ออโรรา (ดาราศาสตร์)

  

 

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

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

  

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








 

แหล่งที่มาและระดับพลังงานของอนุภาค

ออโรราที่ปรากฏนั้นเกิดจากอนุภาคมีพลังงานเคลื่อนที่ตามเส้นสนามแม่เหล็ก มาจากเมกนีโตเทล (Magnetotail) มาสู่บรรยากาศชั้นบน อนุภาคส่วนใหญ่คืออิเล็กตรอน แต่โปรตอนและไอออนอื่น ก็อาจพบได้ เมื่ออนุภาคมีประจุ (Charged Particles) พุ่งมาจาก แมกนีโทสเฟียร์ (Magnetosphere) มาสู่บรรยากาศชั้นบน จะเกิดการชนกับแก๊สที่ไม่มีความสำคัญอะไรที่นั่น
อนุภาคออโรราเป็นเพียงหนึ่งในหลายอนุภาคมีประจุที่กระหน่ำมายังโลก 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

ความสูงของออโรรา (จากพื้นโลก)

ตั้งแต่ปี 1915 เป็นต้นมา ความสูงของออโรราเป็นที่โต้เถียงกันในวงการวิทยาศาสตร์ จนในปี ค.ศ. 1910 – 1940 คาร์ล สตอร์เมอร์ (Carl Størmer) ได้ใช้หลักการพาราแล็กซ์ (Parallax) ในการวัดขนาด นักสำรวจ 2 คนที่ความสูง 50 ถึง 100 กิโลเมตรโดยใช้ภาพออโรรา 2 ภาพที่ถ่ายในเวลาเดียวกัน และใช้แผนที่ดวงดาว อ่านขนาดมุม และคำนวณหาความสูง
ภาพพาราแล็กซ์กว่า 20000 ภาพ ทำให้สตอร์เมอร์คำนวณความสูงของออโรราอย่างแม่นยำ ออโรราในยามค่ำคืนจะพบที่ความสูง 90 ถึง 150 กิโลเมตร มีบางส่วนที่อาจแผ่กว้างถึง 500 กิโลเมตร แต่โดยเฉลี่ย มีความสูงที่ 100 ถึง 120 กิโลเมตร
เราใช้เครื่องวัดแสง ที่เรียกว่า ออโรรา โฟโตมิเตอร์ (Aurora Photometre)