The Core (2003):magnetic field

Film แนววิทยาศาสตร์ ที่ดูเอาสนุกไม่คิดอะไรมาก สร้างจากนิยาย ที่เขียนโดย Paul Preuss



คือเรื่องราวของความสัมพันธ์ทีมงานที่ได้รับการฝึกหัด ขับยานเจาะเข้าไปในใจกลางของโลก นำระเบิดนิวเคลียร์เพื่อที่จะไปrestart การหมุนของแกนกลางของโลกให้หมุนวนอีกครั้ง

The Core Trailer




เกิดเหตุการณ์ประหลาด มีคนตายพร้อมกัน 32 คนที่บอสตัน สะพานโกลเดนเกทพังลงมา และนกบินมาตายพร้อมกัน เกิดขึ้นมาแล้ว 14 ครั้ง ทั่วโลก

ฝูงนกหาทิศ นำร่องระยะไกล ... ประจุไอออนในสมองของนก ปรับทิศ สนามแม่เหล็กประจุโลก




สนามแม่เหล็กประจุโลกที่ห่อหุ้มโลก มีแม่เหล็กขั้วเหนือขั้วใต้ปกป้องเราจากรังสี cosmic จากอวกาศ ...ตอนนี้สนามพลังกำลังอ่อนแรงลง

เปลือกชั้นนอกของโลกที่เราอาศัยอยู่หนาแค่ 30 ไมล์ เปลือกโลกชั้นในหนาราวๆ 2,000 ไมล์ ...แกนกลางแบ่งออกเป็นสองชั้น ...คือแกนชั้นใน ...และแกนด้านนอก
แกนชั้นใน เหมือนก้อนโลหะขนาดยักษ์...ห้อมล้อมด้วยแกนด้านนอกเป็นของเหลว ...ของเหลวเหล่านี้ไหลวนไปในทิศทางเดียว ...ของเหลวเป็นแสนๆล้านๆตันในแกนด้านนอกไหลวนชั่วโมงละ 1,000 ไมล์

วิชาฟิสิกส์ ...โลหะร้อนไหลเร็วทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก ...แกนกลางชั้นนอกคือเครื่องยนต์ขับเคลื่อนสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ...นั้นคือจุดที่มีปัญหา

เครื่องยนต์ที่ว่า หยุดเดินแล้ว ...แกนกลางของโลกได้หยุดหมุนวนแล้ว

มันจะเกิดอะไรขึ้น ...ยิ่งสนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่เสถียรขึ้นมันจะเกิดเหตุการณ์แปลกๆ เห็นเครื่องบินตก ทุกๆสิ่งที่ใช้ด้วยไฟฟ้าจะไม่ทำงาน ...ประจุไฟฟ้าในชั้นบรรยากาศจะทำให้เกิดพายุไฟฟ้า ...ฟ้าผ่านับร้อยครั้งในพื้นที่ 1 ตารางไมล์

สนามแม่เหล็กโลกปกป้องเราจากลมสุริยะ ...ซึ่งเป็นคลื่นมรณะเต็มไปด้วยรังสีมรณะ และคลื่นไมโครเวฟ ...เมื่อโลกนั้นเสียหาย รังสีนั้นจะเผาผลาญโลกจนเกรียม

การแก้ไข ...แกนกลางใหญ่เท่าดาวอังคารเป็นการต่อสายตรงให้โลก ...มันคือโลหะหลอมเหลว ร้อนถึง 9,000 องศาฟาเร็นไฮต์



นั้นคือ ภาระกิจ ที่พวกเค้าไปซ่อมแกนในของโลก

ลองมาดูกันจริงๆว่า สนามแม่เหล็กโลกคืออะไร

What is the magnetic field?




สนามแม่เหล็กโลก

เรา คงเคยเรียนลูกเสือกันมาบ้าง ในการเดินทางไกล นอกจากจะต้องเตรียมอาหารและน้ำ ดื่มให้พร้อมแล้ว สิ่งหนึ่งที่จะช่วยให้ไปถึงจุดหมายได้อย่างถูกต้องไม่หลง ทาง ก็คือ แผนที่ แต่แผนที่เพียงอย่างเดียวก็คงช่วยอะไรเราไม่ได้ ถ้าเราไม่ รู้ทิศทาง ดังนั้น ของสำคัญอีกอย่างหนึ่งที่เราจะต้องมีติดตัวไปด้วยก็ คือ เข็มทิศ (Compass) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้กันมาตั้งแต่อดีตกาล เข็มทิศ อันแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นในประเทศจีน สมัยราชวงศ์ฮั่น ในช่วงพุทธศตวรรษ ที่ 15 แต่เข็มทิศทำงานได้อย่างไร ทำไมจึงชี้ไปในทิศทางเดิม บอกทิศเหนือ เสมอ



เข็มทิศในยุคแรก ประดิษฐ์ขึ้นในประเทศจีน ในราวพุทธศตวรรษที่ 15 ประกอบด้วย ช้อนที่ทำจากแร่แม่เหล็กเป็นตัวชี้

ถ้า เราเอาแท่งแม่เหล็กอันเล็กๆมาแขวนไว้กับเส้นด้ายให้แกว่งได้อย่างอิสระ เรา จะพบว่า แท่งแม่เหล็กจะชี้ไปในทิศทางเดิมเสมอ ไม่ว่าในตอนเริ่มต้นเราจะหมุน ให้มันวางตัวอย่างไรก็ตาม หลักการนี้ถูกนำมาใช้ในการสร้างเข็มทิศ การที่ แท่งแม่เหล็กวางตัวในแนวเดิมเสมอนี้ เกิดขึ้นเนื่องจากการที่โลกประพฤติตัว เป็นเสมือนแท่งแม่เหล็กขนาดใหญ่ และสร้างสนามแม่เหล็กครอบคลุมโลกไว้ เนื่อง จากโดยทั่วไปแล้วสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของประจุ ดัง นั้น สนามแม่เหล็กโลก (Earth’s Magnetic Field) ก็น่าจะเกิดขึ้นจากกา เคลื่อนที่ของประจุเช่นกัน
ที่ แก่นโลก ซึ่งประกอบไปด้วยเหล็กและนิเกิลเหลว มีการหมุนอยู่ตลอดเวลา การหมุน นี้ทำให้เกิดกระแสของอิเล็กตรอนเหมือนกับเป็นไดนาโมหรือเครื่องกำเนิด ไฟฟ้า และนี่เองที่น่าจะเป็นสาเหตุที่ทำให้โลกมีสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ ดี ในปัจจุบัน เราก็ยังไม่เข้าใจกระบวนการเกิดสนามแม่เหล็กโลกดีนัก ทั้งนี้ เนื่องจาก เราพบว่า หินอัคนี (Igneous rock) ซึ่งเกิดจากการแข็งตัวของ ลาวา ที่มีองค์ประกอบของโลหะอยู่ โลหะเหล่านี้จะวางตัวตามแนวเส้นแรงแม่ เหล็กขณะที่ค่อยๆเย็นตัวลง จึงเป็นเสมือนเข็มทิศที่ชี้แสดงทิศทางของสนามแม่ เหล็กโลก เราเรียกหินเหล่านี้ว่าเป็น ฟอสซิลแม่เหล็ก (Magnetic fossils)

Layers of the Earth


และ พบว่า ฟอสซิลแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาต่างๆกันตลอดหลายล้านปีที่ผ่าน มา ชี้ทิศทางสนามแม่เหล็กที่แตกต่างกันไป บางครั้งก็สลับกับทิศทางใน ปัจจุบัน ซึ่งจะเกิดการสลับเช่นนี้ตลอดเวลา
สนามแม่เหล็กโลกมีลักษณะเหมือนกับสนามแม่เหล็กทั่วๆไป คือ ประกอบไปด้วยขั้ว แม่เหล็กสองขั้ว คือ ขั้วเหนือและขั้วใต้ และมีเส้นแรงแม่เหล็กชี้จากขั้ว เหนือใต้ไปขั้วใต้ โดยที่ขั้วแม่เหล็กโลกจะสลับกับขั้วโลกทาง ภูมิศาสตร์ หรือขั้วโลกตามแกนหมุน คือ ขั้วใต้ของแม่เหล็กจะอยู่ทางซีกโลก เหนือ ในขณะที่ขั้วเหนืออยู่ทางซีกโลกใต้ (ทำให้ขั้วเหนือของแม่เหล็กในเข็ม ทิศชี้ไปยังทางเหนือ)
และ ขั้วแม่เหล็กโลกไม่ได้อยู่ในตำแหน่งเดียวกันกับขั้วเหนือและขั้วใต้ทาง ภูมิศาสตร์ แต่จะอยู่ห่างออกมาประมาณ 12 องศา นั่นหมายถึง ถ้าเราเดินตามทิศ เหนือของเข็มทิศไปเรื่อยๆ เราจะเดินไปไม่ถึงขั้วโลกเหนือ แต่จะหยุดอยู่ห่าง จากขั้วโลกเหนือถึง 12 องศาหรือประมาณ 1,330 กิโลเมตรเลยทีเดียว โดยขั้วใต้ แม่เหล็กจะอยู่ในพื้นที่ทางตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศแคนาดา ส่วยขั้ว เหนือแม่เหล็กจะอยู่ในทวีปแอนตาร์กติกา




นอก จากนั้น เรายังจะพบว่า เมื่อเราเข้าใกล้ขั้วเหนือแม่เหล็กมากขึ้น เข็มทิศ ของเราจะชี้เอียงลงสู่พื้นดินมากขึ้นเรื่อยๆ จนในที่สุด เมื่อเรายืนอยู่ เหนือขั้วเหนือแม่เหล็ก เข็มทิศของเราจะวางตัวในแนวดิ่งตั้งฉากกับพื้น ทั้ง นี้เพราะสนามแม่เหล็กจะชี้เข้าสู่ขั้วแม่เหล็กที่อยู่ใต้พื้นโลกลงไป

สนาม แม่เหล็กโลกมีความสำคัญอย่างมากในการปกป้องโลกนี้ไว้จากการถูกทำลายจาก อวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จากดวงอาทิตย์ ทั้งนี้เนื่องจาก ดวงอาทิตย์ไม่ได้ ปลดปล่อยพลังงานออกมาเฉพาะในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็น (Visible light) เท่า นั้น แต่ยังปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอนในทุกความยาวคลื่น รวมทั้งอนุภาค ที่มีประจุในรูปของลมสุริยะ (Solar Wind) ตลอดเวลา ลมสุริยะจะมีอนุภาค ประมาณ 5-10 อนุภาคต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และมีความเร็วสูงกว่า 500 กิโลเมตร ต่อวินาที

อนุภาค พลังงานสูงเหล่านี้อาจทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ และทำความเสียหายให้ กับโลกได้เมื่อตกกระทบลงบนพื้นโลก แต่อนุภาคเหล่านี้ไม่สามารถมาถึงโลก ได้ เพราะสนามแม่เหล็กโลกจะจับและกักอนุภาคเหล่านี้ไว้ เมื่อลมสุริยะเข้ามา ปะทะกับสนามแม่เหล็กโลกจะเกิดการเบี่ยงเบนออกคล้ายกับน้ำที่ปะทะกับหัว เรือ เราจึงเรียกพื้นผิวที่ลมสุริยะเบี่ยงเบนออกนี้ว่า Bow shock ในแนว หลัง Bow shock นี้ จะเรียกว่า แมกนีโทสเฟียร์ (Magnetosphere) ในแมก นีโทสเฟียร์นี้ อนุภาคต่างที่ทะลุผ่านแนว Bow shock มาได้จะถูกกักไว้ ด้วย คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า
กล่าว คือ อนุภาคที่มีประจุจะถูกแรงกระทำจากสนามแม่เหล็กให้เคลื่อนที่หมุนวนไปตาม เส้นแรงแม่เหล็ก กลับไปมาระหว่างขั้วเหนือและขั้วใต้แม่เหล็ก บริเวณที่ อนุภาคถูกกักไว้นี้เรียกว่าวงแหวนแวนอัลเลน (van Allen’s belt) ตามชื่อ เจมส์ แวน อัลเลน (James van Allen) นักวิทยาศาสตร์ที่ทำวิจัยเกี่ยวกับ สนามแม่เหล็กโลกร่วมกับโครงการแอ็กพลอเลอร์วัน (Explorer 1) ซึ่งเป็นดาว เทียมดวงแรกของประเทศสหรัฐอเมริกา ในปี ค.ศ. 1958 และได้ค้นพบวงแหวน นี้ ซึ่งมีทั้งสิ้นสองบริเวณอยู่ภายในแมกนีโทสเฟียร์ ล้อมอยู่รอบโลกคล้าย กับโดนัทสองชิ้นซ้อนกัน

โดย มีโลกอยู่ที่รูตรงกลาง วงแหวนชั้นใน (Inner belt) มีศูนย์กลางอยู่ที่ ประมาณ 3,000 กิโลเมตรจากพื้นดิน และหนาประมาณ 5,000 กิโลเมตร ส่วนวงแหวน ชั้นนอก (Outer belt) จะอยู่สูงจากพื้นโลก 15,000-20,000 กิโลเมตร และหนา ประมาณ 6,000-10,000 กิโลเมตร



ภาพจำลองสนามแม่เหล็กโลกเมื่อถูกปะทะด้วยลมสุริยะ

ปรากฏการณ์ ทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นจากการที่อนุภาคจากลมสุริยะปะทะเข้ากับแมก นีโทสเฟียร์ก็คือ ออโรรา (Aurora) หรือ แสงเหนือแสง ใต้ (Northern and Southern light) โดยเกิดจากการที่อนุภาคจากลมสุริยะปะทะ กับไอออนของธาตุในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ (Ionosphere) เมื่ออนุภาคเหล่า นี้ชนกันก็จะเกิดการถ่ายเทพลังงาน และปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของ โฟตอน ซึ่งรวมทั้งแสงในช่วงที่มองเห็น ปรากฏให้เห็นเป็นแถบสีสวยงามบนท้อง ฟ้า ที่ระดับความสูง 80-160 กิโลเมตร แต่เราไม่สามารถมองเห็นออโรราได้ใน ประเทศไทย เพราะอนุภาคจากลมสุริยะจะสามารถผ่านเข้ามาถึงบรรยากาศชั้นไอโอโน สเฟียร์ได้เฉพาะในบริเวณสนามแม่เหล็ก



ภาพถ่ายออโรรา ที่เกิดขึ้นในวันที่ 21 ตุลาคม ค.ศ. 1999 จากคอนเนกติคัตฮิลล์ นิวยอร์ก



สนามแม่เหล็กโลกใกล้วิปริต?
7 กุมภาพันธ์ 2547 รายงานโดย: วิมุติ วสะหลาย (wimut@hotmail.com)


การเปลี่ยนตำแหน่งของขั้วเหนือแม่เหล็กโลกบริเวณเขตขั้วโลกเหนือในแคนาดาตั้งแต่ปี 2374 ถึงปี 2544

เป็นที่ทราบกันมาเป็นเวลานานว่า ขั้วเหนือของแกนหมุนของโลกกับขั้วเหนือของสนามแม่เหล็กโลกไม่ได้อยู่ที่ เดียวกัน ขั้วเหนือของแกนหมุนอยู่ที่ละติจูด 90 องศา บนแผ่นน้ำแข็งของมหาสมุทรอาร์กติก ส่วนขั้วเหนือแม่เหล็กโลกอยู่ในเขตของประเทศแคนาดา เจมส์ รอสส์ สำรวจตำแหน่งของขั้วเหนือแม่เหล็กโลกเป็นครั้งแรกในปี 1831 ในการสำรวจครั้งต่อมาในปี 1904 โดย โรอาลด์ อามุนด์เซน พบว่าตำแหน่งของขั้วเหนือเปลี่ยนไปจากเดิมราว 50 กิโลเมตร จึงได้ทราบว่าขั้วแม่เหล็กโลกมีการเปลี่ยนตำแหน่งด้วย

The Solid Earth - Environmental Science


ในช่วงศตวรรษที่ 20 ที่ผ่านมาตำแหน่งขั้วเหนือก็ยังคงเคลื่อนที่เรื่อย ๆ ด้วยอัตรา 10 กิโลเมตรต่อปี แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานี้เคลื่อนที่เร็วถึง 40 กิโลเมตรต่อปี หากอัตราเคลื่อนที่ยังคงเป็นเช่นนี้ต่อไป ขั้วเหนือจะหลุดพ้นออกจากทวีปอเมริกาเหนือและไปอยู่ที่ไซบีเรียภายในอีกไม่ กี่สิบปีเท่านั้น

แลร์รี นูวิตต์จากคณะสำรวจทางธรณีวิทยาของแคนาดา กล่าวว่า เดิมตนมีหน้าที่ไปสำรวจวัดตำแหน่งของขั้วเหนือหลายๆ ปีต่อครั้ง แต่ในช่วงหลังจะต้องไปบ่อยขึ้นเนื่องจากขั้วแม่เหล็กโลกเคลื่อนที่เร็วมาก


แถบแม่เหล็กรอบสันเขากลางมหาสมุทรเป็นแถบบันทึกการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็กโลกตลอดเวลาหลายล้านปีที่ผ่านมา

ไม่เพียงแต่ตำแหน่งของขั้วเปลี่ยนไปเท่านั้น ความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกยังลดลงประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์นับตั้งแต่ศตวรรษที่ 19 เป็นต้นมาอีกด้วย

หลังจากที่ข้อมูลนี้เผยแพร่ต่อสื่อมวลชนในที่ประชุมสหภาพธรณีฟิสิกส์ อเมริกันเมื่อเร็ว ๆ นี้ เรื่องถึงกับเป็นข่าวพาดหัวใหญ่ทันทีว่า "สนามแม่เหล็กโลกกำลังหมดหรือ?"

แกรี แกลตซ์มายเยอร์ ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียได้ออกมายับยั้งกระแสว่า คงไม่ถึงขนาดนั้น เพราะการเปลี่ยนแปลงนี้ถือว่าน้อยมากเมื่อเทียบกับในอดีต

ในอดีตสนามแม่เหล็กโลกเคยมีการเปลี่ยนแปลงขนานใหญ่กว่านี้มาก ถึงขนาดสนามแม่เหล็กสลับขั้วก็เคยเกิดมาแล้ว ขั้วเหนือกลายเป็นขั้วใต้ ขั้วใต้กลายเป็นขั้วเหนือ หลักฐานของการเปลี่ยนแปลงนี้ปรากฏชัดในหินโบราณ การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่ได้เพียงครั้งเดียว แต่เกิดขึ้นครั้งแล้วครั้งเล่าและคาดการณ์ไม่ได้ ปรกติการสลับขั้วแม่เหล็กเกิดขึ้นทุก 300,000 ปีโดยเฉลี่ย ครั้งล่าสุดที่เกิดขึ้นคือเมื่อ 780,000 ปีที่แล้ว


ผังแสดงโครงสร้างภายในของโลก แกนโลกชั้นนอกคือส่วนที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก

หรือว่าการเร่งความเร็วของขั้วแม่เหล็กโลกในช่วงหลังนี้จะเป็นสัญญาณว่าถึงเวลาที่สนามแม่เหล็กโลกจะสลับขั้วอีกครั้งแล้ว?

จากการศึกษาบันทึกแม่แหล็กในแผ่นหินพบว่า ความเข้มสนามแม่เหล็กโลกมีการเพิ่มขึ้นและลดลงอยู่ตลอดเวลา และความจริงแล้วสนามแม่เหล็กโลกในขณะนี้มีความเข้มมากกว่าความหนาแน่นเฉลี่ย ในช่วงหนึ่งล้านปีที่ผ่านมาถึงสองเท่า


แบบจำลองสนามแม่เหล็กโลกบนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ทางซ้ายคือโลกในภาวะปรกติ ทางขวาคือโลกในช่วงที่เกิดการสลับขั้วแม่เหล็ก

ใจกลางโลกมีแกนชั้นในเป็นเหล็กแข็งที่มีอุณหภูมิสูงใกล้เคียงกับพื้นผิว ดวงอาทิตย์ ห่อหุ้มด้วยแกนชั้นนอกที่เป็นเหล็กหลอมเหลว แกนชั้นในหมุนรอบตัวเองเช่นเดียวกับผิวโลกแต่เร็วกว่าภายใต้แกนชั้นนอกที่ ปั่นป่วน การเคลื่อนที่ของเหล็กหลอมเหลวที่แกนโลกชั้นนอกทำให้เกิดการเหนี่ยวนำไฟฟ้า ขึ้น สนามแม่เหล็กจึงเกิดขึ้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าปรากฏการณ์ไดนาโม

Journey to centre of the earth


แกลตซ์มายเยอร์ และ พอล รอเบิตส์ ได้สร้างแบบจำลองของโครงสร้างภายในโลกด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์ โดยให้ความร้อนกับแกนชั้นในและแกนชั้นนอกปั่นป่วนเช่นเดียวกับของจริง หลังจากให้โปรแกรมวิ่งผ่านไปโดยจำลองให้เวลาผ่านไปเป็นเวลานับแสนปี พบว่าสนามแม่เหล็กของโลกจำลองนี้มีการเพิ่มและลดลง ขั้วแม่เหล็กมีการเคลื่อนที่ และบางครั้งก็มีการสลับขั้ว ซึ่งสอดคล้องกับสิ่งที่เกิดกับโลกจริง

นอกจากนี้ยังพบว่าช่วงที่สนามแม่เหล็กสลับขั้วใช้เวลานานหลายพันปีจึงจะ เสร็จสิ้น และสิ่งที่เหนือความคาดการณ์ของคนทั่วไปก็คือ ช่วงนี้สนามแม่เหล็กไม่ได้หายไป แต่มีความปั่นป่วนซับซ้อนมากขึ้น เส้นแรงแม่เหล็กบริเวณพื้นผิวโลกมีการบิดเบี้ยวและขมวดปม ขั้วแม่เหล็กเกิดขึ้นใหม่ได้ทุกที่ ขั้วใต้อาจเกิดขึ้นที่แอฟริกา หรือขั้วเหนืออาจผุดขึ้นที่ตาฮีตี แต่ไม่ว่าจะเกิดขึ้นที่ใด สนามแม่เหล็กก็ยังคงมีเหมือนเดิม และยังคงปกป้องโลกจากรังสีอันตรายจากดวงอาทิตย์
ที่มา:

* Earth's Inconstant Magnetic Field - Science@NASA

Science in the Bible Part 2


Science in the Bible Part 3


Science in the Bible Part 4


Source ://www.atom.rmutphysics.com/charud/oldnews/0/278/cosmos/52.htm
//thaiastro.nectec.or.th/news/2004/news2004feb01.html

Create Date : 30 พฤศจิกายน 2552		7 comments
Last Update : 30 พฤศจิกายน 2552 23:50:49 น.
Counter : 8947 Pageviews.
Share Tweet