‘ลมสุริยะ’ พลาสม่าที่พัดผ่านดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่อง

คำว่า “ลมสุริยะ” อาจทำให้คุณนึกถึงสายลมอ่อนๆ แต่ลมสุริยะเป็นกระแสของอนุภาคประจุไฟฟ้าพลังที่ไหลออกมาจากดวงอาทิตย์ในทุกทิศทาง พลาสมานี้ประกอบด้วยโปรตอนและอิเล็กตรอนเป็นส่วนใหญ่ นอกจากนี้ยังมีนิวเคลียสของอะตอมบางส่วนในส่วนผสม อนุภาคเหล่านี้มาจากโคโรนาของดวงอาทิตย์ นั่นคือชั้นบรรยากาศชั้นนอกสุดของดวงอาทิตย์ โคโรนาร้อนมากจนอนุภาคก๊าซสามารถรับพลังงานได้มากพอที่จะหนีจากแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ ในขณะที่อนุภาคลมสุริยะเหล่านี้กวาดออกไปในอวกาศ พวกมันสามารถลากสนามแม่เหล็กจากดวงอาทิตย์ไปด้วยได้

ลมสุริยะพัดออกจากดวงอาทิตย์ด้วยความเร็วสองระดับที่แตกต่างกัน ลมบางส่วนไหลออกด้วยความเร็วประมาณ 800 กิโลเมตร (500 ไมล์) ต่อวินาที วัสดุนั้นพ่นออกมาจากช่องเปิดรูปกรวยในสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ที่เรียกว่ารูโคโรนัลใกล้กับขั้วของดวงอาทิตย์ ลมที่พัดช้าลงจากดวงอาทิตย์ประมาณ 400 กิโลเมตร (250 ไมล์) ต่อวินาที การสังเกตการณ์จาก Parker Solar Probe บอกเป็นนัยว่ากระแสน้ำนี้มาจากรูโคโรนาเล็กๆ ใกล้เส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์

ลมสุริยะพัดผ่านพื้นโลกด้วยความเร็วหลายร้อยกิโลเมตรต่อวินาที พลาสมาที่พุ่งพล่านส่วนใหญ่เบี่ยงเบนไปจากสนามแม่เหล็กของโลก ทำให้เกิดรูปแบบการไหลของลมสุริยะเหมือนน้ำที่ไหลไปรอบ ๆ หินในลำธาร แต่ลมสุริยะมีบทบาทสำคัญในสภาพอากาศในอวกาศที่ส่งผลกระทบต่อโลก ลมสุริยะที่พัดกระโชกแรงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสามารถสร้างความหายนะให้กับดาวเทียม โครงข่ายไฟฟ้า และเทคโนโลยีอื่นๆ ลมสุริยะไม่ได้เป็นเพียงความรำคาญเท่านั้น อนุภาคลมสุริยะทำให้ท้องฟ้าของโลกสว่างขึ้นด้วยแสงออโรร่า พวกเขาทำให้แสงออโรร่าเรืองแสงบนดาวเคราะห์ดวงอื่นเช่นกัน

พลังงานหมุนเวียนอาจทำให้ทะเลทรายเขียวขจีได้

กังหันลมและแผงโซลาร์เซลล์ที่ผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นตัวอย่างของเทคโนโลยีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมหรือ “สีเขียว” การศึกษาใหม่พบว่ารูปแบบพลังงานหมุนเวียนเหล่านี้อาจเป็นสีเขียวในอีกแง่หนึ่งเช่นกัน กังหันขนาดใหญ่หรือที่เรียกกันว่าฟาร์มแผงโซลาร์เซลล์สามารถทำให้เกิดฝนในทะเลทรายได้ และนั่นจะทำให้พืชสามารถเติบโตได้มากขึ้น

Eugenia Kalnay เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านสภาพอากาศและสภาพอากาศ เธอทำงานที่มหาวิทยาลัยแมริแลนด์ในคอลเลจพาร์ค เธอยังทำงานให้กับ National Weather Service และ NASA ในแต่ละสถานที่ เธอใช้คอมพิวเตอร์เพื่อสร้างแบบจำลองสภาพอากาศและสภาพอากาศ แบบจำลองดังกล่าวช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าอุณหภูมิและฝนอาจเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปอย่างไร การเปลี่ยนแปลงในแต่ละวันเรียกว่าสภาพอากาศ รูปแบบระยะยาว เช่น แนวโน้มตามฤดูกาลที่คงอยู่นานหลายปี อธิบายสภาพอากาศของภูมิภาค

กังหันลมและแผงโซลาร์เซลล์สามารถเปลี่ยนวิธีที่อากาศเคลื่อนที่ได้ เมื่อลมเคลื่อนตัวผ่านใบพัดหมุนของกังหัน พลังงานบางส่วนจะถูกแปลงเป็นไฟฟ้า สิ่งนี้ทำให้ลมเหล่านั้นอ่อนลง กังหันอาจเปลี่ยนเส้นทางของลม นำบางส่วนไปรอบนอกฟาร์มกังหันลม

เทคโนโลยีทั้งสองยังสามารถส่งผลกระทบต่ออุณหภูมิใกล้เคียง แผงโซลาร์เซลล์สามารถเพิ่มอุณหภูมิที่อยู่ติดกันได้ 3 ถึง 4 องศาเซลเซียส (5 ถึง 7 องศาฟาเรนไฮต์) กังหันยังช่วยเพิ่มอุณหภูมิโดยส่วนใหญ่ทำให้กลางคืนอบอุ่นขึ้น อากาศอุ่นขึ้น ถ้ามันสูงพอและมีไอน้ำมาก มันก็อาจรวมตัวเป็นเมฆทำให้เกิดฝนได้

ด้วยวิธีเหล่านี้ ฟาร์มลมและโซลาร์ฟาร์มอาจส่งผลกระทบต่อสภาพอากาศ แต่การเปลี่ยนแปลงจะมีขนาดใหญ่พอที่จะมีความสำคัญหรือไม่? นั่นคือสิ่งที่คัลเนย์และคนอื่นๆ อยากรู้ โมเดลคอมพิวเตอร์ใหม่ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าการผสมผสานของเทคโนโลยีพลังงานเหล่านี้อาจช่วยเพิ่มปริมาณน้ำฝนและในที่สุดก็เปลี่ยนทะเลทรายให้กลายเป็นพื้นที่ที่อุดมด้วยพืช

นำไปทดสอบกันได้เลย

Kalnay ร่วมมือกับ Safa Motesharrei นักวิทยาศาสตร์ระบบที่รัฐแมรี่แลนด์ นักวิทยาศาสตร์ระบบศึกษาว่าระบบที่ซับซ้อน เช่น ภูมิอากาศ ทำงานอย่างไร คู่สามีภรรยาในรัฐแมรี่แลนด์ได้คัดเลือก Yan Li นักธรณีวิทยาจากมหาวิทยาลัย Beijing Normal ในประเทศจีน เพื่อเข้าร่วมกับพวกเขา ทั้งสามได้นำนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ จากแมริแลนด์ อิตาลี และจีนมาร่วมในการศึกษา การสร้างฟาร์มลมขนาดใหญ่หรือโซลาร์ฟาร์มเพียงเพื่อศึกษาคำถามไม่ใช่ทางเลือก มันจะแพงเกินไป นอกจากนี้ยังอาจสร้างปัญหาสภาพภูมิอากาศที่ไม่คาดคิด ดังนั้นทีมจึงใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อตรวจสอบว่ากังหันลมและโซลาร์ฟาร์มอาจเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศในภูมิภาคได้อย่างไร

แบบจำลองสภาพอากาศและสภาพอากาศทำงานจากข้อมูลที่เก็บรวบรวมมาเป็นเวลาหลายทศวรรษ รวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับสภาพอากาศที่พัฒนาขึ้นเมื่อมีเงื่อนไขบางประการ เงื่อนไขเหล่านี้รวมถึงอุณหภูมิและฝนหรือหิมะตก พวกเขายังรวมถึงความกดอากาศ ลม แสงแดด และการเคลื่อนตัวของความร้อนเข้าและออกจากพื้นดินและแหล่งน้ำขนาดใหญ่

สำหรับการศึกษาใหม่ของพวกเขา นักวิจัยได้พัฒนาแบบจำลองของทะเลทรายซาฮาราของแอฟริกาเหนือ ทะเลทรายที่ใหญ่ที่สุดในโลก ทะเลทรายซาฮาร่าสนับสนุนสิ่งมีชีวิตเล็กๆ แม้ว่าจะมีคนอาศัยอยู่เพียงไม่กี่คน แต่หลายคนก็อาศัยอยู่ในพื้นที่รอบๆ ดังนั้นการวางฟาร์มกังหันลมและโซลาร์ฟาร์มไว้ในบริเวณนี้จึงสามารถตอบสนองความต้องการไฟฟ้าได้

ขอบด้านใต้ของทะเลทรายเป็นพื้นที่ที่เรียกว่า Sahel ในเขตเปลี่ยนผ่านนี้ ทะเลทรายจะกลายเป็นทุ่งหญ้าสะวันนาที่มีต้นไม้เรียงราย Sahel มีฝนตกไม่มากนัก และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้ปริมาณน้ำฝนลดลงในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เพราะการปลูกพืชช่วยให้อาหารชาวบ้าน ฝนมีความสำคัญที่นี่

ทีมงานใช้แบบจำลองหลายครั้ง ในระยะหนึ่งสันนิษฐานว่าผู้คนจะสร้างฟาร์มกังหันลมเท่านั้น การดำเนินการอื่นสันนิษฐานว่าผู้คนจะติดตั้งเพียงโซลาร์ฟาร์ม หนึ่งในสามสันนิษฐานว่าผู้คนจะสร้างทั้งสองอย่าง สถานการณ์ทั้งสามนี้จะส่งผลต่อสภาพอากาศของทะเลทราย — แต่แบบจำลองแสดงให้เห็นต่างกัน

ฟาร์มกังหันลมทำให้อุณหภูมิเฉลี่ย 2.16 องศาเซลเซียส (3.89 องศาฟาเรนไฮต์) การเพิ่มขึ้นส่วนใหญ่เกิดขึ้นในเวลากลางคืนเมื่อแผ่นดินเย็นลงน้อยกว่าปกติ กังหันลมยังทำให้ปริมาณน้ำฝนของทะเลทรายซาฮาราเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ซึ่งเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในทะเลทรายซาฮารา แต่การเพิ่มจำนวนเล็กน้อยเป็นสองเท่าก็ยังมีผลเล็กน้อย ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยต่อวันเพิ่มขึ้นเพียง 0.25 มิลลิเมตร (0.01 นิ้ว) Sahel จะเห็นการเพิ่มขึ้นในแต่ละวันเล็กน้อย แบบจำลองคาดการณ์ — 1.12 มม. (0.04 นิ้ว) ปริมาณน้ำฝน

โซลาร์ฟาร์มจะเพิ่มอุณหภูมิน้อยลง 1.12 องศาเซลเซียส (2.02 องศาฟาเรนไฮต์) แบบจำลองแสดงให้เห็น และการเปลี่ยนแปลงนั้นส่วนใหญ่เกิดขึ้นระหว่างวัน พวกเขายังเพิ่มปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยต่อวัน แต่น้อยกว่าฟาร์มกังหันลม การเพิ่มขึ้นนี้อาจเพิ่มขึ้นอีก 47.5 มม. (1.9 นิ้ว) ต่อปีในทะเลทรายและ 208 มม. (8.2 นิ้ว) ใน Sahel

การติดตั้งโซลาร์ฟาร์มและกังหันลมร่วมกันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ ไม่ใช่ในอุณหภูมิแต่อยู่ในปริมาณน้ำฝน ในทะเลทรายซาฮารา การมีฟาร์มกังหันลมและโซลาร์ฟาร์มทำให้ปริมาณฝนที่ตกลงมามากกว่าสองเท่า คือ 215.4 มิลลิเมตร (8.5 นิ้ว) ต่อวัน Sahel ที่อยู่ใกล้เคียงจะเห็นการเพิ่มขึ้นอย่างมากยิ่งขึ้น – ฝนเพิ่มขึ้นถึง 500 มม. (20 นิ้ว) ในแต่ละปี

แบบจำลองคาดการณ์ว่าปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป เมื่อมีพืชเพิ่มขึ้น พืชย้ายน้ำจากพื้นดินไปในอากาศ กระบวนการที่ใช้มีชื่อยาว: การคายระเหย (Ee-VAP-oh-tran-spur-AY-shun) อากาศอุ่นสามารถบรรทุกน้ำได้มากขึ้น เมื่ออากาศสูงขึ้น ก็สามารถขนน้ำขึ้นไปกลายเป็นเมฆได้ เมฆเหล่านั้นสามารถปล่อยฝน ขจัดความกระหายของพืชที่อยู่เบื้องล่าง เมื่อเวลาผ่านไป กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า ผลตอบรับเชิงบวกที่เรียกว่านี้สามารถกระตุ้นฝนได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน Sahel แบบจำลองแสดงให้เห็นที่ที่ผู้คนพึ่งพาน้ำนั้น

ในที่สุด แบบจำลองต่างๆ แสดงให้เห็นว่าปริมาณน้ำฝนจะลดลงที่ปริมาณใหม่ที่สูงขึ้น นั่นเป็นเพราะว่าตอนนี้พืชจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของภูมิทัศน์และสภาพอากาศที่มีเสถียรภาพมากขึ้น

Kalnay และเพื่อนร่วมงานของเธอบรรยายถึงแนวโน้มนี้ในวันที่ 7 กันยายนใน Science

การเปลี่ยนแปลงปริมาณน้ำฝนดังกล่าวอาจนำไปสู่การเกษตรที่ดีขึ้น Motesharrei กล่าว ฝนที่มากขึ้นจะช่วยให้พืชป่าเจริญเติบโตได้ เขาเสริม ทำให้ปศุสัตว์กินหญ้ามากขึ้น

Motesharrei และ Li กล่าวว่า “เราเชื่อว่าประเทศในทะเลทรายซาฮาราและภูมิภาค Sahel ใกล้เคียงควรพิจารณาการลงทุนด้านพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์อย่างจริงจัง” สิ่งนี้จะผลิตไฟฟ้าที่สะอาดและหมุนเวียนได้จำนวนมาก ประโยชน์เพิ่มเติมคือจะนำฝนมาสู่ภูมิภาคที่แห้งแล้งขึ้น

ไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาง่ายๆ

“ผลกระทบของ [ฟาร์ม] พลังงานแสงอาทิตย์ต่อสภาพอากาศและระบบนิเวศนั้นซับซ้อน” Ibrahima Diédhiou กล่าว เขาเป็นนักนิเวศวิทยาในแอฟริกาตะวันตกที่ Université de Thiès ในเซเนกัล โซลาร์ฟาร์มสามารถเพิ่มฝนใน Sahel เขากล่าว แต่พวกเขายังอาจลดปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ (ก๊าซเรือนกระจก) ที่พืชผล ทุ่งหญ้าและป่าไม้ดูดซับ ดังนั้นผลกระทบโดยรวมต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจึงสามารถผสมกันได้ เขากล่าว

Rebecca Hernandez เตือนว่าผลกระทบที่ไม่ได้ตั้งใจอาจไปไกลกว่าปัญหาเรื่องสภาพอากาศ เธอเป็นนักนิเวศวิทยาที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เดวิส ซึ่งเชี่ยวชาญด้านภูมิประเทศที่แห้งแล้ง เช่น ทะเลทราย กังหันลมและโซลาร์ฟาร์มมักรบกวนระบบนิเวศในลักษณะที่ทำให้พืชที่รุกรานเข้ามาครอบงำได้ เมื่อตัดพืชพื้นเมืองออกไป สัตว์ที่พึ่งพาพืชพื้นเมืองเหล่านั้นก็อาจต้องทนทุกข์ทรมานเช่นกัน

เห็นได้ชัดว่าผู้คนจำเป็นต้องคิดอย่างรอบคอบว่าพวกเขาตั้งฟาร์มพลังงานทดแทนอย่างไรและที่ไหน เฮอร์นันเดซกล่าว การวางฟาร์มกังหันลมและโซลาร์ฟาร์มในสถานที่ที่ผู้คนสร้างเมืองและเมืองแล้วจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง เธอโต้แย้ง เธอตั้งข้อสังเกตว่าสภาพแวดล้อมของพวกเขาถูกรบกวน ดังนั้นการเพิ่มระบบพลังงานอาจไม่ก่อให้เกิดอันตรายเพิ่มเติมทั้งหมด ยิ่งไปกว่านั้น นี่คือจุดที่ผู้คนใช้พลังงานมากที่สุด

 

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ brighidsfirebooks.com