นักวิจัยภาควิชาฟิสิกส์ฯ คณะวิทย์ มช. ศึกษาการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมของรังสีคอสมิกจากทวีปแอนตาร์กติกา โดยใช้เครื่องตรวจวัดนิวตรอนที่ติดตั้งบนเรือตัดน้ำแข็ง US Coast Guard และ "ช้างแวน"

5 มิถุนายน 2567

คณะวิทยาศาสตร์

                ทีมนักวิจัยภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ร่วมกันศึกษาวิจัยในหัวข้อ Solar Magnetic Polarity Effect on Neutron Monitor Count Rates: Comparing Latitude Surveys and Antarctic Stations  เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมของรังสีคอสมิก ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอนุภาคประจุบวก เช่น โปรตอนและแอลฟ่า

โดยเมื่อรังสีคอสมิกจากอวกาศชนกับอะตอมในชั้นบรรยากาศโลก จะเกิดอนุภาคย่อยจำนวนมาก หนึ่งในนั้นคืออนุภาคนิวตรอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุ ทำให้สามารถผ่านทะลุลงมายังพื้นดินได้ง่าย เราสามารถตรวจวัดนิวตรอนได้โดยใช้เครื่องตรวจวัดนิวตรอน (Neutron Monitor) เนื่องจากอิทธิพลของวัฏจักรดวงอาทิตย์ (Solar Cycle) และวัฏจักรขั้วสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ (Solar Magnetic Polarity) ส่งผลกระทบต่อปริมาณรังสีคอสมิกที่เข้าสู่โลก ทำให้อัตราการนับจำนวนนิวตรอนจากเครื่องตรวจวัดนิวตรอนเปลี่ยนแปลงไป

การศึกษาครั้งนี้ช่วยให้เราทราบถึงผลกระทบที่ซับซ้อนจากอิทธิพลของดวงอาทิตย์ ในงานวิจัยนี้ได้ใช้ข้อมูลจากเครื่องตรวจวัดนิวตรอนแบบเคลื่อนที่ (Transportable Neutron Monitor) โดยเครื่องตรวจวัดนิวตรอนนี้ถูกนำไปติดตั้งบนเรือตัดน้ำแข็งของ US Coast Guard เพื่อบันทึกข้อมูลการเดินทางไปและกลับจากสหรัฐอเมริกาไปยังทวีปแอนตาร์กติกา ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1994 ถึงปี ค.ศ. 2007 (รวมระยะเวลา 13 ปี) นอกจากนี้ยังได้ใช้ข้อมูลจากเครื่องตรวจวัดนิวตรอนแบบเคลื่อนที่ ชื่อ “ช้างแวน (Changvan)” ที่ติดตั้งบนเรือตัดน้ำแข็งสัญชาติจีนชื่อ Xue Long (แปลว่า “มังกรหิมะ”) ในช่วงระยะเวลา 2 ปี ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2018 ถึงปี ค.ศ. 2019 มาร่วมวิเคราะห์ด้วย

จากการที่มีข้อมูลหลายปีการสำรวจที่ครอบคลุมสองวัฏจักรของดวงอาทิตย์ (วัฏจักรที่ 23 และ 24) และเมื่อนำมาเปรียบเทียบกับข้อมูลจากเครื่องตรวจวัดที่ตั้งอยู่ในทวีปแอนตาร์กติกา ทำให้เราได้ค้นพบปริศนาการไขว้ข้ามของสเปกตรัม (Spectral Crossovers) ของรังสีคอสมิก ซึ่งสามารถยืนยันผลของการไขว้ข้ามในกรณีที่ขั้วของสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ตรงกันข้ามในสองปีการสำรวจ

ผลการศึกษาที่ได้สอดคล้องกับผลการวิจัยจาก Nuntiyakul et al. (2014) และ Mangeard et al. (2018) ซึ่งผลของการเกิดการไขว้ข้ามของสเปกตรัมรังสีคอสมิกดังกล่าว สามารถอธิบายได้ว่าการดริฟท์ (Drifts) จะมีอิทธิพลต่อช่วงพลังงานต่ำ และการฟุ้งที่ถูกควบคุมด้วยการหมุน (Helicity-Modulated Diffusion) จะมีอิทธิพลต่อช่วงพลังงานสูงของสเปกตรัม นอกจากนี้ยังค้นพบว่าสเปกตรัมของรังสีคอสมิกจะไม่ไขว้ข้ามหากขั้วของสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์เป็นขั้วเดียวกัน ผลของข้อมูลที่นำมาใช้เปรียบเทียบระหว่างสองปีการสำรวจนี้อยู่ในช่วง Solar Minimum (จำนวน Sunspots น้อยที่สุด) ในทั้งสองกรณี

รังสีคอสมิก ส่งผลกระทบโดยตรงต่อความแปรปรวนของสภาพอวกาศ (Space Weather) และส่งผลต่อกิจกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์ทั้งในอวกาศและบนโลก นักวิทยาศาสตร์ทราบว่าพายุสุริยะ ลมสุริยะ ความแปรปรวนของสนามแม่เหล็กโลก การเปลี่ยนแปลงในชั้นบรรยากาศ และรังสีคอสมิก เป็นดัชนีสำคัญที่บ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพอวกาศ และผลกระทบต่อโลก รวมถึงผลกระทบทั้งทางชีวภาพต่อมนุษย์และสิ่งมีชีวิต และทางกายภาพต่อเทคโนโลยีที่มนุษย์สร้างขึ้น

การศึกษารังสีคอสมิกจึงเป็นงานวิจัยพื้นฐานที่สำคัญ ที่สามารถนำไปสู่การเข้าใจทั้งฟิสิกส์ของดวงอาทิตย์ ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับดาวฤกษ์ที่มีลักษณะทางกายภาพใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ (เช่น มวล ขนาด และอายุ) รวมถึงการประยุกต์ใช้ในการทำนายสภาพอวกาศ ซึ่งมีส่วนสำคัญต่อเศรษฐกิจเนื่องจากเกี่ยวกับอุปกรณ์การสื่อสาร เช่น ดาวเทียม รวมไปถึงเป็นการเตรียมความพร้อมกับประเทศไทยที่กำลังจะส่งดาวเทียมดวงแรกขึ้นไปยังอวกาศอีกด้วย

ผลงานได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร The Astrophysical Journal
Published: 2023 November 14
https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad02f1

คณะนักวิจัย
นางสาวเกล็ดทราย ภูผาคุณ นักศึกษาระดับปริญญาเอก สาขาวิชาดาราศาสตร์ มช.
ผู้ประพันธ์อันดับแรก (First Author)
ได้รับคัดเลือกให้เข้าร่วม IceCube Summer Student Program ประจำปี 2565 ณ มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน ประเทศสหรัฐอเมริกา

ผศ.ดร.วราภรณ์ นันทิยกุล อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มช.
ผู้ประพันธ์บรรณกิจ (Corresponding Author)

นางสาวสิดารัศมิ์ คำภักดี นักศึกษาระดับปริญญาโท สาขาวิชาดาราศาสตร์ มช.
ผู้ร่วมวิจัย (Co-Author)
ได้รับคัดเลือกให้เข้าร่วม IceCube Summer Student Program ประจำปี 2565 ณ มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน ประเทศสหรัฐอเมริกา

ผศ.ดร.ศิรามาศ โกมลจินดา อาจารย์ประจำภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มช.
ผู้ร่วมวิจัย (Co-Author)



แกลลอรี่