มาพูดคุยเกี่ยวกับการเพิ่มพลังความร้อนกัน นักวิทยาศาสตร์ได้กระตุ้นอนุภาคขนาดเล็กของเหล็กและให้ความร้อนพวกมันจนไปถึงอุณหภูมิมากกว่า 2.1 ล้านองศาเซลเซียส สิ่งที่เขาได้จากการทดลองนี้ นั่นก็คือมันอาจจะช่วยบอกถึงความลับเกี่ยวกับความร้อนจากดวงอาทิตย์ว่าเป็นมาอย่างไร

ในอดีต นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาดวงอาทิตย์ได้เพียงการดูจากที่ไกลๆ พวกเขาทำการใส่ข้อมูลเข้าไว้ด้วยกันกับสิ่งที่พวกเขารู้เกี่ยวกับทฤษฎีการสร้างดวงอาทิตย์และดวงดาว แต่เนื่องจากความร้อนที่สูงมากของดวงอาทิตย์และแรงกดดันมหาศาล นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถนำทฤษฎีเหล่านั้นมาทดลองได้เลย จนกระทั่งตอนนี้

นักวิทยาศาสตร์ที่ Sandia National Laboratories ใน Albuquerque ,N.M. ทำงานกับเครื่องกำเนิดพลังงานไฟฟ้าชนิดพัลล์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก อธิบายอย่างง่ายๆ ว่าอุปกรณ์ชนิดนี้จะทำการเก็บพลังงานไฟฟ้าขนาดใหญ่เอาไว้ หลังจากนั้นพลังงานจะถูกใช้ภายในครั้งเดียวในเวลาไม่ถึงวินาที ด้วยการใช้ของ Z machine นี้ นักวิทยาศาสตร์จาก Sandia สามารถให้ความร้อนกับบางสิ่งบางอย่างขนาดเท่าเม็ดทรายไปจนถึงให้อุณหภูมิสูงขึ้นไปได้เท่าที่ไม่สามารถทำได้ในโลก

“พวกเรากำลังพยายามจำลองภาวะที่อยู่ในดวงอาทิตย์” อธิบายโดย Jim Bailey ซึ่งเขาเป็นนักฟิสิกส์จาก Sandia เขาทำการศึกษาว่าเกิดอะไรขึ้นกับสสารและรังสีภายใต้สภาวะที่รุนแรงแบบนี้ การศึกษากว่า 10 ปีในการค้นหาว่า เราจะได้อุณหภูมิและความเข้มของพลังงานที่สูงมากพอกับการทดลองนี้ได้อย่างไร


Jim Bailey นักฟิสิกส์ กำลังตรวจสอบแถวสายไฟ (wire array) ที่ใช้ในการหลอมวัตถุให้เกิดความร้อนสูงใน Z machine ทีมงานของเบลเลย์ ใช้อุปกรณ์นี้ในการวิจัยว่าเกิดอะไรขึ้นกับแร่เหล็กในแกนของดวงอาทิตย์

ธาตุแรกที่พวกเขาทำการทดสอบคือ เหล็ก มันเป็นหนึ่งในวัสุดที่สำคัญที่สุดในดวงอาทิตย์ เนื่องจากหน้าที่ของมันคือ การควบคุมความร้อนของดวงอาทิตย์ นักวิทยาศาสตร์รู้ว่า ปฏิกิริยาฟิวชั่นที่อยู่ลึกลงไปในดวงอาทิตย์นั้นสร้างความร้อน และความร้อนนี้จะเคลื่อนตัวออกไปภายนอก นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการคำนวณว่า ความร้อนที่อยู่ลึกต้องใช้เวลากว่า 1 ล้านปีที่จะเคลื่อนไปถึงพื้นผิวได้ในขนาดและความหนาแน่นของดวงอาทิตย์ขนาดยักษ์

อีกเหตุผลหนึ่งที่มันใช้เวลานานเพราะอะตอมของเหล็กในดวงอาทิตย์นั้นทำการดูดและเก็บกักพลังงานไว้ และเหลือบางส่วนของพลังงานที่จะไหลผ่านมันไป นักวิทยาศาสตร์ทำการคำนวณว่า กระบวนการนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร แต่ตัวเลขที่ได้นั้นไม่ตรงกันกับที่นักฟิสิกส์ได้ทำการสำรวจดวงอาทิตย์เอาไว้

Bailey คิดว่า การทดลองของทีมวิจัยของเขานั้น บางส่วนสามารถแก้ไขปริศนาได้ เมื่อนักวิจัยทำการให้ความร้อนกับเหล็กที่อุณหภูมิสูงเหมือนกับศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ พวกเขาพบว่าโลหะจะทำการดูดซับความร้อนเพิ่มขึ้นมากกว่าที่นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ไว้ จากข้อมูลชุดนี้ ทำให้การคำนวณใหม่ของพวกเขาเกี่ยวกับพฤติกรรมของดวงอาทิตย์ใกล้กับสิ่งที่ได้จากการสำรวจดวงอาทิตย์ไว้

“มันเป็นผลงานที่น่าตื่นเต้นมาก” Sarbani Basu กล่าว เธอเป็นนักฟิสิกส์อวกาศจาก Yale University ใน New Haven, Connnecticut “การค้นพบใหม่นี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตอบคำถามเกี่ยวกับดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นปัญหาที่สำคัญอย่างมากที่พวกเราเผชิญอยู่” เธอกล่าว

แต่ เธอเสริมว่า ในความจริงแล้ว ทีมวิจัยของ Sandia ประสบความสำเร็จอย่างยิ่งในการทดลองนี้และความสำคัญพอๆกับการค้นพบในครั้งนี้ด้วย ถ้านักวิทยาศาตร์สามารถทำการทดสอบที่คล้ายกันนี้กับธาตุอื่นๆ ที่พวกเขาพบได้ในดวงอาทิตย์ “การค้นพบอาจจะช่วยไขความลับของดวงอาทิตย์ได้” เธอกล่าว

“ฉันรู้ตื่นเต้นกับสิ่งเหล่านี้มาเป็นเวลาหนึ่ง” เธอกล่าว “พวกเรารู้มาหลายปีแล้วว่า พวกเขาทำการทดลองอยู่ ซึ่งสิ่งนี้มันมหัศจรรย์จริงๆ”

Bailey เห็นด้วยว่า "พวกเรารู้เกี่ยวกับความต้องการที่จะทำสิ่งนี้มาเป็นเวลากว่า 100 ปี แล้ว และ ณ ตอนนี้พวกเราสามารถทำมันได้สำเร็จ”

ที่มา:

S. Ornes. “Escape from a lab-built black hole.” Science News for Students. November 5, 2014.

S. Ornes. “The sun’s giant heat elevators.” Science News for Students. January 2, 2014.

S. Ornes. “How the outer sun gets so hot.” Science News for Students. August 17, 2011.

Original Journal Source: J.E. Bailey et al. A higher-than-predicted measurement of iron opacity at solar interior temperatures. Nature. Vol. 517, January 1, 2015. doi:10.1038/nature14048.