ใบความรู้

ใบความรู้ เร่อื ง จดุ บนดวงอาทิตย์ (sunspot) จุดบนดวงอาทิตย์ (sunspot) เป็นปรากฏการณ์บนพ้ืนผิวดวงอาทิตย์ที่สังเกตได้ง่ายที่สุด จึงไม่น่า แปลกใจที่มันจะถูกค้นพบมาตั้งแต่สมัยของ กาลิเลโอ การสังเกตดวงอาทิตย์ของ กาลิเลโอ ทาให้ นักดาราศาสตร์หลายๆ คนหันมาให้ความสนใจการสังเกตดวงอาทิตย์ พวกเขาได้เห็นส่ิงที่น่าประหลาดใจเป็น อย่างมากเม่ือดวงอาทิตย์มีรอยดา หลายๆ จุด รอยดานั้นเปลี่ยนแปลงไปทุกๆ วัน ดังภาพของ กาลิเลโอ ในปี ค.ศ. 1611 กาลิเลโอ ได้วาดรายละเอียดของภาพท่เี ขาเห็นจากกล้องโทรทรรศน์ท่ีเขาประดิษฐข์ ้ึน ภาพท่ี 1 ภาพวาดจุดบนดวงอาทติ ย์ (sunspot) ของกาลิเลโอ บนั ทึกในวันที่ 28 มถิ ุนายน 1613 https://yoknoiwong5657.wordpress.com/15-2 โดยกาลิเลโอ ได้วาดภาพดวงอาทิตย์ในเวลาเดียวกันทุกๆ วัน เขาเร่ิมสังเกตจากจุดที่อยู่บริเวณขอบ ของดวงอาทิตย์ จดุ ดานั้นเคลอ่ื นทีไ่ ปอย่างช้าๆ พรอ้ มทั้งรูปรา่ งของจุดเปล่ยี นไปจากเดิมและจางหายไปในที่สุด ถา้ ไปดวงจนั ทร์หรอื วตั ถทุ อ้ งฟ้าอ่นื จะไม่สามารถทาเชน่ น้ไี ด้ กาลิเลโอจึงรู้ว่าจุดดาท่ีอยู่หน้าดวงอาทิตย์น้ันมีอยู่ จริง ซ่ึงหมายความว่าดวงอาทิตย์ไม่ใช่ทรงกลมที่สมบูรณ์ไร้ตาหนิ ดังท่ีเคยเชื่อกันมาและนอกจากนี้ยังรู้อีกว่า ดวงอาทติ ย์มีการหมุนรอบตวั เอง จุดบนดวงอาทิตย์ (sunspot) เม่ือมองผ่านแผ่นกรองแสงจะมีลักษณะเป็นจุดสีดาขึ้นประปรายอยู่ บนผิวหน้าของดวงอาทติ ย์ คล้ายกบั ดวงอาทิตย์ตกกระ ซึง่ สามารถมองเห็นได้ง่ายๆ โดยการใช้ฉากรับภาพจาก กล้องโทรทรรศน์หรือกล้องสองตา จุดบนดวงอาทิตย์ (sunspot) เกิดข้ึนที่ช้ันโฟโตสเฟียร์ โครงสร้างของจุด บนดวงอาทิตย์ (sunspot) มิได้มีลักษณะดามืดแต่เพียงอย่างเดียว หากพิจารณาดูดีๆ แล้ว จะพบว่าแต่ละจุด บนดวงอาทติ ย์ จะมลี ักษณะซ้อนกนั สองช้นั โดย จดุ บนดวงอาทิตย์ช้ันใน เรยี กว่า (umbra) จะมีสีดาเข้ม ส่วนจดุ บนดวงอาทิตย์ชั้นนอก เรียกวา่ (penumbra) ซง่ึ ล้อมรอบอยู่จะมีลักษณะจางกว่าและมีริ้วลายเป็นเส้น ในแนวรัศมี โดยทั่วไปแล้วพ้ืนท่ีส่วนจุดบนดวงอาทิตย์ช้ันนอกมักมีพ้ืนท่ีมากกว่า บางครั้งอาจมาก ถึง 80% ของพื้นที่จุดดาท้ังหมด บริเวณจุดบนดวงอาทิตย์ช้ันนอกเป็นบริเวณที่มีการไหลของแก๊สจากบริเวณ จุดบนดวงอาทิตย์ชน้ั ในไปสูพ่ ืน้ ท่ีนอกจดุ บนดวงอาทิตย์ เม่อื แกส๊ ไหลออกไปนอกจุดบนดวงอาทิตย์ช้ันนอกแล้ว

ก็จะเปลี่ยนทิศพุ่งข้ึนต้ังฉากกับผิวของดวงอาทิตย์จนถึงช้ันโครโมสเฟียร์ (บรรยากาศท่ีอยู่เหนือพื้นผิวของดวง อาทิตย์) หลังจากนั้นจึงย้อนกลับพุ่งลงในใจกลางของจุดบนดวงอาทิตย์อีกคร้ังเป็นวัฏจักรต่อไป ภาพท่ี 2 ดวงอาทติ ย์ที่มีจดุ ดาขึ้นอยปู่ ระปราย http://thaiastro.nectec.or.th/library/solarstormfacts/solarstormfacts.html การกระจายตัวของจุดบนดวงอาทิตย์น้ัน มักพบว่าจุดบนดวงอาทิตย์มักเกิดข้ึนเป็นคู่หรือรวมกลุ่ม เปน็ กระจกุ ใหญจ่ านวนมากๆ แตจ่ ดุ บนดวงอาทติ ย์คจู่ ะพบได้มากกวา่ ส่วนจุดบนดวงอาทิตย์ที่ขึ้นเดี่ยวๆ จะไม่ พบมากนัก นอกจากนย้ี งั พบวา่ จดุ บนดวงอาทติ ย์ มกี ารเกิดขน้ึ และสลายตัวตลอดเวลา โดยปกติแล้วจุดบนดวง อาทิตย์ แต่ละจุดจะมีอายุประมาณไม่เกินสองสัปดาห์ แต่ก็อาจมีบางจุดที่มีอายุยาวนานนับเดือนก็เป็นได้ ถึงแมว้ า่ จุดบนดวงอาทติ ย์ช้นั ใน จะเป็นบริเวณท่ีมีอุณหภูมิต่าท่ีสุดบนดวงอาทิตย์จนมองเห็นเป็นสีดาสนิท แต่ มนั ก็ยังมีอุณหภูมิสงู ถึง 4,000 เคลวนิ ในความเป็นจริง แก๊สท่ีมีอุณหภูมิขนาดน้ีจะมีความสว่างมาก แต่สาเหตุ ที่เราเห็นเป็นสีดานั้นเน่ืองจากพื้นผิวของดวงอาทิตย์โดยรอบจุดบนดวงอาทิตย์ หรือโฟโตสเฟียร์มีความสว่าง มากกวา่ มาก เพราะมีอุณหภมู ิสูงถงึ 6,000 เคลวินนน่ั เอง สว่ นบริเวณจุดบนดวงอาทิตย์ช้ันนอกนั้นมี อุณหภูมิ ต่ากว่าโฟโตสเฟียร์เพียงเล็กน้อย คือประมาณ 5,600 เคลวิน ในขณะท่ีความสว่างของจุดบนดวงอาทิตย์จะ น้อยกว่าที่อ่ืนๆ แต่สนามแม่เหล็กบริเวณน้ีกลับมีความเข้มข้นสูงมาก เราพบว่าสนามแม่เหล็กจะมีทิศจะพุ่ง ออกจากจุดบนดวงอาทิตย์พร้อมๆ กับนาเอาแก๊สร้อนจัดจากภายใต้พื้นผิวดวงอาทิตย์ขึ้นม า ด้วย สนามแม่เหล็กที่จุดบนดวงอาทิตย์อาจมีความเข้มสูงถึง 0.2 - 0.4 เทสลา รูปร่างและทิศทางของ สนามแมเ่ หล็กจะแตกต่างกันไปขน้ึ อยู่กบั ลกั ษณะของกลุ่มของจดุ บนดวงอาทิตย์เหล่านี้ กลา่ วคือ

บรเิ วณทีม่ จี ดุ บนดวงอาทติ ย์เปน็ คู่ สนามแม่เหล็กจะพุ่งขน้ึ ออกจากจุดบนดวงอาทิตย์จุดหน่ึงสูบ่ รรยากาศ ช้นั บนเหนอื โฟโตสเฟียร์ แลว้ เล้ยี วโค้งวกกลับลงสู่จดุ บนดวงอาทิตย์อีกจดุ หนึ่งทอ่ี ยู่คกู่ ัน จุดบนดวงอาทิตย์สอง จุดน้จี งึ มขี ั้วแม่เหล็ก ท่ตี รงข้ามกันเสมอ เหมือนกบั แมเ่ หลก็ แบบเกือกมา้ ท่ตี ิดอย่บู นผิวดวงอาทิตย์ เราเรยี ก สนามแม่เหล็กรูปร่างแบบนี้ว่า สนามแม่เหลก็ แบบ ไบโพลาร์ (bipolar) บริเวณที่มีจุดบนดวงอาทิตย์รวมกลุ่มกันเป็นกระจุกขนาดใหญ่จะมีรูปร่างของสนามแม่เหล็ก ที่ซับซ้อนมากขึ้น แต่ยังคงเป็นสนามแม่เหล็กปิดเช่นเดียวกับสนามแม่เหล็กแบบไบโพลาร์ ส่วนจุดบนดวง อาทิตยท์ เ่ี ปน็ จุดเดียวโดดๆ ไมร่ วมกลุม่ หรอื เข้าคูก่ ับจดุ บนดวงอาทิตย์อน่ื ๆ สนามแม่เหล็กจะพุ่งออกจากจุดบน ดวงอาทิตย์ช้ันในและสาดออกไปสู่อวกาศโดยไม่วกกลับเข้ามา เรียกว่าเป็นสนามแม่เหล็กเปิด ซึ่งเป็นช่องทาง ท่มี วลสารจานวนมากดวงอาทติ ย์พ่งุ ทะลักสอู่ วกาศและเป็นสว่ นหนง่ึ ของการเกิดลมสุรยิ ะ สนามแม่เหล็กแบบไบโพลาร์บนดวงอาทิตย์มีลักษณะเฉพาะที่น่าสนใจอย่างหน่ึงคือทุกๆ คู่ของจุด บนดวงอาทิตย์จะเรียงกันในแนวนอนเกือบขนานกับเส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ เน่ืองจากดวงอาทิตย์มีการ หมุนรอบตัวเองด้วย ดังน้ันจุดบนดวงอาทติ ยส์ องจดุ ในแต่ละคู่จึงมีช่ือเรียกว่า จุดนา และ จุดตาม เรามักพบว่า จุดนาของแต่ละคู่มักจะอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตรมากกว่าจุดตามเล็กน้อย นอกจากน้ียังพบว่า สนามแม่เหล็กแบบ ไบโพลาร์ที่เกิดขึ้นในซีกดาวเดียวกันจะมีทิศทางตรงกันทั้งหมด และทิศทางของสนามแม่เหล็กของซีกเหนือ และซีกใต้ของดวงอาทติ ยจ์ ะตรงขา้ มกันเสมออีกด้วย ภาพที่ 3 ทิศทางของสนามแม่เหล็กของซีกเหนือและซกี ใตข้ องดวงอาทติ ย์ https://mrvop.wordpress.com/2010/09/23/sunspot/ นอกจากจุดบนดวงอาทิตย์ท่ีมักอยู่รวมกันเป็นกระจุกแล้ว ปรากฏการณ์ต่างๆ บนดวงอาทิตย์เช่นแฟลร์ หรือ การลุกจ้าอย่างรุนแรง แฟกคิวลา เพลจ ก็มักเกิดบริเวณใกล้ๆ กับกระจุกของจุดบนดวงอาทิตย์ อีกเหมือนกัน

วัฏจักรของจุดบนดวงอาทติ ย์ (sunspot cycle) ปริมาณของจุดบนดวงอาทติ ย์ บางชว่ งเวลาอาจมเี ปน็ จานวนมากเราเรียกว่า Solar maximum และชว่ งทจี่ านวนจุดมืดนอ้ ยเราเรียกว่า Solar minimum ความผันแปรนี้เป็นการผันแปรทีเ่ ปน็ วฏั จักรมี คาบค่อนขา้ งสม่าเสมอ อยู่ในช่วง 8 ปี ถงึ 16 ปี มีคา่ เฉลี่ย 11.1 ปี คาบน้เี รยี กวา่ วฏั จักรของดวง อาทิตย์ (solar cycle) หรอื วัฏจักรของจดุ ดา (sunspot cycle) หากเราเขียนแผนภมู ิแสดงความสมั พนั ธ์ ระหว่างจานวนจดุ บนดวงอาทิตย์กับเวลา โดยให้เวลาอย่ใู นแนวนอน และจานวนจุดบนดวงอาทติ ย์เป็น แนวต้งั จะพบวา่ รปู กราฟท่ไี ด้คลา้ ยกับคลื่นรปู ฟนั เลื่อย โดยช่วงขาข้นึ (จากชว่ งทม่ี ีจุดบนดวงอาทติ ย์ น้อยท่ีสดุ ไปสูช่ ว่ งทีม่ ีจดุ บนดวงอาทิตย์ มากทสี่ ุด) จะชนั กวา่ ชว่ งขาลงเลก็ น้อย โดยเฉลี่ยแล้วชว่ งขาขึ้นจะใช้เวลา ประมาณ 4.8 ปี สว่ นขาลงใช้เวลาประมาณ 6.2 ปี ภาพท่ี 4 แผนภมู แิ สดงจานวนของจดุ บนดวงอาทิตย์ในชว่ งเวลาตา่ งๆ ตัง้ แต่ปี 2518 จนถงึ ปจั จุบัน แสดงให้ เห็นการเปลย่ี นแปลงจานวนจุดบนดวงอาทติ ย์ที่เป็นวฏั จกั ร http://thaiastro.nectec.or.th/library/solarstormfacts/solarstormfacts.html ตาแหนง่ การเกดิ ของจดุ บนดวงอาทติ ย์ก็มีลักษณะนา่ สนใจอีกเชน่ กนั หลงั จากที่ดวงอาทิตยเ์ พงิ่ พ้น จากชว่ งตา่ สดุ มาและกาลังจะเร่มิ วัฏจกั รใหม่ จุดบนดวงอาทิตย์จะเกดิ ขึน้ ที่บรเิ วณละตจิ ูดประมาณ 35 องศา ท้งั ซีกเหนือและซกี ใต้ หลงั จากนนั้ จดุ บนดวงอาทติ ย์กจ็ ะเลื่อนไหลไปรอบๆ ดวงอาทติ ย์ตามการหมนุ รอบ ตวั เองของดวงอาทิตย์พร้อมๆ กับเคล่อื นเขา้ หาเสน้ ศนู ย์สูตรอยา่ งชา้ ๆ แต่ก็ไปไมถ่ ึงเส้นศูนย์สตู รเพราะจดุ บน ดวงอาทิตย์ นัน้ สลายตวั ไปเสียก่อน จุดบนดวงอาทิตย์ที่เกิดข้นึ ในรุ่นต่อๆ มาก็จะเกิดขึ้นอกี ท่ลี ะตจิ ดู เรม่ิ ต้นตา่ กวา่ ระดับของจุดบนดวงอาทิตย์ร่นุ ทแี่ ลว้ เลก็ นอ้ ย แล้วก็เคลื่อนเขา้ หาเส้นศนู ยส์ ตู รในลักษณะ เดียวกัน จดุ เริม่ ต้นของการเกิดจดุ บนดวงอาทิตย์จะเปล่ียนตาแหนง่ เชน่ นี้เรอ่ื ยๆ จนกระท่งั ใกล้ถึงชว่ งต่าสดุ ของดวงอาทติ ย์ ซ่ึงเม่ือถงึ ชว่ งน้ลี ะติจูดเฉล่ียของจดุ บนดวงอาทติ ย์จะอยู่ประมาณ 7 องศา (เหนือและ ใต้) เท่าน้ัน หากเราสังเกตตาแหนง่ ของจดุ บนดวงอาทิตย์ทุกๆ จดุ อย่างต่อเน่ืองและยาวนานพอ แลว้ นา ตาแหน่งของจุดบนดวงอาทติ ย์มาเขยี นเป็นแผนภูมิ โดยให้แกนนอนเป็นเวลา และแกนตั้งเปน็ ละติจูดของจุด ดา แผนภูมทิ ีไ่ ดจ้ ะมลี ักษณะเหมือนกับใบมะกอก หรือผเี สือ้ มาเกาะเรยี งตอ่ ๆ กนั แผนภมู นิ จี้ งึ มเี ชอ่ื เรยี กเฉพาะ วา่ แผนภูมริ ปู ผเี สอื้ (butterfly diagram) ดังทีก่ ล่าวมาแล้วว่า สนามแมเ่ หล็กท่เี กดิ ข้นึ ทบี่ ริเวณจุดบนดวง

อาทิตย์ จะมีทิศทางเดยี วกนั ในแตล่ ะซกี ดาว แตท่ ิศทางของสนามแม่เหลก็ น้ีจะไมค่ งทิศเดิมตลอดไป เพราะ ทุกๆ คร้ังท่ีถงึ ช่วงตา่ สุด (sunspot minimum) น้นั จะมีการสลบั ขัว้ ของสนามแม่เหล็กทงั้ ซีกเหนือและซกี ใต้ ของดวงอาทติ ย์ สนามแม่เหล็กในจดุ บนดวงอาทิตย์ ของชดุ ใหม่จะมีทศิ ทางตรงข้ามกับชดุ เดมิ ภาพที่ 5 แผนภูมิรูปผเี ส้ือ butterfly diagram http://astro.phys.sc.chula.ac.th/IHY/Sun/Sun_sunspot.htm