SunflowerCosmos.org > Cosmology > Astronomy

โครงการศึกษา และตรวจจับ Cosmic rays
The Pierre Auger Observatory

การเรียนรู้ธรรมชาติของ รังสีจักรวาลแบบ High-energy cosmic rays
ทางวิทยาศาสตร์ เราสามารถวัดได้ในอวกาศ โดยส่งเครื่องมือขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ
ของโลก เช่น ดาวเทียม หรือ บอลลูน ตรวจวัด บรรดาอนุภาพที่พุ่งเข้าสู่โลกราวกับ
สายฝน (Shower of particles)

การตรวจจับ Cosmic rays ทางวิทยาศาสตร์ โครงการของสถาบัน
The Pierre Auger Cosmic Ray Observatory โดยได้เริ่ม มาตั้งแต่ ค.ศ. 1992 ด้วยความร่วมมือจาก 280 นักวิทยาศาสตร์ ใน 70 สถาบัน ชั้นนำด้านวิทยาศาสตร์
ของโลก ด้วยเงินทุน 50 ล้่านเหรียญ สถาบันมี 2 แห่ง

ตั้งอยู่ที่เมือง alargüe จังหวัด Mendoza ประทศ Argentina และที่ Southeast
Colorado, USA มีสถานีตรวจจับแล้ว 1,600 สถานี มีพื้นที่ ครอบคลุม 3,000
ตารางกิโลเมตรเพื่อทำการตรวจจับ High-energy cosmic rays จุดมุ่งหมายต้อง
การทราบถึงแหล่งที่มาของ พลังจักรวาล ดังกล่าวให้ได้ภายใน 100 ปีนี้เพื่อตอบ
คำถามปริศนาดังกล่าว

ตำแหน่งสถานีตรวจจับ แบบ High-energy cosmic rays

The Pierre Auger Observatory

เทคนิคการตรวจจับทางวิทยาศาสตร์

เรารู้ว่าการแสดงตัวของ Cosmic rays ในชั้นบรรยากาศ เรียกว่า Phenomenon
Atmospheric fluorescence (ปรากฏการณ์แสงวาวในชั้นบรรยากาศ) เกิดจาก
การเปลี่ยนแปลงโมเลกุล ของอนุภาพ เมื่อพุ่งเข้าใกล้ชั้นบรรยากาศโลก

ด้วยลักษณะดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์ใช้ Blue fluorescence ติดตั้งไว้ในคืน
เดือนมืดปราศจากเฆมหมอกก็จะเห็น Cosmic rays บินว่อนทั่วท้องฟ้าได้เพราะ หลอดชนิดดังกล่าวมีคุณสมบัติ สร้างโมเลกุลของ Nitrogen มีความไวของแสง
ช่วยให้เห็นได้ง่ายขึ้น และติดตั้งกล้องไว้ด้วย เรียกวิธีนี้ว่า Photomultipliers
หรือ Fluorescence Detector

Cosmic rays มีความสามารถเคลื่อนตัว ด้วยความเร็วในสููญญากาศ 300,000
กิโลเมตรต่อวินาที เป็นเรื่องยากที่จะตรวจจับ แต่หากอนุภาคของ Cosmic rays
วิ่งผ่านน้ำจะทำให้ความเร็วลดลง 70% ด้วยการชะงัก (Shock front) ทันทีพร้อม
กับถ่ายพลังงานออก รอบๆเป็นรูปกรวย เป็นวิธีที่นักวิทยาศาสตร์ดักจับวัดค่าพลัง
งานได้ด้วยวิธี Surface detector station ซึ่งภายในมีแทงค์บรรจุน้ำอยู่

The Pierre Auger Observatory มีเครื่องตรวจจับแบบ Fluorescence Detector จำนวน 4 ชุด

สถานนีตรวจจับ และวัดค่า Cosmic rays แบบ surface detector station ภายในเป็นแทงค์น้ำ

Surface detector station ปัจจุบันมีจำนวน 1,600 สถานี

สามารถชมข้อมูล รายงานการตรวจจับ Cosmic rays แต่ละสถานี
ของ Pierre Auger Observatory จำนวน 8088 เหตุการณ์
ตั้งแต่ ปี 2004 - จนถึงเวลาปัจจุบัน ตาม Banner Link

นักจักรวาลวิทยา ตั้งประเด็นหาหนทาง
และหลักฐานแหล่งที่มาของรังสีจักรวาล

จากเหตุผลที่พลังงานแบบ Highest-energy cosmic rays แทบจะไม่ปรากฏผล
กระทบต่อสนามแม่เหล็ก เราควรจะค้นหาแหล่งกำเนิดพลังงานดังกล่าว แม้ว่าจะ
ต้องใช้เวลามากสักเท่าใด เพื่อให้เงื่อนงำที่ลึกลับ แสดงความจริงออกมา

ด้านวิชาจักรวาลวิทยา เรารู้ว่าจักรวาลมีโครงสร้างและกลไกความเคลื่อนไหว
(Structure and dynamics) แต่เราจะอธิบายถึงความลึกลับของ พลังงานรูปแบบ
ดังกล่าวได้อย่างไร

เมื่อนักจักรวาลวิทยา ก็มีหลักฐานที่เต็มเปี่ยม ปราศจากความสงสัยใดๆว่าจักรวาล
เกิดจาก การระเบิดครั้งใหญ่ Big Bang ถ้าว่ากันตามเหตุผลเชิงตรรกวิทยา เราไม่ สามารถละทิ้งเรื่อง Cosmic strings, Domain walls และ Monopoles จนกระทั่ง
ลดความสำคัญของเรื่องราว เช่น การวิวัฒน์และการปรากฏของจักรวาลตามทฤษฎี
Big Bang ได้

เพราะเรายังไม่มีพยานหลักฐานพิสูจน์ที่ชัดแจ้ง ว่าพลังที่รุนแรงและเข้มข้นเกิดขึ้น
ได้อย่างไร แต่ถ้าการยุบตัวของจักรวาลที่เกิดจากความไม่สมดุลกัน (Collapse)
เป็นต้นเหตุของการเกิดพลังงานแบบ Highest-energy cosmic rays จะทำให้เรา
เข้าใจสิ่งสำคัญเพิ่มขึ้นในการกำเนิดของ จักรวาล

การยุบตัวของดาราจักร เป็นเหตุเกิดของ Highest-energy cosmic rays หรือไม่

ในห้องปฎิบัติทางวิทยาศาสตร์ พบอะไรในเรื่องนี้

หลายสถาบันให้ความสนใจต่อ Cosmic rays เพราะเชื่อว่าเป็นประโยชน์ต่อมนุษย์
และมีมากมายอย่างมหาศาล และมีความเข้มข้นของรูปแบบพลังงาน หากเราเข้าใจ
ถึงโครงสร้างและคุณสมบัติที่ถูกต้องแล้ว อาจสามารถนำมาพัฒนาการในด้านต่างๆ
ได้มากกว่าพลังงาน จากดวงอาทิตย์นับล้านเท่า

ฉะนั้นหนทางที่เราจะศึกษา เข้าใจพลังงานที่ยังไม่ทราบตัวตนที่แท้จริง เราจำเป็น
ต้องสร้างเลียนแบบเพื่อการวิเคราะห์ผล แต่การสร้างการทดลองอนุภาค Cosmic rays ไม่ใช่ง่าย ต้องใช้เงินทุน ความสามารถมากมาย และจะต้องศึกษาอนุภาคที่มี
ส่วนเกี่ยวข้องกัน เช่น Muon, Quarks, Antiquarks, Qluons

หรือ Neutrinos เป็นอนุภาพที่เราไม่เห็น มีลักษณะเหมือนล่องหน ไม่สามารถตรวจ
พบได้ สามารถวิ่งผ่านทะลุสิ่งต่างๆได้ เช่น วิ่งทะลุโลกจากด้านหนึ่งไปสู่ด้านหนึ่ง
โดยผ่านอาคารถนน เปลือกโลก แกนในของโลกภายในเสี้ยววินาที

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นของ Cosmic rays เมื่อสู่บรรยากาศโลกมีปฏิกิริยากับ Carbon เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์แน่ใจ ว่ามีผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ
ในอดีตนับล้านปีที่แล้ว

Stanford Linear Accelerator Center ค้นคว้าด้านรังสีวิทยา Cosmic rays

Fermilab ค้นคว้าด้านฟิสิกส์ Cosmic rays

โครงการในหลายสถาบัน มุ่งเน้นค้นคว้าด้านฟิสิกส์ เพื่อศึกษาอนุภาคใหม่ๆ ที่ได้
ค้นพบ ในหลายกรณี Cosmic rays เป็นสิ่งที่ท้าทายการค้นคว้า เราพบว่ามีขบวน
การทำงานที่ซับซ้อน สวยงาม เป็นระบบแบบแผนเป็นอย่างยิ่งบางกรณีมีรูปแบบที่
เราแทบจะไม่คิดเลยว่า ธรรมชาติมีความสามารถออกแบบ เช่นนั้นได้อย่างไร

   อนุภาค Quarks และ Antiquarks รวมตัวโดย Qluons เป็นลักษณะอนุภาคต้นกำเนิดจักรวาล
   ทุกสิ่งในจักรวาล ไม่ว่า ดาราจักร ระบบสุริยะ ดวงอาทิตย์ โลก มนุษย์ สัตว์ พืช มีส่วนผสมของ
   อนุภาคชนิดนี้ รวมถึง Cosmic rays ด้วย

อนุภาค Boson ที่เกี่ยวข้องกับ Cosmic rays โดยไปกระตุ้นอนุภาคอื่นๆที่อยู่ในธรรมชาติ

รูปแบบอนุภาค ที่เราค้นพบมีเส้นทางเดินทางที่สวยงาม เรียกว่า Bubble chamber

   พบว่าบางคนเคยเห็นลักษณะ การไหลโปรยปรายของ Cosmic rays ลงมาจากท้องฟ้าในลักษณะนี้
   ในหลายสถานที่ โดยไม่จำเป็นต้องเป็นเวลากลางคืนอย่างชัดเจน และในขณะเดียวกันจะเกิดความ
   รู้สึกตอบสนองของร่างกายที่สดชื่น ทั้งๆที่มีอีกคนยื่นอยู่ใกล้ๆไม่ได้เห็นและไม่รู้ลึกตอบสนองใดๆ

Cosmic rays ในอีกด้านที่มนุษย์รู้จัก

ด้านโบราณคดี เริ่มต้นแต่ยุค อียิปต์ นอกเหนือจากหลักฐานที่บันทึกไว้ในรูปแบบ
ต่างๆเน้นนับถือสุริยะเทพแล้ว การก่อสร้่างปิรามิดจากหลายแห่งมีทำนองเดียวกัน

การค้นพบข้อมูลโดยนักดาราศาสตร์ Charles Piazzi Smyth ชาวสก็อต์ บันทึกไว้
ในThe British Museum ว่ามีการออกแบบห้องสำคัญต่างๆของ Great Pyramid
มุมสัมพันธ์กับกลุ่มดาวสำคัญ โดยจะมีตำแหน่งเดียวกันทุกๆ 6,000 ปีด้วยเหตุผล
ความเชื่อว่าการเชื่อมโยงนั้น ช่วยปกป้องสุสาน

ด้วยลักษณะเหมือนเป็นช่องแคบๆ ให้แสงจากภายนอกส่องเข้าไปคล้ายกับช่ิอง
ระบายลม จึงทำให้วิเคราะห์ เป็น 2 กรณี เพื่อรับแสงพลังจากดวงดาวหรือเป็น
เทคนิคการระบายความชื้น ของสุสาน

ถึงแม้ว่าอาจจะไม่มีความชัดเจนนัก แต่พอจะอนุมานได้ว่ามีการเกี่ยวข้องกับความ
เชื่อเรื่อง พลังพิเศษจากจักรวาลยุคนั้นได้บ้าง นอกจากนั้นยังพบว่ามีการจารึกคำว่า
O King จำนวน 882 คำในสุสาน โดยนักโบราณคดีได้ถอดความหมายว่าเป็นชื่อ
หมู่ดาว Orion (ดาราจักรนายพราน) เป็นต้น

ตำแหน่งกลุ่มดาวที่สัมพันธ์ ห้องสำคัญต่างๆใน Pyramid

หากเรากลับไปสืบค้นความสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับพลังงานที่เราไม่รู้จัก พบได้ว่า
มีหลายศาสตร์ ที่เข้ามาเกี่ยวข้องในเชิงความมหัศจรรย์ และมักแสดงความแปลก
ทำให้น่าสงสัย แต่ด้วยการเกิดผลที่ดี จึงเกิดความเชื่อศรัทธา

ปัจจัยดังกล่าวเป็นเกิดความเลื่อมใสในกลุ่มคน ต่อผู้ที่มีความสามารถพิเศษที่ช่วย
แก้ไข ด้านสุขภาพ ความเจ็บป่วย นับแต่ยุคนักบวช โยคี โบราณ ที่รู้จักใช้พลังงาน
ดังกล่าว เชื่อว่าเกิดขึ้นนับพันปีมาแล้ว

ต้นแบบทีี่พอจะสืบค้นได้
มีตำราและวิธีการเป็นจำนวนมากที่สอนและบอกกล่าวถึง การเชื่อมโยงให้มนุษย์
สื่อสารสัญญานพลังงาน บริเวณที่เรียกว่า จักรกะ เพื่อรักษาโรคโดยอธิบายว่าเป็น
พื้นฐานหลักการเก่าแก่จาก ศรีลังกา หรือจากอินเดีย

ถ้าจะให้บอกว่าจริงหรือเท็จ คงไม่สามารถจะตอบได้ ทั้งนี้คงขึ้นอยู่กับประสบการณ์
ในการเข้าไปสัมผัส รับทราบแต่ละบุคคลและพิจารณาด้วยความมีเหตุและผลอย่าง
รอบครอบ ต่อพฤติกรรมนั้นๆ

โดยวิธีการดังกล่าวได้แพร่หลายไปในประเทศต่างๆ เช่น อเมริกา ญี่ปุ่น เวียดนาม
แม้แต่ประเทศไทยก็มีเป็นจำนวนไม่น้อย ที่ได้รับความเชื่อถือ และยังพบได้ว่า
บางกรณีแฝงมาในเรื่องผลประโยชน์ แต่บางกรณีก็ไม่เกี่ยวข้องกับผลประโยชน์

พบว่าในเว็ปไซด์ จำนวนมากมีวิธีการที่อธิบายเรื่อง เกี่ยวข้องกับ Cosmic rays ในแบบต่างๆ

กรณีนี้วิทยาศาสตร์จะอธิบายได้หรือไม่
เราต้องยอมรับ ตราบใดที่ความเป็นมนุษย์ยังต้องพบกับปัญหาในด้านต่างๆ ย่อมมี
ความต้องการที่พึ่งในการแก้ปัญหา เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ถ้าเราตั้งคำถามต่อว่า
การทำนายดวงชะตานั้น ไม่เคยมีหลักการทางวิทยาศาสตร์มารองรับแต่ผู้คน
ส่วนใหญ่ชอบและสนใจอยากที่จะทราบ และยอมที่จะกระทำตามสิ่งที่ผู้ทำนาย
บอกกล่าว บางครั้งอาจจะไม่ค่อยมีเหตุผลที่เหมาะสม

ส่วน Cosmic rays ที่เราจะเข้าใจว่า เป็นเรื่องรังสีจักรวาล หรือ พลังจักรวาล เป็น
เรื่องที่นักวิทยาศาสตร์ พบว่ามีจริงและมีพลังงานสูงจริง โดยรูปแบบอนุภาคของ
Cosmic rays มีความสามารถที่จะไปกระตุ้น อนุภาคธรรมชาติของ สิ่งต่างๆที่อยู่
ในโลก ทั้งสิ่งที่มีชีวิตและไม่มีชีวิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แต่ยังไม่มีทฤษฎีใดๆมารองรับอย่างชัดแจ้ง ความสำคัญคือ นักวิทยาศาสตร์นั้น
ทราบถึงกฎของธรรมชาติแต่การจะออกมาอธิบายความว่าเกิดผลนั้นคงเป็นเรื่องที่
ต้องมีข้อพิสูจน์ที่มั่นคงถูกต้องด้วย สำหรับผู้คนส่วนใหญ่ที่จะรับฟังได้

ในกรณีที่ได้ทราบว่า มีบางคนสามารถมองเห็น Cosmic rays ได้นั้น เป็นเรื่องที่มี
ความเป็นไปได้เหตุผลเพราะมีจริง ในสภาพอากาศ แสงที่เหมาะสม โดยแต่ละ
บุคคลอาจจะเห็นแตกต่างกันในรายละเอียดบ้าง ด้วยความสามารถของเลนส์ตา
ของบุคคลนั้นๆ แต่จะเห็นเป็นกลุ่มสี (สีของแสง) เหมือนเช่นเดียวกันทุกคน
(ณ จุดที่สังเกตเห็น)

อย่างไรก็ตาม ยังมีนักวิทยาศาสตร์บางกลุ่ม ที่ทำการค้นคว้าเรื่องนี้ เพื่อจะอธิบาย
กรณีดังกล่าว ของความเข้าใจถึงปรากฎการณ์ในด้านต่างๆ ต่อมนุษย์

สนามแม่เหล็กของดาราจักรทางช้างเผือก เกิดขึ้นหลัง Big Bang ประมาณ 370,000 ปี

คำตอบที่ชัดทางวิทยาศาสตร์ ในผลกระทบของ Cosmic rays

สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ยอมรับและได้พยายามตรวจสอบ ในหลายๆวิธีการพบว่าผล
กระทบที่จะเกิดขึ้นกับโลก จาก Highest-energy cosmic rays มีเพียง 1%
ด้วยเหตุผลเนื่องจากโลก อยู่ในระบบสุริยะที่กว้างใหญ่และเคลื่อนตัวไปพร้อมๆกับ
ดาราจักรทางช้างเผือก ด้วยความเร็ว 200 กิโลเมตรต่อวินาที เมื่อเทียบสัดส่วนกับ
ขนาดดาราจักรแล้วนับว่าเล็กจิ๋ว จึงไม่กระทบมากนัก

ส่วนผลกระทบต่อดาราจักรทางช้างเผือก พบว่ามีการเบี่ยงเบนของสนามแม่เหล็ก
ประมาณ 3 องศา ซึ่งนับว่าน้อยมากเช่นกัน โดยมีการตั้งข้อสังเกตว่า ระบบของ
ดาราจักรอื่นๆ เข้ามาเกี่ยวข้องเชื่อมโยงสนับสนุน ในการที่ทำให้เกิดผลกระทบ
น้อยลงหรือไม่ ส่วนนี้เรายังไม่เข้าใจ

อย่างไรก็ตามในกรณีนี้ เรายังเฝ้าติดตามตรวจสอบต่อไปด้วยเครื่องมือที่มีความ
ละเอียดอ่อนมากยิ่งขึ้น

References :

National Astronomical Observatory of Japan
Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab)
The Pierre Auger Observatory
Stanford Linear Accelerator Center
Interactions.org ( Particle physics - high energy physics)