สุริยุปราคาบอกอะไรเราเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของโคโรนาได้บ้าง

นักวิทยาศาสตร์ต้องการวัดแรงที่อยู่เบื้องหลังพลาสมาเต้นระบำในชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์โดยตรง แน่นอนว่าดาวของสุริยุปราคาก็คือดวงอาทิตย์ และสุริยุปราคาเต็มดวงทำให้บรรยากาศที่มีแสงน้อยและบางของดวงอาทิตย์เป็นจุดสนใจ บริเวณนี้เรียกว่าโคโรนา ปกติจะมืดเกินกว่าจะสังเกตได้โดยตรง แต่เนื่องจากดวงจันทร์บดบังจานสว่างของดวงอาทิตย์ โคโรนาจึงเข้ามามองเห็น

และวิวก็ตระการตา พลาสมาร้อนของโคโรนาเป็นมงกุฏที่เปล่งประกายและเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เต็มไปด้วยวงแหวนและเกลียวที่โค้งงอ แกว่งไปแกว่งมา และหัก ในบางครั้ง วงจรหนึ่งขาดหายไป ส่งผลให้วัสดุที่มีพลังงานสูงกระเพื่อมกระเพื่อมผ่านอวกาศซึ่งเรียกว่าการขับมวลโคโรนาลหรือ CME เมื่อเล็งมาที่พื้นโลก การระเบิดเหล่านี้สามารถทำให้เกิดแสงออโรร่า — หรือสร้างความเสียหายให้กับดาวเทียมและทำให้โครงข่ายไฟฟ้าพัง

มันคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ เหมือนกับในพลาสมาของโคโรนา 

ที่สร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งในทางกลับกัน ท่าเต้นที่ผิดปกตินี้ การทำความเข้าใจชีวิตภายในที่เป็นแม่เหล็กของดวงอาทิตย์เป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจและทำนายแนวโน้มอันน่าทึ่งของโคโรนา แต่น่าประหลาดใจที่ถึงแม้สนามแม่เหล็กที่พื้นผิวดวงอาทิตย์จะเป็นที่รู้จักดี แต่สนามของโคโรนานั้นอ่อนมาก เราแทบไม่รู้เลย

“เพื่อให้เข้าใจโคโรนาอย่างสมบูรณ์ คุณต้องเข้าใจสนามแม่เหล็ก” เจนน่า แซมรา นักศึกษาปริญญาโทสาขาฟิสิกส์ประยุกต์จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าว “มันคือหัวใจของทุกสิ่ง”

ในขั้นแรก ในช่วงสุริยุปราคาวันที่ 21 สิงหาคม แซมราและคนอื่นๆ จะสังเกตโคโรนาในความยาวคลื่นของแสงอินฟราเรดระหว่าง 1 ถึง 4 ไมโครเมตร นี่คือความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาเมื่อธาตุหนัก เช่น แมกนีเซียม เหล็ก กำมะถัน หรือซิลิกอนสูญเสียอิเล็กตรอนไปยังพลาสมาร้อนที่อยู่รอบๆ

สนามแม่เหล็กที่มีจุดแข็งต่างกันทำให้อิเล็กตรอนเหล่านี้หมุนเป็นเกลียวในลักษณะพิเศษ และการวนเป็นวงจะเปลี่ยนทิศทางของแสงเมื่อเดินทางสู่โลก ในท้ายที่สุด นักวิทยาศาสตร์จะต้องวัดทิศทางนี้ หรือโพลาไรเซชันเพื่อสำรวจสนามแม่เหล็ก

ในช่วงสุริยุปราคานี้ นักวิทยาศาสตร์จะพอใจกับการเลือกความยาวคลื่นที่เป็นเครื่องมือวินิจฉัยที่ดีที่สุด ในบรรดาพวกเขาจะได้แก่ Paul Bryans และ Philip Judge จาก High Altitude Observatory ที่ National Center for Atmospheric Research (NCAR) ใน Boulder, Colo นักฟิสิกส์พลังงานแสงอาทิตย์จะลากสเปกโตรมิเตอร์ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่แยกแสงแดดออกเป็นส่วนประกอบ ความยาวคลื่น — ขึ้นไปบนยอดเขาแคสเปอร์ในไวโอมิงที่ด้านหลังของรถบรรทุก

“สเปกตรัมอินฟราเรดทั้งหมดไม่เคยได้รับมาก่อน และนั่นคือสิ่งที่เราต้องการจะทำ” ผู้พิพากษากล่าว

Samra จะมีอินฟราเรดสเปกโตรมิเตอร์อีกตัวที่ระดับความสูง 15 กิโลเมตร ทีมงานของเธอ รวมทั้งที่ปรึกษาของเธอ เอ็ดเวิร์ด เดลูก้า และเครื่องดนตรีของพวกเขาจะออกเดินทางจากใกล้กับชัตตานูกา รัฐเทนน์ บนเครื่องบินเจ็ต Gulfstream V ของมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติและดำเนินการโดย NCAR ความสูงที่เพิ่มขึ้นจะทำให้พวกมันอยู่เหนือน้ำส่วนใหญ่ในชั้นบรรยากาศของโลก ซึ่งดูดซับความยาวคลื่นอินฟราเรดบางส่วนที่พวกเขาสนใจ การบินไปทางทิศตะวันออกในเงาของดวงจันทร์จะทำให้คราสยาวขึ้นเล็กน้อย ทำให้พวกเขามีเวลามากขึ้น เก็บข้อมูล. ทีมจะได้รับสี่นาทีของดวงจันทร์ที่บังดวงอาทิตย์ทั้งหมด เมื่อเทียบกับ 2½ นาทีบนพื้น

สเปกตรัมที่ทีมเหล่านี้วัดในช่วงสุริยุปราคาจะไม่แปลทันทีเพื่อวัดความแรงหรือรูปร่างของสนามแม่เหล็ก แต่จะช่วยระบุความยาวคลื่นที่สังเกตได้ง่ายที่สุด ซึ่งจะเป็นการพลิกโฉมการทำงานของกล้องโทรทรรศน์ในอนาคต เช่นกล้องโทรทรรศน์พลังงานแสงอาทิตย์ Daniel K. Inouye ที่ กำลังก่อสร้างในเมืองเมาอิ รัฐฮาวาย ซึ่งจะเปิดให้ใช้งานออนไลน์ในปี 2019

“ภารกิจครึ่งหนึ่งคือการสังเกตอินฟราเรดและโคโรนา แต่ตอนนี้เราไม่รู้ว่าควรมองหาอะไร” ผู้พิพากษากล่าว การวัดที่เกิดขึ้นในช่วงคราสปีนี้จะช่วยชี้ทาง

Justin Khoury นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย ซึ่งเคยทำงานเกี่ยวกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงทางเลือกหลายทฤษฎีแต่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับเอกสารฉบับใหม่นี้ รู้สึกประหลาดใจที่การสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงหนึ่งครั้งตัดทฤษฎีมากมายออกไปในคราวเดียว เขาแทบไม่ผิดหวังเลย

“ความจริงที่ว่าเรากำลังเรียนรู้บางอย่างเกี่ยวกับพลังงานมืดเนื่องจากการวัดนี้เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นอย่างเหลือเชื่อ” เขากล่าว

การสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงและคลื่นแสงในเวลาเดียวกันเป็นวิธีการที่สามที่เป็นอิสระในการวัดว่าเอกภพขยายตัวเร็วแค่ไหน สำหรับตอนนี้ อัตรานั้นอยู่อย่างน่าผิดหวังระหว่างการวัดการปะทะกันสองครั้งที่นักวิทยาศาสตร์มีอยู่แล้วที่ 70 กม./วินาที ต่อเมกะพาร์เซก แต่ก็ยังไม่แน่ชัด เมื่อ LIGO และหอสังเกตการณ์อื่นๆ ได้เห็นการชนกันของดาวนิวตรอนอีก 10 หรือ 20 ครั้ง นักวิจัยควรจะสามารถบอกได้ว่าการวัดใดถูกต้อง และค้นหาว่าพลังงานมืดจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงหรือไม่ Zumalacárregui กล่าว