ความเดิมตอนที่แล้ว  คลิกไปอ่านได้เลยที่ ตอนที่ 1

ตอนนี้เราพามารู้จัก สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์กันก่อน  อย่างที่ทราบกันดีว่าสสารในเอกภพ "เท่าที่เรามีความรู้ แบ่งออกเป็น 4 ชนิด" ได้แก่    ของแข็ง(solid)  ของเหลว(liquid) ก๊าซ(gas) และพลาสมา(plasma)

credit : www-fusion-magnetique.cea.fr

โดยปกติอะตอมหรือโมเลกุลของแข็งนั้นจับตัวกันอย่างเป็นระเบียบ ส่วนของเหลวจะเริ่มยึดโยงกันไม่ค่อยได้ึจึงไหลไปไหลมา อีกเนื่องจากพลังงานความร้อนจากภายนอกที่ให้เข้าไป   และเมื่อให้พลังงานกับของเหลวมากเสียจนแต่ละอะตอมหรือโมเลกุมีพลังงานมากพอที่จะแยกออกจากกันและกัน เรียกว่าเป็นก๊าซ      เมื่ออะตอมหรือโมเลกุลก๊าซได้รับพลังงานมากขึ้นไปอีก  อิเลคตรอนก็จะหลุดจากนิวเคลียส ทำให้นิวเคลียสกลายเป็นไอออน วิ่งไปวิ่งมาปะปนกับไปอิเลคตรอน  จึงเรียกสถานะนี้ว่า พลาสมา 

 

Image courtesy of NASA.

ดวงอาทิตย์ประกอบด้วยก๊าซและพลาสมาโดยมีแกนกลางเป็นบริเวณที่เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันหลอมนิวเคลียสธาตุเบาให้กลายเป็นธาตุหนัก โดยธาตุหนักจะจมเข้าไปในแกนกลางเพื่อไปหลอมรวมในปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันแบบอื่นๆ ทีต้องใช้ธาตุหนักเป็นวัตถุดิบ  ส่วนด้านนอกของแกนก็เป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบง่ายๆ ที่ใช้ ไฮโดรเจนเป็นวัตถุดิบ   ถัดออกไปเป็นชั้นพาพลังงานด้วยการแผ่รังสี(Radiative zone) และนอกสุดคือชั้นพาพลังงานด้วยการพา(Convective Zone) ซึ่งคาดว่า "พลาสมาและก๊าซมีประุจุภายในชั้น convection zone นี่เองที่เป็นต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กดวงอาทิตย์ ตลอดจนสนามแม่เหล็กของดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์อื่นๆ(sun-like star)

การเคลื่อนที่ของพลาสมา(อันประกอบด้วยประจุบวกและลบ)ในชั้น convection ก็เหมือนกับกระแสไฟฟ้าที่วิ่งเป็นบ่วง จนเกิดสนามแม่เหล็กขั้วเหนือใต้ออกมาจากดวงอาิทิตย์  โดยทั่วไปหากไม่มีอะไรซับซ้อนสนามแม่เหล็กก็จะออกจากขั้วเหนือพุ่งเข้าขั้วใต้ตามปกติเหมือนแท่งแม่เหล็ก หรือสนามแม่เหล็กโลกดังภาพด้านล่าง   แต่สำหรับดวงอาทิตย์หาได้รวบรัดง่ายดายไม่....... 

Credit: Peter Reid 2007

 

ความจริงไม่ได้รวบรัดง่ายดาย สาเหตุที่สนามแม่เหล็กมีความซับซ้อนยิ่งกว่าแม่เหล็กธรรมชาติอื่นๆ เป็นเพราะความพลุ่งพลานของดวงอาทิตย์นั่นเอง

1. Differential Rotation  เนื่องจากผิวดวงอาทิตย์ไม่ใช่ของแข็ง หากแต่เป็นก๊าซและพลาสมา ที่แต่ละละติจูด สามารถหมุนรอบดวงอาทิตย์ด้วยอัตราเร็วต่างกัน โดยเฉพาะเส้นศูนย์สูตรจะหมุนเร็วที่สุด

credit: Addison Wesley

 Edit เพิ่มเติม สาเหตุที่ทำให้เกิด  differential rotation ซึ่งมีสมมติฐานต่างๆ ดังนี้(ยังไม่มีข้อสรุปแน่ชัด)

  • ในขั้นตอนที่มวลสารก่อนกำเนิดดวงอาทิตย์ยังเป็นแผ่นวงแหวนอยู่ มีโมเมนตัมเชิงมุมที่ัยังถูกอนุรักษ์ไว้  ส่วนที่หมุนช้า(ซี่งอยู่รอบใน) กลายเป็นส่วนละติจูดใกล้ๆ ขั้วดวงอาทิตย์ ส่วนที่หมุนเร็วกว่า(รอบนอกถัดออกไป) กลายเป็นผิวบริเวณศูนย์สูตร ซึ่งมีโมเมนตัมเชิงมุมมากที่สุดจึงหมุนเร็วกว่าเพื่อน
  • การพา(convection)ความร้อนในชั้น convection ของดวงอาทิตย์  ซึ่งเป็นกลุ่มมวลที่พาพลังงานความร้อนจาก Radiation zone ของดวงอาทิตย์แล้ว  ยังได้พา"โมเมนตัมเชิงมุม" บางส่วนจากภายในแกนกลางออกมายังผิวนอกอีกด้วย โดยบริเวณศูนย์สูตรได้รับโมเมนตัมเชิงมุมที่มากที่สุดมาก(จึงหมุนได้เร็วที่สุด)
  • เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิของผิว photosphere ในบริเวณใกล้เคียงกันเอง 

ซึ่งผลของการเคลื่่อนที่ของพลาสมาบนผิวก็จะเหมือนกระแสไฟฟ้าไหล บริเวณเส้นศูนย์สูตรดวงอาทิตย์พลาสมาหมุนรอบดวงอาทิตย์เร็วที่สุดจึงเสมือนว่ามีกระแสไฟฟ้าไหลแรงที่สุด  เส้นสนามบริเวณศูนย์สู