเขาถูก ก็จะช่วยให้เรามีชุดเครื่องมือชุดใหม่เอี่ยมในการเข้าใจว่าดวงอาทิตย์ทำงานอย่างไร เมื่อคุณจำแนกการกำจัดผลได้ในบันทึกประวัติศาสตร์ ก็จะเห็นรูปแบบปรากฏขึ้น McIntosh กล่าว วัฏจักรสุริยะที่ 25 ซึ่งอ่อนแรงตามที่ประชาคมได้ทำนายไว้ ในจุดนี้น่าจะเป็นสิ่งที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับที่ข้อมูลที่แสดงให้เราเห็น งานวิจัยนี้เผยแพร่ใน Solar Physics

แหล่งข่าว sciencealert.com : our Sun has entered a new cycle, and it could be one of the strongest ever recorded
               sciencedaily.com : new Sunspot cycle could be one of the strongest on record, new research predicts
                skyandtelescope.com : will the next solar cycle surprise us?