การศึกษาแบบจำลองผลของสนามแม่เหล็กต่อพายุทรงหลายเหลี่ยมบนดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์โดยหลักความไม่เสถียรเชิงอุทกพลศาสตร์
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
จินต์จุฑา ปริปุรณะ, อมาดา ภานุมนต์วาที, ปวริศ พานิชกุล
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
ปริญญา ศิริมาจันทร์
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ในปี 1981 ยานอวกาศโวเอเจอร์ 2 บินผ่านดาวเสาร์และถ่ายภาพปรากฏการณ์ประหลาดที่ขั้วเหนือของดาวเสาร์ ซึ่งมีรูปร่างเป็นหกเหลี่ยม ต่อมาทราบภายหลังว่าเป็นพายุขนาดมหึมา และในปี 2016 ยานอวกาศจูโนบินผ่านดาวพฤหัสบดีและถ่ายภาพปรากฏการณ์ที่มีลักษณะคล้ายกันใกล้ขั้วของดาวพฤหัสบดี มันคือรูปภาพของพายุหมุน 8 ลูกที่ล้อมรอบพายุหมุนส่วนกลางที่ขั้วเหนือ และพายุหมุน 5 ลูกที่ล้อมรอบพายุหมุนส่วนกลางที่ขั้วใต้ แต่ในปี 2019 พบว่าที่ขั้วใต้ มีพายุหมุน 6 ลูกที่ล้อมรอบพายุหมุนส่วนกลาง เนื่องจากชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ประกอบด้วยแก๊สไฮโดรเจนและฮีเลียมที่มีประจุและสามารถนำไฟฟ้าได้ นอกจากนี้ พายุรูปทรงหลายเหลี่ยมมักจะเกิดขึ้นในบริเวณที่ใกล้กับขั้วของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ คณะผู้วิจัยจึงได้ตั้งสมมติฐานว่า อิทธิพลของแรงลอเรนซ์จากสนามแม่เหล็กบริเวณขั้วของดาวเคราะห์จะส่งผลต่อการเกิดรูปพายุทรงหลายเหลี่ยม อย่างไรก็ตามการเคลื่อนที่ของแก๊สในชั้บรรยากาศและการเกิดพายุสามารถอธิบายได้โดยอาศัยหลักของความไม่เสถียรเชิงอุทกพลศาสตร์และแรงโคริโอลิส ดังนั้นคณะผู้จัดทำจะศึกษาปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นโดยเพิ่มอิทธิพลของแรงลอเร็นซ์ลงในสมการของนาเวียร์ สโตกส์ เพื่อสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (simulation) การไหลของแก๊สในชั้นบรรยากาศในแนวลองจิจูดบริเวณขั้วดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ จากนั้นจะใช้หลักความไม่เสถียรเชิงอุทกพลศาสตร์และการเกิด Rossby Wave จากอิทธิพลของแรงโคริโอลิส สร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (simulation) เพื่อหาจำนวนลูกคลื่นพายุที่เกิดขึ้นตามการไหลในแนวลองจิจูดซึ่งจะสอดคล้องกับจำนวนเหลี่ยมของรูปทรงพายุ โดยเริ่มต้น ทางคณะผู้วิจัยจะเขียนโปรแกรมเพื่อสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (simulation) การเกิด Rossby Wave และปรับความเข้มของสนามแม่เหล็กในแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (simulation) เพื่อศึกษาผลของจำนวนลูกคลื่นที่เกิดขึ้น โดยจะตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (simulation) โดยการใส่น้ำเกลือลงไปในภาชนะหมุน และป้อนสนามแม่เหล็กลงไปในแนวดิ่งเพื่อจำลองการไหลของไอออนในชั้นบรรยากาศดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ภายใต้อิทธิพลสนามแม่เหล็กที่ขั้วดาวเคราะห์ จากชุดทดลองดังกล่าวคณะผู้จัดทำต้องการศึกษาผลของสนามแม่เหล็กต่อการเปลี่ยนแปลงรูปแบบของคลื่นรอสบี จากนั้นจึงนำผลที่เปลี่ยนแปลงเทียบกับคำตอบสมการคลื่นรอสบี ซึ่งเป็นการประมาณคำตอบจากสมการ Navier-Stokes ในกรอบหมุน