6.1 วิวัฒนาการของฤกษ์
เกิดจากมวลสารระหว่างดาว คือกลุ่มก๊าซและฝุ่นขนาดมหึมารวมกลุ่มกัน เกิดยุบตัวด้วยแรงอัดทุกทิศทุกทางเข้าสู่ศูนย์กลางด้วยแรงโน้มถ่วงของมวลสาร จนเกิดการอัดตัวเล็กลงและยุบตัวลงเรื่อย ๆ ดวงอาทิตย์เมื่อเริ่มเกิดจะมีขนาดใหญ่กว่าปัจจุบัน 50 เท่า สว่างกว่า 500 เท่า ต่อมามาเกิดยุบตัวและอัดตัวแน่นเพิ่มขึ้นทำให้ใจกลางของดวงอาทิตย์จะร้อนขึ้น 30 ล้านปีต่อมาใจกลางดวงอาทิตย์ร้อนขึ้นถึง 10 ล้านองศาเคลวิน ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่สูงเพียงพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันการเกิดพลังงานภายในดาวฤกษ์พลังงานของดาวฤกษ์จะเกิดที่แกนกลางของดาวฤกษ์เพราะมีอุณหภูมิสูงถึงขั้นเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน เช่นดวงอาทิตย์มีการเกิดปฏิกิริยาที่ใจกลางของดาวมีอุณหภูมสูงถึง 15 ล้านองศาเคลวิน การเกิดปกิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันโดยธาตุไฮโดรเจนแตกตัวให้นิวเคลียส คือ โปรตอรจับตัวกันเป็น โปรตอน-โปรตอน เกิดเป้นธาตุฮีเลียม การหลอมรวมของธาตุไฮโดรเจนเป็นธาตุฮีเลียมทำให้มวลสารหายไปเปลี่ยนเป็นพลังงาน คือมีมวลสารหายไปวินาทีละ 4,000,000 ตัน การหายไปของเนื้อสารจะทำให้ดวงอาทิตย์เล็กลงและมอดดับลง แต่ดาวฤกษ์บางดวงจะระเบิดทำลายตัวเองเดียวกันคือเกิดจากมวลสารระหว่างดาวคือกลุ่มก๊าซและฝุ่นขนาดมหึมารวมกลุ่มกันดาวฤกษ์ก็เหมือนกับสรรพสิ่งทั่วไปในเอกภพ มีการเกิด การคงอยู่ และการแตกดับไปตามการเวลา คือ มีวิวัฒนาการ ดาวฤกษ์เกิดจากมวลสารระหว่างดวงดาวมารวมกันเกิดแรงอัดตัวเป็นดาวฤกษ์ และเกิดจากการยุบตัวของเนบิวลาแต่จุดจบต่างกันขึ้นอยู่กับมวลสารดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย ใช้เชื้อเพลิงในอัตราที่น้อย ทำให้มีช่วงชีวิตที่ยาวและจบชีวิตลงโดยไม่มีการระเบิด พลังงานของดาวฤกษ์เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน
ดาวฤกษ์ เป็นก้อนแก๊สขนาดใหญ่ ทั้งหลายเกิดจากการยุบรวมตัวของเนบิวลา หรือกล่าวอีกอย่างหนึ่งว่า เนบิวลาเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ ทุกประเภท ดาวฤกษ์ทุกดวงมีความเหมือนกันอยู่ 2 อย่าง คือ มีพลังงานในตัวเอง และเป็นแหล่งกำเนิดธาตุต่าง ๆ เช่น ธาตุฮีเลียม ลิเทียม เบริลเลียม นอกจากนั้นดาวฤกษ์ยังมีความแตกต่างกันในเรื่องของ มวล อุณหภูมิผิวหรือสีหรืออายุ องค์ประกอบทางเคมี ระยะห่าง ความสว่าง ระบบดาวและวิวัฒนาการ ในเวลาต่อมาเมื่อดาวฤกษ์ เกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์หลอมไฮโดร-เจนเป็นฮีเลี่ยมครั้งใหม่ ทำให้เกิดพลังงานมหาศาล ทำใหดาวฤกษ์ใหญ่กว่าเดิมประมาณ 100 เท่า อุณหภูมิผิวลดลง สีเปลี่ยนจากสีเหลืองเป็นสีแดงจนได้ดาวฤกษ์สีแดงขนาดใหญ่ เรียกว่า ดาวยักษ์แดง (red giant)
ดาวยักษ์แดง
จุดจบของดาวฤกษ์แต่ละดวงจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับขนาดมวลของดาวฤกษ์นั้น ๆ ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย เช่น ดวงอาทิตย์ มีแสงสว่างไม่มากเชื้อเพลิงในอัตราที่น้อย จึงมีช่วงชีวิตยาว และจบชีวิตลงด้วยการไม่ระเบิด แต่จะกลายเป็นดาวแคระขาว และกลายเป็นดาวแคระดำ ต่อไป
6.2 กำเนิดและวิวัฒนาการของดวงอาทิตย์
ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยถึงปานกลางและอยู่ใกล้โลกที่สุด จึงเป็นดาวฤกษ์ที่นักดาราศาสตร์ศึกษามากที่สุด ดวงอาทิตย์เกิด จากการยุบรวมตัวของเนบิวลาเมื่อประมาณ 5,000 ล้านปีมาแล้ว และจะฉายแสงสว่างอยู่ในสภาพสมดุลเช่นทุกวันนี้ต่อไปอีกประมาณ 5,000 ล้านปี
การยุบตัวของเนบิวลา เกิดจากแรงโน้มถ่วงของเนบิวลาเอง เมื่อแก๊สยุบตัวลง ความดันของแก๊สจะสูงขึ้น ผลที่ตามมาคือ อุณหภูมิของแก๊สจะสูงขึ้นด้วยนี่คือธรรมชาติของแก๊สในทุกสถานที่ ที่แก่นกลางของเนบิวลาที่ยุบตัวลงนี้ จะมีอุณหภูมิสูงกว่าที่ขอบนอก เมื่ออุณหภูมิแก่นกลางสูงมากขึ้นเป็นหลายแสนองศาเซลเซียส เรียกช่วงนี้ว่า ดาวฤกษ์เกิดก่อน (Protostar) เมื่อแรงโน้มถ่วงดึงให้แก๊สยุบตัวลงไปอีก ความดัน ณ แก่นกลางสูงขึ้น และอุณหภูมิก็สูงขึ้นเป็น 15 ล้านเคลวิน เป็นอุณหภูมิสูงมากพอที่จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ (thermonuclear reaction) หลอมนิวเคลียสไฮโดรเจนเป็นนิวเคลียสฮีเลียม เมื่อเกิดความสมดุลระหว่างแรงโน้มถ่วงกับแรงดันของแก๊สร้อนทำให้ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่สมบูรณ์
พลังงานของดวงอาทิตย์เกิดที่แก่นกลาง ซึ่งเป็นชั้นในที่สุดของดวงอาทิตย์ เป็นบริเวณที่มีอุณหภูมิและความดันสูงมาก ทำให้เกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ ที่แก่นกลาง ของดวงอาทิตย์ ซึ่งเกิดจากโปรตอนหรือนิวเคลียสของธาตุไฮโดรเจน 4 นิวเคลียสหลอมไปเป็นนิวเคลียสของธาตุฮีเลียม 1 นิวเคลียส พร้อมกับเกิดพลังงานจำนวนมหาศาล
จากการเกิดปฏิกิรยาพบว่า มวลที่หายไปนั้นเปลี่ยนไปเป็นพลังงาน ซึ่งสามารถคำนวณได้จากสูตร ความสัมพันธ์ระหว่างมวล (m) และพลังงาน (E) ของไอน์สไตน์ ( E = mc2) เมื่อ C คืออัตราความเร็วของแสงสว่างในอวกาศซึงเท่ากับ 300,000 กิโลเมตร/วินาที
นักวิทยาศาสตร์คาดคะเนว่า ในอนาคตเมื่อธาตุไฮโดรเจนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงเหลือน้อย แรงโน้มถ่วงเนื่องจากมวลของดาวฤกษ์สูงกว่าแรงดัน ทำให้ดาวยุบตัวลง ส่งผลให้แก่นกลางของดาวฤกษ์มีอุณหภูมิสูงขึ้นมากกว่าเดิมเป็น 100 ล้านเคลวิน จนเกิด ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์หลอมรวมนิวเคลียสของธาตุฮีเลียมเป็นนิวเคลียสของคาร์บอน ในขณะเดียวกันไฮโดรเจนที่อยู่รอบนอกแก่นฮีเลียม จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นตามไปด้วย เมื่ออุณหภูมิสูงขถึง 15 ล้านเคลวิน จะเกิดปฏิกิริยาเท อร์โมนิวเคลียร์หลอมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมครั้งใหม่ ผลก็คือ ได้พลังงานออกมาอย่างมหาศาล ทำให้ดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่ขึ้นเป็น 100 เท่า ของขนาดปัจจุบัน เมื่อผิวด้านนอกขยายตัว อุณหภูมิผิวจะลดลง สีจะเปลี่ยนจากเหลืองเป็นแดง ดวงอาทิตย์จึงกลายเป็นดาวฤ กษ์สีแดงขนาดใหญ่มาก เรียกว่า ดาวยักษ์แดง (redgiant)เป็นช่วงที่พลังงานถูกปลดปล่อยออกจากดวงอาทิตย์ในอัตราสูงมาก ดวงอาทิตย์จึงมีช่วงชีวิตเป็นดาวยักษ์แดงค่อนข้างสั้น
6.3 ความส่องสว่างและโชติมาตรของดาวฤกษ์
ความส่องสว่าง(brightness)ของดาวฤกษ์ เป็นพลังงานจากดาวฤกษ์ที่ปลดปล่อยออกมาในเวลา 1 วินาทีต่อหน่วยพื้นที่ มีหน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร ค่าการเปรียบเทียบความสว่างของดาวฤกษ์ เรียกว่า อันดับความสว่าง หรือ แมกนิจูด(magnitude) ดาวที่มีค่าโชติมาตรต่างกัน 1 จะมีความสว่างต่างกัน 2.512เท่า ดาวที่มีค่าโชติมาตรน้อยจะมีความสว่างมากกว่าดาวที่มีค่าโชติมาตรมาก
โชติมาตรของดาวฤกษ์ที่สังเกตได้จากโลก เรียกว่า โชติมาตรปรากฏ(apparent magnitude) นำมาใช้เปรียบเทียบความสว่างที่แท้จริงของดาวฤกษ์ไม่ได้ นักดาราศาสตร์จึงกำหนดโชติมาตรสัมบูรณ์(absolute magnitude) เป็นค่าโชติมมาตรของดาวเมื่อดาวนั้นอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางเท่ากับ 10 พาร์เซก หรือ 32.62 ปีแสง นำมาใช้เปรียบเทียบความสว่างของดาวฤกษ์ทั้งหลาย
6.4 สีและอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์
ดาวฤกษ์ที่ปรากฏบนท้องฟ้าจะมีสีต่างกัน เมื่อศึกษาอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์จะพบว่า สีของดาวฤกษ์มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์ด้วย นักดาราศาสตร์แบ่งชนิดของดาวฤกษ์ตามสีและอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์ได้ 7 ชนิด คือ O B A F G K และ M แต่ละชนิดจะมีสีและอุณหภูมิผิวดังตารางต่อไปนี้
สีของดาวฤกษ์นอกจากจะบอกอุณหภูมิของดาวฤกษ์แล้ว ยังสามารถบอกอายุของดาวฤกษ์ด้วย ดาวฤกษ์ที่มีอายุน้อยจะมีอุณหภูมิที่ผิวสูงและมีสีน้ำเงิน ส่วนดาวฤกษ์ที่มีอายุมากใกล้ถึงจุดสุดท้ายของชีวิตจะมีสีแดงที่ เรียกว่า ดาวยักษ์แดง มีอุณหภูมิผิวต่ำ ดาวฤกษ์แต่ละดวงจะมีสิ่งที่เหมือนกัน คือ องค์ประกอบหลัก ได้แก่ ธาตุไฮโดรเจน และธาตุฮีเลียม พลังงานของดาวฤกษ์ทุกดวงเกิดจากปฏิกิริยาเทอร์มอนิวเคลียร์ที่แก่นกลาง ของดาว แต่สิ่งที่ต่างกันของดาวฤกษ์ ได้แก่ มวล อุณหภูมิผิว ขนาด อายุ ระยะห่างจากโลก สี ความสว่าง ธาตุที่เป็นองค์ประกอบ และวิวัฒนาการที่ต่างกัน
6.5 ระยะห่างของดาวฤกษ์
ดาวฤกษ์อยู่ห่างจากโลกมาก และระยะระหว่างดาวฤกษ์ด้วยกันเองก็ห่างไกลกันมากเช่นกัน
การบอกระยะทางของดาวฤกษ์จึงใช้หน่วยของระยะทางต่างไปจากระยะทางบนโลก ดังนี้
- ปีแสง (lightyear หรือ Ly.) คือ ระยะทางที่แสงเดินทางในเวลา 1 ปี อัตราเร็วของแสงมีค่า
33108 เมตร/วินาที ดังนั้นระยะทาง 1 ปีแสงจึงมีค่าประมาณ 931012 กิโลเมตร เช่น ดวงอาทิตย์ อยู่ห่างจากโลก 8.3 นาทีแสง หรือประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร ดาวแอลฟาเซนเทารีในกลุ่มดาว เซนทอร์อยู่ห่างจากโลก 4.26 ปีแสง หรือ 4031012 กิโลเมตร เป็นต้น
- หน่วยดาราศาสตร์ (astronomical unit หรือ A.U) คือ ระยะทางระหว่างโลกและดวงอาทิตย์ ระยะทาง 1 A.U มีค่า 150 ล้านกิโลเมตร
- พาร์เซก (parsec) เป็นระยะทางที่ได้จากการหาแพรัลแลกซ์ (parallax) คือการย้ายตำแหน่งปรากฏ
ของวัตถุเมื่อผู้สังเกตอยู่ในตำแหน่งต่างกันของดาวดวงนั้น ซึ่งเป็นวิธีวัดระยะห่างของดาวฤกษ์ที่อยู่ ค่อนข้างใกล้โลกได้อย่างแม่นยำกว่าดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลมาก
หลักการของแพรัลแลกซ์คือ การเห็นดาวฤกษ์เปลี่ยนตำแหน่ง เมื่อสังเกตจากโลกในเวลาที่ห่าง
คือ มุมแพรัลแลกซ์ของดาวฤกษ์ที่ต้องการวัดระยะห่าง มีหน่วยเป็นฟิลิปดา และแปลงค่าเป็นหน่วยเรเดียน จากวิวัฒนาการทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นการเกิดของดาวฤทธิ์ หรือความแตกต่างระหว่างสี อุณหภูมิ ขนาด ไม่ว่าจะเป็นสิ่งใดก็มักเกิดจากความเป็นธรรมชาติของสิ่งเหล่านั้นเอง ซึ่งหากเราศึกษาให้มากก็จะสามารถคิดและวิเคราะห์สิ่งเหล่านี้ได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ. ดาวที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดคือดวงจันทร์อยู่ห่างโลกน้อยกว่า 2 วินาทีแสงดวงอาทิตย์อยู่ห่างโลก 500 วินาทีแสง หรือประมาณ 8.3 นาทีแสงกัน 6 เดือน เพราะจุดสังเกตดาวฤกษ์ทั้ง 2 ครั้งอยู่ห่างกันเป็นระยะทาง 2 เท่าของระยะทางระหว่างโลกและดวงอาทิตย์ 1 พาร์เซกมีค่า 3.26 ปีแสงดาวฤกษ์แต่ละดวงอยู่ห่างกันมาก ระบบดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ระบบสุริยะที่สุดคือ อัลฟา เซนทอรี ในกลุ่มดาวม้าครึ่งคน ซึ่งอยู่ห่าง 4.26 ปีแสง การวัดระยะห่างจากโลกถึงดาวฤกษ์ ทำได้หลายวิธี คือ การหาแพรัลแลกซ์ คือการย้ายตำแหน่งปรากฏ ของวัตถุเมื่อผู้สังเกตอยู่ในตำแหน่งต่างกันของดาวดวงนั้น
การวัดระยะห่างจากโลกถึงดาวฤกษ์ทำได้หลายวิธี เช่น การหาแพรัล-แลกซ์ของดาวดวงนั้น และการหาความสว่างที่ปรากฏของดาวฤกษ์นั้น ๆ ดาวฤกษ์แต่ละระบบอยู่ห่างกันมาก เช่น ระบบดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ระบบ
สุริยะที่สุด คือ แอลฟาเซนเทารี ซึ่งอยู่ห่าง 4.26 ปีแสง หรือประมาณ 40 ล้าน ล้านกิโลเมตร สุริยะที่สุด คือ แอลฟาเซนเทารี ซึ่งอยู่ห่าง 4.26 ปีแสง หรือประมาณ 40 ล้าน ล้านกิโลเมตร
การวัดระยะห่างจากโลกถึงดาวฤกษ์ทำได้หลายวิธี เช่น การหาแพรัล-แลกซ์ของดาวดวงนั้น และการหาความสว่างที่ปรากฏของดาวฤกษ์นั้น ๆ ดาวฤกษ์แต่ละระบบอยู่ห่างกันมาก เช่น ระบบดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ระบบ
|
ตัวอย่างที่ 1 : ดาวหัวใจสิงห์ (Regulus) ในกลุ่มดาวสิงโต มีมุมพารัลแลกซ์ 0.04 อาร์ควินาที มีระยะทางห่างจากโลกเท่าไร
d = 1/p = 1/(0.04) อาร์ควินาที
= 25 พาร์เซค
= 25 x 3.26 = 81.5 ปีแสง
d = 1/p = 1/(0.04) อาร์ควินาที
= 25 พาร์เซค
= 25 x 3.26 = 81.5 ปีแสง
6.6 เนบิวลา แหล่งกำเนิดดาวฤกษ์
|
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น