ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้น รบกวนการทำงาน ‘ดาวเทียม-คลื่นวิทยุ’

“ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์” ที่ถูกปล่อยออกจากการเผาไหม้พลังงานฟอสซิล ไม่ได้ส่งผลกระทบเพียงแต่ในโลกเท่านั้น แต่รายงานล่าสุดพบว่า ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะทำให้อากาศเย็นลง เบาบางลง ก่อให้เกิดลมแรงขึ้นในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ที่อยู่สูงขึ้นไป ซึ่งรบกวนการทำงานของดาวเทียมและคลื่นวิทยุ

ตามการศึกษาจากมหาวิทยาลัยคิวชู แสดงให้เห็นว่าปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มสูงขึ้นทำให้เกิด “ปรากฏการณ์สปอร์ราดิก-อี” (sporadic-E หรือ Es) ชั้นไอออนโลหะหนาแน่นที่ก่อตัวในระดับความสูง 90–120 กิโลเมตร ซึ่งจะรบกวนสัญญาณคลื่นสั้น (HF) และคลื่นวิทยุย่านความถี่สูง (VHF) ที่ใช้ในระบบควบคุมการบิน การสื่อสารทางทะเล และการกระจายเสียง 

แม้ว่าเราจะรู้ว่าระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นในชั้นบรรยากาศเป็นสาเหตุของภาวะโลกร้อนที่พื้นผิวโลก แต่สิ่งที่แตกต่างออกไปกำลังเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ที่อยู่เหนือระดับน้ำทะเล 100 กิโลเมตร ที่นั่นกำลังเย็นลง แต่ใช่ว่าการเย็นตัวนี้จะเป็นเรื่องดี เพราะมันลดความหนาแน่นของอากาศในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์และเร่งการหมุนเวียนของลม

“การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อวงโคจรและอายุการใช้งานของดาวเทียมและเศษซากอวกาศ และยังรบกวนการสื่อสารทางวิทยุผ่านความผิดปกติของพลาสมาขนาดเล็กเฉพาะที่” ฮุยซิน หลิว หัวหน้าทีมวิจัยอธิบาย

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มากขึ้น จะทำให้การแผ่รังสีอินฟราเรดที่มีประสิทธิภาพขึ้นสู่อวกาศมากกว่าเดิม เมื่อชั้นบรรยากาศเบื้องบนคายความร้อน ความหนาแน่นจะลดลงและลมมีกำลังแรงขึ้น

ปรากฏการณ์สปอร์ราดิก-อี ทำหน้าที่เหมือนกระจก พวกมันสามารถสะท้อนคลื่นวิทยุความถี่สูง (HF) และความถี่สูงมาก (VHF) ในรูปแบบที่ผิดแปลกออกไป ซึ่งบางครั้งทำให้สามารถเชื่อมต่อระยะไกลได้ บางครั้งปิดกั้นหรือกระเจิงสัญญาณ

เนื่องจากชั้น Es สั่นไหวเข้าและออกตามลม น้ำขึ้นน้ำลง และสภาวะแม่เหล็กโลก พวกมันจึงเป็นตัวแปรสำคัญสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างอากาศกับพื้นดิน ช่องทางการเดินเรือ บริการฉุกเฉิน และการแพร่ภาพกระจายเสียง

หลิวและทีมของเธอใช้แบบจำลองบรรยากาศทั้งหมด พัฒนาแบบจำลองชั้นบรรยากาศเบื้องบนภายใต้ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์สองระดับที่แตกต่างกัน คือระดับความเข้มข้นปกติที่ 315 ppm และ 667 ppm (ระดับ คาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเฉลี่ยในปี 2024 อยู่ที่ 422.8 ppm) จากนั้นนักวิจัยได้ประเมินการเปลี่ยนแปลงของการลู่เข้าของไอออนในแนวดิ่ง (VIC) ซึ่งเป็นตัวขับเคลื่อน Es

การจำลองแสดงให้เห็นว่า ที่ระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศที่สูงขึ้น VIC จะเพิ่มขึ้นทั่วโลกที่ระดับความสูง 100-120 กิโลเมตร ขณะที่จุดร้อน Es เคลื่อนตัวลงประมาณ ถ กิโลเมตร และรูปแบบรายวันของจุดร้อนจะเปลี่ยนไป

การตรวจสอบเพิ่มเติมพบว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดจากความหนาแน่นของบรรยากาศที่ลดลงและการรบกวนจากลม

ด้วยแรงเฉือนที่มากขึ้นและน้ำขึ้นน้ำลงที่เปลี่ยนแปลงทำให้ไอออนถูกบีบอัดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ความหนาแน่นที่ลดลงช่วยให้ชั้นต่าง ๆ ก่อตัวขึ้นที่ระดับความสูงต่ำลง ซึ่งการชนและเคมีที่แตกต่างกัน

เมื่อความเย็นเปลี่ยนวัฏจักรลมรายวัน จะทำให้ Es เกิดในเวลากลางคืนที่ถี่ขึ้นและยาวนานขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับความสูงที่โต้ตอบกับเส้นทางสัญญาณที่แตกต่างจากปัจจุบัน ซึ่งสามารถรบกวนการสื่อสารทางวิทยุ HF และ VHF ได้

“ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่า เมื่อมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูง Es มีแนวโน้มที่จะรุนแรงขึ้น เกิดขึ้นที่ความสูงระดับต่ำกว่า และคงอยู่นานขึ้นในเวลากลางคืน” หลิวกล่าว

ภาคการบินยังคงใช้คลื่น HF เป็นสัญญาณสำรอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในมหาสมุทรและเส้นทางขั้วโลก ขณะที่ภาคการขนส่ง กองเรือประมง และบริการชายฝั่งต่าง ๆ พึ่งพาคลื่น HF/VHF อยู่ทุกเมื่อเชื่อวัน

ทั้งนี้ Es ที่เสถียรกว่าไม่ได้จะทำให้สัญญาณขัดข้องโดยอัตโนมัติ แต่จะ เพิ่มโอกาสที่ทำให้สัญญาณจางหาย เกิดสัญญาณหลายเส้นทาง และระยะการข้ามสัญญาณที่ไม่คาดคิด 

ขณะเดียวกัน อากาศที่เบาบางลงในระดับความสูง 100–120 กิโลเมตร ช่วยลดแรงต้านของวัตถุที่ลอยเหนือชั้นบรรยากาศ ซึ่งดีต่อการรักษาดาวเทียมคิวบ์ให้ลอยขึ้นสูง แต่ไม่ดีต่อการกำจัดเศษซาก นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงของลมและความหนาแน่นที่พุ่งสูงขึ้นในช่วงพายุก็ยังคงสามารถสร้างแรงต้านได้อย่างฉับพลัน

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อวงโคจรและอายุการใช้งานของดาวเทียมและเศษซากในอวกาศ และยังรบกวนการสื่อสารทางวิทยุผ่านความผิดปรกติของพลาสมาขนาดเล็กเฉพาะที่

งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าภาวะโลกร้อนไม่ได้ส่งผลกระทบแค่โลกเท่านั้น แต่ยังแผ่ขยายออกไปในอวกาศอีกด้วย จากผลการวิจัย อุตสาหกรรมโทรคมนาคมจำเป็นต้องพัฒนาวิสัยทัศน์ระยะยาวที่คำนึงถึงผลกระทบของภาวะโลกร้อนและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในการดำเนินงานในอนาคต

“การค้นพบเหล่านี้เป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ส่งผลต่อการเกิด Es อย่างไร ซึ่งเผยให้เห็นข้อมูลเชิงลึกใหม่ ๆ เกี่ยวกับกระบวนการเชื่อมโยงข้ามสเกลระหว่างอากาศที่เป็นกลางและพลาสมาไอโอโนสเฟียร์” หลิวกล่าว

ข้อมูลเชิงลึกข้ามสเกลนี้มีความสำคัญ เชื่อมโยงนโยบายการปล่อยมลพิษเข้ากับหลักฟิสิกส์ของการตรวจสอบวิทยุของนักบิน นอกจากนี้ยังขยายขอบเขตของการปรับตัวต่อสภาพภูมิอากาศ ตั้งแต่กำแพงกันคลื่นและแผนความร้อน ไปจนถึงการวางแผนสเปกตรัม การเลือกเสาอากาศ และกลยุทธ์การสิ้นสุดอายุการใช้งานของดาวเทียม

เมื่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น ไอโอโนสเฟียร์จะไม่หยุดนิ่ง ระบบสื่อสารที่พึ่งพามันก็จะไม่หยุดนิ่งเช่นกัน

ที่มา: Earth, Phys, Technology Networks