แสงเหนือแสงใต้

         Red and green Aurora in Fairbanks, Alaska                 เย็นวันที่ 13 มีนาคม ค..1989 มีแสงออโรราสว่างที่สุดเท่าที่เคยบันทึกมา เห็นกันได้เกือบทั่วโลกท้The Aurora Borealis shines above Bear Lakeองฟ้ายามค่ำคืนมีชีวิตชีวาด้วยการแสดงแสงสีบ่งบอกกัมมันตภาพรุนแรง   ธารสว่างของสีเขียวและสีแดงแวววับระยิบระยับพร้อมแสงแลบท่ามกลางม่านแสงกระเพื่อมไปมา  การแสดงแสงสีเช่นนี้หาชมยาก เกิดขึ้นครั้งเดียวในรอบ 10 ปี

                            ความงดงามของออโรราเป็นธรรมชาติน่าอัศจรรย์ใจ  ฉงนกันมานานหลายพันปี   และค่ำคืนเดือนมีนาคมนั้นช่วยให้เข้าใจได้ถึงความกลัวน่าขนลุกของคนในยุคโบราณที่ได้เห็นแสงสีเคลื่อนไปมาเหนือหัวอย่างนั้น   เพิ่งเมื่อราว 100 ปีเองที่นักวิทยาศาสตร์รู้แล้วว่ามันไม่ได้เกิดที่ใดก็ได้ทั่วไป มันเป็นเรื่องเฉพาะแห่ง มีได้แถวขั้วโลกเท่านั้น แต่ความเข้าใจในตัวมันยังเป็นไปอย่างคลุมเครือAurora australis in Antarctica

                           จากงานวิจัยความเกี่ยวข้องระหว่างดวงอาทิตย์และโลกที่ทำกันเรื่อยมานานหลายสิบปี    ความเข้าใจการเกิดแสงออโรราก็เริ่มดีวันดีคืน    เป็นที่รู้กันไปทั่วตอนนี้ว่า ฉากแรกต้องมี อิเล็กตรอนและไอออนหลุดจากดวงอาทิตย์ก่อน ออกจากดวงอาทิตย์ได้อนุภาคเหล่านี้ก็ได้ฉายาใหม่ว่าเป็น          ลมสุริยะ (solar wind) มีลมพัดมายังโลกบ้าง แต่ไม่ได้มาชนเราหรือบรรยากาศทั่วโลกกันได้ง่ายๆ เพราะมีอุปสรรคใหญ่ขวางกั้นคือสนามแม่เหล็กโลกที่เสมือนเป็นด่านธรรมชาติมอบให้มาป้องกันโลกไว้   แม้มีการกีดกันไม่ให้มาโลก อนุภาคเหล่านี้เปลี่ยนเส้นทางเมื่อพบทางสะดวก พากันหมุนควงตามเส้นสนามแม่เหล็กมาถึงบรรยากาศโลกได้เฉพาะขั้วแม่เหล็กโลกเหนือและใต้  ถึงบรรยากาศโลกแล้วก็แจกจ่ายพลังงานแก่อะตอมและโมเลกุลตามทางที่มันเจอ  อะตอมและโมเลกุลของบรรยากาศปลดปล่อยพลังงานเป็นแสงสีที่มีสีสัน  กลายเป็นที่มาของแสงออโรราหรือแสงเหนือแสงใต้ให้คนใกล้ขั้วโลกทั้งเหนือและใต้ชื่นชมความงามที่บางครั้งแฝงความน่ากลัวที่อาจจะเป็นอันตรายได้   คนไกลขั้วโลกมากอย่างเราอดชมความงามแบบชวนขนลุกขนพองนี้ว่าเป็นอย่างไร?

                           แต่นั่นเป็นเพียงหลักการเบื้องต้น   รายละเอียดที่เล็ดลอดออกมาได้ยังเบาบาง

 

 

 Taken by Hinode's Solar Optical Telescope on January 12, 2007, this image of the Sun reveals the filamentary nature of the plasma connecting regions of different magnetic polarity.

 

เกี่ยวข้องกับดวงอาทิตย์

                        .. 1896 นักฟิสิกส์ชาวนอรเวย์ชื่อคริสเตียน โอลาฟ เบิร์นฮาร์ด  เบอร์กีแลนด์ให้เหตุผลว่าแสงออโรราปกติถูกกักในบริเวณวงกลมรอบขั้วโลกเพราะอิเล็กตรอนถูกสนามแม่เหล็กโลกนำทางไปโดยตรง และดวงอาทิตย์เป็นแหล่งที่มาของอิเล็กตรอนที่สำคัญ

                        อีก 40 ปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์ซิดนีย์ แชปแมนและวินเซนโซ เฟอราโรเห็นความซับซ้อนของกลไกเกิดแสงออโรรา  มีไอออนออกจากดวงอาทิตย์เข้ามาในแมกนีโตสเฟียร์หรือทรงกลมแม่เหล็ก(บริเวณของอวกาศที่มีสนามแม่เหล็กควบคุม)ของโลก   อนุภาคเหล่านี้คือลมสุริยะที่ค้นพบในค.. 1960 จากยานรัสเซียลูนิก ll และ ลูนิก lll และจากยานเอกซพลอเรอร์ 10 ของอเมริกา

           ต่อมาดาวเทียมช่วยนักวิทยาศาสตร์ให้เข้าใจแสงออโรราอีกด้วย   .. 1963 ยืนยันว่าแสงออโรราไม่มีเสรีภาพที่จะไปแสดงที่ไหนก็ได้     แต่แสงออโรราอยู่ในที่จำกัดถูกกักบริเวณให้อยู่แต่ในเขตวงแหวนวงกลม   แต่ละวงมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 4,000 กม. มีขั้วแม่เหล็กโลกเป็นใจกลาง  รูปร่างแบบไข่เกิดในบริเวณที่สนามแม่เหล็กโลกตัดกับบรรยากาศโลก บริเวณรูปไข่มี 2 แห่งใกล้ขั้วโลกทั้งสอง นับเป็นหลักฐานเด่นชัดของการเกี่ยวดองลมสุริยะและสนามแม่เหล็กโลกอย่างที่เบอร์เคแลนด์สงสัยมานานเกือบ 70 ปีก่อน

                   พื้นผิวของดวงอาทิตย์ชื่อโฟโตสเฟียร์มีอุณหภูมิ 5,800 องศาเคลวิน อุณหภูมิแค่นี้ไม่ร้อนสักเท่าไรหรอก ที่นี่มีแต่ไฮโดรเจน   พื้นผิวล้อมรอบไปด้วยบรรยากาศเบาบางแต่ร้อนแรงไกลหลายล้านกิโลเมตร ชั้นแบบนี้เห็นตอนเกิดสุริยุปราคาที่ใครๆก็รู้จักกันว่านี่คือ โคโรนา   ไฮโดรเจนหนีออกจากโฟโตสเฟียร์ที่เย็นมาเจอชั้นโคโรนาร้อนๆเข้าให้  อุณหภูมิที่แห่งใหม่ปาเข้าไปตั้ง  2 ล้านองศาเคลวิน รุ่มร้อนจนไฮโดรเจนรักษาสภาพอะตอมสะเทินแบบเก่าไม่ไหวต่อไป  อิเล็กตรอนหนีออกจากอะตอมไปอย่างไม่กลับมาพบกันอีกแล้ว  กาซตกในสภาพที่มีแต่อนุภาคประจุไฟฟ้าหรือปลาสมากันหมด  สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์เข้มกักพวกอนุภาคไว้กับตัวดวงได้   อนุภาคต้องออกแรงมากหน่อยเพื่อหลุดแล้วจะได้เป็นอิสระไปไหนได้ไกลๆกลายเป็นลมสุริยะที่ไม่เย็นชื่นใจแน่ แต่น่าจะเป็นแบบเจ็บแสบ    ลมสุริยะมาถึงโลกด้วยความเร็วราว 400 กม./วินาทีเท่านั้นเอง จัดเป็นลมพัดช้าๆ   ลมพัดแรงอย่างพายุมีบ้างไหม? จะร้ายแรงขนาดไหนและมาได้อย่างไร?มันจะแสบสันต์เจ็บปวดไหมหนอ?ทำร้ายแบบใดได้บ้าง?  ก็ต้องมาดูกัน

 

อะไรทำให้เป็นพายุสุริยะ

                             รูหรือหลุมโคโรนา (coronal hole) แฟลร์หรือการประทุแสง (solar flare)และการขับมวลโคโรนา (coronal mass ejection) ต่างร่วมมือกันผลิตลมแรงๆเป็นพายุสุริยะได้สำเร็จ  หลุมโคโรนาเป็นบริเวณที่มีแต่ค่าเล็กน้อยของความหนาแน่น อุณหภูมิและความเข้มสนามแม่เหล็ก แต่ใหญ่โตด้วยขนาด ค้นพบเมื่อค.. 1957    สนามแม่เหล็กภายในหลุมโคโรนาจางกว่าที่ตัวดวงอาทิตย์ และยังเป็นแบบปลายเปิดที่ระยะทางไกลๆในระบบสุริยะ    ปลาสมาของโคโรนาพลังงานสูงหนีออกจากดวงอาทิตย์ไปตามเส้นสนามแม่เหล็กแบบนี้สบายๆไม่ต้องใช้แรง หากอยู่ในเส้นบ่วงสนามแม่เหล็กแบบปิดกักกันมันไว้ ก็จะหนียากมีอุปสรรคต้องใช้แรงมาก  กว่าจะออกจากดวงอาทิตย์ได้ต้องเป็นไปอย่างลำบากลำบน 

                         หลุมโคโรนาผลิตลมสุริยะที่มีความเร็วได้ถึง 800 กม./วินาทีใกล้โลก  มันเกิดที่ใดก็ได้ในโคโรนาและเมื่อได้เกิดก็อยู่ได้นานเป็นเดือนๆ  หากเกิดแถวเส้นศูนย์สูตรดวงอาทิตย์ด้วย   หลุมโคโรนาช่วยผลิตออโรราทุก 27 วันเมื่อดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเองนำหลุมแบบนี้กลับมาที่เดิม มายังแนวที่ชี้ตรงมายังโลกทุก 27 วัน

                           แฟลร์ของดวงอาทิตย์ก็ช่วยสร้างความสัมพันธ์ระหว่างโลกและดวงอาทิตย์ด้วย  ช่วยกระชับความสัมพันธ์ระหว่างกัน ดูความข้องเกี่ยวนี้ชัดๆได้จากลมสุริยะและแสงออโรรา   แฟลร์เป็นการระเบิดที่ผิวเห็นการลุกจ้าช่วยส่งออกลมสุริยะด้วยความเร็ว 1,000 กม./วินาทีที่ระยะทางโลก   แฟลร์ครั้งยิ่งใหญ่ครั้งเดียวปล่อยพลังงานออกไปมากในเวลาไม่กี่นาที ทำได้เท่ากับที่ดวงอาทิตย์ทั้งดวงปล่อยพลังงานในเวลา 1/10 วินาที   หรือเท่ากับลูกระเบิด 2 พันล้านเมกาตัน

                              แม้แฟลร์จะทำพลังงานมากมายขนาดนั้น แต่ก็ไม่มีวันเชื่อหรอกว่าแฟลร์เป็นสาเหตุใหญ่ของการเกิดออโรรา  แม้แฟลร์เป็นแหล่งปลาสมาที่รู้จักกันมานานว่าน่าสนใจก็ตาม  แต่ตำแหน่งและการเกิดชั่วครั้งชั่วคราวในช่วงเวลาสั้นๆลดโอกาสในการส่งความเสียหายมาให้โลกมากครั้ง

                                 ที่รับบทบาทเด่นเหนือแฟลร์คือซีเอ็มอี (CME:coronal mass ejection) จากการที่ได้เป็นต้นเหตุใหญ่ของปลาสมาพลังงานสูง    เห็นครั้งแรกจากยานสกายแลบในค..1973    ซีเอ็มอีเป็นปรากฏการณ์ในบริเวณกว้างขวางที่ทิ้งขว้างมวลดวงอาทิตย์ออกจากตัวครั้งเดียวได้มากมาย    ซีเอ็มอีนำมวลโคโรนา 1 ล้านล้านกิโลกรัม (   )ออกจากตัวดวงอาทิตย์ครั้งเดียว   พาเอาพลังงานมหาศาลออกไปด้วยราว  จูล มากเท่ากับที่เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูของโลกทำได้ใน 1 ล้านปี การระเบิดขนาดใหญ่แบบนี้ ทำลมสุริยะให้มีความเร็วเกือบ 2,000 กม./วินาทีใกล้โลก  ซีเอ็มอีอาจเกิดได้หลายๆครั้งในวันเดียว  มวลที่ออกมามีโอกาสปะทะโลกมากครั้งด้วย   โลกเราก็มีความเสี่ยงภัยเพิ่มขึ้นอีกเรื่องหนึ่ง

 

กฏของการกักกัน

                                 เมื่อซีเอ็มอีมาแล้ว ต้องเจอด่านป้องกันแรกสุดของโลกกั้นการโจมตีนั่นคือสนามแม่เหล็ก   แม้เป็นแบบสนามแม่เหล็กสองขั้วแต่ก็ไม่เหมือนแบบแท่งแม่เหล็กหรอก  ทางด้านใกล้ดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กโลกถูกบีบอัดด้วยแรงจากลมสุริยะ     แต่ด้านห่างไกลจากดวงอาทิตย์  สนามยืดยาวไกล 200 เท่าของรัศมีโลกจากลำอนุภาคที่พุ่งทะยานจากดวงอาทิตย์ไป  ทรงกลมแม่เหล็กหรือแมกนีโตสเฟียร์มักช่วยหักเหลมสุริยะที่เป็นอันตราย   อย่างไรก็ดี มี 2 สภาวะ ที่อนุภาคลมสุริยะจะทะลุผ่านแมกนีโตสเฟียร์ได้

                              สภาวะแรกลมสุริยะต้องมีพลังงานมากพอ  การเคลื่อนที่ต้องเร็วมากจากหลุมโคโรนา แฟลร์หรือซีเอ็มอี พอออกจากดวงอาทิตย์ได้ มาเจอปลาสมาที่ออกมาก่อนแต่ไปได้ไม่เท่าไหร่เพราะชักช้ากันอยู่ ลมแรงๆจึงช่วยกวาดได้มาเป็นกอง   คลื่นช้อคออกจากความหนาแน่นมากกว่าปกตินี้ จะชนกับแมกนีโตสเฟียร์สุดแรงเกิด   จนออโรรารูปไข่ขยายตัวและเข้าหาด้านมืดของโลก   ออโรราจึงปรากฏที่เส้นรุ้งต่ำกว่าปกติได้

                          สภาวะที่สอง ตรงจุดที่ลมสุริยะเผชิญหน้ากับแมกนีโตสเฟียร์  สนามแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์หรือไอเอ็มเอฟ ( IMF: interplanetary magnetic field ) ต้องมีส่วนประกอบทางด้านใต้เข้ม  ส่วนที่ตรงข้ามสนามแม่เหล็กโลกในระนาบของเส้นสุริยวิถี    เมื่อเกิดขึ้น ไอเอ็มเอฟบางแห่งที่ถูกลมสุริยะลากดึงไปทางโลกจะรวมกับสนามแม่เหล็กโลก    นีเวลล์ นักวิจัยออโรรากล่าวว่า เมื่อไอเอ็มเอฟไปทางใต้ ตรงข้ามกับสนามที่ชี้ตรงยังโลก และไอเอ็มเอฟ แตกหักเส้นสนามแม่เหล็กโลกให้เปิดออก  สนามแม่เหล็กโลกจึงเชื่อมต่อกับไอเอ็มเอฟได้    แต่นั่นไม่ใช่จบเรื่องแล้ว  ลมสุริยะพัดออกจากดวงอาทิตย์เสมอ  เส้นสนามแม่เหล็กโลกที่ถูกดึงไปข้างหลังจนยืดยาวออกจะปิดกลับทันที ตอนนี้เกิดในกลางคืนไม่ใช่กลางวัน     การรวมกันและการติดต่อกันอีกมีความสำคัญในการผลิตแสงออโรรา   การติดต่อกันใหม่ปั้มพลังงานให้ปลาสมาที่อยู่ในแมกนีโตสเฟียร์

                        แม้ในช่วงสงบของดวงอาทิตย์  ไอเอ็มเอฟด้านใต้ ช่วยส่งลมสุริยะที่พัดช้าๆ ให้เข้าหาแมกนีโตสเฟียร์และกีดกันไม่ให้ขบวนการติดต่อกันใหม่เกิดขึ้นได้   โดยปกติสภาวะอย่างนั้นผลิตพายุย่อย(substorm)อยู่แล้ว ไม่ได้ผลิตพายุออโรรา   พายุย่อยเป็นความสว่างของแสงออโรราที่กระจายไปทั่วเส้นรุ้งเส้นแวงได้ระยะทางไกล   มีออโรรามากมายเกิดจากออโรราย่อย  แต่ถ้าออโรราใดที่แมกนีโตมิเตอร์อ่านได้หลายร้อยนาโนเทสลามันเป็นพายุออโรรา (เช่นเดือนมีนาคม ค..1989 เป็นพายุออโรรารุนแรง)   พายุย่อยสามารถเกิดได้ทุกๆ 2 ถึง 3 ชั่วโมง   ขณะที่พายุออโรราเกิดขึ้นราวครั้งเดียวต่อเดือน   พายุย่อยน่าจะให้ความร้อนและความเร่งอนุภาคจนพายุใหญ่ต้องเกิดตามมา

 

ตั้งยิง

                         ก่อนมาถึงขั้นสุดท้าย  ก่อนแสงออโรราจะเกิดที่ความสูงจากผิวโลก 80,000 กม.-100,000 กม.ที่ๆมีลมสุริยะและสนามแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์ชนแมกนีโตสเฟียร์ครั้งแรก ให้ปลาสมาลมสุริยะเข้ามา    ลมสุริยะไม่ได้ไหลเป็นสายธารตรงลิ่วเข้าหาขั้วสนามแม่เหล็กโลกเพื่อให้เกิดแสงออโรราอย่างที่เคยคิดกัน   แต่ปลาสมาลมสุริยะผสมกับอนุภาคประจุไฟฟ้าจากไอโอโนสเฟียร์โลกก่อน และส่วนผสมนี้เป็นแผ่นปลาสมาแบนมีประจุอยู่  บนด้านมืดของโลกที่เป็นเชื้อเพลิงออโรราทั้งหมด

                      มวลมายังแผ่นปลาสมาได้อย่างไรยังคงเป็นที่ข้องใจกันมาก  เอาจากความคิดของนีเวลล์ว่าดังนี้  อนุภาคภายในแผ่นปลาสมามีพลังงานมากกว่าปลาสมาดิบที่เอามาจากแมกนีโตสเฟียร์ภายนอก   ทั้งลมสุริยะและ

ปลาสมาไอโอโนสเฟียร์เย็นมากและพลังงานต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานในออโรรา   อิเล้กตรอนในออโรราอาจมีพลังงานจลน์ 10,000 อิเล้กตรอนโวลต์   ขณะอิเล็กตรอนของลมสุริยะอาจมีแค่ 2-3 อิเล็กตรอนโวลต์

                    จะทำให้ 2 อิเล็กตรอนโวลต์ไปเป็น 10,000 โวลต์ได้อย่างไร? ตามความคิดของนีเวลล์ที่ให้มาอีกแล้วว่า   สงสัยขบวนการการรวมและติดต่อกันใหม่เป็นต้นเหตุ   ตามเส้นทางไปสู่แผ่นปลาสมา   อิเล็กตรอนได้รับพลังงานมากเมื่อสนามแม่เหล็กเชื่อมต่อกันใหม่  ถ้าไม่ได้ความเร่งจากขบวนการนี้ ปลาสมาลมสุริยะจะไม่มีพลังงานมากพอที่จะผลิตออโรรารุนแรงใดๆได้         ยิ่งกว่านั้น การรวมกันและการติดต่อกันใหม่ก็เหนี่ยวนำสนามไฟฟ้า

เข้มมากภายในแมกนีโตสเฟียร์   สนามไฟฟ้าเหล่านี้ขับปลาสมาไปในบรรยากาศของโลก ร่วมด้วยช่วยกันผลิตแสงออโรราออกมาให้สวยงามด้วย

 

กระโจนเข้าหากัน

                          เมื่อแผ่นปลาสมาเต็มไปด้วยโปรตอนและอิเล็กตรอน  เมื่อไหร่มันจะทำให้เป็นแสงออโรราได้   เมื่อระเบิดของอนุภาคจากดวงอาทิตย์ชนแมกนีโตสเฟียร์  มันอัดแผ่นปลาสมา   อนุภาคแผ่นปลาสมาพลังงานสูงมากพุ่งพรวดเข้าไปข้างในเข้าหารูปไข่ของออโรรา   ความเร่งสุดท้ายของอิเล็กตรอนออโรราเกิดระหว่างความสูงราว 15,000 กม.และ 3,000 กม.

                           อิเล็กตรอนและไอออนที่คายจากแผ่นปลาสมาหมุนควงเข้าไปข้างในเข้าหาขั้วแม่เหล็กโลก   (ขั้วเหนือแม่เหล็กโลกอยู่ที่แคนาดาตะวันออกเฉียงเหนือที่เส้นแวง 105 องศาตะวันออก เส้นรุ้ง 79 องศาเหนือ ขณะที่ขั้วใต้แม่เหล็กอยู่ห่างจากฝั่งแอนตาร์กติกใต้ออสเตรเลียที่เส้นแวง 138 องศาตะวันออก 64 องศาใต้ )  เส้นสนามแม่เหล็กโลกเข้าใกล้กันมากขึ้นเมื่ออนุภาคเข้าใกล้ขั้วเหล่านี้    ความเข้มสนามแม่เหล็กก็เพิ่มขึ้น

                        น่าสนใจเมื่ออนุภาคประจุไฟฟ้าเคลื่อนตามเส้นสนามแม่เหล็กที่ลู่เข้าหากัน   อนุภาคบางตัวสะท้อนกลับไปมาตามเส้นสนามแม่เหล็ก  ความลึกที่ซึ่งเสมือนมีกระจกแม่เหล็กนี้อยู่ที่ไหน?            จะอยู่ที่ไหนก็ขึ้นกับพลังงานที่อนุภาคมี  มุมที่เข้ามาและความเข้มสนามแม่เหล็กโลก   ยิ่งอนุภาคเข้ามามีพลังงานมากขึ้น  จุดที่สะท้อนกลับก็ยิ่งลึก  ถ้าสามารถลงมาได้ลึกพอ อนุภาคจะชนกับบรรยากาศก่อนจะสะท้อนกลับ แสงออโรราเกิดในขบวนการใกล้ๆแถวนี้    โดยปกติมีเพียงอิเล็กตรอนที่พลังงานสูงลงมายังบรรยากาศได้ลึกใกล้ผิวโลก   ไอออนและโปรตอนมีมวลมากเกินไปจนพลังงานจลน์ไม่มากพอ  ส่วนใหญ่ก็ได้อิเล็กตรอนกระตุ้นอะตอมออกซิเจนและโมเลกุลไนโตรเจนในบรรยากาศโลกที่ให้แสงออโรราได้เท่านั้น  มันยากที่จะเห็นแสงออโรราทำจากโปรตอน

                         เมื่ออิเล็กตรอนเข้าสู่บรรยากาศได้แล้ว  การผลิตแสงออโรราก็ทำได้เลย  ออโรราเกิดขึ้นระหว่างความสูง 100 และ 1,000 กม.  ที่ๆมีพลังงานอิเล็กตรอน ความหนาแน่นบรรยากาศและขบวนการเคมีกำหนดความเข้มและความถี่ของแสง   ออโรราทั่วไปแสดงแสงสีที่ความสูงหลายร้อยกิโลเมตรและมีความหนาราว 1 กม.

                         แสงสีออโรราที่บันทึกมากที่สุดคือเขียว  ความยาวช่วงคลื่น 5577 อังสตรอม            เมื่ออะตอมออกซิเจนคายโฟตอนสีเขียวนี้    แต่บรรยากาศชั้นสูงเบาบางมากพอจนให้ไอออนออกซิเจนกลับมายังสภาวะต่ำสุดด้วยการคายสีแดง (ความยาวช่วงคลื่น 6300หรือ 6364 อังสตรอม)  การคายสีแดงมีได้ถ้าอะตอมออกซิเจนมีอิเล็กตรอนพลังงานต่ำ

                         แสงสีแดงปลายบนของแสงออโรราเกิดจากออกซิเจนตามที่ได้กล่าวมาแล้ว  แสงสีแดงที่ปลายล่างเกิดยากกว่ามาจากไนโตรเจน    ที่ความสูงราว 90 กม. โมเลกุลไนโตรเจนที่มีอิเลกตรอนครบมีอยู่ทั่วไป    ถ้า

อิเล็กตรอนพลังงานสูงเป็น 1,000 เท่าของที่ผลิตออโรราสีเขียวมาถึงที่ความสูงนี้   มันสามารถชนกับโมเลกุลไนโตรเจนและมีระดับพลังงานสถานะกระตุ้นแรก  เมื่อกลับมายังสถานะล่างสุด   โมเลกุลไนโตรเจนอาจคายแสงสีแดงได้  4 ระดับ       อาจมีสีอื่นๆนอกจากสีแดงและเขียวได้   เช่น ออโรราสีแดงซ้อนทับสีเขียวได้สีเหลือง    ที่ความสูง 1,000 กม.โมเลกุลไนโตรเจนเป็นไออนเพราะแสงเหนือม่วงจากดวงอาทิตย์มา   มักสูญเสียอิเล็กตรอนไป 1 ตัว    เมื่ออิเล็กตรอนจากลมสุริยะชนอะตอมไอออนเหล่านี้      ได้ออโรราสีม่วงหรือน้ำเงิน    ปฎิกิริยาเหล่านี้มีพลังงานแสงสีสูงสุด    ไอออนไนโตรเจนมีที่ความสูงจากผิวโลกไม่มากแค่  80 หรือ 100 กม.   ถ้าอิเล็กตรอนจากลมสุริยะสามารถทะลุได้ไกลไปถึงที่นั่น   อนุภาค อาจถูกชนและแล้วก็คายสีม่วงออกมา   เมื่อโมเลกุลไนโตรเจนที่ระยะสูง 80-100 กม.ถูกอิเล็กตรอนพลังงานสูงชนเอาจึง ได้ออโรราสีชมพู   น่าเสียดายออโรราสีม่วง น้ำเงินและชมพูแสนสวยเหล่านี้มักจางเกินไปที่จะเห็นได้ด้วยตาเปล่า

 

เห็นแสง

                         หลังจากวิจัยออโรรามานาน 100 ปีมันก็ยังดูลึกลับ   ทำไมสนามไฟฟ้าเข้มจึงพัฒนาไปตามเส้นสนามแม่เหล็กในพายุย่อยออโรรา    สนามไฟฟ้าเหล่านี้ขับปลาสมาออโรราไปในบรรยากาศ   นักวิทยาศาสตร์ประหลาดใจว่าอะไรกระตุ้นพายุย่อยและอนุภาคเข้าไปในแผ่นปลาสมาได้อย่างไร?   ทฤษฎีที่อธิบายการถ่ายเทปลาสมาลมสุริยะเข้าไปในแมกนีโตสเฟียร์ขณะดวงอาทิตย์ยามสงบก็ยังโต้แย้งกันอยู่   นักวิจัยหวังพัฒนาการพยากรณ์อากาศอวกาศ ("space weather")  สภาวะการเปลี่ยนแปลงเร็วในสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้า      การแก้ปัญหาความลี้ลับเหล่านี้ต้องใช้เวลานานอีกหลายปี

                       ศตวรรษที่ 20  เราได้เห็นความน่ากลัวในความงามของออโรรา   เมื่อหาทางเข้าใจและได้พบความเป็นออโรราบ้างแล้ว   ต่างก็เห็นด้วยกับจินตนาการของบรรพบุรุษของเรา ที่ไม่ได้เกินความจริงไปเลย ที่ว่า ออโรราเสมือนสภาวะสงคราม  ลมสุริยะเป็นกองทัพที่บุก อิเล็กตรอนเป็นกระสุน  บรรยากาศเป็นเป้า   ขับแสงสว่างให้มีสีสันและมีชีวิตชีวา

“””””””””””””””””””””””””””

ยุพา วานิชชัย

Kimberly Burtnyk, Anatomy of an aurora, Sky and Telescope, March 2000, p35-40

Kimberly Burtnyk, Anatomy of an aurora, Sky and Telescope, March 2000, p35-40

 

 

 

Comments