ในสภาพแวดล้อมที่เสี่ยงต่อการแผ่รังสีหรืออนุภาคพลังงานสูง ร่างกายมนุษย์อาจถูกเปลี่ยนแปลงได้ถึงระดับสารพันธุกรรม (DNA) อนุภาคพลังงานสูงอย่าง โปรตอน และนิวตรอน สามารถชนกับอะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุล DNA ภายในร่างกายของสิ่งมีชีวต แล้วทำลายพันธะเคมีจนก่อให้ข้อมูลทางพันธุกรรมผิดเพี้ยนไป
คนที่อาศัยอยู่บนพื้นโลกย่อมถูกป้องกันจากรังสีหรืออนุภาคพลังงานสูงดังกล่าวโดยสนามแม่เหล็กโลกทว่า สำหรับนักบินอวกาศที่ปฏิบัติงานอยู่ในอวกาศย่อมต้องรับความเสี่ยงนี้ อย่างเช่น นักบินอวกาศที่ประจำการบนสถานีอวกาศเมียร์ (Mir Space Station) ของรัสเซียได้รับปริมาณรังสีเท่ากับการถ่ายภาพทรวงอกด้วยรังสีเอกซ์ 8 ครั้งต่อวัน ภายในเวลาหนึ่งปี จากพายุสุริยะครั้งหนึ่งเมื่อปีพ.ศ. 2533 (ค.ศ. 1990)
โดยทั่วไปอัตรารังสีที่ควรได้รับคือไม่เกิน 400 rem การถ่ายภาพทรวงอกด้วยรังสีเอกซ์ครั้งหนึ่งๆ ร่างกายจะได้รับรังสี 0.06 rem ส่วนรังสีที่มนุษย์ได้รับจากสภาพแวดล้อมคือ 0.35 rem ต่อปี แต่สำหรับการลุกจ้าบนดวงอาทิตย์ครั้งใหญ่หนึ่งครั้ง สามารถทำให้มนุษย์อวกาศได้รับรังสีสูงถึง 100 หรือ หลายพัน rem ภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมงหรือไม่กี่วัน แม้จะสวมชุดอวกาศอยู่ก็ตาม และนี่ย่อมนำมาซึ่งการเจ็บป่วยอันเนื่องมาจากรังสี อย่างเช่น โรคมะเร็ง และในกรณีที่ร้ายแรงที่สุดคือเสียชีวิต
|
แสงเหนือแสงใต้ (Aurorae)
|
|
แสงเหนือแสงใต้เป็นริ้วแสงสว่างคล้ายผ้าม่านเรืองแสงขนาดยักษ์ที่ปรากฏบนท้องฟ้ายามราตรีในบริเวณใกล้ขั้วโลกที่สามารถมองเห็นแสงดังกล่าวได้ (polar zone) โดยออโรราที่เกิดบริเวณขั้วเหนือเรียกว่า แสงออโรราเหนือ (aurora borealis) หรือแสงเหนือ (northern light) ส่วนทางขั้วใต้เรียกว่า แสงออโรราใต้ (aurora australis)
|
|
รูปแสดงแสงออโรราเหนือบริเวณน่านฟ้ามลรัฐอลาสกา สหรัฐอเมริกา
|
|
แสงเหนือแสงใต้เกิดจากการชนของอนุภาคมีประจุ ไม่ว่าจะเป็นอิเล็กตรอน หรือไอออนประจุบวก ที่พบใน magnetosphere กับอะตอมธาตุต่างๆ ภายในชั้นบรรยากาศส่วนบนของโลก (ที่ความสูงกว่า 80 กิโลเมตรเหนือผิวโลก)
กระแสอนุภาคมีประจุเหล่านั้นเดินทางจากอวกาศด้วยความเร็วประมาณ 300 ถึง 1,200 กิโลเมตรต่อวินาที เรียกว่า ลมสุริยะ (solar wind) โดยทั่วไปลมสุริยะจะถูกสกัดกั้นด้วยสนามแม่เหล็กโลกที่มีความเข้มที่ผิวโลกประมาณ 30,000–50,000 นาโนเทสลา(nanoTesla) แต่หากลมสุริยะถูกรบกวนด้วยเหตุการณ์ อย่างเช่น การลุกจ้าด้วยดวงอาทิตย์ (Solar Flare), การปลดปล่อยก้อนมวลโคโรนา (Coronal Mass Ejections)
|
|
|
จะทำให้อนุภาคเหล่านั้นสามารถผ่านเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกได้ง่ายขึ้นและสนามแม่เหล็กโลกนำไปสู่บริเวณขั้วโลก อนุภาคมีประจุที่มีพลังงานอยู่ระหว่าง 1 ถึง 15 keV จะชนกับอะตอมแก๊สภายในชั้นบรรยากาศโลก อะตอมแก๊สจะถูกกระตุ้นขึ้นสู่สถานะพลังงานที่สูงขึ้นแล้วแผ่พลังงานส่วนเกินนั้นออกมาในรูปแสง (light) หากเป็นแสงสีเขียวเรือง (greenish glow) ความยาวคลื่น 557.7 นาโนเมตร จะมาจากอะตอมออกซิเจน หรือแสงสีแดงเข้ม (dark-red glow) ความยาวคลื่น 630.0 นาโนเมตร ซึ่งเกิดได้จากอะตอมออกซิเจนพลังงานต่ำแต่อยู่ในระดับความสูงเหนือพื้นดินมากๆ นอกจากนี้ยังมีสีอื่นๆ อีก เช่นสีน้ำเงินและม่วงของโมเลกุลแก๊สไนโตรเจน และแต่พลังงานของอิเล็กตรอนหรือไอออนบวกที่พุ่งชนโมเลกุลแก๊ส อย่างไรก็ดีแสงเหนือแสงใต้ (aurorae) ยังสามารถแผ่รังสีอินฟราเรด (infrared) อัลตราไวโอเลต (ultraviolet) ตลอดจนรังสีเอกซ์ (X-ray) ได้อีกด้วย เพียงแต่รังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์จะสามารถตรวจวัดได้ดีจากอวกาศเนื่องจากชั้นบรรยากาศโลกสามารถดูดซับและลดทอนการแผ่รังสีดังกล่าว แสงเรืองดังกล่าวจะปรากฏตัวเป็นวงแสงล้อมรอบบริเวณขั้วโลกเอาไว้เรียกว่า aurora oval
|
|
โดยทั่วไปแสงเหนือแสงใต้จะเกิดขึ้นได้บ่อยครั้งหรือมีความเข้มแสงมากเพียงใดนั้น ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาภายในวัฏจักรสุริยะ 11 ปี (solar cycle) โดยแสงเหนือแสงใต้เกิดขึ้นได้บ่อยและสว่างมากในช่วงที่ดวงอาทิตย์มีจุดมืด (sunspot) มาก ซึ่งสอดคล้องกับการเกิดการลุกจ้า (solar flare) หรือการปลดปล่อยมวลโคโรนา (Coronal Mass Ejection) บนดวงอาทิตย์นั่นเอง ทว่ากลไกที่ใช้ในการเร่งความเร็วให้อนุภาคภายในลมสุริยะให้มีความเร็วสูงขึ้นจนผ่านการกรองโดยสนามแม่เหล็กโลกเข้ามาและมีพลังงานสูงขึ้นนับ 50 เท่า ยังคงไม่เป็นที่แน่ชัดนัก ความรู้เท่าที่มีในปัจจุบันมีเพียง การต่อใหม่ (reconnection) ของเส้นสนามแม่เหล็กโลก กับเส้นสนามแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์ (interplanetary magnetic field) ซึ่งจะก่อให้เกิดพลังงานมหาศาลและเร่งอนุภาคให้มีความเร็วสูงขึ้น
|
ความเสียหายต่อดาวเทียม (Satellite Failures)
|
|
ปัจจุบันมีดาวเทียม (satellite) โคจรอยู่ในวงโคจรรอบโลก ในหลายระดับความสูงและหลากหลายวงโคจร เพื่อประโยชน์ต่างๆ อาทิ ดาวเทียมสำรวจสภาพอุตุนิยมวิทยา ดาวเทียมทางธรณีวิทยา ดาวเทียมเพื่อการสื่อสาร ดาวเทียมอ้างอิงระบบพิกัดโลก (Global Positioning System : GPS) เป็นต้น เนื่องจากดาวเทียมเหล่านี้โคจรอยู่ในอวกาศซึ่งมีความเสี่ยงต่อความเสียหายอันเนื่องมาจากอนุภาคพลังงานสูง (energetic particles) ทั้งจากดวงอาทิตย์เองหรือว่าจากนอกระบบสุริยะ และพายุแม่เหล็กโลก (geomagnetic storm)
|
|
ระบบระบุพิกัดโลก(Global Positioning System : GPS) ใช้การติดต่อสื่อสารระหว่างเครื่องมือบนโลกกับดาวเทียมที่โคจรอยู่รอบโลก หากดาวเทียมเหล่านี้ได้รับความเสียหายจากพายุสุริยะย่อมก็ให้เกิดความเสียหายต่อกิจกรรมบนโลกที่ต้องอาศัยการระบุพิกัดเช่น การกู้ภัย เดินทาง ขนส่ง เป็นต้น
แม้ว่าดาวเทียมเหล่านั้นจะยังอยู่ในอาณาเขตที่สนามแม่เหล็กโลกเข้มข้นพอจะป้องกันพวกมันจากกระแสลมสุริยะ ทว่าสำหรับอันตรายจากอนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ (Solar Energetic Particle), พายุสุริยะ (solar storm) อย่างเช่น การปลดปล่อยมวลโคโรนา (coronal mass ejection) หรือการลุกจ้า (flares) สามารถทำให้อนุภาคมีประจุภายในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์มีพลังงานสูงขึ้น ความเร็วสูงขึ้น จนสามารถทะลุผ่านเข้ามาในสนามแม่เหล็กโลกและพุ่งเข้าไปในดาวเทียมที่ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อทนทานต่ออนุภาคพลังงานสูงเหล่านั้น
|
|
ในโลกยุคใหม่การสื่อสารถือเป็นกลไกในการขับเคลื่อนกิจกรรมทางเศษรฐกิจและชีวิตประจำวันของมนุษย์เมื่อดาวเทียมสื่อสารถูกรบกวนการทำงานย่อมก่อความเสียหายให้กับระบบเศษรฐกิจเป็นอันมาก
รังสีหรืออนุภาคอาจก่อความเสียหายให้ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายในดาวเทียม อนุภาคอาจฝังเข้าไปภายในอิเล็กทรอนิกส์ รบกวนกระแสไฟฟ้า หรือทำให้ไฟฟ้าลัดวงจร (Short circuit) ระบบกำเนิดพลังงานของดาวเทียม ด้วยการทำลายแผงโซลาร์เซลล์หรือแบตเตอรี่ภายในดาวเทียม คอมพิวเตอร์และโปรแกรมที่ติดตั้งภายในดาวเทียม อนุภาคสามารถเปลี่ยนบิทข้อมูลในรูปเลขฐานสองจาก 0 เป็น 1 หรือกลับกัน ความผิดพลาดนี้เพียงพอจะทำให้คำสั่งภายในคอมพิวเตอร์ทำงานผิดพลาด ดาวเทียมหลายดวงมีระบบควบคุมระดับความสูงด้วยการตรวจวัดสนามแม่เหล็กโลกเพื่อตัดสินว่าจะให้ดาวเทียมสูงขึ้นหรือต่ำลง แต่หากเกิดพายุแม่เหล็กขึ้น สนามแม่เหล็กโลกจะถูกรบกวนและนำไปสู่ความผิดพลาดในการตัดสินใจของโปรแกรมควบคุมระดับความสูงภายในตัวมันเอง ผลร้ายแรงที่สุดคือดาวเทียมอาจหลุดจากวงโคจร หรือตกลงมาบนผิวโลกอย่างไม่อาจควบคุม
รัความเสียหายที่เกิดขึ้นต่อดาวเทียมอาจทำให้ดาวเทียมใช้ไม่ได้เพียงชั่วคราว เสียหายตลอดไปเพียงบางส่วน หรือแม้แต่ดาวเทียมเสียหายอย่างถาวร แต่ไม่ว่าดาวเทียมจะหยุดทำงานเป็นเวลานานเท่าใด ความเสียหายที่แท้จริงอันเนื่องมาจากดาวเทียมปฏิบัติงานไม่ได้นั้น จะปรากฏขึ้นบนโลก ตัวอย่างเช่นสำหรับดาวเทียมสื่อสาร หากการสื่อสารต้องหยุดชะงักไปย่อมก่อให้เกิดความเสียหายต่อเศรษฐกิจ เช่น ดาวเทียม Telstar 401 ดาวเทียมแพร่ภาพโทรทัศน์ ได้รับผลกระทบจากเมฆแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์จากบรรยากาศชั้นโคโรนา (interplanetary coronal storm cloud) ขนาดกว้างกว่า 50 ล้านกิโลเมตร พุ่งเข้าปะทะสนามแม่เหล็กโลก เมื่อวันที่ 11 มกราคม ค.ศ. 1997 จนดาวเทียมใช้การไม่ได้เพราะไฟฟ้าลัดวงจร การแพร่ภาพต้องหยุดชะงัก คิดเป็นมูลค่าความเสียหายประมาณ 200 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ พฤษภาคม ค.ศ. 1998 ดาวเทียม Galaxy IV สูญเสียการควบคุมระดับความสูงและหยุดให้บริการส่งข้อความแก่วิทยุติดตามตัวภายในอเมริกาเหนือ 45 ล้านเครื่อง ภายในปีเดียวกันดาวเทียม Motorola Iridium เสียการควบคุมระดับความสูง
|
|
รูปแสดงผลกระทบจากอนุภาคลพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์ทั้งโปรตอนและอิเล็กตรอน
|
|
ปัจจุบันดาวเทียมเพื่อการพาณิชย์ใหม่ๆ หลายดวงจำเป็นต้องปรับปรุงและพัฒนาเกราะป้องกันรังสีหรืออนุภาคพลังงานสูงที่อาจทะลุเข้าไปทำลายระบบอิเล็กทรอนิกส์หรือคอมพิวเตอร์ สำหรับดาวเทียมที่อยู่สูงประมาณ 36,000 กิโลเมตร จะต้องรับรังสีเป็นปริมาณ 1,000 rads ต่อปี ส่วนความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อยู่ในระดับ 30,000 rads ซึ่งแน่นอนว่าการสร้างเกราะหุ้มยานอวกาศก็ต้องมีค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นอีกทั้งยังเป็นการเพิ่มน้ำหนักให้กับดาวเทียมอีกด้วย ดังนั้นวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องสร้างดาวเทียมที่เบาขึ้นและทนทานต่อรังสีอีกด้วย
|
กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (Geomagnetic induced currents)
|
Geomagnetically induced currents (GIC) เป็นปรากฏการณ์อันเนื่องมาจากสภาพอวกาศ (space weather) ที่ส่งผลกระทบลงมาถึงระดับพื้นผิวโลก ซึ่งส่งผลกระทบต่อระบบสายส่งพลังงานไฟฟ้า
ในขณะที่เกิดพายุแม่เหล็กภาคพื้นธรณี (geomagnetic storms) จะเกิดการแปรผันของกระแสไฟฟ้าภายในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ (ionospheric current) ซื่งเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้าภาคพื้นธรณี (geoelectric field) และความต่างศักย์ไฟฟ้าที่แตกต่างกันระหว่างสองจุดบนพื้นดินและนำไปสู่กระแสไฟฟ้าที่ไหลจากศักย์สูงไปต่ำในระดับพื้นผิวโลกนั่นเอง
|
|
รูปแสดงการเกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำภาคพื้นดิน โดยพายุสุริยะซึ่งสามารถตรวจวัดกระแสไฟฟ้าได้ด้วยมิเตอร์ที่ติดตั้งบนท่อโลหะ(ภาพเล็ก)
|
|
สำหรับท่อโลหะนำระบบสาธารณูปโภคที่ถูกฝังไว้ใต้ดิน อาทิ ท่อน้ำประปา ท่อนำแก๊สหุงต้มภายในเมือง สายโทรศัพท์และสายโทรเลขที่ทำจากโลหะ ท่อนำแก๊สธรรมชาติ น้ำมันดิบ เป็นต้นหรือแม้แต่ รางรถไฟ GIC นอกจากจะเพิ่มอันตรายหรือความเสียหายให้กับการใช้งานในภาวะปกติแล้ว เช่น ทำให้ข้อมูลที่ส่งภายในสายโทรศัพท์ผิดเพี้ยน ข้อความในโทรเลขผิดพลาดไป ไฟจราจรสีแดงกลับติดขึ้นเองโดยไม่ได้มีรถไฟวิ่งผ่านในเส้นทางนั้นแต่อย่างใด เป็นต้น กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านท่อโลหะผ่านลงพื้นดินจะเพิ่มอัตราการกร่อนตัวของท่อโลหะเหล่านั้นทำให้อายุการใช้งานสั้นลง วิธีการป้องกันคือการเคลือบผิวท่อเหล่านั้นด้วยฉนวนไฟฟ้า
|
|
รูปแสดงท่อนำแก็ซโดยทั่วไปมีอัตราการกร่อนตัวของเนื้อวัสดุโลหะอยู่แล้ว แต่ GIC กลับเป็นตัวเร่งให้การสึกกร่อนเร็วขึ้นอีก
|
|
ส่วนระบบสายส่งพลังงาน (Electric transmission grids) GIC ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าและความต่างศักย์ระหว่างหม้อแปลงไฟฟ้าศักย์สูง (high-voltage power transformers) จนกระทั่งเกิดกระแสไหลผ่านสายไฟฟ้าที่เชื่อมต่อหม้อแปลงไฟฟ้าเหล่านั้นและกระแสส่วนเกินนั้นทำให้เกิดภาวะ saturated transformer ซึ่งเป็นภาวะที่หม้อแปลงไฟฟ้าใช้พลังงานมากเกินไป ซึ่งจะเป็นการลดความสามารถในการส่งผ่านไฟฟ้ากระแสสลับของระบบ และทำให้ความต่างศักย์ที่แปลงได้ลดต่ำลง อีกทั้งยังเพิ่มฟลักซ์เส้นแรงแม่เหล็กภายในหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งไม่ได้ถูกออกแบบมาให้รองรับปริมาณฟลักซ์เส้นแรงแม่เหล็กมากขนาดนั้น ผลก็คือเกิดความร้อนสูงภายในหม้อแปลง ในภาวะอันตรายที่สุดคือหม้อแปลงเสียหายอย่างถาวร และไฟฟ้าดับ ดังเช่นเมื่อมีนาคม พ.ศ. 2532 (ค.ศ. 1989) ระบบไฟฟ้าในรัฐควิเบค ประเทศแคนาดาดับเป็นเวลานานหลายชั่วโมง
|
|
รูปแสดงหม้อแปลงไฟฟ้าของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ มลรัฐนิวเจอร์ซีย์ ถูกทำลายเพราะ GIC
|
เอกสารอ้างอิง
- http://www.thaispaceweather.com/
|
