Stardust Memory

ใครเคยขึ้นไปบนยอดดอยอินทนนท์บ้าง?

ถ้าขึ้นไปแล้วทำอะไร  เดินเที่ยวที่อ่างกาหลวง?  ถ่ายรูปกับป้าย "สูงสุดในแดนสยาม"? 

แต่ที่แน่ๆทุกคนต้องเคยเห็นสถานีเรดาร์ของกองทัพอากาศ(แต่ห้ามถ่ายรูปนะจ๊ะ)  

ล่าสุด Landmark ใหม่บนยอดดอยอินทนนท์ ติดตั้งเสร็จเีรียบร้อย(มานานแล้ว) และได้เปิดใช้อย่างเป็นทางการเมื่อต้นปีนี้เอง นามนั้นคือ  Princess Sirindhorn Neutron Monitor (PSNM) หรือสถานีตรวจวัดนิวตรอนสิริธร   โดยตั้งภายในแนวรั้วของสถานีเรดาร์นั่นเอง  

โครงการ นี้ได้รับบริจาคตัวเครื่่องวัดจากมหาวิทยาลัยชินชู ประเทศญี่ปุ่น และความช่วยเหลือทางด้านเทคนิครวมทั้งอุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ จากสถาบันวิจัยบาร์ทอล ภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์  มหาวิทยาลัยแห่งเดลาแวร์ สหรัฐอเมริกา  โครงการนี้เป็นความร่วมมือระหว่าง มหาวิทยาลัยมหิดล จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และมหาวิทยาลัยอุบลราชธานี ดั่งเคยที่เคยเกริ่นไว้แล้วใน Entry ดวงอาทิตย์ไม่ใช่แค่แท่งแม่เหล็กยักษ์ ตอนที่ 2 

นิวตรอนที่ต้องการวัด มาจากไหน???  จริงๆ แล้วเราไม่ได้ต้องการทราบจำนวนนิวตรอนครับ   แต่เราต้องการทราบปริมาณ(หรือความเข้ม)ของรังสีคอสมิค(Cosmic Ray)ซึ่งอาจมีต้นกำเนิดทั้งภายในและนอกระบบสุริยะ(solar system)  ที่พุ่งเข้ามาในชั้นบรรยากาศโลกต่างหาก  

แท้จริงแล้วอวกาศไม่ได้ว่างเปล่านอกจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมาจากดาวฤกษ์  น้ำแข็ง หรือธุลีวัสดุขนาดเล็กที่ถูกทิ้งไว้โดยดาวหาง หรือกิจกรรมเชิงดาราฟิสิกส์อื่นๆ   หากแต่ยังมีอนุภาคอย่างเช่น  โปรตอน  อิเลคตรอน ไอออน หรือนิวเคลียสของธาตุ  ซึ่งทั้งหมดพุ่งไปพุ่งมาในอวกาศด้วยความเร็วสูงเกือบเท่าความเร็วแสงในสุญญากาศ   ความน่ากลัวของมันนั้นทะลวงผ่านได้แม้แต่สารพันธุกรรมอย่าง DNA 

รังสีคอสมิคสามารถทำลายสายโมเลกุล DNA ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งอาจเป็นปัจจับหนึ่งที่ทำให้เกิดการกลายพันธุ์ credit:OBPR

อันตรายข้างต้นมีโอกาสมากขึ้นสำหรับผู้ปฏิบัติงานในอวกาศ ทั้งในสถานีอวกาศใกล้โลก หรือแม้แต่การปฏิบัติงานบนดวงจันทร์ หรือดาวอังคาร ซึ่งทั้งสองล้วนมีสนามแม่เหล็กความเข้มต่ำมากหรือเกือบไม่มีเลยอีกทั้งความที่แรงโน้มถ่วงต่ำมากจนไม่อาจดึงดูดก๊าซมาห่อหุ้มผิวได้มากหรือหนาพอ  ทำให้อนุภาคพลังงานสูง(และมีประจุ) เหล่านี้ ทะลวงผ่านจนมาถึงผิวได้ง่ายๆ  

นอกจากนี้อนุภาคพลังงานสูงยังสามารถทำลายวงจรไฟฟ้าภายในดาวเทียมสื่อสาร ดาวเทียมนำร่อง ดาวเทียมสำรวจทรัพยากร ยานอวกาศ ตลอดจนทะลุลงมาสร้างกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำบนผิวโลกที่ส่งผลเสียต่อระบบสายส่งไฟฟ้า หรือแม้แต่โรงกำเนิดไฟฟ้าเลยทีเดียว

สำหรับโลกซึ่งมีทั้งสนามแม่เหล็กและชั้นบรรยากาศที่หนามากพอที่ป้องกันสิ่งมีชีวิตบนโลกจากรังสีพลังงานและความเข้มสูงเหล่านั้น 

(Based on Figure 5-10 in the "Handbook of Geophysics and the Space Environment," edited by A. S. Jursa and published by the United States Air Force, 1985

เมื่ออนุภาคมีประจุพุ่งผ่านเข้ามาในสนามแม่เหล็กโลก ก็จะถูกสนามแม่เหล็กโลกกักขังด้วยแรงลอเรนซ์ที่ทำให้อนุภาคมีประจุที่เคลื่อนที่เข้ามาหมุนเป็นเกลียวรอบเส้นสนามแม่เหล็กดังภาพ แล้วสะท้อนไปสะท้อนมาดังภาพด้านบน  บางส่วนอาจจะหนีออกไปได้ทางสนามแม่เหล็กด้านกลางคืนของโลกที่เรียกว่า magnetotail  (ละไว้ก่อนจะกล่าวถึงหากมีโอกาส)

เกราะกันรังสีคอสมิคอีกประการคือ  ชั้นบรรยากาศโลกนั่นเอง  

ชั้นบรรยากาศโลกก็คือโมเลกุลก๊าซเช่น ไนโตรเจน(มากที่สุด) ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ โอโซน เป็นต้น ซึ่งถูกแรงโน้มถ่วงของโลกดึงดูดเอาไว้ที่ผิว (ดังนั้นดาวที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำจึงแทบไม่มีชั้นบรรยากาศเพราะมันดึงดูดก๊าซเอาไว้ไม่ได้  ก๊าซลอยออกไปในอวกาศเกือบหมด) 

ที่นี้คุณเคยขว้างลูกหินเข้าไปในบ่อทรายหรือโคลนไหม  ถ้าขว้างไม่แรงลูกหินก็ลงไปไม่ลึก  แต่ถ้าขว้างแรงลูกหินจะลงไปลึก   ในทำนองเดียวกันอนุภาคพลังงานสูงมากพอที่ผ่านด่านสนามแม่เหล็กโลกเข้ามาลึกๆ ได้บ้า     แต่คราวนี้รังสีคอสมิคไม่ใช่ก้อนหิน เมื่ออนุภาคเหล่านี้ชนเข้ากับโมเลกุลของก๊าซในชั้นบรรยากาศโลก จะผลิตอนุภาคอีกหลายชนิดออกมา โดย "นิวตรอน" ก็เป็นหนึ่งในจำนวนนั้น

 รังสีคอสมิคที่ชนกับโมเลกุในชั้นบรรยากาศโลก จะผลิตอนุภาคผลิตภัณฑ์ออกมาหลายชนิด(อนุภาคทุติยภูมิ)  หนึ่งในนั้นคือนิวตรอน  (ใครนึกภาพไม่ออกก็ลองนึกภาพลูกขาวบนโต๊ะสนุกเกอร์พุ่งชนลูกแดงให้แตกกระจายในช๊อตเปิดเฟรม)

 อนุภาคที่เกิดขึ้นจากการชนอาจจะชนกับโมเลกุลไนโตรเจนหรือออกซิเจนในชั้นบรรยากาศต่อไปเกิดเป็นอนุภาคตติยภูมิ   และยิ่งเข้ามาลึกเท่าไหร่ ก็ยิ่งลดจำนวนลงมากเท่านั้น    ดังนั้นการตรวจวัดอนุภาคเหล่านี้ยิ่งตั้งในที่สูงจากระดับน้ำทะเลมากๆ ก็ยิ่งดี

สำหรับประเทศไทยสถานที่สูงที่เหมาะสมก็คือบนยอดดอยอินทนนท์นั่นเอง และนอกจากนี้ประเทศไทยยังอยู่ในเขตใกล้ศูนย์สูตรสนามแม่เหล็กโลก  อนุภาคที่จะทะลุผ่านสนามแม่เหล็กเข้ามายังน่านฟ้าแถบเอเชียตะวันออกเฉียงใต้นี้ จะต้องเป็นอนุภาคที่มีโมเมนตัมมากกว่า 17  GigaVoltต่ออัตราเร็วแสง  ซึ่งจัดเป็นรังสีคอสมิคพลังงานสูงมาก 

 contour แสดง โมเมตัมต่อความเร็วแสง (GV/c) ของอนุภาคมีประจุที่จะพุ่งผ่านเข้ามาในพื้นที่่ต่างๆ บนโลก credit:http://www.cosmicrays.org/muon-cutoff-rigidity.php

บริเวณประเทศไทยจึงเป็นพื้นที่พิเศษที่ค่อนข้างปลอดภัยจากอนุภาคพลังงานสูงในอวกาศ แต่ก็ยังเป็นจุดที่เหมาะสำหรับสังเกตการณ์หรือตรวจวัดอนุภาคพลังงานสูงด้วย  แต่อย่าพึ่งดีใจไป ถึงแม้บนผิวจะปลอดภัย แต่สิ่งที่มีความเสี่ยงอย่างพวกดาวเทียมสื่อสาร ล้วนอยู่ในจุดที่สนามแม่เหล็กโลกคุ้มครองได้ไม่หมด  ดังนั้นการศึกษาหาความรู้เกี่ยวกับอนุภาคพวกนี้จึงมีความจำเป็นต่อมนุษย์ชาติทั้งโลก (เน้นครับว่าความรู้ที่นักวิทยาศาสตร์อย่างเราหานั้น ก็เพื่อคนทั้งโลก ไม่ใช่ความรู้แบบที่จะเอาไปทำผลิตภัณฑ์ขายของหาเงิน  ซึ่งความรู้พวกนี้สุดท้ายก็ใช้ป้องกันระบบเศรษฐกิจของทั้งโลกอยู่ดี   แค่พายุสุริยะมาแล้วทำให้ไฟดับในแถบอเมริกาเหนือหรือยุโรป ตลาดหุ้นตลาดทุน อินเตอร์เนตล่ม การสื่อสารล่ม ดาวเทียมนำร่อง GPS เสียหาย  ก็กระเทือนเศรษฐกิจโลกได้เลยครับ)

 สำหรับการขนย้าย นิวตรอนมอนิเตอร์ภายในคอนเทนเนอร์(ที่จอดอยู่ที่จอดรถคณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยมาหลายปี) ไปยังยอดดอยอินทนนท์ดูได้ที่ลิงค์นี้ครับ  --> http://www.thaispaceweather.com/monitor4.html    

และติดตั้งเครื่องมือภายในสถานี --> http://www.thaispaceweather.com/monitor5.html 

เป็นภาพการติดตั้งเมื่อปีที่แล้ว (กุมภาพันธ์-มีนาคม 2550)  ซึ่งเป็นการติดตั้งเฉพาะส่วนที่เป็นหลอดบรรจุก๊าซสำหรับวัด วงแหวนตะกั่ว(แต่ละวงหนัก 60 กิโลกรัม)  รวมทั้งแพ่นโพลีเอทิลีน(สีขาวๆ) ที่ช่วยกรองนิวตรอนพลังงานต่ำที่เกิดขึ้นจากสิ่งแวดล้อมของโลกเองออกไป   สถานีนี้อยู่ภายในเขตรั้วของสถานีเรดาร์กองทัพอากาศ แต่ถ้ามองจากลานจอดรถบนยอดดอยเข้าไป จะเห็นป้ายชื่อสถานีอยู่ด้านนอก แล้วเงยขึ้นไปก็จะเห็นตัวสถานีเป็นอาคารทรงปริซึมหน้าสามเหลี่ยม สีเงินๆ ครับ  

ช่วงนั้นแม้จะเป็นปลายฤดูหนาว แต่ยอดดอยก็ยังเย็นจนต้องใส่เสื้อกันหนาวตลอดเวลา (หนาวลมโกรกมากกว่า) แต่ภายในสถานีอุ่นดีนะ  เราพักที่รีสอร์ทที่เชิงดอย แ้ล้วนั่งรถตู้ขึ้นไปทุกวันๆ (สองวันก็เสร็จ)  นับว่าเป็นการทำงานของพลเรือนภายในเขตของกองทัพเป็นครั้งแรกเลย  ข้าวกลางวันก็ทานในโรงอาหารของสถานีเรดาร์ครับ เป็นอาหารตามสั่ง อร่อยใช้ได้เลย

นอกจากการติดตั้งด้านบนแล้วยังรอส่วนของอุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ทีได้รับจากสถาบันวิจัยบาร์ทอล มหาวิทยาัลัยแห่งเดลาแวร์ด้วย

อุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์จากสถาบันวิจัยบาร์ทอลที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์เรียบร้อยแล้ว

 ข้อมูลชุดแรกๆ ที่ได้

สำหรับ PSNM  นี้ ปริมาณนิวตรอนที่วัดได้จะเชื่อมโยงกับปริมาณของรังสีคอสมิคโมเมนตัมสูงที่เข้ามาในชั้นบรรยากาศโลกครับ แสดงว่าช่วงไหนทีวัดได้มากก็แสดงว่ามีรังสีเข้ามามาก ช่วงไหนทีวัดได้น้อยก็แสดงว่ามีรังสีเข้ามา้น้อย แต่สิ่งที่พิเศษก็คือ  อนุภาคจากดวงอาทิตย์ยังไม่มีพลังงานสูงในระดับที่เราวัดได้จาก PSNM ดังนั้นสัญญาณที่เราพบก็คือ "อนุภาคจากนอกระบบสุริยะ" 

 บอกได้ครับ  จากปรากฎการณ์ที่เรียกว่า Forbush Decrease เมื่อมีพายุสุริยะมา พบว่าจำนวนรังสีคอสมิคจากนอกระบบสุริยะกลับลดปริมาณลง แต่ในเวลาต่อมา บางสถานีก็ตรวจพบการมาของอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์แทน ประมาณว่าอนุภาคเจ้าถิ่นไล่แขกออกไปเสียอย่างนั้น  

คอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อกับตัวนิวตรอนมอนิเตอร์ จะเืชื่อมต่อผ่านทางอินเตอร์เนตโดยใช้อินเตอร์เนตแบบผ่านดาวเทียมครับ  ทำให้ห้องแลบของเราสามารถเชื่อมต่อเข้าไปดึงข้อมูลออกมาผ่านทางอินเตอร์เนต โดยไม่ต้องเดินทางไปก๊อบข้อมูลให้เปลืองเิงินทองถึงเชียงใหม่ 

และเป็นที่น่ายินดีที่เมื่อต้นปีที่ผ่านมา  สถานีตรวจวัดนิวตรอนสิรินธรได้รับพระมหากรุณาธิคุณจากองค์สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาสยามบรมราชกุมารี  พระราชดำเินินมาเป็นองค์ประธานเปิดสถานีแห่งนี้อย่างเป็นทางการครับ 

ข้อมูล 

http://www.thaispaceweather.com

http://neutronm.bartol.udel.edu/

edit @ 6 Sep 2008 17:02:15 by Eddalion