รังสีคอสมิก (Cosmic Rays) - เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับภาษาไทย

รังสีคอสมิก (Cosmic Rays)

รังสีคอสมิก อนุภาคพลังงานสูงจากนอกโลก มีองค์ประกอบหลัก คือ อนุภาคโปรตอน (Proton) และนิวเคลียสของธาตุต่าง ๆ ที่เป็นต้นกำเนิดของทั้งจักรวาล กาแล็กซี และดาวเคราะห์ต่าง ๆ 

รังสีคอสมิก (Cosmic Rays) คือ อนุภาคพลังงานสูงจากนอกโลก เป็นสสารที่เคลื่อนที่ผ่านอวกาศด้วยความเร็วเทียบเท่าความเร็วแสง โดยมีองค์ประกอบหลัก คือ อนุภาคโปรตอน (Proton) และนิวเคลียสของธาตุต่าง ๆ ที่เป็นต้นกำเนิดของทั้งจักรวาล กาแล็กซี และดาวเคราะห์ต่าง ๆ เช่น นิวเคลียสของธาตุไฮโดรเจน ฮีเลียม คาร์บอน ออกซิเจน นีออน แมกนีเซียม ซิลิคอน และเหล็ก เป็นต้น

แหล่งกำเนิดและการเดินทางในห้วงอวกาศของรังสีคอสมิก

รังสีคอสมิกประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนซึ่งมีประจุบวกเป็นหลัก ดังนั้น เมื่อรังสีคอสมิกเดินทางผ่านห้วงอวกาศที่มีสนามแม่เหล็กกระจายตัวอยู่ทั่วทุกแห่งหน อนุภาคเหล่านี้จะถูกบังคับให้เปลี่ยนแปลงทิศทางในการเคลื่อนที่ ทำให้นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ไม่สามารถระบุแหล่งที่มาของอนุภาคคอสมิกเหล่านี้ได้อย่างชัดเจน อีกทั้ง เมื่อรังสีคอสมิกเดินทางมาถึงโลก สนามแม่เหล็กโลกมีส่วนที่ทำให้อนุภาคคอสมิกต้องเบี่ยงเบนทิศทางการเคลื่อนที่เช่นเดียวกัน ประกอบกับความไม่สม่ำเสมอของความเข้มสนามแม่เหล็กโลก (ความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกมีค่าสูงสุดที่บริเวณขั้วโลกและต่ำสุดบริเวณเส้นศูนย์สูตร) ทำให้ปริมาณของอนุภาคคอสมิกที่ตรวจวัดได้ในแต่ละพื้นที่ของโลกมีค่าไม่คงที่แน่นอน

การเดินทางของรังสีคอสมิกมายังโลก

แต่อย่างไรก็ตาม เมื่อการศึกษาและงานวิจัยด้านรังสีคอสมิกรุดหน้าไปไกล ทำให้เกิดการค้นพบอนุภาคอีกหลายชนิดที่เกิดขึ้น เมื่ออนุภาคคอสมิกพุ่งชนอะตอมของธาตุที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศโลก เป็นตัวกำเนิดของฝนอนุภาคมูลฐานชนิดต่างๆ รวมถึงการค้นพบนิวเคลียสของธาตุใหม่ ๆ ในรังสีคอสมิก เช่น ลิเทียม เบริลเลียม และโบรอน ซึ่งส่งผลให้นักดาราศาสตร์ค้นพบองค์ประกอบของรังสีคอสมิกที่สามารถบ่งบอกแหล่งที่มาอย่างคร่าว ๆ รวมถึงประวัติการเดินทางในอวกาศของพวกมัน อย่างเช่น การได้รับพลังงานจากการระเบิดอย่างรุนแรงของดวงดาวที่เรียกว่า “มหานวดารา” หรือ “ซูเปอร์โนวา” (Supernova) และการเดินทางผ่านคลื่นการระเบิดและเศษซากของมหานวดาราที่สามารถคงอยู่ได้ยาวนานหลายพันปีที่สุดท้ายทำให้อนุภาคเหล่านี้มีพลังงานมาพอจะเดินทางผ่านห้วงอวกาศด้วยตนเอง

“มหานวดารา” หรือ “ซูเปอร์โนวา” (Supernova)

ประเภทของรังสีคอสมิก

  • รังสีคอสมิกจากดวงอาทิตย์ (Solar Cosmic Rays) คือ อนุภาคพลังงานสูงที่เกิดจากการระเบิดในชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ที่เรียกว่า “เปลวสุริยะ” หรือการลุกจ้าของดวงอาทิตย์ (Solar Flare) และถูกเร่งโดยลมสุริยะ (Solar Wind) ที่ทำให้เกิดการปลดปล่อยอนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้ออกสู่ห้วงอวกาศ
เปลวสุริยะ
  • รังสีคอสมิกจากนอกระบบสุริยะ (Extragalactic/Galactic Cosmic Rays) คือ รังสีที่เดินทางผ่านห้วงอวกาศมายังโลก ผ่านการได้รับพลังงานปริมาณมหาศาลจากเหตุการณ์ต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในจักรวาล เช่น การระเบิดของซูเปอร์โนวาจากกาแล็กซีอื่นหรือจากเศษซากการระเบิดของซูเปอร์โนวาในอดีต

รังสีคอสมิกและอันตรายนอกโลก

รังสีคอสมิกพุ่งชนชั้นบรรยากาศของโลกตลอดเวลา ซึ่งในทางดาราศาสตร์มีการเรียกรังสีชนิดนี้ว่า “รังสีคอสมิกปฐมภูมิ” (Primary Cosmic Rays) หมายถึงอนุภาคคอสมิกพลังงานสูงที่พุ่งชนกับโมเลกุลของก๊าซต่าง ๆ ในบรรยากาศชั้นบนของโลก โดยเฉพาะอะตอมของธาตุไนโตรเจนและออกซิเจน ซึ่งก่อให้เกิด “รังสีคอสมิกทุติยภูมิ (Secondary Cosmic Rays)” หรือปรากฏการณ์ฝนอนุภาค (Air shower) ที่เป็นต้นกำเนิดของอนุภาคต่าง ๆ เช่น อนุภาคพายออน (Pion) มิวออน (Muon) เคออน (Kaon) โพสิตรอน (Positron) และนิวตรอน (Neutron) ที่กระจายตัวตกลงสู่พื้นผิวโลก

ฝนอนุภาค

สนามแม่เหล็กโลกและชั้นบรรยากาศของโลกปกป้องมนุษย์และสิ่งมีชีวิตจากรังสีคอสมิกกว่าร้อยละ 99 แต่สำหรับผู้ที่อยู่นอกสนามแม่เหล็กโลก โดยเฉพาะนักบินอวกาศและเครื่องมือทางดาราศาสตร์ที่ถูกส่งออกไปอยู่ในอวกาศต่างได้รับผลกระทบที่เป็นอันตรายร้ายแรงจากรังสีคอสมิกนี้ อย่างเช่น การเดินทางไปสำรวจดาวอังคารของยานคิวริออซิตี้ (Curiosity) ของนาซ่า (NASA) ที่ใช้เวลากว่า 253 วันในอวกาศ มีการเปิดเผยถึงปริมาณรังสีที่นักบินอวกาศมีโอกาสได้รับในการเดินทางไปกลับโลกดาวอังคารในระยะทางที่สั้นที่สุด (ราว 6 เดือน) อยู่ที่ราว 0.66 ซีเวิร์ต (Sievert: Sv) ซึ่งมากกว่าปริมาณรังสีที่คนงานซึ่งเข้าจัดการกับเหตุการณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ระเบิดที่ฟุกุชิมะในปี ค.ศ. 2011 ได้รับอนุญาตให้สะสมมากกว่า 2 เท่า (0.25 ซีเวิร์ต) หรือเปรียบได้กับการได้รับซีที สแกน (CT Scan) ทั่วทั้งตัวในทุก ๆ 5 หรือ 6 วัน ซึ่งการได้รับรังสีในปริมาณ 1 ซีเวิร์ต สามารถเพิ่มโอกาสและความเสี่ยงต่อการเป็นมะเร็งร้ายแรงมากถึงร้อยละ 5.5 ขณะที่ประชาชนทั่วไปบนโลกได้รับรังสีเพียง 0.00001 ซีเวิร์ต เท่านั้นเอง

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


อ้างอิง

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (NARIT) – http://old.narit.or.th

National Aeronautics and Space Administration (NASA) – https://www.nasa.gov

Staten Island Advance – https://www.youtube.com

กรมควบคุมการปฏิบัติทางอากาศ – http://weather.rtaf.mi.th

สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ – http://www0.tint.or.th


เรื่องอื่น ๆ ที่น่าสนใจ : เทคโนโลยีอวกาศ (Space Technology)

เรื่องแนะนำ

ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร เหตุใดนภาจึงกัมปนาท

หลายครั้งที่ได้ยินคำถาม ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร เสียงเปรี้ยงปร้างดังสนั่น มีคำอธิบายอย่างไร “ ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร ครับ ” หลานชายวัยกำลังหัดเจรจาของฉันไถ่ถามขึ้นมาระหว่างคืนฝนพรำและแสงแปลบปลาบวิ่งพล่านไปทั่วฟ้า ฉันนึกหาคำอธิบายอย่างง่ายที่สุดเพื่อให้เหมาะสมกับวัยของผู้ฟัง แต่ก็เป็นเรื่องยากเกินกว่าที่ตั้งใจไว้ ฟ้าแลบ ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า (Thunder) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุอิเล็กตรอนภายในก้อนเมฆ หรือระหว่างก้อนเมฆกับก้อนเมฆ หรือเกิดขึ้นระหว่างก้อนเมฆกับพื้นดิน การเคลื่อนที่ขึ้นลงของกระแสอากาศ (updraft/downdraft) ภายในเมฆคิวมูโลนิมบัส ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าในแต่ละบริเวณของก้อนเมฆและพื้นดินด้านล่าง เมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างตำแหน่งทั้งสองที่มีค่าระดับหนึ่ง จะก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ โดยมีประจุบวกอยู่ทางด้านบนของก้อนเมฆ ประจุลบอยู่ทางตอนล่างของก้อนเมฆ พื้นดินบางแห่งมีประจุบวก พื้นดินบางแห่งมีประจุลบ ซึ่งจะเหนี่ยวนำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า ทำความรู้จักกับ “เมฆ” แต่ละประเภท การเกิดประจุไฟฟ้าในอากาศ เมื่อท้องฟ้าเต็มไปด้วยก้อนเมฆอันเกิดจากการควบแน่นของละอองน้ำในอากาศ และกระแสลมพัดให้เคลื่อนที่ไปบนท้องฟ้า โมเลกุลน้ำและโมเลกุลอากาศเกิดการเสียดสีกันขณะที่เมฆเคลื่อนตัวไปในอากาศ จึงเกิดประจุไฟฟ้าขึ้นในก้อนเมฆและทวีปริมาณมากขึ้น จนกระทั่งเกิดความต่างศักย์ระหว่างก้อนเมฆ ทำให้เกิดการถ่ายเทประจุระหว่างหรือภายในก้อนเมฆ หรือระหว่างก้อนเมฆและพื้นดิน หลักการเกิดฟ้าแลบ ฟ้าผ่า และฟ้าร้อง อธิบายได้ดังนี้ เมื่อประจุลบบริเวณฐานเมฆถูกเหนี่ยวนำเข้าหาประจุบวกที่อยู่ด้านบนของก้อนเมฆ ทำให้เกิดแสงสว่างในก้อนเมฆ หรือประจุไฟฟ้าลบบริเวณฐานเมฆก้อนหนึ่งถูกเหนี่ยวนำไปหาประจุบวกในเมฆอีกก้อนหนึ่ง จะมองเห็นสายฟ้าวิ่งข้ามระหว่างก้อนเมฆเรียกว่า “ฟ้าแลบ” เมื่อประจุลบบริเวณฐานเมฆถูกเหนี่ยวนำเข้าหาประจุบวกที่อยู่บนพื้นดิน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าจากก้อนเมฆพุ่งลงสู่พื้นดินเรียกว่า “ฟ้าผ่า” ในทางกลับกัน ประจุลบที่อยู่บนพื้นดินถูกเหนี่ยวนำเข้าหาประจุบวกในก้อนเมฆ มองเห็นเป็นฟ้าแลบจากพื้นดินขึ้นสู่ท้องฟ้า เมื่อเกิดฟ้าแลบหรือฟ้าผ่า […]

พืชใบเลี้ยงคู่ (Dicotyledon)

นิยามของพืชใบเลี้ยงคู่ (Dicotyledon หรือ Magnoliopsida) คือ พืชที่มีใบเลี้ยง 2 ใบ เมื่อเริ่มงอกออกจากเมล็ดพันธุ์ เป็นพืชที่มีรากเป็นระบบรากแก้ว และเมื่อเจริญเติบโตเต็มที่แล้ว จะไม่เกิดข้อและปล้องขึ้นชัดเจนตามบริเวณลำต้นเหมือนกับพืชใบเลี้ยงเดี่ยว พืชใบเลี้ยงคู่ มีเปลือกหนาและมีเนื้อไม้แข็งแรง ขณะที่ท่อลำเลียงอาหารและน้ำของพืชกลุ่มนี้ จะจัดเรียงอยู่ภายในลำต้นอย่างเป็นระเบียบ จึงทำให้พืชใบเลี้ยงคู่มีการเจริญเติบโตทางด้านข้าง สามารถแผ่กิ่งก้านสาขาได้ดี อ่านเพิ่มเติมเรื่อง การงอกของเมล็ดพืช แกนกลางของลำต้นพืชกลุ่มนี้จะไม่มีท่อลำเลียง แต่จะเป็นเนื้อไม้ซึ่งมีความแข็งแรงคงทน ส่วนท่อลำเลียงจะจัดเรียงเป็นวงอย่างมีระเบียบอยู่รอบลำต้น ส่วนใบของพืชกลุ่มนี้มีลักษณะกว้าง มีการแตกแขนงเป็นร่างแหออกจากแกนกลางของใบ จำนวนของกลีบดอกจะมี 4 – 5 กลีบ หรือทวีคูณของ 4 – 5 หากปลูกพืชใบเลี้ยงคู่เพื่อเก็บเกี่ยวผลผลิต ส่วนใหญ่มักต้องใช้เวลา นานกว่าพืชใบเลี้ยงเดี่ยวถึงจะเก็บเกี่ยวผลผลิตได้ ทั้งนี้ยังมีความแตกต่างกันอีกมากระหว่างพืชใบเลี้ยงเดี่ยวและใบเลี้ยงคู่ อย่างเช่น ลักษณะโครงสร้างของเกสร หรือปากใบ (Stomata) แต่มันยากที่จะสังเกตเห็นชัดด้วยตาเปล่า พืชใบเลี้ยงคู่ส่วนใหญ่เป็นพืชที่มีอายุยืนยาวกว่าพืชใบเลี้ยงเดี่ยว มีลักษณะของใบกว้าง มีเส้นใบแตกแขนงเป็นร่างแหที่ซับซ้อนออกจากตรงแก่นกลางของใบ และส่วนของกลีบดอกจะมีจำนวนราว 4 ถึง 5 กลีบ หรือเท่าทวีคูณของ 4 และ 5 […]

คลื่นเสียง (Sound wave) และการได้ยินเสียง

คลื่นเสียง (Sound wave) คือ คลื่นกล (Mechanical wave) ตามยาวที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของวัตถุ หรือ “แหล่งกำเนิดเสียง” ซึ่งต้องอาศัยตัวกลาง (Medium) ในการเคลื่อนที่ คลื่นเสียง สามารถเคลื่อนที่ผ่านตัวกลางได้ทุกสถานะ ไม่ว่าจะเป็นวัตถุของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ คลื่นเสียงนั้น มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับคลื่นอื่นๆ เช่น แอมพลิจูด (Amplitude) ความเร็ว (Velocity) หรือ ความถี่ (Frequency) เสียง (Sound) คือ การถ่ายทอดพลังงานจากการสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิดเสียงผ่านโมเลกุลของตัวกลางไปยังผู้รับ โดยที่หูของเรานั้น สามารถรับรู้ถึงการสั่นสะเทือนของโมเลกุลเหล่านี้ได้ และได้ทำการแปลผลลัพธ์ออกมาในรูปของเสียงต่างๆ การเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง เมื่อวัตถุเกิดการเคลื่อนที่หรือถูกกระทำด้วยแรงจากภายนอก ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนของโมเลกุลภายในวัตถุนั้น ซึ่งส่งผลไปยังอนุภาคของอากาศหรือตัวกลางที่อยู่บริเวณโดยรอบ  ก่อให้เกิดการรบกวนหรือการถ่ายโอนพลังงาน ผ่านการสั่นและการกระทบกันเป็นวงกว้างทำให้อนุภาคของอากาศเกิด “การบีบอัด” (Compression) เมื่อเคลื่อนที่กระทบกัน และ “การยืดขยาย” (Rarefaction) เมื่อเคลื่อนที่กลับตำแหน่งเดิม ดังนั้น คลื่นเสียง จึงเรียกว่า “คลื่นความดัน” (Pressure wave) เพราะอาศัยการผลักดันกันของโมเลกุลในตัวกลางในการเคลื่อนที่ […]