มนุษย์ใช้เวลานับพันปีไปกับความตื่นตาตื่นใจกับแสงออโรร่าที่สวยงามบนท้องฟ้ายามค่ำคืน และในขณะที่เรายังคงไม่แน่ใจว่าอะไรเป็นสาเหตุของมันมาระยะหนึ่งแล้ว ในที่สุดนักฟิสิกส์ก็พบว่าปรากฏการณ์นี้ทำงานอย่างไร
ตามบทความใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารทางวิทยาศาสตร์ Nature Communications ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยดวงอาทิตย์ โดยเฉพาะเมื่อการรบกวนที่รุนแรงบนดวงอาทิตย์จะดึงสนามแม่เหล็กของโลก การรบกวนที่รุนแรง เช่น พายุแม่เหล็กโลกขนาดมหึมา ไม่ใช่เรื่องแปลก และผลกระทบของเหตุการณ์เหล่านี้สามารถแผ่ขยายออกไปนอกดวงอาทิตย์ได้ตลอดทั่วทั้งระบบสุริยะที่เหลือของเรา และสำหรับเราบนโลกนี้ เรามักจะเห็นว่าสิ่งนี้ปรากฏเป็นออโรร่า
การรบกวนที่รุนแรงเหล่านั้นดึงสนามแม่เหล็กของโลกเรา คล้ายกับแถบยาง เมื่อสนามถอยกลับ มีการหดตัวที่ทำให้เกิดคลื่นลูกคลื่นที่เรียกว่าคลื่นอัลฟเวน ซึ่งเกิดขึ้นเหนือพื้นดินประมาณ 80,000 ไมล์ คลื่นจะเร่งความเร็วยิ่งเข้าใกล้โลกมากขึ้น ต้องขอบคุณแรงแม่เหล็กของดาวเคราะห์ ในบางครั้ง อิเล็กตรอนจะลอยขึ้นเหนือคลื่น Alfven เหล่านี้ด้วยความเร็ว 45 ล้านไมล์ต่อชั่วโมงเมื่อเคลื่อนที่ผ่านอวกาศ
จอร์จ ฮาวส์ รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยไอโอวา กล่าวว่า”มีทฤษฎีที่ว่านั่นคือจุดที่เกิดการแลกเปลี่ยนพลังงาน แต่ไม่มีใครเคยคิดที่จะสาธิตที่แน่ชัดว่าคลื่นอัลฟเวนเร่งอิเล็กตรอนเหล่านี้ได้จริงภายใต้สภาวะที่เหมาะสมที่คุณมีในอวกาศเหนือแสงออโรร่า”
“คิดถึงการโต้คลื่น” จิม ชโรเดอร์ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ฟิสิกส์จากวิทยาลัยวีตันและผู้เขียนบทความกล่าว “ในการโต้คลื่น คุณต้องพายเรือด้วยความเร็วที่เหมาะสมเพื่อให้คลื่นทะเลมารับคุณและ เร่งคุณ และเราพบว่าอิเล็กตรอนกำลังท่องอยู่ หากพวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่เหมาะสมเมื่อเทียบกับคลื่น พวกมันจะถูกหยิบขึ้นมาและเร่งความเร็ว”
เมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้ไปถึงชั้นบรรยากาศบางๆ ของโลก ในที่สุด พวกมันก็จะชนกับโมเลกุลออกซิเจนและไนโตรเจน สิ่งนี้ทำให้พวกเขารู้สึกตื่นเต้น แต่เมื่อพวกเขาสงบลง พวกมันจะปล่อยแสง หรือที่เรียกว่าออโรร่า
“ไม่มีใครเคยวัดสิ่งนี้มาก่อนระหว่างอิเล็กตรอนกับคลื่นอัลฟเวน”ชโรเดอร์กล่าว นักวิทยาศาสตร์รู้สึกตื่นเต้นที่ในที่สุดก็สามารถทำการทดลองที่สามารถทดสอบลางสังหรณ์เกี่ยวกับคลื่นอัลฟเวนที่เร่งอิเล็กตรอนได้อย่างเหมาะสม
โดยปกติ การทดลองดังกล่าวจะต้องดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่ใกล้เคียงกับของจริงมากที่สุด ด้วยเหตุผลที่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม เป็นไปไม่ได้ที่นักวิทยาศาสตร์จะทดสอบสิ่งต่างๆ ในอวกาศอีกครั้ง เพื่อควบคุมเหตุการณ์สุริยะ หรือพิจารณาปัจจัยอื่นๆ ในระบบสุริยะของเรา นักวิจัยใช้Large Plasma Device ที่ ศูนย์วิทยาศาสตร์พลาสม่าขั้นพื้นฐาน ซึ่งตั้งอยู่ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส เพื่อสร้างปฏิสัมพันธ์ขึ้นใหม่
นักวิจัยเชื่อว่าการค้นพบนี้น่าจะสร้างความเข้าใจที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับวิธีที่อนุภาคได้รับพลังงานและผลกระทบของเหตุการณ์สุริยะดังกล่าวที่มีต่อโลกและพื้นที่รอบ ๆ โลก (รวมถึงดาวเทียมหลายดวงของเราด้วย)
ผ่านทาง เอ็นพีอาร์
