บทที่ 6 ดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์

       ดาวฤกษ์ เป็นมวลก๊าซที่ลุกโชติช่วง ( incandescent gas ) และกระจายอยู่ทั่วทั้งเอกภพในระยะที่ห่างกันพอได้สมดุลพอดี เราอาจจุเห็นดาวฤกษ์หลายดวงอยู่กันเป็นกลุ่มในท้องฟ้ายามราตรีในรูปของจุด แสงเล็กๆ บางดวงก็มีแสงสุกใสสว่างกว่าดวงอื่น ๆ แต่นั้นก็เป็นเพียงรูปโฉมภายนอกเท่านั้น ทั้งนี้เพราะความสว่างที่เห็นนั้นขึ้นอยู่กับระยะทางที่ดาวฤกษ์ดวงนั้นๆ อยู่ห่างจากโลก อายุขัยของดาวฤกษ์แต่ละดวงไม่เท่ากัน ทว่ามันก่อเกิดขึ้น เติบโต และดับไปในที่สุดเหมือนๆกัน ดาวฤกษ์บางดวง เช่น ดวงอาทิตย์ มีดาวบริวารที่

เรียกว่า ดาวฤกษ์

 

 

วิวัฒนาการของดาวฤกษ์

 

         -   ดาว ฤกษ์ทั้งหลายเกิดจากการยุบรวมตัวของ เนบิวลา หรือกล่าวได้อีกอย่างว่าเนบิวลาเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ทุกประเภท แต่จุดจบของดาวฤกษ์จะต่างกัน ขึ้นอยู่กับมวลสาร

       - วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลสารต่างๆกัน วาระสุดท้ายของดาวฤกษ์มวลสารมากกว่าดวงอาทิตย์มากๆจะเป็นหลุมดำมวลสาร มากกว่าดวงอาทิตย์มาก จะกลายเป็นดาวนิวตรอน และวาระสุดท้ายดาวฤกษ์มวลสารน้อย เช่น ดวงอาทิตย์ จะกลายเป็นดาวแคระ

       -  ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย เช่น ดวงอาทิตย์มีแสงสว่างไม่มากจะใช้เชื้อเพลิงในอัตราที่น้อย จึงมีชีวิตยาว และจบลงด้วยการไม่ระเบิด แต่จะกลายเป็นดาวแคระขาว สำหรับดาวฤกษ์ ที่มีมวลพอๆกับดวงอาทิตย์ จะมีช่วงชีวิตและการเปลี่ยนแปลงแบบเดียวกับดวงอาทิตย์

       -  ดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่ มีมวลมาก สว่างมากจะใช้เชื้อเพลิงอย่างสิ้นเปลืองในอัตราสูงมากจึงมีช่วงชีวิตสั้น กว่า และจบชีวิตด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง

       -  จุดจบของดาวฤกษ์ที่มวลมาก คือการระเบิดอย่างรุนแรง ที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวา (supernova) แรง โน้มถ่วง จะทำให้ดาวยุบตัวลงกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ในขณะเดียวกันก็มีแรงสะท้อนที่ทำให้ส่วนภายนอกของดาวระเบิดเกิดธาตุหนัก ต่างๆ เช่น ยูเรเนียม ทองคำ ฯลฯ ซึ่งถูกสาด กระจายออกสู่อวกาศกลายเป็นส่วนประกอบของเนบิวลารุ่นใหม่ และเป็นต้นกำเนิดของดาวฤกษ์รุ่นต่อไป เช่นระบบสุริยะก็เกิดจากเนบิวลารุ่นหลัง ดวงอาทิตย์และบริวารจึงมีธาตุต่างๆทุกชนิด เป็นองค์ประกอบ ดังนั้น เนบิวลา ดาวฤกษ์ การระเบิดของดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ โลกของเรา สารต่างๆและชีวิตบนโลก จึงมีความสัมพันธ์กันอย่างลึกซึ้ง

 

 

ดวงอาทิตย์

      ดวงอาทิตย์ (The Sun) คือดาวฤกษ์ที่อยู่ตรงศูนย์กลางของระบบสุริยะ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.4 ล้านกิโลเมตร หรือ 109 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางโลก อยู่ห่างจากโลก 149,600,000 กิโลเมตร หรือ 1 หน่วยดาราศาสตร์ (AU) ดวงอาทิตย์มีมวลมากกว่าโลก 333,000 เท่า แต่มีความหนาแน่นเพียง 0.25 เท่าของโลก เนื่องจากมีองค์ประกอบเป็นไฮโดรเจน 74% ฮีเลียม 25% และธาตุชนิดอื่น 1%

 

 

โครงสร้างภายในของดวงอาทิตย์

• แก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (Fusion core)​ อยู่ ที่ใจกลางของดวงงอาทิตย์ถึงระยะ 25% ของรัศมี แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ทำให้มวลสารของดาวกดทับกันจนอุณหภูมิที่ใจกลางสูง ถึง 15 ล้านเคลวิน จุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันหลอมอะตอมของไฮโดรเจนให้กลายเป็นฮีเลียม และปลดปล่อยพลังงานออกมา
• โซนการแผ่รังสี (Radiative zone) อยู่ที่ระยะ 25 - 70% ของรัศมี พลังงานที่เกิดขึ้นจากแก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกนำขึ้นสู่ชั้นบนโดยการแผ่รังสีด้วยอนุภาคโฟตอน
• โซนการพาความร้อน (Convection zone) อยู่ ที่ระยะ 70 - 100% ของรัศมี พลังงานที่เกิดขึ้นไม่สามารถแผ่สู่อวกาศได้โดยตรง เนื่องจากมวลของดวงอาทิตย์เต็มไปด้วยแก๊สไฮโดรเจนซึ่งเคลื่อนที่หมุนวนด้วย กระบวนการพาความร้อน พลังงานจากภายในจึงถูกพาออกสู่พื้นผิวด้วยการหมุนวนของแก๊สร้อนดังภาพที่ 2

 

 

 ความสว่างเเละอันดับความสว่างของดาวฤกษ์

- ความสว่างของดาวฤกษ์เป็นพลังงานแสงทั้งหมดที่แผ่ออกมาใน 1 วินาที ส่วนอันดับความสว่างเป็นตัวเลขที่กำหนดขึ้น โดยกำหนดให้ดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดเมื่อมองด้วยตาเปล่า มีอันดับความสว่างเป็น 1 ส่วนดาวฤกษ์ที่มองเห็นแสงสว่างริบหรี่ มีอันดับความสว่างเป็น 6 ดาวที่มีอันดับความสว่างต่างกัน 1 ความสว่างจะต่างกันประมาณ 2.5 เท่า

- ความสว่าง (brightness) ของดาว คือ พลังงานแสงจากดาวที่ตกบน 1 หน่วยพื้นที่ ในเวลา 1 วินาที

- อันดับความสว่าง (brightness) ของดาวฤกษ์ เป็นตัวเลขที่กำหนดขึ้นเพื่อแสดงการรับรู้ความสว่างของผู้สังเกตดาวฤกษ์ด้วย ตาเปล่า ดาวที่มองเห็นสว่างที่สุดมีอันดับความสว่างเป็น 1 และดาวที่เห็นสว่างน้อยที่สุดมีอันตับความสว่างเป็น 6 นั่นคือดาวยิ่งมีความสว่างน้อย อันดับความสว่างยิ่งสูงขึ้น หรืออยู่อันดับท้าย ๆ ส่วนดาวสว่างมากอยู่อันดับต้น ๆ

 

 

ความสว่างของดาวบนฟ้า

 

อันดับควาสว่างของดวงดาวบนท้องฟ้า

อันดับความสว่าง	ตัวอย่าง
-26.7	ดวงอาทิตย์
-4.5	ดาวศุกร์เมื่อสว่างที่สุด
-3.5	ดาวศุกร์เมื่อริบหรี่ที่สุด
-2.7	ดาวอังคารเมื่อสว่างที่สุด
-2.5	ดาวพฤหัสบดีเมื่อสว่างที่สุด
-1.5	ดาวพุธเมื่อสว่างที่สุด
-1.5	ดาวซีรีอัล
-1.4	ดาวพฤหัสบดีเมื่อริบหรี่ที่สุด
-0.5	ดาวเสาร์เมื่อสว่างที่สุด
-1	ดาวฤกษ์ประมาณ 20 ดวง
0	ดาวฤกษ์ประมาณ 20 ดวง
1	ดาวฤกษ์ประมาณ 20 ดวง
1.2	ดาวเสาร์เมื่อรบหรี่ที่สุด
1.6	ดาวอังคารเมื่อริบหรี่ที่สุด
2.6	ดาวพุธเมื่อริบหรี่ที่สุด
3	ดาวฤกษ์ริบหรี่ที่สุดที่อาจมองเห็นได้ในเมืองใหญ่
6	ดาวฤกษ์ริบหรี่ที่สุดที่อาจมองเห็นได้ในชนบท

สีเเละอุณหภูมิของดาวฤกษ์

 

   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
 

 

ระยะทางในดาราศาสตร์

1.หน่วย ดาราศาสตร์ มีค่าเท่ากับระยะทางจากดวงอาทิตย์ถึงโลก หรือ 150 ล้าน กิโ,เมตร เป็นหน่วยที่ใช้มากในการบอกระยะห่างภายในระบบสุริยะ

- 1 ปีเเสง คือ ระยะทางที่เเสงเดินทางใช้เวลา 1ปี คิดเป็นระยะทาง

9.4607×10¹² กิโลเมตร = 63,241.07

- 1 ปาร์เสด ระยะทางจากโลกถึงดาวที่มีมุมพาราลเเลก์เท่ากับ 1ฟิลิปดา คิดเป็นระยะทาง 206265 A.U.หรือ 3.27 ปีเเสง

  

  ระยะห่างของดาวฤกษ์

   เนบิวลา (NEBULA)หรือกลุ่มหมอกเพลิง คือ กลุ่มก๊าซและฝุ่นที่ไม่มีแสงสว่างในตัวเองรวมกันอยู่หนาแน่นมากเป็นปริมาณ มหาศาล อยู่ระหว่างดาวฤกษ์ในระบบกาแล็กซี่ ลักษณะของเนบิวลาจะปรากฏเป็นฝ้ามัวๆ บริเวณนี้จะเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ต่างๆ และเนบิวลาบางส่วนอาจเกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์กลายเป็นซากก๊าซและฝุ่น

 

เนบิวลามี 2 ลักษณะ คือ เนบิวลาสว่าง และ เนบิวลามืด

    เนบิวลาสว่าง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ เนบิวลาประเภทสะท้อนแสง เช่น เนบิวลาสว่างใหญ่ในกระจุกดาวลูกไก่ จะสะท้อนแสงสีน้ำเงิน และ เนบิวลาประเภทเรืองแสง โดยวัตถุที่สะท้อนแสงคือ ฝุ่นอวกาศ เช่น เนบิวลา M-42 ในกลุ่มดาวนายพราน เนบิวลาวงแหวน M-52 ในกลุ่มดาวพิณ เนบิวลาปูในกลุ่มดาววัว สำหรับเนบิวลาสว่างใหญ่ที่มีทั้งสะท้อนแสงและเรืองแสง เช่น เนบิวลาสามแฉก M-20 ในกลุ่มดาวคนยิงธนู

 

 

- เนบิวลาสว่างใหญ่คือ เนบิวลาประเภทเรืองแสงที่เกิดจากการเรืองแสงของอะตอมของไฮโดรเจนออกซิเจน ไนโตรเจน และ ฮีเลียม

- เนบิวลาสว่างประเภทเรืองแสงที่ใหม่ที่สุด คือ เนบิวลารูปวงกลม

- เนบิวลามืด เป็น ก๊าซและฝุ่นท้องฟ้าที่บังและดูดกลืนแสงดาวฤกษ์ที่อยู่เบื้องหลัง จึงทำให้มองเห็นเป็นบริเวณดำ เช่นเนบิวลามืดรูปหัวม้าในกลุ่มดาวนายพราน และ เนบิวลารูปถุงถ่านหิน ในกลุ่มดาวกางเขนใต้

 

 

 

    เนบิวลานอกจากจะเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์แล้ว ยังพบว่าในช่วงสุดท้ายแห่งการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ เปลือกนอกซึ่งเป็นฝุ่นและก๊าซจะถูกดันแตกกระจาย กลับกลายเป็นเนบิวลาอีกครั้งหนึ่ง เช่น เนบิวลาวงแหวนในกลุ่มดาวพิณ

 

 

เนบิวลาดาวเคราะห์

    เนบิวลาดาวเคราะห์มิได้มีสิ่งใดเกี่ยวข้องกับดาวเคราะห์ แต่เนื่องจากขนาดปรากฏและรูปทรงของมันดูคล้ายดาว เคราะห์จึงเรียกว่าเนบิวลาดาวเคราะห์มาแต่เก่าก่อน เนบิวลาดาวเคราะห์เกิดจากการตายของดาวฤกษ์เพียงดวงเดียว ซึ่งเป็นดาวฤกษ์มวลน้อยและมวลปานกลาง ก่อนตายดาวจะเกิดการยุบพองและเป่าคาร์บอนออกมา การยุบพองของดาว ทำให้เนื้อสารหลุดแยกออกจากดาวกลายเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ แกนกลางของดาวกลายเป็นดาวแคระขาว ธาตุหลักของเนบิวลาดาวเคราะห์ได้แก่ไฮโดรเจน ฮีเลียม และออกซิเจน ดาวแคระขาวจัดได้ว่าเป็นแหล่งพลังงานเดียว ของเนบิวลา ดาวเคราะห์ที่ยังคงหลงเหลือพลังงานอยู่ เนื้อสารของดาวที่หลุดออกเป็นเพียงก๊าซและฝุ่นก๊าซซึ่งไม่มีพลังงานหลงเหลืออยู่เลย แต่สาเหตุที่เรามองเห็นเนบิวลาดาวเคราะห์ได้เนื่องจากได้รับแสงจากดาวแคระขาวที่อยู่ภายในดาวแคระขาวเป็นดาวที่ไม่มีปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ขนาดของดาวคงรูปอยู่ได้ด้วยสมดุลของแรงโน้มถ่วงจากน้ำหนักเนื้อสารของดาวและความดันดีเจนเนอเรซีของอิเล็กตรอน ดาวแคระขาวจึงมาขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10,000 กิโลเมตร ขนาดใกล้เคียงกับโลก ในฐานข้อมูลเมสสิเยร์มีเนบิวลาดาวเคราะห์จำนวน 4 เนบิวลา ได้แก่ M27 เนบิวลาดัมเบลล์, M57 เนบิวลาวงแหวน, M76 เนบิวลาดัมเบลล์เล็ก และ M97 เนบิวลานกฮูก