แม่เหล็ก ดึงดูดโลหะบางชนิดได้อย่างไร และมาเรียนรู้สนามแม่เหล็กในโลกของเรา

แม่เหล็ก และสนามแม่เหล็กโลก

สนามแม่เหล็กและขั้วแม่เหล็กโลก (Earth’s magnetic field and Geomagnetic poles)

ขั้วเหนือของแม่เหล็กจะหันไปทางทิศเหนือของโลกเสมอ เช่นเดียวกับกับขั้วใต้ซึ่งจะหันไปทางทิศใต้ของโลก ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันได้ว่า โลก คือแม่เหล็กขนาดใหญ่

แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะยังไม่สามารถให้คำอธิบายต่อการเกิดสนามแม่เหล็กโลกได้มากนัก แต่จากองค์ประกอบหลักภายในแก่นโลก คือ เหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) ซึ่งเป็นสารแม่เหล็กชั้นดีที่มีคุณสมบัติในการสร้างสนามพลัง หรือสนามแม่เหล็ก ทำให้นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่า การเคลื่อนที่ของหินหนืดภายในแก่นโลกชั้นนอก (Outer core) ก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งส่งผลให้เกิดสนามแม่เหล็กระหว่างขั้วแม่เหล็กโลกทั้งสอง

สนามแม่เหล็กโลก (Earth’s magnetic field) ห่อหุ้มโลกและชั้นบรรยากาศเอาไว้ โดยมีอาณาเขตที่มีแม่เหล็กกำลังสูงเรียกว่า “แม็กนีโตสเฟียร์” (Magnetosphere) ซึ่งมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่งต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต เนื่องจากแม็กนีโตสเฟียร์ปกป้องโลกจากรังสีต่างๆในห้วงอวกาศ รวมถึงการป้องกันเราจาก “ลมสุริยะ” (Solar wind) หรือการปลดปล่อยพลังงานและอนุภาคของดวงอาทิตย์

นอกจากนี้ การปะทะกันระหว่างลมสุริยะและสนามแม่เหล็กโลก ยังก่อให้เกิดปรากฏการณ์ที่มหัศจรรย์ นั่นคือ ปรากฏการณ์แสงเหนือแสงใต้ หรือ “ออโรรา” (Aurora) ซึ่งเกิดจากการดูดกลืนและปลดปล่อยพลังงานของอนุภาคในชั้นบรรยากาศโลก (Ionosphere) ที่ก่อให้เกิดลำแสงบริเวณขั้วโลกทั้งสอง เกิดเป็นแสงเหนือ (Aurora borealis) ในแถบอะแลสกา  แคนาดา และสแกนดิเนเวีย เช่นเดียวกับแสงใต้ (Aurora australis) ที่จะพบได้ในบริเวณแอนตาร์กติก  ออสเตรเลีย  และนิวซีแลนด์

ออโรรา
แสงออโรราเคลื่อนผ่านท้องฟ้ายามราตรีคล้ายกำลังเริงระบำ

ขั้วแม่เหล็กโลก (Geomagnetic Poles) นั้นแตกต่างจากขั้วโลกทางภูมิศาสตร์ โดยที่ขั้วใต้ของแม่เหล็กโลกจะอยู่ทางซีกโลกเหนือ ในขณะที่ขั้วเหนือแม่เหล็กโลกนั้นจะอยู่ทางซีกโลกใต้ (ส่งผลให้ขั้วเหนือของแม่เหล็กในเข็มทิศชี้ไปยังทางเหนือของโลก) รวมถึงตำแหน่งของขั้วแม่เหล็กโลกที่อยู่ห่างจากขั้วทางภูมิศาสตร์ประมาณ 11.5 องศา เนื่องจากขั้วแม่เหล็กโลกมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาหรือราว 11 กิโลเมตรต่อปี

ภาพแสดงขั้วแม่เหล็กของโลก

ตั้งแต่ในอดีตจนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ยังคงทำการศึกษาหินอัคนี (Igneous rock) หรือหินที่เกิดจากการแข็งตัวของหินหลอมเหลวบนแผ่นเปลือกโลก ซึ่งนำพาองค์ประกอบของโลหะภายในชั้นแก่นโลกขึ้นมา ขณะที่หินเย็นตัวลง องค์ประกอบของโลหะเหล่านี้ มักวางตัวตามแนวเส้นแรงแม่เหล็ก แสดงให้เห็นถึงทิศทางของสนามแม่เหล็กโลกในช่วงเวลานั้น

จากการสำรวจ “ฟอสซิลแม่เหล็ก” (Magnetic fossils) ทั้งหลาย ทำให้นักวิทยาศาสตร์พบว่า ในช่วงเวลาหลายล้านปีที่ผ่านมา แนวเส้นแรงที่เกิดขึ้นบนหินบ่งชี้ทิศทางของขั้วแม่เหล็กโลกซึ่งแตกต่างกันออกไป

ถึงแม้ทฤษฎีธรณีแปรสัณฐาน (Plate tectonics theory) จะสามารถอธิบายถึงการเปลี่ยนตำแหน่งของหินแม่เหล็กเหล่านี้ได้ แต่จากหลักฐานทางธรณีวิทยามากมาย เปิดเผยเรื่องราวที่น่าประหลาดใจกว่าการค้นพบเส้นแรงแม่เหล็กบนตำแหน่งที่แปลกๆ นี้ เพราะนักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันได้ว่า ในช่วง 20 ล้านปีที่ผ่านมา เกิดเหตุการณ์การสลับทิศกันของขั้วเหนือและใต้ของขั้วแม่เหล็กโลก (Geomagnetic reversal) หลายครั้ง เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในทุก 2 ถึง 3 แสนปี ทำให้สนามแม่เหล็กโลกอ่อนลงและเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ซึ่งสาเหตุที่แท้จริงเบื้องหลังการสลับขั้วกันของแม่เหล็กโลกยังคงเป็นปริศนามาจนถึงทุกวันนี้


ข้อมูลอ้างอิง

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
National Geographic
www.explainthatstuff.com
องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA)


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : แรงโน้มถ่วงของโลก (Gravitational Force)

เรื่องแนะนำ

วิทยาศาสตร์เบื้องหลังสัตว์ทำนายผลบอลโลก

สัตว์ทำนายผลบอลโลกในปี ค.ศ. 2018 เป็นแมวชื่อ อคิลลิส ซึ่งมันทำนายถูกบ้างเป็นบางแมตซ์ แต่ผู้เชื่ยวชาญบางคนพูดจริงๆ แล้วสัตว์ไม่สามารถทำนายอนาคตได้

ค้นพบออโรราชนิดใหม่เป็นสีม่วง

ค้นพบออโรราชนิดใหม่เป็นสีม่วง ออโรราชนิดใหม่ที่เพิ่งถูกค้นพบนี้เป็นสีม่วง และมันถูกตั้งชื่อว่า “STEVE” ซึ่งย่อมาจาก Strong Thermal Emission Velocity Enhancement ปกติแล้วออโรราที่เราคุ้นเคยกันมักจะถูกเรียกว่าแสงเหนือหรือแสงใต้ ปรากฏในรูปลำแสงวูบวาบสีเขียวอมเหลือง และบางครั้งมีชอบสีม่วงหรือชมพู แต่ครั้งนี้ออโรราดังกล่าวมีลักษณะแปลกออกไป การค้นพบครั้งนี้เกิดขึ้นโดยนักดูดาวสมัครเล่นคนหนึ่ง เขาได้เก็บภาพถ่ายของออโรรารูปแบบใหม่นี้เอาไว้ และส่งต่อให้กับนักฟิสิกส์ ในออโรราทั่วไปเกิดจากอนุภาคคองดวงอาทิตย์กระทบเข้ากับสนามแม่เหล็กของโลก นักฟิสิกส์คาดการณ์ว่าในกรณีของออโรรา STEVE นั้นแตกต่าง มันน่าจะเกิดจากอนุภาคของพลาสมาร้อนที่ไหลมาตามสนามแม่เหล็กของโลก โดยเกิดขึ้นที่ความสูงราว 100 ไมล์ ซึ่งสูงกว่าการเกิดออโรราทั่วไปถึง 40 ไมล์ ส่วนสาเหตุการเกิดที่แน่ชัดนั้นยังไม่สามารถระบุได้ และทำไมมันจึงปรากฏเป็นสีม่วงนั้น นี่ก็เป็นอีกปริศนาหนึ่งที่นักวิทยาศาสตร์ต้องหาคำตอบกันต่อไป   อ่านเพิ่มเติม ดอกไม้เรืองแสง

สารละลาย ในธรรมชาติ (Solutions)

สารละลาย เป็นสารที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปตามธรรมชาติ บางครั้งอาจเกิดจากการสังเคราะห์ขึ้นโดยมนุษย์ สารละลาย (Solutions) คือ สารผสมที่เป็นเนื้อเดียวกัน (Homogenous Mixture) ซึ่งเกิดจากการรวมตัวกันของสารบริสุทธิ์ตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไป โดยมีสารที่มีปริมาณมากกว่าเป็น “ตัวทำละลาย” (Solvent) และสารที่มีปริมาณน้อยกว่าเป็น “ตัวถูกละลาย” (Solute) การผสมผสานกันของสารทั้ง 2 ประเภท ทำให้เกิดสารละลายเนื้อเดียวที่เกิดขึ้นได้ในทุกสถานะของสสาร คุณสมบัติของสารละลาย เป็นสารเนื้อเดียวกันในทุกส่วน ไม่เกิดการตกตะกอนหรือเกิดการเปลี่ยนแปลง เมื่อเวลาผ่านไป ตัวถูกละลายไม่สามารถแยกออกจากสารละลายผ่านการกรองทางกายภาพได้ (Mechanical Filtration) สารละลายไม่ทำให้เกิดการกระเจิงของแสง ในการกระบวนเกิดสารละลาย ตัวทำละลายทำหน้าที่เร่งให้เกิดการสลายตัวของตัวถูกละลาย อย่างเช่น น้ำเกลือ ผลึกเกลือ ซึ่งเป็นโมเลกุลของตัวถูกละลายที่รวมกลุ่มกันเป็นอนุภาคขนาดใหญ่ เมื่อสัมผัสกับน้ำ ซึ่งเป็นตัวทำละลายที่ดี โมเลกุลของน้ำจะทำการแทรกซึมและสลายการยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของเกลือ จนแตกออกเป็นโมเลกุลขนาดเล็กลง โดยสารละลายน้ำเกลือ ยังคงมีเกลือหลงเหลืออยู่ในสารละลาย แต่อนุภาคของเกลือถูกจับแยกออกจากกันและถูกรายล้อมด้วยโมเลกุลของน้ำแทนการจับกลุ่มกันเป็นก้อนหรือผลึกเกลือขนาดใหญ่อย่างในตอนตั้งต้น ชนิดของสารละลาย สารละลายอิ่มตัว (Saturated Solution) คือ สารละลายที่ตัวถูกละลายไม่สามารถละลายในตัวทำละลายได้อีก ณ อุณหภูมิคงที่ แต่เมื่อทำการเพิ่มอุณหภูมิให้สารละลายสูงขึ้น อาจทำให้ตัวถูกละลายสามารถละลายเพิ่มขึ้นได้อีก จนกลายเป็นสารละลายที่เรียกว่า “สารละลายอิ่มตัวยิ่งยวด” […]

แพลทีเฮลมินธิส (Platyhelminthes)

แพลทีเฮลมินธิส (Platyhelminthes) คือ 1 ใน 9 หมวด หรือ “ไฟลัม” (Phylum) ของอาณาจักรสัตว์ (Kingdom Animalia) ในการจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตตามอนุกรมวิธานวิทยา (Taxonomy) โดยสัตว์ในไฟลัมแพลทีเฮลมินธิสถูกเรียกรวมกันว่า “หนอนตัวแบน” (Flat Worms) ซึ่งปัจจุบันมีอยู่ราว 20,000 ชนิด อาศัยอยู่ทั้งบนบกและในน้ำ โดยที่ส่วนใหญ่มีการดำรงชีวิตแบบปรสิต (Parasites) หรือที่เรียกกันว่า “พยาธิ” และบางชนิดดำรงชีวิตอย่างอิสระ (Free Living) เช่น พลานาเรีย (Planarian) เป็นต้น  [คำว่า “แพลที” (Platy) มีความหมายว่า “แบน” และ “เฮลมินธ์” (Helminth) มีความหมายว่า “หนอน” ในภาษากรีก] ลักษณะสำคัญของสัตว์ในไฟลัม แพลทีเฮลมินธิส  มีเนื้อเยื่อที่แท้จริง แต่ไม่มีอวัยวะหรือระบบต่างๆ ภายในร่างกายที่สมบูรณ์ : เริ่มมีการรวมตัวของอวัยวะต่าง ๆ ตรงส่วนหัว (Cephalization) […]