อะไรทำให้เมฆลอยต่ำลง ทฤษฎีการเกิดเมฆแบบเก่าและแบบใหม่ ใครถูก?

จากข่าวที่เป็นที่ถกเถียงกันเมื่ออาทิตย์ที่แล้ว เมื่อทีมวิจัยของประเทศนิวซีแลนด์ได้ศึกษาข้อมูลจากยานสำรวจ terra ของ NASA พบว่า เมฆระดับสูงมีการลดระดับลงประมาณ 1 ม.ทุกๆปีตั้งแต่ปี ค.ศ.2000 เป็นต้นมา จึงทำให้หลายคนสงสัยว่าเกิดอะไรขึ้นกับระบบเมฆของโลกเรา แล้วอะไรที่สามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ จึงเป็นโอกาสดีที่จะได้เขียนถึงเรื่องเมฆสักหน่อยครับ เพราะจริงๆแล้ว เมฆมีความสำคัญต่อระบบภูมิอากาศของโลก และเป็นตัวควบคุมอุณหภูมิของโลกให้อยู่ในสมดุลย์ได้

ก่อนที่จะไปถึงเรื่องการเกิดเมฆ จากความรู้เดิมๆตั้งแต่สมัยเด็กๆเราถูกสอนมาว่า เมฆเป็นวัฐจักรของน้ำ ที่เกิดจากการระเหยของน้ำที่พื้นดิน เมื่อลอยขึ้นไปเจอกับอากาศเย็นที่อยู่ข้างบนจะเกิดการควบแน่นและรวมตัวกันขึ้นเกิดเป็นเมฆขึ้นมาในรูปร่างต่างๆกัน

จากวิดีโอจะเป็นการทดลองที่เราถูกสอนกันมาตั้งแต่เด็กๆ ว่าแต่ว่าในสถานการณ์จริง เมฆเกิดขึ้นอย่างนี้จริงหรือ?

ภาพจาก http://www.comet.ucar.edu/presentations/illustra/illustrations/illustrations_new.htm

ในสถานการณ์จริง เราพบการเกิดเมฆจากการสังเกตปรากฏการณ์ตามธรรมชาติเท่านั้น และพยายามสร้างทฤษฎีขึ้นมา จนกระทั่งมีการทดลอง 2 อย่างที่ขอนำมากล่าวถึง ซึ่งเปลี่ยนมุมมองของการเกิดเมฆ และทำให้สมมติฐานเดิมๆถูกหักล้างไป เพราะการทดลองนี้สามารถสร้างเมฆได้ในระดับของชั้นบรรยากาศ ไม่ใช่แค่ในขวด การทดลองสองที่ว่านี้คือ

1. SKY experiment โดย Henrik Svensmark นักฟิสิกส์แห่งสถาบันวิจัยความสัมพันธ์ระหว่างดวงอาทิตย์และชั้นบรรยากาศโลกของสวีเดน http://www.space.dtu.dk/English/Research/Research_divisions/Sun_Climate/Experiments_SC/SKY.aspx

2.CLOUD projects โดย CERN http://cloud.web.cern.ch/cloud/

เนื่องจากทั้งสองการทดลองมีข้อมูลออกมามากมายครับ โดยเฉพาะของ Henrik Svensmark ที่เสนอทฤษฎีนี้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1997 และมีงานวิจัยและตีพิมพ์ต่อเนื่องเลยขออนุญาตเล่าย่อๆตามความเข้าใจของผมก็แล้วกัน

I. SKY experiment

SKY experiment พบความสัมพันธ์ของรังสีคอสมิคต่อการเกิดเมฆในระดับต่ำ โดยเฉพาะต่ำกว่า 3,000 ม. จากระดับน้ำทะเลปานกลาง ซึ่งเมฆบริเวณนี้จะช่วยสะท้อนความร้อนจากแสงอาทิตย์และทำให้ความร้อนที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศของโลกมีการระบายออกสู่อวกาศมากขึ้นทำให้โลกเราเย็นลง ซึ่งจากการศึกษาปริมาณของรังสีคอสมิคที่ลงมายังโลกพบว่าจะเกิดการแตกตัวออกมาจนกระทั่งเหลือ muon ซึ่งเป็นอิเลคตรอนพลังงานสูงที่ไม่สามารถถูกทำให้เปลี่ยนแปลงโดยสนามแม่เหล็กของโลกได้ โดยการศึกษา SKY สามารถดักจับ muon และพบการรวมตัวของกลุ่มอนุภาคเมฆขนาดจิ๋วขึ้น ซึ่งเมื่อรวมกับโมเลกุลของซัลเฟอร์ไดออกไซด์และน้ำแล้ว สามารถก่อตัวเป็นเมฆขึ้นมาได้

นอกจากนี้ Svensmark ยังได้ทำการศึกษาความสัมพันธ์ของอุณหภูมิบนโลกกับระดับรังสีคอสมิคที่ลงมายังโลกด้วยระดับของ เบอริลเลียม-10 ในชั้นน้ำแข็งแอนตาร์คติก และพบความสัมพันธ์ของปริมาณรังสีคอสมิคและระดับอุณหภูมิบนโลกอย่างชัดเจน (ภาพจาก http://dahuang.dhxy.info/ClimateChange/j.1468-4004.2007.48118.x.pdf)

ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่ระดับน้ำทะเล (สีแดง) เมื่อเทียบกับปริมาณรังสีคอสมิคที่วัดจากชั้นน้ำแข็ง (สีน้ำเงิน)(ภาพจาก http://dahuang.dhxy.info/ClimateChange/j.1468-4004.2007.48118.x.pdf)

แสดงความสัมพันธ์ของเมฆในระดับสูง>6.5 กม. (บน สีน้ำเงิน) กลาง 3.2-6.5 กม. (กลาง สีน้ำเงิน) และระดับต่ำกว่า 3.2 กม. (ล่าง สีน้ำเงิน) กับปริมาณรังสีคอสมิค จะพบว่าเมฆระดับล่างจะมีความสัมพันธ์กับรังสีคอสมิคชัดเจนทีเดียว (ภาพจาก http://dahuang.dhxy.info/ClimateChange/j.1468-4004.2007.48118.x.pdf)

แต่ที่สำคัญที่สุดที่ Svensmark พยายามชี้ให้เราเห็นคือ ปรากฏการณ์นี้ไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ หรือตามความน่าจะเป็นที่กล่าวกันว่ามีการระเบิดของ Supernova ทุกๆ 50 ปีในแกแลคซี่ของเราซึ่งเป็นแหล่งของรังสีคอสมิค Svensmark ยังมองไปที่การโคจรของระบบสุริยะของเราไปตามแขนของแกแลคซี่ทางช้างเผือกด้วย โดยพบว่าการเคลื่อนที่ของระบบสุริยะเป็นไปตามรูป (Credit: Mikhail V. Medvedev, Adrian Melott/University of Kansas จบเรื่องนี้จะพยายามต่อด้วยงานวิจัยของทั้งสองท่านนี้ครับ เกี่ยวกับวัฏจักรของการสูญพันธุ์ของโลกทุกๆ 62 ล้านปี)

โดยดวงอาทิตย์จะพาระบบสุริยะของเราเคลื่อนไปตามแขนต่างๆของทางช้างเผือกตลอดเวลาที่ผ่านมา ซึ่งขณะนี้เรากำลังเคลื่อนที่จากแขน Sagitarius-carina ไปยังแขน Perseus โดยกำลังเคลื่อนที่ตัดผ่านแขนงย่อย Orion อยู่ (ภาพจาก http://dahuang.dhxy.info/ClimateChange/j.1468-4004.2007.48118.x.pdf)

โดยในการศึกษาของ Svensmark ได้ย้อนกลับไปตั้งแต่เมื่อ 200 ล้านปีก่อน จนถึงปัจจุบัน และพบความสัมพันธ์ระหว่างระดับรังสีคอสมิคที่สูงขึ้นขณะที่ระบบสุริยะของเรากำลังเคลื่อนที่ผ่านแขนของกาแลคซี่ และสัมพันธ์กับการเกิดยุคน้ำแข็งระหว่างนั้น (ในงานวิจัยของดร. Merlott จะพบความสัมพันธ์กับการเกิดการสูญพันธุ์บนโลกครั้งใหญ่ด้วย ซึ่งจะกล่าวในโอกาสต่อไป)

ภาพนี้จะแสดงความเปลี่ยนแปลงระหว่างความหนาแน่นของกาแลคซี่ทางช้างเผือกเปรียบเทียบระหว่างการโคจรนอกแขนกาแลคซี่และภายในแขนกาแลคซี่ และระยะเวลาในการโคจรผ่านแขนต่างๆ

ภาพสุดท้ายของงานวิจัย SKY experiment เป็นการสรุปให้เห็นภาพว่า เมื่อใดที่ระบบสุริยะของเราเคลื่อนที่เข้าสู่ในระนาบแกนของกาแลคซี่ทางช้างเผือก โลกของเราจะได้รับรังสีคอสมิคสูงขึ้น ซึ่งเป็นผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของโลกจนอาจเกิดยุคน้ำแข็งในช่วง 200ล้านปีที่ผ่านมาได้

II. CLOUD project

ในงานทดลองชิ้นที่สองหรือ CLOUD project เป็นโครงการทดลองที่มีขนาดใหญ่กว่า SKY มาก มีการสร้างถังสเตนเลสเพื่อบรรจุอากาศบริสุทธิ์ ไอน้ำ แอมโมเนีย และซัลเฟอร์ไดออกไซด์เข้าไปต่างกันที่ใน CLOUD project มีการใช้เครื่องเร่งอานุภาคสร้างรังสีคอสมิคเพื่อจำลองการตกกระทบกับชั้นบรรยากาศขึ้นมา

ซึ่งผลจากการศึกษาของ CLOUD project ได้มีการตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อปี 2011 ซึ่งตัวฉบับจริงสามารถอ่านได้ที่ http://cloud.web.cern.ch/cloud/People/Publications.html ซึ่งผมขอสรุปเป็น infographic ง่ายๆดังภาพแล้วกันครับ

จากภาพจะเห็นว่า เมื่อรังสีคอสมิคผ่านมายังชั้นบรรยากาศของโลกแล้ว จะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ แอมโมเนีย และน้ำ จนมีการรวมตัวขึ้นเป็น cluster และ aerosol particle ตามลำดับ ก่อนที่จะรวมตัวเป็นแกนของการเกิดเมฆในลำดับถัดไป

ผลจากการทดลอง SKY และ CLOUD นี้ทำให้เราพบความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิของโลก รังสีคอสมิค และปฏิกิริยาบนดวงอาทิตย์ได้อย่างชัดเจนยิ่งขึ้น โดยเมื่อไรที่ดวงอาทิตย์มีปฏิกิริยาสูง ลมสุริยะจะทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันให้กับระบบและสะกัดรังสีคอสมิคไม่ให้เข้ามาสู่ภายในระบบมากเกินไป แต่เมื่อไรที่ดวงอาทิตย์มีปฏิกิริยาต่ำก็จะมีปริมาณรังสีคอสมิคเข้ามาในระบบสูง และทำให้เกิดเมฆในระดับต่ำในชั้นบรรยากาศโลก และเป็นผลให้อุณหภูมิโลกเย็นลง และเมื่อใดที่ดวงอาทิตย์พาเราเข้าสู่ระนาบเดียวกับแขนกาแลคซี ซึ่งมีปริมาณรังสีคอสมิคหนาแน่นกว่า อาจเกิดยุคน้ำแข็งตามมาได้เหมือเช่นที่เคยเกิดในช่วง 200 ล้านปีที่ผ่านมาเมื่อเราโคจรผ่านแขนกาแลคซี่ 2 ครั้ง (ภาพด้านล่างเป็นภาพจำลองของฝักสุริยะ หรือ heliosphere ของเราซึ่งอาศัยข้อมูลจากยานสำรวจ voyager 1 และ voyager 2 ซึ่งอยู่ที่บริเวณ heliopause หรือประมาณระยะทาง 100 AU จากดวงอาทิตย์)

ในความเห็นของผม สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์นิวซีแลนด์ค้นพบจากข้อมูลดาวเทียม Terra ของ NASA ไม่น่าเป็นการลอยตัวต่ำลง แต่เป็นการก่อตัวของเมฆในระดับล่างซึ่งสัมพันธ์กับปริมาณของรังสีคอสมิกที่เพิ่มขึ้นตั้งแต่หลัง Solar cycle ที่ 23 ตั้งแต่ปีค.ศ. 2000 ที่ผ่านมา

 จากเวปไซด์ http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2009/29sep_cosmicrays/เราพบระดับของรังสีคอสมิคเพิ่มขึ้นมากกว่าระดับสูงสุดที่เราเคยวัดได้มาก่อนถึง 19.5% ในปี 2009 และมีแนวโน้มที่จะเพิ่มสูงขึ้นอีกเรื่อยๆ

จากสัญญาณและข้อมูลที่กล่าวมาเบื้องต้นนี้ จะเห็นได้ว่า ระบบสุริยะของเรากำลังเดินทางใกล้ถึงจุดวิกฤตอีกครั้งหนึ่งแล้ว และมีสัญญาณบอกเหตุโดยเฉพาะการเกิดการเสียชีวิตหมู่ของสิ่งมีชีวิตทั่วโลกถูกรายงานตลอดเวลา ในตอนต่อไปเราจะมาดูการศึกษาของ ดร. Merlott เกี่ยวกับปริมาณรังสีคอสมิคกับการเกิดรอบของการสูญพันธ์ุครั้งใหญ่ของโลกทุกๆ 62 ล้านปีกัน

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s