จุดบนดวงอาทิตย์.

งานนำเสนอเรื่อง: "จุดบนดวงอาทิตย์."— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 จุดบนดวงอาทิตย์

2 ปัญหา ในปี 2001 European Space Agency (ESA) ที่ทำการติดตามดาวเทียมที่โคจรอยู่รอบๆ โลก ได้ขาดการติดต่อกับดาวเทียมวงโคจรต่ำ 300 ดวงไปชั่วคราว เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นพร้อมกับช่วงที่มี solar activity รุนแรง สังเกตได้จากจุดบนดวงอาทิตย์ และสอดคล้องกับ coronal mass ejections. เพื่อที่จะเตรียมการสำหรับเหตุการณ์ในลักษณะเดียวกันนี้ในอนาคต ESA ได้เรียกร้องให้มีการทำนายว่าช่วงที่จะมี solar activity รุนแรงครั้งถัดไปจะเกิดขึ้นเมื่อใด National Schools’ Observatory

3 ดวงอาทิตย์ เกร็ดเกี่ยวกับดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์เป็นดาวแคระเหลือง
ดวงอาทิตย์อยู่ห่างออกไปจากโลก x 1011 m ประกอบขึ้นด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนมาก (74%) รองลงมาคือฮีเลียม (24%) และธาตุอื่นๆที่หนักกว่า รวมไปถึงออกซิเจน เหล็ก และคาร์บอน ในปริมาณที่น้อย คิดเป็นมวล 98.6% ของระบบสุริยะ โลกกว่า 1 ล้านดวงสามารถบรรจุภายในดวงอาทิตย์ได้ คำเตือน: ห้ามมองไปที่ดวงอาทิตย์โดยตรงเป็นอันขาด! National Schools’ Observatory

4 โครงสร้างดวงอาทิตย์ ใจกลาง 0.0 ถึง 0.2 เท่าของรัศมีดวงอาทิตย์
ร้อนมาก! 13.6 ล้านเคลวิน หนาแน่นมาก มีปริมาตร 10% แต่มวล 40% พลังงานส่วนมากของดวงอาทิตย์ถูกผลิตขึ้นในใจกลางโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น Image created by NSO National Schools’ Observatory

5 โครงสร้างดวงอาทิตย์ โซนการแผ่รังสี จาก 0.2 ถึง 0.7 รัศมีดวงอาทิตย์
พลังงานความร้อนจากใจกลางถูกส่งมายังบริเวณนี้โดยการแผ่รังสีความร้อน การถ่ายเทความร้อนในบริเวณนี้เป็นไปอย่างเชื่องช้า Image created by NSO National Schools’ Observatory

6 โครงสร้างดวงอาทิตย์ โซนพาความร้อน
ตั้งแต่ 0.7 เท่ารัศมีดวงอาทิตย์เป็นต้นไป ความหนาแน่นและอุณหภูมิของพลาสม่าดวงอาทิตย์นั้นต่ำเพียงพอที่จะทำให้การพาพลังงานความร้อนสามารถเกิดขึ้นได้ การถ่ายเทพลังงานความร้อนเกิดขึ้นได้เร็วกว่ามากในบริเวณนี้ มวลสารที่ขึ้นมาถึงพื้นผิวจะเย็นตัวลง และจมกลับลงไปยังโซนแผ่รังสี ซึ่งจะถูกทำให้ร้อนอีกครั้ง Image created by NSO National Schools’ Observatory

7 บรรยากาศของดวงอาทิตย์
โฟโตสเฟียร์ แสงที่ตกลงยังพื้นโลกมาจากบริเวณนี้ ไม่ใช่ชั้นนอกสุดของดวงอาทิตย์ แต่เป็นส่วนที่สังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า อุณหภูมิ 4000K ถึง 6400K บริเวณที่สามารถสังเกตเห็นจุดบนดวงอาทิตย์ได้ Imagecreated by NSO National Schools’ Observatory

8 บรรยากาศของดวงอาทิตย์
โครโมสเฟียร์ ชั้นโปร่งแสงที่หนา 2000 กม. เหนือชั้นโฟโตสเฟียร์ สามารถสังเกตเห็นได้ด้วยฟิลเตอร์พิเศษ และมีสีออกแดง อยู่ห่างจากใจกลางมากกว่า แต่ร้อนกว่าชั้นโฟโตสเฟียร์ (4500K to 20,000K) Image created by NSO National Schools’ Observatory

9 บรรยากาศของดวงอาทิตย์
โคโรนา ชั้นนอกสุดของบรรยากาศของดวงอาทิตย์ ประกอบขึ้นด้วยพลาสม่าอุณหภูมิสูงมาก (~2,000,000 K) สามารถขยายออกไปได้ถึง 13 ล้านกม. จากชั้นโฟโตสเฟียร์ สามารถสังเกตเห็นได้ระหว่างที่เกิดสุริยุปราคา แม้ว่าจะมีอุณหภูมิสูง แต่ชั้นโคโรนามีความร้อนน้อยมาก เนื่องจากความหนาแน่นที่ต่ำ Image created by NSO National Schools’ Observatory

10 รายละเอียดพื้นผิว Granulation
Solar granulation เกิดขึ้นเมื่อการพาความร้อนทิ้งรอยเอาไว้บนพื้นผิวของชั้นโฟโตสเฟียร์ Image created by NSO National Schools’ Observatory

11 รายละเอียดพื้นผิว Prominences และ Solar Flares
ส่วนสว่างที่ยืดออกจากชั้นโฟโตสเฟียร์ไปยังชั้นโคโรนา โครงสร้างคล้ายห่วงที่ตามเส้นแรงแม่เหล็ก มีอายุขัยตั้งแต่วันถึงหลายอาทิตย์ สามารถแตกออกและกลายเป็น coronal mass ejections (solar flares). Images created by NSO National Schools’ Observatory

12 รายละเอียดพื้นผิว จุดบนดวงอาทิตย์
ปรากฎเป็นบริเวณที่มืดกว่าบนชั้นโฟโตสเฟียร์ เนื่องจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่า มักจะเกี่ยวข้องกับรายละเอียดพื้นผิวอื่น เช่น prominences บริเวณที่มีสนามแม่เหล็กรุนแรง ทำให้กระบวนการพาความร้อนหยุดชะงักลง Images created by NSO National Schools’ Observatory

13 สนามแม่เหล็ก เช่นเดียวกับโลก ดวงอาทิตย์ก็มีสนามแม่เหล็กที่คล้ายกับสนามแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็ก ธรรมชาติของสนามแม่เหล็กบนดวงอาทิตย์ ส่งอิทธิพลต่อ solar activity รวมไปถึง จุดบนดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กบนดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาสืบเนื่องมาจากการหมุนของดวงอาทิตย์ Images created by NSO National Schools’ Observatory

14 วัฏจักรดวงอาทิตย์ Solar Maximum
ในช่วงเวลาหนึ่ง เส้นแรงแม่เหล็กเหล่านี้จะเกิดการบิดเบี้ยวไปมา การบิดเบี้ยวของเส้นแรงแม่เหล็กเหล่านี้ ทำให้เกิดจุดบนดวงอาทิตย์ Solar Minimum ในช่วง solar minimum เส้นแรงแม่เหล็กจะมีแต่เส้นตรง ดวงอาทิตย์มีการหมุนในอัตราที่ไม่เท่ากัน โดยที่บริเวณแถบเส้นศูนย์สูตรจะหมุนเร็วกว่า เราสามารถติดตามอัตราการหมุนได้โดยการสังเกตจุดบนดวงอาทิตย์ ที่เส้นศูนย์สูตร จุดบนดวงอาทิตย์ใช้เวลา 25 วันในการหมุนครบหนึ่งรอบ ในขณะที่บนละติจูดที่สูงขึ้นไปอาจใช้เวลาถึง 28 และ 29 วัน นี่ทำให้เส้นแรงแม่เหล็กเกิดการบิดไปมา Images created by NSO National Schools’ Observatory

15 วัฏจักรดวงอาทิตย์ การสลับขั้วของดวงอาทิตย์
Solar activity เป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรที่เกิดขึ้นอยู่สม่ำเสมอ ในช่วงที่สุดของ maximum และ minimum จะเกิดการสลับขั้วแม่เหล็ก นี่เป็นการส่งสัญญาณเริ่มต้นลำดับถัดไปของวัฏจักร การสลับขั้วแม่เหล็กนี้ก็เกิดขึ้นบนโลกของเราเช่นเดียวกัน แต่ด้วยความถี่ที่ช้ากว่ามาก Images created by NSO National Schools’ Observatory

16 Solar Activity กิจกรรมบนดวงอาทิตย์นั้นมีการเพิ่มและลดเป็นวัฏจักร
เมื่อดวงอาทิตย์ active มากกว่าปรกติ จะสามารถสังเกตเห็นจุดบนดวงอาทิตย์บนพื้นผิวจากโลกได้มากกว่า จากการบันทึกและวิเคราะห์จำนวนจุดบนดวงอาทิตย์ เราสามารถที่จะเรียนรู้ข้อมูลเกี่ยวกับกิจกรรมที่เกิดขึ้นบนดวงอาทิตย์ ถ้าเราบันทึกผลที่ได้เป็นช่วงเวลายาวนาน วัฏจักร solar activity จะเห็นได้ชัดขึ้นและเราะจสามารถทำนายกิจกรรมที่จะเกิดขึ้นในอนาคตได้ National Schools’ Observatory

17 ทำนายผล เราได้ทำการสังเกต solar activity ผ่านทางการสังเกตจุดบนดวงอาทิตย์มาเป็นเวลานับร้อยปีแล้ว จากข้อมูลนี้ เห็นได้ชัดว่าในช่วงเวลาที่ผ่านมา มีการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของวัฏจักรเกิดขึ้นเกี่ยวกับ solar activity จากการสังเกตสิ่งนี้ เราอาจจะสามารถทำนายล่วงหน้าได้ว่า solar maximum ครั้งถัดไปจะเกิดขึ้นเมื่อไหร่ National Schools’ Observatory

18 เตรียมการทดลอง สร้างกราฟข้อมูลที่แสดงช่วงเวลาที่แตกต่างกัน
หนึ่งอาทิตย์ หนึ่งเดือน หนึ่งปี สิบปี ห้าสิบปี หนึ่งร้อยปี Sun Spot Number Days Sun Spot Number Sun Spot Number Days Days National Schools’ Observatory

19 เตรียมการทดลอง สำหรับแต่ละช่วงระยะเวลา สร้างชุดข้อมูลในหลายๆ ช่วงเท่าที่เป็นไปได้ ในแต่ละช่วงระยะเวลา เลือกข้อมูลที่เกิดขึ้นระหว่าง solar minimu, maximum และจุดกึ่งกลาง Sun Spot Number Days National Schools’ Observatory

20 การวัดและบันทึกผล ข้อมูลหนึ่งอาทิตย์ หนึ่งเดือน และหนึ่งปี
สังกตตำแหน่งของจุดสูงสุดและต่ำสุดที่เกิดขึ้น สังเกตตำแหน่งของกลุ่มของจุดสูงสุดและต่ำสุด หาค่าเฉลี่ยของจำนวนจุดบนดวงอาทิตย์ในชุดข้อมูลนั้นๆ ห้าสิบปีและหนึ่งร้อยปี พยายามระบุตำแหน่งที่ solar activity อยู่ในระดับที่สูงที่สุดและต่ำที่สุด โดยที่ไม่ต้องสนใจรายละเอียดปลีกย่อยที่อาจเกิดขึ้น พยายามหาจึดกึ่งกลางของจุดสูงสุดและต่ำสุดแต่ละครึ่งเพื่อความแม่นยำที่เพิ่มขึ้น National Schools’ Observatory

21 เปรียบเทียบผลกับสิ่งที่ทำนายเอาไว้
เราสามารถทำนาย solar activity ในอนาคตจากข้อมูลที่บันทึกเอาไว้ในช่วงเวลาสั้นๆ ได้หรือไม่? (เช่น หนึ่งอาทิตย์ หนึ่งเดือน หนึ่งปี) เราสามารถทำนายอนาคตของ solar activity จากข้อมูลที่บันทึกเอาไว้ในช่วงเวลาที่ยาวกว่านั้นได้ไหม? (เช่น ห้าสิบปี หรือหนึ่งร้อยปี) เราทำนายเอาไว้ว่า เนื่องจากวัฏจักรดวงอาทิตย์นั้นค่อนข้างสม่ำเสมอ เราควรที่จะสามารถทำนายได้ว่า solar maxima จะเกิดขึ้นเมื่อใด คำทำนายนี้สอดคล้องกับสิ่งที่พบหรือไม่? ใช้ข้อมูลจากปีก่อนหน้าไปจนถึงปี 2000 เพื่อทำนายว่า maxima เกิดขึ้นเมื่อใดในช่วงต้นปี 2000 ใช้ข้อมูลทั้งหมดในการทำนายว่า maximum ครั้งถัดไปจะเกิดขึ้นเมื่อใด National Schools’ Observatory

22 อภิปรายการทดลอง ชุดข้อมูลใดที่สามารถสร้างข้อสรุปได้ดีที่สุด?
เราคิดว่าการทำนาย maximum ครั้งถัดไปนั้นแม่นยำได้แค่ไหน? เราสามารถทำนายได้ไหมว่า solar maximum ครั้งถัดไปจะรุนแรงแค่ไหน? ความคลาดเคลื่อนที่อาจเกิดขึ้นมาจากอะไรได้บ้าง? ทำไมเราจึงต้องทำการทดลอง? Images courtesy of NASA National Schools’ Observatory

23 ทำไมเราจึงต้องทำการทดลอง?
การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของดวงอาทิตย์สามารถทำให้เรา: ทำนาย space weather ได้ ช่วยให้เราเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงของดาวฤกษ์อาจจะส่งผลอย่างไรต่อความน่าจะเป็นในการมีสิ่งมีชีวิตของดาวเคราะห์ ปกป้องเทคโนโลยีเช่น ดาวเทียม และการสื่อสารภาคพื้นดิน รวมไปถึงระบบจ่ายไฟ ปกป้องความปลอดภัยในการสำรวจอวกาศในอนาคต National Schools’ Observatory

24 Space Weather Solar Activity เช่น solar flares อาจจะทำให้เกิดอนุภาคพลังงานสูงมากระหน่ำบนโลกเป็นจำนวนมาก อนุภาคเหล่านี้จะมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของโลก และปล่อยพลังงานไฟฟ้าหลายล้านวัตต์ไปในชั้นบรรยากาศ สิ่งนี้อาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างใหญ่หลวงต่อดาวเทียม การส่งกระแสไฟ และรบกวนการสื่อสารทางวิทยุ Image courtesy of NASA National Schools’ Observatory

25 ออโรร่า ออโรร่าจะรุนแรงมากขึ้นในช่วงที่มี solar activity สูง
เกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างลมสุริยะ (อนุภาคพลังงานสูง) กับสนามแม่เหล็กของโลก Images courtesy of NASA National Schools’ Observatory

26 คำถามและแบบฝึกหัด จากสิ่งที่เราค้นพบ ลองเขียนจดหมายไปหา ESA และเสนอแนวทางในการป้องกันดาวเทียมในอนาคต Solar activity จะส่งผลอย่างไรต่อการสำรวจอวกาศ? ที่ๆ ดีที่สุดที่จะสังเกตออโรร่าคือที่ไหน? National Schools’ Observatory