Mahidol Science Café ไขความลับแก่นโลก
17 กุมภาพันธ์ 2566 คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล จัดเสวนาพิเศษ Mahidol Science Café ไขความลับแก่นโลก ตอบข้อสงสัยกรณีแก่นโลกหยุดหมุนและหมุนย้อนกลับ รวมถึงปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาที่น่าสนใจ และให้ความรู้เกี่ยวกับการศึกษาแก่นโลกผ่านเหตุการณ์แผ่นดินไหว โดยได้รับเกียรติจากสองอาจารย์นักธรณีฟิสิกส์ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ภูวิศ อมาตยกุล และ อาจารย์ ดร.สุทธิพงษ์ น้อยสกุล จากภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และ ดร.ธวัช รุ่งอรุณวรรณ จากบริษัท เคิร์ลอี ธรณีฟิสิกส์ จำกัด เป็นวิทยากร โดยมี ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.วิทูร ชื่นวชิรศิริ หัวหน้าภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล เป็นผู้ดำเนินรายการ ซึ่งกิจกรรมในครั้งนี้มีผู้สนใจเข้าร่วมกิจกรรม ณ ห้องประชุม K102 อาคารเฉลิมพระเกียรติ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล พญาไท และรับชมทาง Facebook live รวมกว่า 44 คน
นอกจากทำความเข้าใจโครงสร้างของโลกในเชิงลึกแล้ว ธรณีฟิสิกส์ยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการสำรวจหาทรัพยากรธรรมชาติบริเวณใกล้ผิวโลก เช่น น้ำบาดาล น้ำพุร้อน ปิโตรเลียม ฯลฯ และการค้นพบทางโบราณคดีอีกด้วย
และให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการศึกษาโครงสร้างโลกด้วยสนามแม่เหล็กว่า เราสามารถใช้ประโยชน์จากลมสุริยะที่มาจากการระเบิดเป็นครั้งคราวบนผิวของดวงอาทิตย์ และมาปะทะกับสนามแม่เหล็กโลก เกิดเป็นสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถทะลุไปยังพื้นโลกและสะท้อนกลับขึ้นมาให้เราตรวจจับสัญญาณได้ ทั้งนี้ ใต้ของโลกก็สามารถสร้างสัญญาณแบบนี้ขึ้นมาที่ผิวโลกได้เช่นกัน แต่อาจต้องใช้เวลาเดินทางขึ้นมานานกว่า 100 ปี นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามตั้งสถานีตรวจวัดให้สามารถเก็บข้อมูลได้ยาวนานและครอบคลุม โดยปัจจุบันสถานีวัดสัญญาณต่าง ๆ ยังมีอายุไม่ถึง 200 ปี ซึ่งถือว่ายังมีข้อมูลน้อย
ซึ่งคณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ได้มีความร่วมมือกับนักวิจัยจาก JAMSTEC และ Earthquake Research Institute, The University of Tokyo เก็บข้อมูลสนามแม่เหล็กโลกในบริเวณมหาสมุทรแปซิฟิกซึ่งยังมีการเก็บข้อมูลน้อยเมื่อเทียบกับพื้นที่ทางฝั่งยุโรปซึ่งในอดีตมีความก้าวหน้าด้านเดินเรือมากกว่า จึงมีการมาตั้งสถานีที่จังหวัดกาญจนบุรี เพื่อควบคุมข้อมูลให้คุณภาพ ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2000
ส่วนการไขความลับสุดพิศวงของแก่นโลกและประเด็นแก่นโลกหยุดหมุน อาจารย์ ดร.สุทธิพงษ์ น้อยสกุล ได้พาผู้ฟังไปทำความเข้าใจแก่นโลก และข้อเท็จจริงที่น่าสนใจว่า โลกและแก่นโลกชั้นในไม่ได้เกิดขึ้นมาพร้อมกัน นักวิทยาศาสตร์พบว่าโลกของเราเกิดขึ้นเมื่อ 4,500–5,000 ล้านปีก่อน แต่แก่นโลกชั้นในเพิ่งเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 1,000–1,300 ล้านปีก่อน โดยก่อนหน้าที่จะมีแก่นโลกชั้นในสนามแม่เหล็กโลกอ่อนกว่าปัจจุบันมาก หลังเกิดการตกผลึกของแก่นโลกชั้นในจากด้านในสู่ด้านนอก ในทำให้สนามแม่เหล็กโลกเริ่มเข้มแข็งขึ้น เกิดการเคลื่อนที่ตัวของเปลือกโลก ซึ่งสัมพันธ์กับการเกิดขึ้นของสิ่งมีชีวิต
จากนั้นจึงเจาะลึกถึง ‘วิทยาแผ่นดินไหว’ หนึ่งในศาสตร์ทางธรณีฟิสิกส์ ที่ศึกษา ‘คลื่นไหวสะเทือนพื้นดิน’ (Seismic waves) จากแผ่นดินไหวเพื่อทำความเข้าใจความลับของแก่นโลก ซึ่งเป็นวิธีวิจัยที่ถูกกล่าวถึงในข่าวแก่นโลกหยุดหมุนที่ถูกนำเสนอข่าวไปทั่วโลก โดยอธิบายว่า แผ่นดินไหวที่ประเทศตุรเกียร์ซึ่งเกิดขึ้นที่ระดับความลึกประมาณ 8 กิโลเมตร จะไม่สามารถบ่งบอกสภาพของแก่นโลกได้ เพราะการศึกษาแก่นโลกจะต้องอาศัยคลื่นแผ่นดินไหวที่เกิดในระดับความลึกประมาณ 400 กิโลเมตรเป็นต้นไป นักวิทยาศาสตร์พบว่าพื้นที่บริเวณที่เกิดแผ่นดินไหวระดับลึกบ่อยครั้งส่วนมากจะอยู่ในบริเวณทวีปอเมริกาใต้ และ ภูมิภาคแปซิฟิกตะวันตกซึ่งแทบจะไม่สร้างความเสียหายต่อมนุษย์
โดยคลื่นไหวสะเทือนพื้นดินจะมี 2 รูปแบบ คือคลื่นตามยาวหรือ ‘P wave’ ซึ่งมีความเร็วสูงและเดินทางผ่านตัวกลางได้ทั้งของแข็งและของไหล กับคลื่นตามขวางหรือ ‘S wave’ ซึ่งมีความเร็วช้ากว่า และเดินทางผ่านของแข็งเท่านั้น ดังนั้นเมื่อเกิดแผ่นดินไหวหรือระเบิดนิวเคลียร์ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดคลื่น คลื่นเหล่านี้จะเดินทางทะลุผ่านโลกจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่งทำให้เราสามารถตรวจจับสัญญาณได้นั่นเอง และด้วยตัวคุณสมบัติและการคลื่นที่ผ่านแก่นโลกของคลื่นทั้ง 2 ชนิด ที่ต่างกัน ทำให้นักวิทยาศาสตร์รู้แก่นโลกชั้นนอกที่มีคุณสมบัติเป็นของเหลวเนื่องจาก S-wave ไม่สามารถเคลื่อนที่ผ่านได้ และ และแก่นโลกชั้นในที่เกิดการตกผลึกเป็นของแข็งและมีคุณสมบัติคล้ายคริสตัลอยู่ด้วย
เมื่อ S wave เจอเข้ากับของเหลวก็เกิดการเบี่ยงเบนออกไป เหลือเพียง P wave ที่นำข้อมูลโครงสร้างของแก่นโลกชั้นในกลับออกมาด้วย โดยข้อมูลจากแผ่นดินไหวระดับลึกที่เกิดขึ้นต่างสถานที่และต่างเวลาจะมีลักษณะเฉพาะไม่เหมือนกัน ข้อมูลที่จะนำมาใช้วิเคราะห์จึงต้องเป็นข้อมูลของแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียงกันแต่ต่างเวลา จึงจะสามารถนำมาเปรียบเทียบดูการเปลี่ยนแปลงของแก่นโลกได้
จากข้อมูลที่ได้จาก P wave พบว่าคลื่นเดินทางผ่านแก่นโลกชั้นในจากทิศเหนือไปใต้ได้เร็วกว่าทิศตะวันออกไปตะวันตก และและมีโครงสร้างแก่นโลกชั้นในแบ่งซีกเป็นตะวันออกและซีกตะวันตก โดยซีกที่คลื่นเดินทางเร็ว–ช้า ไม่ได้แบ่งออกเป็น 2 ซีกไม่เท่ากัน ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ตั้งสมมติฐานไว้ 2 รูปแบบ แบบแรกเสนอว่าบริเวณที่คลื่นมีความเร็วสูงมีรูปร่างคล้ายลูกตา ส่วนแบบที่สองมีรูปร่างคล้ายลิ่มบนลูกบอลชายหาด
ในประเด็นนี้มีจุดที่น่าสนใจคือ ประเทศไทยตั้งอยู่บริเวณยอดแก่นโลกชั้นในของฝั่งตะวันออก ซึ่งสามารถรับสัญญาณคลื่นแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นบริเวณทวีปอเมริกาใต้ได้ กลุ่มวิจัยธรณีฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล นำโดย รศ. ดร.วีระชัย สิริพันธ์วราภรณ์ ภาคฟิสิกส์ จึงร่วมกับนักวิจัยจาก JAMSTEC, Earthquake Research Institute, The University of Tokyo และ Geological Survey of Japan ศึกษาการแบ่งซีกของโครงสร้างแก่นโลกชั้นใน (Quasi-Hemispherical inner core) ภายใต้โครงการ ‘Thai Seismic Array (TSAR)’ โดยออกแบบและติดตั้งเครื่องวัดสัญญาณแผ่นดินไหวระดับลึก ในพื้นที่ประเทศไทย พร้อมซ่อมบำรุง เก็บข้อมูล เชื่อมต่อ และประเมินผลข้อมูลเป็นระยะเวลา 2 ปี โดยการศึกษาพบว่าแก่นโลกชั้นในน่าจะมีการแบ่งฝั่งคลื่นที่เร็ว–ช้าของคลื่นเป็นแบบลูกตาตามสมมติฐานแรก
และจากคุณสมบัติและธรรมชาติของแก่นโลกชั้นในหลาย ๆ ข้อ ก็มีข้อสงสัยว่าภายในแก่นโลกชั้นใน อาจจะมีแก่นของแก่นโลกชั้นในอยู่อีกก็เป็นได้ ซึ่งประเด็นนี้ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันในแวดวงนักธรณีฟิสิกส์
ส่วนเรื่องการหมุนของแก่นโลกชั้นใน นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าแก่นโลกมีการหมุนจากการวิเคราะห์ข้อมูลการทดลองระเบิดนิวเคลียร์ซ้ำ ๆ ในสมัยสงครามเย็น และข้อมูลจากแผ่นดินไหวระดับลึกขนาดใกล้เคียงกัน บริเวณเดียวกัน ในต่างช่วงเวลา ที่เผยให้เห็นว่าแก่นโลกชั้นในมีการหมุน หรือตกผลึกเพิ่มขึ้น โดยสันนิษฐานว่าที่แก่นโลกชั้นในหมุนได้เกิดการต้านกันระหว่างแรงโน้มถ่วงของโลกที่ล็อกให้วัตถุต่าง ๆ เช่น ดวงจันทร์หมุนรอบโลก และแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจากสนามแม่เหล็กในแก่นโลก แต่ก็ยังไม่มีการสรุปที่แน่ชัด
ปัจจุบันมีแนวคิดเรื่องการหมุนของแก่นโลกชั้นในหลายแนวคิด โดยที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดคือ แนวคิดว่าแก่นโลกหมุนไป–กลับ เร็วกว่าบ้าง ช้ากว่าบ้าง (Oscillation) ซึ่งงานวิจัยแก่นโลกชั้นในหยุดหมุนที่ได้รับความสนใจในช่วงต้นปีที่ผ่านมา ก็เสนอข้อมูลสนับสนุนแนวคิดนี้ว่า แก่นโลกชั้นในมีการหมุนไป – กลับ แต่เปลี่ยนรอบการหมุนทุก ๆ 60 ปี ซึ่งเป็นข้อมูลใหม่ ต่างจากเดิมที่เชื่อว่าโลกมีการเปลี่ยนรอบการหมุนทุก ๆ 20 ปี
ทั้งนี้ การที่แก่นโลกชั้นในหยุดหมุนนั้นไม่ใช่เรื่องใหม่ จากการวิเคราะห์ข้อมูลย้อนหลัง พบว่าแก่นโลกชั้นในมีความเปลี่ยนแปลงเรื่อย ๆ ก่อนจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงในช่วง ค.ศ. 2010 แล้วกลับมามีการเปลี่ยนแปลงอีกครั้ง ซึ่งหากเราคิดตามแนวคิดที่ว่าแก่นโลกชั้นในมีรอบการหมุนเปลี่ยนจากหมุนเร็วเป็นหมุนช้า นั่นหมายความว่า จะมีช่วงหนึ่งที่แก่นโลกชั้นในหมุนและโลกหมุนไปพร้อม ๆ กันจึงทำให้ดูเหมือนแก่นโลกชั้นในหยุดนิ่งนั่นเอง
สำหรับผลกระทบที่หลายคนเป็นกังวลเมื่อแก่นโลกหยุดหมุน อาจารย์ ดร.สุทธิพงษ์ กล่าวว่า เหตุการณ์นี้ไม่ได้สิ่งผลต่อสิ่งมีชีวิตบนผิวโลกแต่อย่างใด เห็นได้จากเมื่อ 60 ปีก่อน เราไม่พบรายงานข่าวเหตุการณ์ธรณีพิบัติครั้งใหญ่เกิดขึ้นเลย แต่เรื่องที่ชัดเจนคือ การหมุนของแก่นโลกชั้นในบังเอิญไปสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงความยาวของระยะเวลา 1 วัน ซึ่งเป็นเวลาที่โลกหมุนรอบตัวเอง หากเราเทียบเวลากับนาฬิกาอะตอมซึ่งมีความเที่ยงตรงสูงมาก จะพบว่าในอดีต 1 วัน ไม่ได้มีระยะเวลา 24 ชั่วโมงเต็ม โดยมีเวลามากกว่า 24 ชั่วโมง อยู่ประมาณ 0.5 มิลลิวินาที เนื่องจากโลกหมุนช้าลง องค์กรที่ดูแลเรื่องการเทียบเวลาจึงต้องเพิ่มเวลา (Leap second) ให้ครบ 24 ชั่วโมง ซึ่งตั้งแต่ปี ค.ศ. 1972–2023 มีการทดเวลาเพิ่มให้เราไปแล้ว 37 วินาที ครั้งสุดท้ายที่ทดเวลาให้คือปี ค.ศ. 2016 และหยุดเพิ่มเวลาไปกว่า 7 ปีแล้ว ซึ่งไปตรงกับข้อมูลของแก่นโลกชั้นในในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ที่ชี้ว่ามีการหมุนน้อยมาก ๆ จนแทบจะไม่มีการเปลี่ยนแปลง ปัจจุบันข้อมูลบ่งชี้ว่าแก่นโลกชั้นในกำลังหมุนย้อนกลับ ซึ่งอาจทำให้เวลา 1 วัน น้อยกว่า 24 ชั่วโมงและต้องลบเวลาที่เกินออกในอนาคต
นอกจากนั้น ดร.ธวัช ได้เสริมเพิ่มเติมถึงโอกาสที่สนามแม่เหล็กโลกจะเปลี่ยนจากทิศจากเหนือเป็นใต้ว่า ก็มีโอกาสเกิดขึ้นได้ ขึ้นอยู่กับอิทธิพลของแรงภายในแก่นโลกชั้นนอก และอิทธิพลของดวงจันทร์ที่โคจรรอบโลก แต่ไม่ได้เป็นการเปลี่ยนแปลงแบบกะทันหัน มีหลักฐานจากการศึกษาพื้นมหาสมุทรพบว่าเคยมีการกลับทิศเหนือใต้มาก่อนด้วย โดยครั้งล่าสุดที่มีการเปลี่ยนแปลงคือเมื่อ 780,000 ปีก่อน และใช้เวลาในช่วงเปลี่ยนผ่านโดยเฉลี่ยยาวนานกว่า 7,000 ปี
และที่สำคัญการหยุดหมุน และหมุนย้อนกลับของแก่นโลกชั้นใน ไม่ใช่สาเหตุของการเกิดแผ่นดินไหวที่เปลือกโลก แก่นโลกเพียงส่งต่อพลังงานให้เนื้อโลกและเปลือกโลกมีการเคลื่อนไหวเท่านั้น อาจารย์ ดร.สุทธิพงษ์ ยืนยัน
ในตอนท้ายของการเสวนาวิทยากรทั้งสามท่านได้ตอบคำถามจากผู้ชมออนไลน์ ก่อนฝากทิ้งท้ายว่า แก่นโลกยังคงมีปริศนามากมายที่ต้องการคนมาช่วยไขคำตอบ หากน้อง ๆ นักเรียน นักศึกษาคนไหนสนใจเกี่ยวกับศาสตร์ทางด้านธรณีฟิสิกส์ และอยากความลับของแก่นโลก ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดลยินดี ต้อนรับทุกคน
- เขียนข่าว : นางสาวปัณณพร แซ่แพ
- ตรวจสอบโดย : อาจารย์ ดร.สุทธิพงษ์ น้อยสกุล
- ภาพข่าวโดย : นายนภาศักดิ์ ผลพานิช
