ยานอวกาศ Solar Orbiter ของ European Space Agency ได้ประสบความสำเร็จในสิ่งที่ทำให้ผู้ที่สนใจอวกาศหลายคนประหลาดใจ - การถ่ายภาพขั้วโลกของดวงอาทิตย์เป็นครั้งแรกของมนุษยชาติ สิ่งที่ดึงดูดความสนใจของชุมชนออนไลน์ไม่ใช่แค่ความสำเร็จทางประวัติศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงสิ่งที่ภาพเหล่านี้เผยให้เห็นเกี่ยวกับความเข้าใจของเราต่อการสำรวจอวกาศและตัวดวงอาทิตย์เอง
การเตือนใจเกี่ยวกับสิ่งที่เราไม่รู้มากมาย
การประกาศนี้ก่อให้เกิดการตระหนักที่น่าสนใจในหมู่ผู้ที่สนใจอวกาศเกี่ยวกับช่องว่างในความรู้ของเรา หลายคนคิดว่าเราได้ถ่ายภาพดวงดาวที่ใกล้เราที่สุดจากทุกมุมแล้ว แต่ความจริงแตกต่างออกไป ภาพดวงอาทิตย์ทั้งหมดที่ผ่านมาถูกถ่ายจากบริเวณรอบเส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ เพราะโลกและยานอวกาศอื่นๆ โคจรอยู่ในแผ่นดิสก์เดียวกันรอบดวงอาทิตย์ ที่เรียกว่าระนาบ ecliptic Solar Orbiter ได้ทำลายรูปแบบนี้โดยการเอียงวงโคจร 17 องศาใต้เส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ ทำให้เราได้เห็นขั้วโลกใต้ของดวงอาทิตย์โดยตรงเป็นครั้งแรก
การอพิพากษาของชุมชนเน้นให้เห็นว่าความสำเร็จนี้สร้างขึ้นจากภารกิจก่อนหน้า ยานอวกาศ Ulysses ได้บินผ่านขั้วโลกของดวงอาทิตย์ระหว่างปี 1990 ถึง 2009 แต่ไม่ได้มีอุปกรณ์ถ่ายภาพ Solar Orbiter เติมเต็มช่องว่างนี้โดยการรวมการสังเกตการณ์ด้วยสายตากับชุดเครื่องมือวิทยาศาสตร์ครบครัน
การเปรียบเทียบภารกิจ: Solar Orbiter กับ Ulysses
| คุณสมบัติ | Solar Orbiter | Ulysses (1990-2009) |
|---|---|---|
| มุมเอียงสูงสุด | 33° (ตามแผน) | 79° |
| ความสามารถในการถ่ายภาพ | มี | ไม่มี |
| ระยะทางจากดวงอาทิตย์ | เข้าใกล้มากกว่า | ระยะทางมาตรฐาน |
| ระยะเวลาภารกิจ | ดำเนินการอยู่ | 19 ปี |
กลศาสตร์วงโคจรที่ซับซ้อนเบื้องหลังความสำเร็จ
ความท้าทายทางเทคนิคในการเข้าถึงมุมมองนี้ได้ก่อให้เกิดการอภิปรายอย่างมากเกี่ยวกับการนำทางยานอวกาศ การออกจากระนาบ ecliptic ต้องใช้พลังงานจำนวนมหาศาล ซึ่ง Solar Orbiter ทำได้ผ่านการใช้แรงโน้มถ่วงจาก Venus ที่วางแผนไว้อย่างระมัดระวัง การบินผ่านแต่ละครั้งจะค่อยๆ เอียงวงโคจรของยานอวกาศมากขึ้น โดยมีแผนที่จะเข้าถึง 24 องศาในเดือนธันวาคม 2024 และ 33 องศาในเดือนมิถุนายน 2025
แนวทางนี้แสดงถึงการประนีประนอมระหว่างความทะเยอทะยานทางวิทยาศาสตร์และข้อจำกัดด้านงบประมาณ ข้อเสนอเดิมเรียกร้องให้มีวงโคจรที่เอียงมากซึ่งจะให้มุมมองขั้วโลกที่แท้จริง แต่การพิจารณาต้นทุนนำไปสู่การออกแบบปัจจุบัน ชุมชนสังเกตว่าเป็นเรื่องน่าประทับใจที่นักวางแผนภารกิจสามารถรวมการใช้แรงโน้มถ่วงในช่วงท้ายเหล่านี้เข้าไปในภารกิจที่เดิมมีข้อจำกัดมากกว่า
ไทม์ไลน์ภารกิจ Solar Orbiter
- กุมภาพันธ์ 2023: เริ่มเฟสละติจูดสูงที่มุมเอียง 17°
- มีนาคม 2023: การสังเกตการณ์และการถ่ายภาพขั้วโลกครั้งแรกได้รับการบันทึก
- 24 ธันวาคม 2024: การบินผ่าน Venus ครั้งต่อไปเพื่อเพิ่มมุมเอียงเป็น 24°
- 10 มิถุนายน 2025: วงโคจรจะถึงมุมเอียง 33°
- ตุลาคม 2023: คาดว่าชุดข้อมูลแรกที่สมบูรณ์จะมาถึงโลก
ความวุ่นวายของสนามแม่เหล็กที่ขั้วโลกที่ไม่คาดคิด
ผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์แรกเผยให้เห็นสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับสถานะปัจจุบันของดวงอาทิตย์ แทนที่จะแสดงสนามแม่เหล็กที่เป็นระเบียบ ขั้วโลกใต้กลับแสดงการผสมผสานที่วุ่นวายของขั้วแม่เหล็กทั้งเหนือและใต้ สิ่งนี้เกิดขึ้นเฉพาะในช่วง solar maximum เมื่อสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์พลิกกลับประมาณทุก 11 ปี จังหวะเวลานี้ไม่อาจจะดีไปกว่านี้แล้วสำหรับการเข้าใจกระบวนการที่เข้าใจได้น้อยนี้
การวัดสนามแม่เหล็กยังเผยให้เห็นโครงสร้างที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในระดับเล็กทั่วทั้งขั้วโลกทั้งสอง สิ่งนี้ตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งและเป็นระเบียบมากกว่าที่พบในแถบรอบเส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นที่ที่จุดดับดวงอาทิตย์มักจะเกิดขึ้น
เครื่องมือวิทยาศาสตร์หลัก
- PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager): จับภาพแผนที่สนามแม่เหล็กในแสงที่มองเห็นได้
- EUI (Extreme Ultraviolet Imager): จับภาพโคโรนาที่มีอุณหภูมิหลายล้านองศาด้วยแสงอัลตราไวโอเลต
- SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment): วัดการเคลื่อนไหวของสสารผ่านปรากฏการณ์ Doppler
ปรากฏการณ์รูปหกเหลี่ยมที่หายไป
หนึ่งในแง่มุมที่น่าขบขันของการอภิปรายของชุมชนเกี่ยวข้องกับความคาดหวังเกี่ยวกับสิ่งที่ภาพขั้วโลกอาจแสดงให้เห็น ผู้สังเกตการณ์บางคนสงสัยว่าดวงอาทิตย์อาจแสดงรูปแบบพายุทรงเรขาคณิตที่คล้ายกับพายุรูปหกเหลี่ยมที่มีชื่อเสียงของ Saturn หรือลักษณะรูปหลายเหลี่ยมของ Jupiter ที่ขั้วโลกของพวกมัน ภาพจาก Solar Orbiter ไม่แสดงรูปแบบดังกล่าว ทำให้การเดิมพันไม่เป็นทางการเกี่ยวกับระบบสภาพอากาศของดวงอาทิตย์ได้ข้อยุติ
การวัด Doppler ที่ปฏิวัติ
นอกเหนือจากการถ่ายภาพแล้ว Solar Orbiter ยังประสบความสำเร็จอีกครั้งแรกโดยการวัดความเร็วของการเคลื่อนที่ของสสารดวงอาทิตย์โดยใช้เอฟเฟกต์ Doppler - หลักการเดียวกันที่เปลี่ยนระดับเสียงของไซเรนรถพยาบาลเมื่อมันผ่านไป เครื่องมือ SPICE ติดตามเส้นสเปกตรัมจากไอออนคาร์บอนในบริเวณการเปลี่ยนผ่านของดวงอาทิตย์ ซึ่งอุณหภูมิจะกระโดดจาก 10,000°C ไปเป็นหลายแสนองศา การวัดเหล่านี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าดวงอาทิตย์ผลิตลมดวงอาทิตย์อย่างไร ซึ่งส่งผลต่อสภาพอากาศอวกาศทั่วระบบสุริยะ
ความสามารถในการทำการวัดเหล่านี้จากละติจูดสูงแสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในฟิสิกส์ดวงอาทิตย์ เนื่องจากภารกิจก่อนหน้าถูกจำกัดด้วยมุมมองเส้นศูนย์สูตรของพวกมัน
มองไปข้างหน้า Solar Orbiter จะยังคงปีนขึ้นออกจากระนาบ ecliptic เพื่อให้ได้มุมมองขั้วโลกที่ดียิ่งขึ้น ชุดข้อมูลที่สมบูรณ์จากการบินผ่านขั้วโลกถึงขั้วโลกครั้งแรกรอบดวงอาทิตย์นี้คาดว่าจะมาถึงโลกในเดือนตุลาคม 2023 โดยยังมีการวิเคราะห์มากมายที่ยังคงต้องทำ การสังเกตการณ์เหล่านี้จะเปลี่ยนแปลงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ ลมดวงอาทิตย์ และวงจรกิจกรรมที่ส่งผลต่อทุกสิ่งตั้งแต่การปฏิบัติการดาวเทียมไปจนถึงโครงข่ายไฟฟ้าบนโลก
อ้างอิง: Solar Orbiter gets world-first views of the Sun's poles