สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์กำลังจะสลับขั้วในไม่ช้า

• การสลับขั้วของสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์เป็นเหตุการณ์ที่บ่งบอกจุดกึ่งกลางของวัฏจักรสุริยะราว 11 ปีในช่วงสูงสุด และหลังจากนั้นกิจกรรมจะเริ่มเคลื่อนไปสู่ช่วงต่ำสุด
• ขณะนี้คาดว่าช่วงสูงสุดของดวงอาทิตย์จะอยู่ระหว่าง ปลายปี 2024 ถึงต้นปี 2026 และในช่วงนี้สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์จะซับซ้อนจนแทบแยกขั้วเหนือ-ใต้ไม่ออก
• การสลับขั้วดำเนินไปเมื่อสนามแม่เหล็กจากจุดมืดดวงอาทิตย์และบริเวณกิจกรรมเคลื่อนสู่ขั้ว แต่เหตุใดสิ่งนี้จึงนำไปสู่การเปลี่ยนขั้วทั้งระบบยังอธิบายได้ไม่สมบูรณ์
• การสลับขั้วของสนามแม่เหล็กไม่ได้เกิดขึ้นในชั่วขณะเดียว โดยปกติใช้เวลา 1-2 ปี และสนามแม่เหล็กขั้วเหนือในวัฏจักรสุริยะ 24 ใช้เวลาเกือบ 5 ปี
• การเปลี่ยนแปลงครั้งนี้ไม่ใช่เหตุการณ์วันสิ้นโลก แม้อาจเกิดร่วมกับสภาพอวกาศรุนแรง แต่ไม่ใช่สาเหตุโดยตรง และอาจช่วยเรื่องการป้องกันรังสีคอสมิกจากกาแล็กซีได้

---

ตำแหน่งของการสลับขั้วสนามแม่เหล็กในวัฏจักรสุริยะ

• ดวงอาทิตย์กำลังจะเข้าสู่จุดเปลี่ยนสำคัญที่เรียกว่า การสลับขั้วสนามแม่เหล็ก
• การสลับขั้วนี้เป็นขั้นตอนสำคัญใน วัฏจักรสุริยะ ที่กินเวลาราว 11 ปี
  • การเปลี่ยนขั้วบ่งชี้ว่าดวงอาทิตย์มาถึงจุดกึ่งกลางของ ช่วงสูงสุดของดวงอาทิตย์ แล้ว
  • หลังจากนั้นกิจกรรมของดวงอาทิตย์จะเริ่มเปลี่ยนผ่านไปสู่ช่วงต่ำสุดของดวงอาทิตย์
• สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์สลับขั้วครั้งล่าสุดเมื่อปลายปี 2013
• ตามการคาดการณ์ปัจจุบัน ช่วงสูงสุดของดวงอาทิตย์คาดว่าจะเกิดขึ้นระหว่าง ปลายปี 2024 ถึงต้นปี 2026

วัฏจักรสุริยะ 11 ปีและวัฏจักร Hale 22 ปี

• วัฏจักรราว 11 ปีของกิจกรรมดวงอาทิตย์ถูกขับเคลื่อนโดยสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ และวัดจากความถี่และความรุนแรงของจุดมืดดวงอาทิตย์
• ยังมีวัฏจักรแม่เหล็กที่ยาวกว่าคือ วัฏจักร Hale ราว 22 ปี
  • ในช่วงเวลานี้สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์จะสลับขั้วหนึ่งครั้งแล้วกลับสู่สภาพเดิม
• ในช่วงต่ำสุดของดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กจะใกล้เคียงกับไดโพลที่มีขั้วเหนือหนึ่งขั้วและขั้วใต้หนึ่งขั้วเหมือนโลก
• เมื่อเข้าใกล้ช่วงสูงสุด สนามแม่เหล็กจะกลายเป็นสภาพซับซ้อนที่ไม่มีการแยกขั้วเหนือ-ใต้ชัดเจน
• เมื่อผ่านช่วงสูงสุดไปจนถึงช่วงต่ำสุด ดวงอาทิตย์จะกลับสู่สภาพไดโพลอีกครั้ง แต่ขั้วจะอยู่ในสถานะที่สลับแล้ว

ทิศทางของการสลับขั้วครั้งนี้

• การเปลี่ยนขั้วที่กำลังจะมาถึงจะอยู่ในรูปแบบที่สนามแม่เหล็กทางเหนือในซีกโลกเหนือเปลี่ยนเป็นสนามแม่เหล็กทางใต้ และในซีกโลกใต้จะเป็นในทางกลับกัน
• หลังการเปลี่ยนแปลงนี้ ทิศทางสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์จะคล้ายกับของโลก
  • โลกเองก็มีสนามแม่เหล็กที่ชี้ไปทางใต้ในซีกโลกเหนือ

จุดมืดดวงอาทิตย์และบริเวณกิจกรรมขับเคลื่อนการสลับขั้วอย่างไร

• การสลับขั้วถูกขับเคลื่อนโดย จุดมืดดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นบริเวณกิจกรรมแม่เหล็กที่ซับซ้อนบนผิวดวงอาทิตย์
• จุดมืดดวงอาทิตย์สามารถกระตุ้นเหตุการณ์สุริยะขนาดใหญ่ เช่น solar flare และการพ่นมวลโคโรนา (CME)
• จุดมืดดวงอาทิตย์ที่ปรากฏใกล้เส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์จะสอดคล้องกับทิศทางสนามแม่เหล็กเดิม
• จุดมืดดวงอาทิตย์ที่ก่อตัวใกล้บริเวณขั้วมากกว่าจะสอดคล้องกับทิศทางสนามแม่เหล็กใหม่ที่กำลังเข้ามา
  • กฎนี้เรียกว่า กฎของ Hale
• สนามแม่เหล็กจากบริเวณกิจกรรมจะเคลื่อนสู่ขั้ว และท้ายที่สุดทำให้เกิดการสลับขั้ว

กลไกที่ยังไม่คลี่คลาย

• เหตุผลที่แน่ชัดว่าทำไมจึงเกิดการสลับขั้วยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด
• Phil Scherrer นักฟิสิกส์สุริยะจาก Stanford University มองว่ายังไม่มีแบบจำลองคณิตศาสตร์ที่สอดคล้องในตัวเองที่อธิบายวัฏจักรสุริยะทั้งหมดได้
• คำถามสำคัญเชื่อมโยงกับเรื่องที่ว่าสนามแม่เหล็กมาจากไหน
  • จะเกิดจุดมืดดวงอาทิตย์จำนวนมากหรือไม่
  • จุดมืดดวงอาทิตย์จะมีส่วนต่อสนามแม่เหล็กที่ขั้วหรือไม่
  • อิทธิพลของจุดมืดดวงอาทิตย์จะหักล้างกันเฉพาะที่หรือไม่
• Todd Hoeksema ก็เห็นว่ายังไม่รู้วิธีตอบคำถามนี้เช่นกัน

การสลับขั้วไม่ใช่ชั่วขณะ แต่เป็นการเปลี่ยนผ่านยาวนาน

• การสลับขั้วสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ไม่มี “ช่วงเวลา” ที่แน่ชัดเพียงจุดเดียว
• การเปลี่ยนผ่านเป็นการเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไปที่ดำเนินตลอดวัฏจักรสุริยะ 11 ปี
  • เปลี่ยนจากสภาพไดโพลไปเป็นสภาพสนามแม่เหล็กที่ซับซ้อน
  • จากนั้นกลับสู่สภาพไดโพลที่มีขั้วสลับแล้ว
• โดยทั่วไปการสลับขั้วอย่างสมบูรณ์ใช้เวลา 1-2 ปี
• ระยะเวลาอาจแตกต่างกันมาก
  • ตาม National Solar Observatory สนามแม่เหล็กขั้วเหนือในวัฏจักรสุริยะ 24 ซึ่งสิ้นสุดในเดือนธันวาคม 2019 ใช้เวลาเกือบ 5 ปีในการสลับขั้ว
• เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงค่อยเป็นค่อยไปมาก จึงยากที่จะรับรู้ “ช่วงเวลา” ของการสลับขั้วจากบนโลก
• ปรากฏการณ์นี้ไม่ใช่สัญญาณของวันสิ้นโลก

ผลกระทบต่อโลกและสภาพอวกาศ

• ช่วงหลังมานี้ดวงอาทิตย์มีความเคลื่อนไหวสูงมากถึงขั้นปล่อย solar flare และ CME ที่รุนแรงหลายครั้ง
• กิจกรรมนี้ทำให้เกิดพายุแม่เหล็กโลกที่รุนแรงบนโลก และนำไปสู่ออโรราที่น่าประทับใจ
• อย่างไรก็ตาม ความรุนแรงของสภาพอวกาศที่เพิ่มขึ้นไม่ใช่สาเหตุโดยตรงของการสลับขั้วสนามแม่เหล็ก
  • แต่สองปรากฏการณ์นี้มักเกิดขึ้นร่วมกัน
• โดยปกติสภาพอวกาศจะรุนแรงที่สุดในช่วงสูงสุดของดวงอาทิตย์
  • ซึ่งเป็นช่วงที่สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์อยู่ในสภาพซับซ้อนที่สุดด้วย

ผลด้านการป้องกันรังสีคอสมิกจากกาแล็กซี

• การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กมีผลข้างเคียงเล็กน้อยแต่โดยรวมเป็นประโยชน์ด้วย
• การเปลี่ยนแปลงนี้อาจช่วยปกป้องโลกจาก รังสีคอสมิก จากกาแล็กซีได้ดีขึ้น
  • รังสีคอสมิกจากกาแล็กซีคืออนุภาคย่อยอะตอมพลังงานสูงที่เคลื่อนที่เกือบด้วยความเร็วแสง
  • รังสีคอสมิกสามารถสร้างความเสียหายต่อยานอวกาศ และเป็นอันตรายต่อนักบินอวกาศในวงโคจรที่อยู่นอกการปกป้องของชั้นบรรยากาศโลก
• เมื่อสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลง แผ่นกระแสไฟฟ้า ที่ทอดยาวออกจากเส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ไปหลายพันล้านไมล์จะมีลักษณะเป็นคลื่นอย่างมาก
• แผ่นกระแสไฟฟ้าที่บิดงอนี้ทำหน้าที่เป็นกำแพงต่อรังสีคอสมิกจากกาแล็กซีได้ดีกว่า

การคาดการณ์ความรุนแรงของวัฏจักรสุริยะถัดไป

• นักวิทยาศาสตร์จะติดตามว่าการสลับขั้วสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ใช้เวลานานเพียงใด และจะฟื้นกลับสู่โครงสร้างไดโพลได้เร็วแค่ไหน
• หากสนามแม่เหล็กกลับสู่สภาพไดโพลได้ภายในไม่กี่ปีข้างหน้า วัฏจักร 11 ปีถัดไปคาดว่าจะมีกิจกรรมค่อนข้างสูง
• หากการฟื้นตัวช้า วัฏจักรถัดไปก็คาดว่าจะค่อนข้างอ่อนเหมือน วัฏจักรสุริยะ 24 ก่อนหน้า

[GN⁺]

ความคิดเห็นบน Hacker News

• น่าสนใจที่ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นทุก 11 ปี และยังมีวัฏจักรที่ยาวกว่านั้นเป็นสองเท่า คือ Hale cycle ความยาว 22 ปีด้วย
  สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์โดยทั่วไปจะเปลี่ยนจากสภาพไดโพลที่มีทิศขั้วสอดคล้องกับโลก ไปเป็นทิศทางสนามแม่เหล็กที่ตรงกันข้ามและไม่เป็นระเบียบกว่ามาก
  ผมไม่ค่อยเห็นว่ามันส่งผลโดยตรงต่อโลกอย่างไร สิ่งที่รู้มาก่อนมีแค่ว่าจุดดับบนดวงอาทิตย์บางครั้งทำให้เกิดการพ่นมวลโคโรนาในทิศทางมายังโลก ช่วงนี้ก็ดูเหมือนมีเหตุการณ์บางอย่างจากผลกระทบนั้น แต่ก็ไม่ได้รุนแรงมาก
  • เรื่องนี้เกี่ยวข้องกับ วัฏจักรจุดดับบนดวงอาทิตย์ 11 ปี หรือเป็นแค่ความบังเอิญ?
  • เท่าที่ผมเข้าใจ Hale cycle คือการกลับขั้ว 360° ที่สมบูรณ์จากการกลับขั้ว 180° สองครั้ง
    กล่าวคือ วัฏจักร 11 ปีโดยทั่วไปจะเปลี่ยนจากสภาพไดโพลไปเป็นสภาพไม่เป็นระเบียบ แล้วกลับมาเป็นสภาพไดโพลอีกครั้ง แต่ครั้งนี้ขั้วเหนือแม่เหล็กจะชี้ไปทิศตรงข้าม ในวัฏจักร 11 ปีถัดไป ขั้วเหนือแม่เหล็กจะกลับมาชี้ “ขึ้น” ตามเดิมอีกครั้ง
  • หลัก ๆ แล้วส่งผลต่อ การก่อตัวของเมฆ
    https://home.web.cern.ch/news/news/physics/cloud-discovers-n...
• มีแนวโน้มระยะยาวที่น่าสนใจกว่าแต่ถูกพูดถึงน้อยกว่า คือ วัฏจักรสุริยะ หลายครั้งล่าสุดโดยรวมมีความแรงต่ำลง แม้ในช่วงสูงสุดก็มีการปะทุหรือจุดดับน้อยลง
  http://solen.info/solar/images/comparison_recent_cycles.png
  น่าเสียดาย ถ้ากราฟนี้แสดงข้อมูลย้อนหลังไปไกลกว่านี้ ก็น่าจะดูได้ว่ามีวัฏจักรที่ใหญ่กว่านี้อยู่หรือไม่ ดูเผิน ๆ วัฏจักรครั้งนี้เหมือนจะดีดกลับขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับวัฏจักรก่อนหน้า
  • จำได้ว่าเมื่อไม่กี่ปีก่อนเคยอ่านบทความที่บอกว่าดวงอาทิตย์กำลังเข้าสู่ช่วง Grand Solar Minimum และคล้ายกับ Maunder minimum ซึ่งอาจมีผลอย่างการเย็นลงทั่วโลก
    หลังจากนั้นมีงานวิจัยหรือการคาดเดาเพิ่มเติมอีกหรือไม่ ผมก็ไม่ค่อยแน่ใจ
  • เว็บไซต์เดียวกันมีกราฟที่รวบรวมวัฏจักรทั้งหมดที่สังเกตได้ไว้ด้วย
    http://www.solen.info/solar/cycles1_to_present.html
• อิงจากเธรด HN ก่อนหน้า ผมคิดว่าเมื่อเดือนที่แล้วถึงคิวที่จะมีเหตุการณ์ระดับ Carrington event แล้ว (https://news.ycombinator.com/item?id=40321821)
  ปรากฏการณ์แม่เหล็กทางดาราศาสตร์ครั้งนี้จะเป็นภัยต่ออารยธรรมเทคโนโลยีอย่างที่เรารู้จักหรือเปล่า?
  • ก็อาจเป็นได้ Carrington event แรงกว่าเหตุการณ์เมื่อเดือนที่แล้ว 2–4 เท่า แต่ในทางกลับกัน ระบบไฟฟ้าในปัจจุบันก็ดูจะฟื้นตัวได้ดีกว่าสมัยก่อนมาก
• อ่านต้นฉบับแล้วก็ยังจับใจความไม่ค่อยได้ นี่หมายความว่าตอนนี้ดวงอาทิตย์อยู่ในช่วง solar maximum ใช่ไหม? แล้วก็หมายความว่าแสงออโรราอาจเกิดบ่อยขึ้นและแรงขึ้นด้วยหรือเปล่า?
  • ดู ความคืบหน้าของวัฏจักรจุดดับบนดวงอาทิตย์ ได้ที่นี่ และดูเหมือนว่า solar maximum จะคงอยู่ราว 1–2 ปี
    https://www.swpc.noaa.gov/products/solar-cycle-progression
  • ใช่ ดู https://en.wikipedia.org/wiki/May_2024_solar_storms และ https://xkcd.com/2930/
• เรื่องนี้ไม่ได้เกิดขึ้นในวันเดียว แต่จะเกิดขึ้นแบบ ค่อยเป็นค่อยไปตลอด 5 ปี
  • แต่ถ้าเขียนแบบนั้นคงเรียกคลิกไม่ได้มากนัก…
• “ผลข้างเคียงอย่างหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กนั้นเล็กน้อยแต่โดยรวมเป็นประโยชน์ มันอาจช่วยปกป้องโลกจาก รังสีคอสมิกกาแล็กซี ได้ รังสีคอสมิกกาแล็กซีคืออนุภาคย่อยอะตอมพลังงานสูงที่เคลื่อนที่เกือบเท่าความเร็วแสง ซึ่งอาจทำให้ยานอวกาศเสียหายและเป็นอันตรายต่อนักบินอวกาศในวงโคจรที่อยู่นอกชั้นบรรยากาศคุ้มครองของโลก”
  เนื้อหานี้ถูกฝังอยู่ท้ายบทความ ก่อนจบเพียงสามประโยค หลังโฆษณาและน้ำเยอะ ๆ โครงแบบนี้ลำบากสำหรับคนใจร้อน
  • ทำไมถึงเป็นอย่างนั้น? เพราะขั้วของดวงอาทิตย์เรียงตัวกับขั้วโลก จึงช่วยเสริมสนามแม่เหล็กโลกหรือเปล่า?
    ขั้วแม่เหล็กดูเหมือนจะหมุนอยู่ตลอด [1] บางครั้งก็ตรงกับขั้วแกนหมุน บางครั้งก็ไม่ตรง และเหตุการณ์ “กลับขั้ว” ดูเหมือนเป็นการจัดประเภทแบบสองสถานะที่ตั้งชื่อให้กับกระบวนการค่อย ๆ เคลื่อนผ่านเส้นศูนย์สูตรอย่างราบรื่น
    ออกจะน่าอายหน่อย แต่เมื่อก่อนผมเคยคิดว่ามันเป็นปรากฏการณ์แบบขั้นบันไดที่อัตราการเปลี่ยนแปลงเปลี่ยนอย่างฉับพลันทีเดียว
    [1] https://www.stce.be/news/211/welcome.html
  • แต่ก็เป็นคำถามที่น่าสนใจนะ มันเกี่ยวกับการที่ช่วงหลังพื้นที่ในสหรัฐฯ ที่ผมอยู่มี คำเตือนรังสีอัลตราไวโอเลต บ่อยหรือเปล่า?
• จำได้ว่าเมื่อไม่กี่ปีก่อนเคยอ่านไวต์เปเปอร์พลิกวงการที่น่าจะเขียนโดยนักวิทยาศาสตร์รัสเซีย เขาโต้แย้งได้ค่อนข้างน่าเชื่อว่ามี สองวัฏจักร ทำงานอยู่ คือวัฏจักรหนึ่งในส่วนลึกของดวงอาทิตย์ และอีกวัฏจักรหนึ่งในส่วนตื้น
  เนื้อหาคือเมื่อทั้งสองวัฏจักรอยู่ที่ค่าสูงสุดพร้อมกันหรือค่าต่ำสุดพร้อมกัน ก็จะอธิบายค่าสุดขั้วของกิจกรรมดวงอาทิตย์ได้
  • นั่นน่าจะเป็น “On the 22-year cycle of solar activity” ของ Gnevishev, M. N.; Ohl, A. I. (1948) ตีพิมพ์ครั้งแรกในวารสารรัสเซีย Astronomicheskii Zhurnal เมื่อ 76 ปีก่อน
• เรารู้หลายอย่างมากจริง ๆ แต่ขณะเดียวกันก็รู้น้อยมาก ในบทความยังบอกว่าในเชิงคณิตศาสตร์ ยังไม่มีโมเดล ดังนั้นคงพูดได้ยากว่านักวิจัยและแวดวงวิชาการเข้าใจปรากฏการณ์นี้อย่างแท้จริงแล้ว
  การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและโจทย์ของมันก็เช่นกัน และในหลายสาขาที่มีลักษณะคล้ายกัน บางครั้งโมเดลยังไม่สมบูรณ์ หรือชิ้นส่วนข้อมูลขนาดใหญ่ที่จำเป็นต่อความเข้าใจกระบวนการอย่างแท้จริงก็ขาดหายไปโดยสิ้นเชิง
  • ในฟิสิกส์เป็นเรื่องปกติ เราอาจศึกษาหัวข้อหนึ่งมากมาย สร้างทฤษฎี และสร้างโมเดลที่ทำนายพฤติกรรมในอนาคตได้แม่นยำมาก แต่เพราะไม่สามารถ “จิ้มทดสอบ” มันได้แรงพอหรือละเอียดพอ กลไกพื้นฐาน จึงอาจยังไม่ได้รับการยืนยันแน่ชัด
• แล้ว… ระยะส่ง ได้ไกลแค่ไหน และต้องมอดูเลตยังไง?
  • ระยะคงยอดเยี่ยมมาก แต่เทศบาลคัดค้านค่อนข้างหนักกับแผนของผมที่จะติดตั้ง เสาอากาศไดโพลยาว 11 ปีแสง บนที่ดินของตัวเอง
    ทุกวันนี้เป็นนักวิทยุสมัครเล่นนี่ลำบากจริง ๆ…
  • ทำให้คิดเลย ดาวดวงอื่น ๆ ก็น่าจะมีปรากฏการณ์แบบนี้เหมือนกัน เราจะตรวจจับ ขั้วแม่เหล็ก ได้จากระยะระหว่างดาวหรือไม่? เราจะทำดาราศาสตร์รูปแบบใหม่ที่ศึกษาดาวด้วยวิธีนี้ได้หรือเปล่า?
    รอบการกลับขั้วสนามแม่เหล็กอาจบอกอะไรบางอย่างเกี่ยวกับดาวดวงนั้นที่ยากจะรู้ด้วยวิธีอื่นได้ไหม?
• น่าทึ่งมากที่กฎฟิสิกส์ทำซ้ำคุณสมบัติเรียบง่ายใน สเกลมหึมา ได้อย่างไร
  • ถ้าอย่างนั้นก็สงสัยว่าทำไมผู้คนถึงยอมรับได้ยากว่า การเลื่อนของขั้วส่ง ผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศ