ช่วงปลายเดือนตุลาคมและต้นเดือนพฤศจิกายน 2566 ที่ผ่านมา มีข่าวฮือฮาเกี่ยวกับแสงสีเขียวที่มองเห็นจากพะเนินทุ่ง จ.เพชรบุรี ซึ่งตอนแรกเรียกกันว่าแสงออโรรา แต่ต่อมาองค์กรวิชาการและนักวิชาการอธิบายว่าเป็นแสงจากเรือไดหมึกในทะเล

อย่างไรก็ดี ผมเห็นว่าสิ่งที่ยังไม่มีในคำอธิบายคือชื่อเรียกปรากฏการณ์และกลไกการเกิด รวมทั้งปรากฏการณ์อื่นๆ ที่อาจดูคล้ายคลึงกัน บทความนี้จึงขอให้ข้อมูลเสริมดังนี้ครับ

ปรากฏการณ์ที่ท้องฟ้ายามค่ำคืนสว่างขึ้นเนื่องจากแสงที่มนุษย์สร้างขึ้น เรียกว่า สกายโกลว (skyglow หรือสะกดแยกกันเป็น sky glow ก็ได้) ภาษาไทยมีผู้เรียกว่า ‘แสงเรืองบนท้องฟ้า’

แสงที่มนุษย์สร้างขึ้น (artificial light) อาจมาจากไฟถนน ไฟจากอาคารบ้านเรือน หรืออุปกรณ์อะไรก็ได้ที่มนุษย์สร้างขึ้น ดังนั้น ในกรณีแสงจากเรือไดหมึกจึงเข้าข่ายนี้แน่นอน

ในตอนกลางคืน หากเราอยู่นอกเมืองก็จะเห็นแสงเรืองๆ เหนือเมืองนั้น นั่นแหละสกายโกลว หรือแสงเรืองบนท้องฟ้า ครับ มีตัวเลขสถิติที่น่าสนใจว่าเมืองใหญ่อย่างลอสแองเจลิสนั้นสามารถมองเห็นจากตำแหน่งในมหาสมุทรแปซิฟิกได้ไกลถึงราว 200 กิโลเมตรเลยทีเดียว!

แล้วการเรืองแสงที่เห็นเกิดจากอะไร?

คำตอบคือ มีกลไก 2 แบบหลักครับ ได้แก่ การกระเจิงของแสง (scattering of light) และการสะท้อนของแสง (reflection of light)

คำว่า ‘การกระเจิงของแสง’ หมายถึง การที่แสงเบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมอย่างสุ่ม แต่อาจมีแนวโน้มไปในบางทิศทางมากกว่าทิศทางอื่น

กรณี ‘สกายโกลว’ แสงอาจกระเจิงได้ใน 2 ลักษณะย่อย

ลักษณะแรกคือ โมเลกุลของก๊าซในอากาศทำให้แสงกระเจิง แบบนี้เรียกว่า การกระเจิงแบบเรย์ลี (Rayleigh scattering) ซึ่งเป็นกลไกที่ทำให้ท้องฟ้าเป็นสีฟ้าในเวลากลางวัน และท้องฟ้าเป็นสีเหลือง ส้ม หรือแม้แต่แดง ในเวลาเช้าหรือเย็น

อีกลักษณะหนึ่งคือ ละอองลอย (aerosol) ในอากาศทำให้แสงกระเจิง แบบนี้เรียกว่า การกระเจิงแบบมี (Mie scattering) ทั้งนี้ ละอองลอย คือ กลุ่มอนุภาคขนาดเล็กที่แขวนลอยอยู่ในอากาศ เช่น เมฆ หรือฝุ่นควัน

ส่วนกลไกการสะท้อนของแสงนั้น สิ่งที่สะท้อนแสงอาจเป็นอาคาร ถนน เมฆ หรือพื้นผิวใดๆ ก็ได้ เช่น ผิวน้ำ

จริงๆ แล้วแสงที่ออกมาจากหลอดไฟหรืออุปกรณ์ใดๆ ที่มนุษย์สร้างขึ้น อาจกระเจิงหรือสะท้อนซ้ำๆ หลายครั้ง และส่วนที่พุ่งมายังคนมองรวมๆ แล้วเห็นเป็นแสงเรืองบนฟ้านั่นเอง

น่ารู้ด้วยว่าในด้านหนึ่ง สกายโกลวหรือแสงเรืองบนฟ้าจัดเป็นมลภาวะทางแสง (light pollution) มีเหตุผลหลายอย่างที่เป็นอย่างนั้น เช่น คนดูดาวไม่ชอบ และสิ่งมีชีวิตหลายชนิดถูกรบกวน

มีปรากฏการณ์อีกอย่างหนึ่งที่ชื่อฟังคล้ายสกายโกลวและอาจสับสนได้ นั่นคือ แอร์โกลว (airglow) ซึ่งหากแปลตรงตัวก็คือ ‘การเรืองแสงของอากาศ’ แต่สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติเรียกว่า ‘การเรืองแสงของบรรยากาศโลก’

แอร์โกลวเป็นแสงจางๆ ในชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์ เช่น โลก ดาวศุกร์ และดาวอังคาร ในกรณีของโลก จะสังเกตเห็นได้ที่ความสูงเหนือระดับน้ำทะเลในช่วง 50 ถึง 300 กิโลเมตร โดยสว่างที่สุดที่ความสูงราว 97 กิโลเมตร

ปรากฏการณ์แอร์โกลวนี้สังเกตเห็นได้ยาก ดังนั้น กรณีแสงสีเขียวที่พะเนินทุ่งจึงไม่ใช่ปรากฏการณ์นี้อย่างแน่นอน

แอร์โกลวเกิดจากกลไก 2 แบบหลักครับ ทั้งสองแบบมีอะตอมและโมเลกุลในบรรยากาศระดับสูงเป็นพระเอก แต่มีรายละเอียดแตกต่างกัน

แบบแรกคือ การเปล่งแสงทางเคมี (chemiluminescence) ซึ่งเป็นผลพวงของปฏิกิริยาเคมี กรณีที่เกิดบ่อยสุดคือ การเปล่งแสงจากไฮดรอกซิล (hydroxyl, OH) ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจน

แบบที่สองคือ การวาวแสง หรือฟลูออเรสเซนส์ (fluorescence) ซึ่งเกิดจากการที่อะตอมหรือโมเลกุลดูดกลืนรังสีจากดวงอาทิตย์ ทำให้อิเล็กตรอนถูกกระตุ้นให้ขึ้นไปอยู่ในสถานะสูงขึ้น แต่เมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้กลับลงมายังสถานะพื้น อะตอมหรือโมเลกุลก็จะปล่อยแสงออกมา กรณีที่พบบ่อยที่สุด คือ แอร์โกลวที่เกิดจากอะตอมของโซเดียม

เราสามารถสังเกตเห็นแอร์โกลวได้ทั่วโลก แต่ต้องเป็นบริเวณที่ท้องฟ้ามืดมากๆ ปราศจากแสงรบกวนจากเมือง ทั้งนี้ แอร์โกลอาจมีสีสันได้หลายอย่าง เช่น แอร์โกลที่เกิดจากไฮดรอกซิลมีสีแดงหรือสีเขียว ในขณะที่แอร์โกลวที่เกิดจากอะตอมของโซเดียมมีสีเหลือง นอกจากนี้ ยังพบว่า แอร์โกลวยังเกิดในช่วงรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีอินฟราเรดได้ด้วย

แอร์โกลวไม่ถือเป็นมลภาวะทางแสง แถมยังมีประโยชน์ด้วย เพราะว่าข้อมูลจากการศึกษาแอร์โกลวมีส่วนช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ตรวจวัดอุณหภูมิ ความหนาแน่น และองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศระดับสูง นอกจากนี้ ยังสามารถใช้ในการระบุผลกระทบของกิจกรรมของดวงอาทิตย์ (solar activity) ต่อชั้นบรรยากาศระดับสูงอีกด้วย

 

ปรากฏการณ์อีกอย่างที่อาจให้แสงสีเขียวบนฟ้าได้ (จริงๆ แล้วรวมทั้งสีอื่นๆ ด้วย) ก็คือ ออโรรา (aurora) หากเป็นออโรราที่เกิดทางแถบซีกโลกเหนือ ก็จะเรียกว่า ออโรรา บอรีอัลลิส (aurora borealis) หรือ ‘แสงเหนือ’ แต่หากเป็นออโรราที่เกิดทางแถบซีกโลกใต้ ก็จะเรียกว่า ออโรรา ออสตราลิส (aurora australis) หรือ ‘แสงใต้’ ครับ แล้วออโรราเกิดขึ้นได้ยังไง?

เล่าคร่าวๆ ได้แบบนี้ครับ ตามปกติดวงอาทิตย์ของเราปลดปล่อยสายธารของอนุภาคมีประจุออกมา เรียกว่า ลมสุริยะ (solar wind) ทีนี้เมื่อลมสุริยะมาถึงโลก อนุภาคมีประจุทั้งหลายก็จะถูกบังคับให้วิ่งควงสว่านไปตามแนวเส้นแรงแม่เหล็กโลก (เปรียบง่ายๆ กับรถที่ขึ้นทางด่วน ก็จะวิ่งตามแนวทางด่วน)

ทีนี้เนื่องจากขั้วของแม่เหล็กโลกอยู่ใกล้กับขั้วโลกทางภูมิศาสตร์ ผลก็คืออนุภาคมีประจุเหล่านี้จะเคลื่อนที่ไปออกันอยู่แถวๆ ขั้วแม่เหล็กโลกทั้ง 2 ขั้ว ซึ่งก็คือไปออกันอยู่ใกล้ๆ ขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้นั่นเอง

บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ หรือชั้นเทอร์โมสเฟียร์ มีก๊าซความหนาแน่นต่ำอยู่ เช่น ไนโตรเจน (N2) และออกซิเจนอะตอมเดี่ยว (O) รวมทั้งก๊าซไฮโดรเจน ฮีเลียม และก๊าซอื่นๆ อีกเล็กน้อย

เมื่ออนุภาคมีประจุเหล่านี้ชนกับอะตอม โมเลกุล หรือไอออนของก๊าซในชั้นบรรยากาศ ส่งผลให้อะตอม โมเลกุล หรือไอออนอยู่ในสถานะถูกกระตุ้นชั่วคราว นั่นคืออิเล็กตรอนกระโดดขึ้นไปอยู่ในชั้นพลังงานที่สูงขึ้นสักพักหนึ่ง ไม่นานนัก เมื่ออิเล็กตรอนกระโดดลงมายังระดับชั้นพลังงานที่ต่ำกว่า ก็จะคายพลังงานออกมาในรูปของแสงสีต่างๆ

 

เพื่อให้ชัดเจนเรื่องสีของออโรรา ผมขอยกตัวอย่างดังนี้ สังเกตว่ามีสีบางสีของออโรราเป็น ‘สีผสม’ และสีแต่ละอย่างจะเกิดที่บางระดับของความสูงเหนือระดับน้ำทะเล โดยผมจะไล่ระดับจากสูงมาต่ำดังนี้

สีน้ำเงินและสีม่วง [300-400 กิโลเมตร] : เกิดจากไฮโดรเจนและฮีเลียม อย่างไรก็ดี สีจะค่อนข้างจางทำให้มองเห็นได้ยากเว้นแต่ท้องฟ้าจะมืดสนิทหรือเกิดพายุสุริยะค่อนข้างแรง นอกจากนี้ ทั้งก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียมยังมีความหนาแน่นต่ำมากอีกด้วย

สีแดง [300-400 กิโลเมตร] : เกิดจากออกซิเจนอะตอมเดี่ยว

สีเหลือง-สีเขียว [100-300 กิโลเมตร] : สีเขียวสดใสซึ่งเป็นสีของออโรราที่เห็นได้บ่อยที่สุดเกิดจากออกซิเจนอะตอมเดี่ยว โดยออกซิเจนอะตอมเดี่ยวชนกับอิเล็กตรอนพลังงานต่ำที่ถูกปลดปล่อยออกมาจากโมเลกุลของไนโตรเจนที่อยู่ในสถานะกระตุ้น (N2+)

สีน้ำเงิน [100-300 กิโลเมตร] : เกิดจากโมเลกุลของไนโตรเจนที่อยู่ในสถานะกระตุ้น (N2+) ซึ่งปลดปล่อยแสงออกมาแล้วทำให้อยู่ในสถานที่เสถียรที่สุด

สีแดงเข้ม [100 กิโลเมตร] : เกิดจากโมเลกุลของไนโตรเจน (N2)

มีข้อสังเกตว่าหากสีแดงทับซ้อนกับสีน้ำเงิน เราก็จะเห็นเป็นสีม่วง หรือบางครั้งอาจเป็นสีชมพูเด่นชัด และหากสีแดงทับซ้อนกับสีเขียวอมเหลือง (จากอะตอมของออกซิเจน) เราก็จะเห็นเป็นสีส้ม

สีน้ำเงิน-สีม่วง [100 กิโลเมตร] : เกิดจากไออนของก๊าซไนโตรเจน (N2+) แต่อิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยออกมาไม่ได้ไปกระตุ้นอะตอมของออกซิเจนที่อยู่ระดับต่ำมากนัก

จะเห็นว่าแสงสีบนท้องฟ้าอาจเกิดจากปรากฏการณ์ต่างๆ ได้หลายรูปแบบ เก็บบทความนี้ไว้อ้างอิงครับ ไม่ต้องท่องจำ แต่ขอให้สนุกกับการสังเกตธรรมชาติและท้องฟ้า รวมทั้งเข้าใจข่าวต่างๆ ที่อาจมีตามมามากขึ้นก็จะดีไม่น้อยครับ

 

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022