ดวงอาทิตย์ เป็นดาวฤกษ์ ณ ใจกลางระบบสุริยะ

การปะทุบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์หรือที่เรียกว่าพายุสุริยะทำให้เกิดพายุแม่เหล็กโลก และสิ่งนี้มักจะทำให้เกิดการรบกวนทั่วโลกในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์และชั้นบรรยากาศแม่เหล็ก ซึ่งเป็นบริเวณของชั้นบรรยากาศที่ควบคุมโดยสนามแม่เหล็กโลกเป็นหลัก การวิจัยใหม่แสดงให้เห็นว่าการปะทุเหล่านี้บนพื้นผิวดวงอาทิตย์ไม่เพียงส่งการระเบิดของอนุภาคพลังงานเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกที่ก่อให้เกิดการรบกวนในสนามแม่เหล็ก แต่ยังอาจลดจำนวนอิเล็กตรอนอิสระในพื้นที่ขนาดใหญ่ในบริเวณขั้วของชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ลงอย่างมากด้วย - ส่วนที่แตกตัวเป็นไอออนของบรรยากาศชั้นบน "เราได้ดำเนินการตรวจวัดที่ครอบคลุมเกี่ยวกับพายุแม่เหล็กโลกเฉพาะเหนืออาร์กติกในปี 2014 และที่นี่เราพบว่าอิเล็กตรอนในปริมาณมากเกือบถูกดูดออกจากพื้นที่ที่ขยายออกไปกว่า 500 ถึง 1,000 กิโลเมตร มันเกิดขึ้นทางใต้ของพื้นที่ที่มี ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้นอย่างมากเรียกว่าแพทช์" ศาสตราจารย์ Per Høeg จาก DTU Space กล่าว การวิจัยครั้งใหม่นี้ดำเนินการโดยสถาบันวิจัยอวกาศแห่งชาติที่มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดนมาร์ก (DTU Space) และร่วมมือกับพันธมิตรระหว่างประเทศจากห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของ NASA (JPL) และมหาวิทยาลัยนิวบรันสวิก (UNB) กลไกที่น่าประหลาดใจในการเล่น การวิจัยระบุว่ามีกลไกที่น่าประหลาดใจและไม่รู้จักมาก่อนในพายุแม่เหล็กโลก กิจกรรมพลังงานแสงอาทิตย์มักจะเพิ่มอัตราการเกิดไอออไนเซชันในชั้นบรรยากาศ และทำให้ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนอิสระในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ หรือทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนตัวไปยังขั้ว การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการลดลงของอิเล็กตรอนสามารถเกิดขึ้นได้ “เป็นการค้นพบที่น่าประหลาดใจ สิ่งที่เราคาดไม่ถึง แต่ตอนนี้เราสามารถเห็นมันเกิดขึ้นในชุดข้อมูลอื่น ๆ จากแคนาดา ซึ่งสนับสนุนการสังเกตใหม่ของเราทางอ้อม” Per Høeg กล่าว งานวิจัยชิ้นใหม่นี้ยังให้ข้อมูลเชิงลึกอื่น ๆ ที่เพิ่มความเข้าใจว่าพายุแม่เหล็กโลกดังกล่าวส่งผลกระทบต่อชั้นบรรยากาศของโลกอย่างไร และอาจนำไปสู่การปรับปรุงการสื่อสารและการนำทางด้วยคลื่นวิทยุทั่วทั้งอาร์กติก ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Radio Science ของ American Geophysical Union และปรากฏบนหน้าปก การค้นพบนี้เป็นส่วนสำคัญของปริศนาในการทำความเข้าใจพายุแม่เหล็กโลกและผลกระทบที่มีต่อชั้นบรรยากาศโลก พายุแม่เหล็กโลกขนาดใหญ่อาจทำให้นักบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติและผู้ที่ปฏิบัติภารกิจในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ในอนาคตตกอยู่ในอันตราย สร้างความเสียหายแก่ดาวเทียม ทำให้การสื่อสารทางวิทยุล้มเหลว และเป็นอันตรายต่อโครงข่ายไฟฟ้าและท่อส่งไฟฟ้า ซึ่งส่งผลกระทบอย่างกว้างขวางและมีค่าใช้จ่ายสูงต่อสังคม การศึกษาและทำความเข้าใจพายุแม่เหล็กโลกจึงเป็นพื้นฐานสำหรับความปลอดภัยสาธารณะและการเงินทั่วโลก สนามแม่เหล็กจากดวงอาทิตย์และโลกเชื่อมต่อกัน ปรากฏการณ์ที่รู้จักกันในการเพิ่มอิเล็กตรอนเข้าไปในชั้นไอโอโนสเฟียร์ก็เกิดขึ้นที่ละติจูดสูงเช่นกัน มันเกิดขึ้นเนื่องจากสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ ซึ่งถูกพัดพาไปพร้อมกับกระแสของอนุภาคหลังจากการปะทุของดวงอาทิตย์ ขัดขวางสนามแม่เหล็กของโลก โดยพื้นฐานแล้วเชื่อมต่อกับมัน อนุภาค รวมทั้งอิเล็กตรอน ในการปะทุของ ดวงอาทิตย์ สามารถทะลุผ่านชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ได้ ตามแนวเส้นสนามแม่เหล็กโลกซึ่งมาบรรจบกันที่ขั้วโลก คำอธิบายสำหรับปรากฏการณ์นี้น่าจะอยู่ในกระบวนการที่เกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กโลกในทิศทางที่ห่างจากดวงอาทิตย์ การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่เกิดขึ้นในองค์ประกอบของสนามแม่เหล็กในพื้นที่ระหว่างลมสุริยะ ซึ่งเป็นกระแสของอนุภาคพลังงานที่ไหลมาจากดวงอาทิตย์ และสนามแม่เหล็กโลก และสิ่งนี้ก่อให้เกิดการถ่ายโอนพลังงานอันทรงพลัง "เบื้องหน้าของปรากฏการณ์คือการปะทุอย่างรุนแรงบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ ซึ่งเรียกว่าการดีดตัวของมวลโคโรนา หรือ CME ซึ่งดวงอาทิตย์จะพองตัวขึ้น และเหวี่ยงพลาสมาแม่เหล็กที่ร้อนจัดในรูปของไอออนและอิเล็กตรอนที่มีพลังมากในทิศทางของ โลก” Per Høeg กล่าว พายุแม่เหล็กโลกในชั้นไอโอโนสเฟียร์เหนืออาร์กติกในเดือนกุมภาพันธ์ 2014 วัดผ่านดาวเทียมและจากสถานีภาคพื้นดิน ท่ามกลางเซ็นเซอร์อื่นๆ เครือข่าย GPS GNET ในกรีนแลนด์ให้ข้อมูลมากมาย ปัจจัยสำคัญในการนำทางด้วยดาวเทียม การวิจัยไปไกลกว่าการค้นพบอิเล็กตรอนที่ถูกดูดออกจากบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ระหว่างเกิดพายุสุริยะ "การวิจัยมีสองแง่มุม ประการแรก สามารถนำไปใช้เพื่อจุดประสงค์เชิงปฏิบัติได้ และยังมีส่วนทางทฤษฎีซึ่งเกี่ยวกับการทำความเข้าใจปรากฏการณ์เหล่านี้โดยพื้นฐานให้ดีขึ้น" Tibor Durgonics ซึ่งเป็นปริญญาเอกกล่าว นักศึกษาที่ DTU Space และผู้เขียนหลักของบทความใหม่ใน Radio Science "งานของเราสามารถช่วยให้การเดินเรือปลอดภัยยิ่งขึ้นในช่วงที่เกิดพายุแม่เหล็กโลกในอาร์กติก จากการวิจัยครั้งใหม่ เราได้ระบุปัจจัยสำคัญบางประการที่ส่งผลต่อคุณภาพของการนำทางด้วยดาวเทียม และดูความเป็นไปได้ที่ปัจจัยเหล่านี้อาจเกิดขึ้น ในทางทฤษฎีมากขึ้น เราพบว่าพายุประเภทนี้สามารถดึงอิเล็กตรอนออกจากชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ได้ ซึ่งเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับสิ่งที่เราคาดหวังโดยสัญชาตญาณ" เมื่อสนามแม่เหล็กในการปะทุของดวงอาทิตย์กระทบกับสนามแม่เหล็กของโลกในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ สนามพลังของพวกมันจะถูกรวมเข้าด้วยกัน และผ่านกระบวนการทางกายภาพที่ซับซ้อนหลายชุด ในที่สุดทำให้เกิดพื้นที่ที่ไม่เสถียรในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ที่เรียกว่า หย่อม แพทช์เหล่านี้แผ่ขยายไปทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่ 500 ถึง 1,000 กม. ใกล้กับขั้วโลก และยังทำให้เกิดแสงเหนือที่รุนแรงอีกด้วย รบกวนระบบนำทางและการสื่อสาร ความรู้เกี่ยวกับพายุแม่เหล็กโลกมีความสำคัญเนื่องจากการสื่อสารผ่านดาวเทียมและช่องสัญญาณวิทยุภาคพื้นดินอาจได้รับผลกระทบ พายุสามารถรบกวนสัญญาณจาก GPS และดาวเทียมอื่น ๆ และอาจทำให้ไฟฟ้าดับเป็นวงกว้างได้ เช่น ที่เกิดขึ้นในสวีเดนในปี 2546 และแคนาดาในปี 2532 "มันมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อให้สามารถจัดการกับผลกระทบของพายุแม่เหล็กโลก เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานของเราต้องอาศัยสัญญาณวิทยุในการสื่อสารและการนำทางมากขึ้นเรื่อย ๆ ดังนั้นเราจึงทำงานเพื่อให้สามารถอธิบายและทำนายการเปลี่ยนแปลงทางธรณีฟิสิกส์ที่สูง ละติจูดได้อย่างแม่นยำมากขึ้น เพื่อให้สามารถนำไปพิจารณาในการออกแบบและการทำงานของระบบสื่อสารในอนาคตได้" Per Høeg อธิบาย Per Høeg หวังว่าการทำงานที่ DTU Space นอกเหนือไปจากการรับประกันความเข้าใจที่ดีขึ้นของปรากฏการณ์ สามารถช่วยในการพัฒนาและการทำงานของระบบสื่อสารและระบบนำทาง และคำนึงถึงเงื่อนไขระหว่างพายุแม่เหล็กโลก เพื่อให้เครื่องบินและการขนส่งสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและปลอดภัยใน พื้นที่. "เราเห็นความสนใจอย่างมากในสาขานี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลงานล่าสุดของเราได้รับความสนใจจากสถาบันวิจัยของสหรัฐฯ และแคนาดา" เขากล่าว