Sun : ดวงอาทิตย์

 


A classroom : Open science by ASTRO SUNFLOWER

Sun : ดวงอาทิตย์

•ดาวแคระสีเหลืองในกาแล็คซีทางช้างเผือก

ดวงอาทิตย์มีตำแหน่งอยู่กลางระบบสุริยะ (Solar system) ของเราและถูกจัดให้อยู่ในประเภท Yellow dwarf star คือดาวแคระสีเหลืองซึ่งเปรียบเป็นลูกบอลก๊าซยักษ์เรืองแสง มีชีวิตขึ้นจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงจากภายในมีแรงโน้มถ่วงที่เป็นอำนาจพลังงานของตนเอง (Gravity holds) ดึงยึดระบบสุริยะไว้ด้วยกันทำให้ทุกสิ่งทุกอย่างตั้งแต่ดาวเคราะห์ ที่ใหญ่โตที่สุดไปจนถึงเศษเล็กเศษน้อยที่อยู่ในวงโคจรของดวงอาทิตย์ถูกลากจูงภายใต้อิทธิพลแรงโน้มถ่วงดังกล่าว นอกจากนั้นประจุไฟฟ้าจากดวงอาทิตย์ (Electric currents) สร้างอาณาเขตของสนามแม่เหล็ก (Magnetic field) ที่ดำเนินการผ่านพายุสุริยะ (Solar wind) สร้างอิทธิพลกระแสของไอก๊าซร้อนที่มีประจุไฟฟ้าที่พัดผ่านด้านนอก ออกจากดวงอาทิตย์ในทุกทิศทาง การเชื่อมต่อมีการเกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างดวงอาทิตย์กับโลกผลักดันในเกิดฤดูกาล กระแสน้ำในมหาสมุทร สภาพอากาศแถบรังสีและออโรร่า (Radiation belts and aurorae) และยังมีมีดาวอีกหลายพันล้านดวง เช่นดวงอาทิตย์ของเรากระจัดกระจายอยู่ในกาแลคซีทางช้างเผือก (Facts About the Milky Way)

Parker Solar Probe spacecraft
The four star systems closest to the Sun
•อัลฟาเซนทอรี่เพื่อนบ้านใกล้ที่สุด

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์มีรัศมี 432,168.6 ไมล์ (695,508 กิโลเมตร) โดยเฉพาะมีขนาดมวล (Mass) ใหญ่กว่าโลกซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่อาศัยของเรา 332,946 เท่า และมีขนาด เชิงปริมาตร (Volume) ใหญ่กว่าโลก 1.3 ล้านเท่า หมายความว่า ต้องมีโลกจำนวน 1.3 ล้านใบ รวมกันจึงบรรจุลงไปเต็มดวงอาทิตย์ 1 ดวง ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกประมาณ 93 ล้านไมล์ (ประมาณ 150,000,000 กิโลเมตร) และดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดคือ อัลฟาเซนทอรี่ (Alpha Centauri) เป็นระบบดาวสามดวง ประกอบด้วย Proxima Centauri อยู่ห่างออกไป 2.24 ปีแสงและ Alpha Centauri A และ B - สองดวงโคจรรอบดาวฤกษ์ห่างออกไป 4.4 ปีแสง (Light year) และหากเราไปยืนอยู่ที่ดาวพลูโต (Pluto) มองเข้ามาในระบบสุริยะ เราจะเห็นดวงอาทิตย์เป็นจุดสว่างเล็กๆเหมือนดาวทั่วไปที่เราเห็นบนท้องฟ้าในทุกค่ำคืนบนโลก

•เดินทางด้วยความเร็ว 720,000 กม./ชม.

ดวงอาทิตย์และทุกสิ่งทุกอย่างในระบบสุริยะ โคจรอยู่จะอยู่ในกาแลคซีทางช้างเผือก โดยเฉพาะดวงอาทิตย์ของเราอยู่ในแขนเกลียวที่เรียกว่า Orion Spur ที่ยื่นออกมาจากแขน ของ Sagittarius Arm จากที่นั่นดวงอาทิตย์โคจรรอบศูนย์กลางของกาแล็กซี่ทางช้างเผือกโดยนำดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย ดาวหางและวัตถุอื่นๆไปพร้อมๆกันกับระบบสุริยะ ของเราโดยเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเฉลี่ย 450,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (720,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) แต่ถึงแม้จะใช้ความเร็วนี้ก็จะใช้เวลาประมาณ 230 ล้านปี ในการโคจรรอบวงโคจร ของทางช้างเผือกครบ 1 รอบ ขณะโคจรรอบศูนย์กลางของทางช้างเผือก การหมุนของดวงอาทิย์มีความลาดเอียงของแกน 7.25 องศา เมื่อเทียบกับแนวระนาบของวงโคจรของ ดาวเคราะห์และดวงอาทิตย์ไม่ได้แข็งเหมือนพื้นผิวโลก ส่วนต่างๆของดวงอาทิตย์จึงหมุนในอัตราที่แตกต่างกันที่เส้นศูนย์สูตรดวงอาทิตย์หมุน 1 รอบแกนทุกๆประมาณ 25 วัน แต่ที่ขั้วเหนือและขั้วใต้ดวงอาทิตย์จะหมุน 1 รอบแกนทุกๆ 36 วันโลก

Sun 0rbit and Rotation

Orion Spur
•ต้นกำเนิดก่อตัวในเนบิวล่าสุริยะ

ประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อนหน้านี้ ระบบสุริยะเป็นบริเวณที่มีเมฆก๊าซหมุนเวียนและฝุ่นขนาดใหญ่ที่เรียกว่า เนบิวล่าดวงอาทิตย์หรือเนบิวล่าสุริยะ (Solar nebula) ต่อมาเมื่อ เนบิวล่า (Nebula) ได้ยุบตัวลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่ท่วมท้นจึงหมุนเร็วขึ้น และแบนราบลงเกาะพอกเป็นแผ่นจาน (Accretion disk) วัสดุส่วนใหญ่ถูกดึงเข้าสู่ใจกลางเพื่อก่อรูป ของดวงอาทิตย์ซึ่งคิดเป็น 99.8% ของมวลของระบบสุริยะเหมือนดาวทุกดวงในจักรวาล (Universe) ดวงอาทิตย์อาจจะหมดพลังงานจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่บรรจุอยู่ภายใน เมื่อดวงอาทิตย์เริ่มหมดพลังงานก็จะขยายตัวใหญ่โตถึงกว่า 100 เท่า สาเหตุเกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงก๊าซด้านนอกที่ยังเหลืออยู่ในวงกว้างความใหญ่โตของดวงอาทิตย์ ส่งผลทำให้เผาไหม้ถึงวงโคจรดาวพุธ (Mercury) ดาวศุกร์ (Venus) และแม้แต่โลก (Earth) นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าดวงอาทิตย์จะมีอายุเหลืออีก 6.5 พันล้านปี จากนี้ไปก่อน ที่จะหดตัวลงเป็นดาวแคระขาว (White dwarf star)

stage of star formation
•ใช้เวลา 170,000 ปีเพื่อนำความร้อนออกมาสู่ด้านนอก

ดวงอาทิตย์เหมือนกับดาวฤกษ์ (Star) อื่นๆคือประกอบขึ้นจากก๊าซและในแง่ของจำนวนอะตอมมีไฮโดรเจน 91.0% และฮีเลียม 8.9% กรณีตัวเลขโดยมวล (By mass) ดวงอาทิตย์มี คาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 70.6% และฮีเลียม 27.4% มวลมหาศาลของดวงอาทิตย์จะถูกจับเข้าด้วยกันโดยแรงโน้มถ่วง (Gravitational attraction) ทำให้เกิดความกดดัน และอุณหภูมิที่แกน (Core) บนพื้นที่ดวงอาทิตย์มี 6 ภูมิภาค ดังนี้

ประกอบด้วย (จากภายในสู่ภายนอก) คือ แกน (Core) เขตการแผ่รังสี (Radiative zone) เขตการพาความร้อนภายใน (Convective zone in the interior) ซึ่งมองไม่เห็นทั้ง 3 ภูมิภาค ถัดมาที่มองเห็นใน 3 ภูมิภาค คือ โฟโตสเฟียร์ (Photosphere) โครโมสเฟียร์ (Chromosphere) และบริเวณด้านนอกสุดของโคโรนา (Corona) แกนดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิประมาณ 27 ล้านองศาฟาเรนไฮต์ (15 ล้านองศาเซลเซียส) ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้เกิดการหลอมรวมกับนิวเคลียร์ฟิวชั่น (Thermonuclear fusion) นี่คือกระบวนการที่อะตอมรวมกันเพื่อสร้างอะตอมที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและในกระบวนการปล่อยพลังงานให้เคลื่อนไหว โดยเฉพาะในส่วนภายในแกนของดวงอาทิตย์จากอะตอมของ ไฮโดรเจนและฮีเลียม พลังงานที่ผลิตขึ้นในแกนดวงอาทิตย์โดยผลิตความร้อนและแสงที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมา พลังงานจากแกนจะถูกนำออกสู่ด้านนอกโดยการแผ่รังสีผ่าน เขตการแผ่รังสีจะใช้เวลาประมาณ 170,000 ปีเพื่อเดินทางมาจากแกนกลางไปยังด้านบนสุดของเขตการพาความร้อนและเมื่อสู่ด้านบนอุณหภูมิลดจะลงต่ำกว่า 3.5 ล้าน องศาฟาเรนไฮต์ (2 ล้านองศาเซลเซียส) ในพื้นที่ที่มีการไหลเวียนจะมีฟองอากาศพองสูง (ซุปอะตอมที่เป็นไอออนลักษณะคล้ายเราเคี่ยวน้ำตาลในกะทะมีฟองเหนียวเดือดปุดๆ) บริเวณนี้คือพื้นผิวของดวงอาทิตย์ที่เรามองเห็นมีอุณหภูมิประมาณ 10,000 องศาฟาเรนไฮต์ (5,500 องศาเซลเซียส) มีความเย็นกว่าแกนเปลวเพลิงเป็นความร้อนพอที่จะทำให้ คาร์บอนเช่นเพชรและแกรไฟต์เดือดได้แต่ไม่ถึงกับละลาย

•ไม่ใช่พื้นผิวที่มั่นคงเช่นพื้นผิวโลก

ในแง่พื้นผิวของดวงอาทิตย์คือ โฟโตสเฟียร์ (Photosphere) มีอุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 10,000 องศาฟาเรนไฮต์ (5,500 องศาเซลเซียส) เป็นแสงที่มีความหนาราว 300 ไมล์ (500 กม.) ซึ่งส่วนใหญ่ของรังสีดวงอาทิตย์จะหลุดออกไปสู่ด้านนอกและไม่ใช่พื้นผิวที่มั่นคงเหมือนพื้นผิวของดาวเคราะห์เช่นโลก แต่เป็นบริเวณชั้นนอกของดาวฤกษ์รังสีในภูมิภาคนี้ คือแสงแดดจะใช้เวลา 8 นาที หลังจากออกจากบรรยากาศดวงอาทิตย์ส่องมายังโลกของเราและเดินทางต่อไปยังดาวเคราะห์อื่นๆ ตามลำดับ

Structure of the Sun
•แสงมักจะอ่อนแอเกินกว่าจัดเห็นจากภาพถ่าย

ด้านบนของโฟโตสเฟียร์ (Photosphere) ถัดขึ้นคือ โครโมสเฟียร์ (Chromosphere) และบริเวณด้านนอกสุดคือโคโรนา (Corona) และโคโรน่ามีความหมายว่ามงกุฎ (แสงสีขาว) ที่สร้างชั้นบรรยากาศบางๆของแสงอาทิตย์ทำให้เราเห็นคุณสมบัติต่างๆบนดวงอาทิตย์ (โดยต้องใช้กล้องดูดวงอาทิตย์โดยเฉพาะ / ห้ามมองด้วยตาเปล่า / ห้ามใช้แว่นดำทุกชนิด / ห้ามใช้กล้องดูดาวที่ไม่มีเลนส์ป้องกันแสงดวงอาทิตย์ - มิฉะนั้นตาบอดได้) จะมองเห็นเช่น จุดมืดบนดวงอาทิตย์ (Sunspots) เปลวสุริยะ (Solar flares)

บริเวณรอบๆดวงอาทิตย์การเปล่งแสงที่มองเห็น (Visible light) เหล่านี้ แสงมักจะอ่อนแอเกินกว่าจะเห็นได้จากภาพถ่ายเพราะเป็นแสงสีขาวสว่างจัด แต่ในช่วงสุริยุปราคาเต็มดวง (Total solar eclipses) เมื่อดวงจันทร์บดบังดวงอาทิตย์เต็มดวง จะมีลักษณะเป็นขอบสีแดงรอบดวงอาทิตย์ ขณะที่โคโรนารูปมงกุฎสีขาวสวยงามกับพลาสม่า (Plasma) ซึ่งเป็นไอ ของก๊าซร้อนจัดจะไหลเป็นช่องแคบออกไปด้านนอกขึ้นรูปทรงที่มีลักษณะเหมือนกลีบดอกไม้อย่างไรก็ตามอุณหภูมิในบรรยากาศของดวงอาทิตย์เพิ่มขึ้นอย่างไม่น่าเชื่อโดยมีความ สูงถึง 3.5 ล้านองศาฟาเรนไฮต์ (2 ล้านองศาเซลเซียส) จากแหล่งที่มาของความร้อนไหลเวียนเป็นความลึกลับทางวิทยาศาสตร์มานานกว่า 50 ปี


•ไม่เคยทวงบุญคุณจากใครและยังทำหน้าที่ต่อไป

แน่นอนว่าดวงอาทิตย์เองไม่ได้เป็นสถานที่ที่เอื้อต่อการดำรงชีพ ด้วยการผสมผสานระหว่างก๊าซและพลาสมาไอของก๊าซที่ร้อนแรง แต่ดวงอาทิตย์ทำให้ชีวิตบนโลกเป็นไปได้ให้ที่ ได้รับความอบอุ่นและพลังงานที่สิ่งมีชีวิตเช่นพืชใช้เพื่อสร้างพื้นฐานของห่วงโซ่อาหารหลายชนิด รวมทั้งสร้างพลังงานปกคลุมไปยังทุกๆสิ่งในระบบสุริยะโดยไม่มีวันหยุดและเป็น แหล่งพลังงานธรรมชาติที่ไม่เคยทวงบุญคุณจากใครและยังทำหน้าที่ต่อไปโดยไม่หยุดพัก

•ขอบเขตอำนาจของเฮลิโอสเฟียร์

สิ่งนี้มีความสำคัญมากกระแสไฟฟ้าในดวงอาทิตย์ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ซับซ้อน (Complex magnetic field) ซึ่งขยายออกไปสู่อวกาศเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กระหว่างอวกาศ ปริมาณของพื้นที่ควบคุมโดยสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์เรียกว่าเฮลิโอสเฟียร์ (Heliosphere) มีลักษณะคล้ายฟองอากาศยักษ์อยู่ในห้วงอวกาศ ที่พองตัวอยู่ในสสารระหว่างดาว ซึ่งเป็นผลจากพายุสุริยะทำหน้าที่ปกป้องระบบสุริยะเอาไว้จากรังสีคอสมิกที่ไหลมาจากดาวด้วยอื่น หรือไหลวนเวียนในทางช้างเผือกจำนวนมหาศาลแต่อาจยังมีอะตอมส่วนหนึ่ง จากสสารระหว่างดาวสามารถลอดเข้ามาภายในเฮลิโอสเฟียร์ได้เช่นกัน

และเฮลิโอสเฟียร์คือจุดแสดงบริเวณสุดเขตแดนของระบบสุริยะ หมายความว่าเป็นรอยต่อการหมดอำนาจดวงอาทิตย์ของเรา เป็นอาณาเขตที่เชื่อมต่อกับดาวดวงอื่นๆซึ่งขณะนี้ การสำรวจพยายามค้นหาตำแหน่งที่ถูกต้องโดยยานสำรวจอวกาศวอยเอเจอร์ 1 และ 2 ไปใน 2 ทิศทางจากโลก สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์พัดผ่านออกไปโดยพายุสุริยะ ซึ่งเป็นกระแสก๊าซและประจุไฟฟ้าเป็นลักษณะการพัดที่พัดผ่านด้านนอกจากดวงอาทิตย์ไปในทุกทิศทาง เพราะดวงอาทิตย์หมุนสนามแม่เหล็กหมุนวนออกเป็นเกลียวหมุนขนาด ใหญ่เรียกว่าเกลียวปาร์กเกอร์ (Parker spiral)

At the Edge Of the Solar System
ขอบเขตของเฮลิโอสเฟียร์ ส่วนใหญ่จะถือว่ามี 3 ชั้น เขตแดนด้านในสุดคือขอบเขตแบบทรงกลม (Spherical boundary) ที่เรียกว่าเทอร์มินัลช็อก (Termination shock) จุดที่พายุ สุริยะหลั่งไหลจากดวงอาทิตย์ช้าลงและต่ำกว่าความเร็วเหนือเสียง จากนั้นลมจะค่อยๆเคลื่อนไปเรื่อยๆจนกว่าจะเกิดการชนกับวัสดุในกาแลคซี่ และถูกดันกลับไปรอบๆนอกของ เฮลิโอสเฟียร์พลิกกลับไปทางหางของฟองสบู่เป็นเขตแดนที่สองเรียกว่า เฮลิโอสเฟียร์ (Heliopause) เขตแดนที่สามเป็นโบว์ช็อต (Bow shock) เกิดขึ้นเมื่อเฮลิโอสเฟียร์พ่นลม ทางผ่านกลุ่มเมฆของกาแลคซี่ ในแบบเดียวกับที่เครื่องบินเหนือเสียงพุ่งดันอากาศขณะเคลื่อนที่ ยานสำรวจอวกาศวอยเอเจอร์ยืนยันการดำรงอยู่ของเขตแดนแรกและได้เห็น เขตแดนที่สอง แต่ขณะนี้ผลการทดสอบใหม่แสดงให้เห็นว่ายังไม่มีโบว์ช็อตในเขตแดนที่สาม

•พฤติกรรมแผนภูมิรูปปีกผีเสื้อ

การทำงานของดวงอาทิตย์ไม่ได้ทำงานแบบเดียวกันตลอดเวลาแต่จะมีวัฐจักรแสดงพฤติกรรมดวงอาทิตย์ (Solar Activity) เรียกว่าแผนภูมิรูปปีกผีเสื้อ (Butterfly diagram) ช่วงประมาณทุก 11 ปี เป็นภูมิศาสตร์ของดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนขั้วของสนามแม่เหล็ก เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้บนดวงอาทิตย์จะเกิดความปั่นป่วนอย่างรุนแรงสิ่งเหล่านี้เกิดจาก ความผิดปกติในสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ได้ปล่อยพลังงาน และอนุภาคขนาดใหญ่ ซึ่งบางส่วนมาถึงโลกโดยพายุสุริยะสภาพอากาศในอวกาศนี้ อาจทำให้ดาวเทียมเสียหาย กัดกร่อน โดยประจุไฟฟ้าส่งผลต่อการสื่อสารเครื่องบินและการคมนาคมในเขตขั้วโลกรวมถึงเครือข่ายระบบไฟฟ้าและโทรศัพท์