“นักวิจัยภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทย์ฯ มมส ศึกษาผลกระทบทางสภาพอวกาศจากกระแสลมสุริยะความเร็วสูง ด้วยการวิเคราะห์ข้อมูลจากสถานีภาคพื้นดินและภาคอวกาศ รวมถึงงานพยากรณ์อิเล็กตรอนพลังงานสูงด้วยการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning) เพื่อพัฒนาไปสู่การใช้งานจริง”

Credit: European Space Agency

“สภาพอวกาศ” (space weather) เป็นสภาวะที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาและพื้นที่ระหว่างดวงอาทิตย์ถึงโลก โดยเน้นที่พื้นที่รอบโลก แมกนิโทสเฟียร์ (อาณาบริเวณที่มีผลของสนามแม่เหล็กโลก) ไอโอโนสเฟียร์-เทอร์โมสเฟียร์ สภาพอวกาศผลมาจากการเปลี่ยนแปลงบนดวงอาทิตย์ ได้แก่ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ในรูป “ลมสุริยะ” (solar wind) ที่พัดออกจากดวงอาทิตย์ในทุกทิศทาง รังสีคอสมิกและการแผ่รังสี ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกที่เรียกว่า “พายุแม่เหล็กโลก” (geomagnetic storms) โดยประจุและกระแสไฟฟ้าปริมาณมากที่ถูกเหนี่ยวนำนอกจากจะสร้างปรากฏการณ์แสงขั้วโลก (aurora) ที่สวยงามแล้ว ยังส่งผลเสียหายต่อระบบเทคโนโลยีต่างๆ ทั้งบนโลกและอวกาศจำนวนมากที่มีการลงทุนสูง อาทิเช่น ความขัดข้องของระบบกำหนดตำแหน่งบนโลก (GPS) และระบบวิทยุ การสื่อสารกับการบิน โรงไฟฟ้าและระบบท่อส่งน้ำมัน ปฏิบัติการบนดาวเทียม ดังนั้นการศึกษาเพื่อวิเคราะห์สาเหตุและรูปแบบของสภาพอวกาศ จึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำนายสิ่งที่จะเกิดขึ้น อันจะเป็นการบรรเทาหรือหลีกเลี่ยงความเสียหายที่จะเกิดกับระบบเทคโนโลยีต่างๆ ดังกล่าว ซึ่งกำลังได้รับความสนใจอย่างสูงเนื่องจากปัจจุบันและในอนาคตนั้น มนุษย์มีความเกี่ยวข้องกับอวกาศมากยิ่งขึ้นเรื่อย ๆ ทั้งด้านเทคโนโลยีอวกาศและการสำรวจทางด้านอวกาศ

หนึ่งในสาเหตุสำคัญของสภาพอวกาศคือ กระแสลมสุริยะความเร็วสูงจากช่องโหว่คอโรนา (coronal hole) ของดวงอาทิตย์ อันเป็นสาเหตุหลักที่เหนี่ยวนำให้เกิดอิเล็กตรอนพลังงานสูง (relativistic electrons) หรืออิเล็กตรอนเพชฌฆาตซึ่งมีพลังงานระดับ MeV เป็นสาเหตุสำคัญของความผิดปกติและเสียหายของดาวเทียมหรือกระสวยอวกาศ ณ วงโคจรค้างฟ้า ที่ระดับความสูงประมาณ 36,000 กิโลเมตรจากพื้นโลก ดาวเทียมค้างฟ้า (Geostationary satellite) ซึ่งส่วนใหญ่เป็นดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาและดาวเทียมสื่อสาร เช่น ดาวเทียม Intelsat ดาวเทียมไทยคม เป็นต้น ในอดีตพบความผิดปกติของระบบอวกาศและดาวเทียมที่เกิดจากฟลักซ์อิเล็กตรอนพลังงานสูงเหล่านี้ทะลุผ่านผิวดาวเทียมเข้าทำลายระบบอิเล็กทรอนิกส์ภายใน (deep dielectric charging) เช่น ความล้มเหลวของดาวเทียมสื่อสาร Anik E1 ของแคนาดา เดือนมีนาคม ปี ค.ศ. 1996 ความล้มเหลวของกระสวยอวกาศ Galaxy-15 ของ Intelsat เดือนเมษายน ค.ศ. 2010 และความผิดปกติของดาวเทียมไทยคม 5 เดือนเมษายน ค.ศ. 2011 ทำให้เกิดความเสียหายทางเศรษฐกิจอย่างมหาศาล

การสังเกตพบว่าฟลักซ์อิเล็กตรอนพลังงานสูง ณ วงโคจรค้างฟ้ามีการแปรผันตามเวลาและพื้นที่อย่างมาก  อีกทั้งกลไกการผลิตและเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน ให้มีพลังงานสูงขึ้นถึงระดับสัมพัทธภาพนั้นก็มีความซับซ้อนอย่างสูงและมีโครงสร้างเป็นลำดับชั้น  ยังไม่เป็นที่เข้าใจดีนัก จึงต้องมีการพัฒนาวิธีการวิเคราะห์เพื่อบ่งชี้ตัวแปรหรือสภาวะเพื่อให้เข้าใจรูปแบบและลักษณะที่สัมพันธ์กัน   ด้วยการใช้ข้อมูลพลาสมาในลมสุริยะ คลื่นในแมกนิโทสเฟียร์ สนามแม่เหล็กและดัชนีพายุแม่เหล็กโลกและฟลักซ์อิเล็กตรอนพลังงานสูงที่ได้จากการสังเกตการณ์จริงโดยดาวเทียมและสถานีภาคพื้นดิน รวมถึงการใช้สถิติต่างๆ เพื่อนำไปใช้พยากรณ์การแปรผันของฟลักซ์อิเล็กตรอนล่วงหน้าต่อไป

Yeeram (2020) ศึกษาการแปรผันอิเล็กตรอนสัมพัทธภาพ (E > 2 MeV) ที่สังเกตโดยดาวเทียม GOES  ณ วงโคจรค้างฟ้าในระหว่างวัฏจักรสุริยะที่ 23–24  พบว่าผลจากการวิเคราะห์เชิงสหสัมพันธ์ชี้ถึงบทบาทของกัมมันตภาพสุริยะต่อการควบคุมการคู่ควบของลมสุริยะ-แมกนิโทสเฟียร์  พายุย่อยในระยะกัมมันตภาพสูงสุดมีความรุนแรงแต่เกิดขึ้นในระยะสั้นและไม่เวียนซ้ำ ไม่สัมพันธ์กับการเพิ่มฟลักซ์อิเล็กตรอน ในทางกลับกัน พายุย่อยแบบความเข้มสูง ยาวนานและเวียนซ้ำจากการเหนี่ยวนำของลมสุริยะความเร็วสูงเป็นสาเหตุหลักของการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์อิเล็กตรอนในระยะกัมมันตภาพต่ำ การเพิ่มขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับ V_sw และK_p อย่างสูงที่ซึ่งค่า V_sw และ K_p ต้องเป็นค่าที่เหมาะสมเท่านั้น  เงื่อนไขการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์ถึง 10³ cm⁻² sr⁻¹ s⁻¹ คือ การคละกันของ V_sw > 500 km/s และความยาวนานของ K_p > 220 และระดับ 10⁴ cm⁻² sr⁻¹ s⁻¹ เมื่อ V_sw 630 km/s และ K_p > 227  ยิ่งกว่านั้น สหสัมพันธ์ระหว่าง V_sw–K_p ที่โดดเด่นในระยะลดต่ำของกัมมันตภาพบ่งชี้ถึงกระบวนการพาในแมกนิโตสเฟียร์ที่เหมาะสมโดยเกี่ยวข้องกับพายุย่อยที่เวียนซ้ำซึ่งเหนี่ยวไกให้เกิดการเร่งอิเล็กตรอนพลังงานสูงได้ 

งานวิจัยในกลุ่มเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ คณะผู้วิจัยเน้นศึกษาคือ บทบาทและผลกระทบของกระแสลมสุริยะความเร็วสูงที่มีต่อการมอดูเลตรังสีคอสมิกกาแล็กติก และต่อการคู่ควบกับแมกนิโทสเฟียร์-ไอโอโนสเฟียร์ด้วยเทคนิคการวิเคราะห์ข้อมูลที่วัดโดยสถานีภาคพื้นดินและภาคอวกาศต่างๆ รวมถึงงานพยากรณ์อิเล็กตรอนพลังงานสูงด้วยการเรียนรู้ของเครื่อง (machine learning) และด้วยวิธีอื่นๆ เพื่อพัฒนาไปสู่การใช้งานจริง

บทความวิจัยที่ตีพิมพ์

1. Yeeram, T. (2019). The solar wind – magnetospheric coupling and daytime disturbance electric fields in equatorial ionosphere during consecutive recurrent geomagnetic storms, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 187: 40-52. IF= 1.735, Quartile 3
2. Yeeram, T. (2019). Asymmetric latitudinal gradients of Galactic cosmic rays at low and high cutoff rigidities in two negative solar magnetic cycles: solar cycles 21/22 and 23/24. Solar Physics, 294(132): 1-20. IF= 2.671, Quartile 2
3. Yeeram, T. (2020). Solar activity phase dependence of the magnetospheric processes and relativistic electron flux at geostationary orbit. Astrophysics and Space Science, 365(86): 1-13. IF= 1.830, Quartile 3
4. Kallaya, O., Yeeram, T. (2021). Characteristics of recurrent Forbush decreases in Galactic cosmic ray intensity during positive and negative solar magnetic polarities. Astrophysics and Space Science, 366: 61. IF= 1.830, Quartile 3
5. Yeeram. T. (2020). A neural network forecasting of relativistic electron flux at geostationary orbit: solar activity phase dependence. Journal of Physics: conference series: Conf. Ser., 1593: 012026.

รองศาสตราจารย์ ดร.ธนา ยีรัมย์
หน่วยปฏิบัติการวิจัยเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ (Space Technology and Geo-Informatics)