ตัวชี้วัด ดาวฤกษ์ • ว 3.1 ม.6/4 อธิบายกระบวนการเกิดดาวฤกษ์ โดยแสดงการเปลี่ยนแปลงความดัน อุณหภูมิ ขนาดจากดาวฤกษ์ก่อนเกิดจนเป็นดาวฤกษ์ • ว 3.1 ม.6/5 ระบุปัจจัยที่ส่งผลต่อความส่องสว่างของดาวฤกษ์ และอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความส่องสว่างกับโชติมาตรของดาวฤกษ์ • ว 3.1 ม.6/6 อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างสี อุณหภูมิผิว และสเปกตรัมของดาวฤกษ์ • ว 3.1 ม.6/7 อธิบายล าดับวิวัฒนาการที่สัมพันธ์กับมวลตั้งต้น วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงสมบัติบางประการของดาวฤกษ์ • อธิบายโครงสร้างของดวงอาทิตย์ การเกิดลมสุริยะ พายุสุริยะ และสืบค้นข้อมูล วิเคราะห์และน าเสนอปรากฏการณ์หรือเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้อง กับผลของลมสุริยะและพายุสุริยะที่มีต่อโลกรวมทั้งประเทศไทย หน่วยการเรียนรู้ที่ 2
วัตถุท้องฟ้าในอวกาศที่เป็นก้อนแก๊สมวล มหาศาล เกิดจากการยุบรวมตัวของเนบิวลา ดาวฤกษ์ยังมีความแตกต่างกันในเรื่อง ของมวล อุณหภูมิผิวหรือสีหรืออายุ ความสว่าง องค์ประกอบทางเคมี ระยะห่าง ระบบดาวและวิวัฒนาการ มีความเหมือนกันอยู่ 2 อย่าง คือ 1. มีพลังงานในตัวเอง 2. เป็นแหล่งก าเนิดธาตุต่างๆ เช่น ธาตุฮีเลียม ลิเทียม เบริลเลียม ดาวฤกษ์มีองค์ประกอบที่ส าคัญ คือ ไฮโดรเจน ประมาณ 90.8 % ฮีเลียม 9.1 % และธาตุโลหะอื่น ๆ ที่อยู่ในสภาพของแก๊สอีก 0.1 % ดาวฤกษ์
รู้ได้อย่างไรว่าเป็นดาวฤกษ์ แสงกระพริบ ไม่เคลื่อนที่ อยู่เป็นกลุ่มหรือเป็นหมู่
สมบัติของดาวฤกษ์ ความส่องสว่าง : พลังงานที่ดาวฤกษ์ปลดปล่อยออกมาในเวลา 1 วินาทีต่อหน่วยพื้นที่ ณ ต าแหน่งของผู้สังเกต ปัจจัย ต าแหน่งของผู้สังเกต ขนาดของดาวฤกษ์ โชติมาตร : ค่าที่แสดงระดับความส่องสว่างของดาวฤกษ์ ณ ต าแหน่งของผู้สังเกต โชติมาตรปรากฏ : โชติมาตรของดาวฤกษ์ที่สังเกตเห็นจากโลก โชติมาตรสัมบูรณ์: โชติมาตรเมื่อดาวฤกษ์อยู่ห่างจากโลก 10 พาร์เซก
แผนภาพ H-R ปี ค.ศ.1910 เอ็จนา แฮรท์สชปรุง(Ejnar Hertzsprung) นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก และเฮ นรี นอริส รัสเซลล์ (Henry Norris Russell) นัก ดาราศาสตร์ชาวอเมริกันได้คิดค้น "แผนภาพ แฮรท์สชปรุง-รัสเซลล์(H-R Diagram) ซึ่งมีความ ส าคัญต่อการศึกษาวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ เพราะ เมื่อดาวเปลี่ยนแปลงสมบัติทางกายภาพ เช่น ขนาด อุณหภูมิ ก าลังส่องสว่าง และความยาวคลื่นต าแหน่ง ของดาวที่พล็อตลงบนแผนภาพก็จะเปลี่ยนไป สมบัติของดาวฤกษ์
อันดับความสว่างของดาวฤกษ์ที่สังเกตได้จากโลกที่มองเห็นได้ด้วยต่าเปล่า ไม่สามารถเปรียบเทียบอันดับความสว่างจริงของดาวแต่ละดวงได้ ดาวที่มีอันดับความสว่างต่างกัน 1 จะสว่างมากกว่ากัน 2.5 เท่า ผลต่างของอันดับความสว่างปรากฏ m1 - m2 = n ความต่างกันของความสว่างปรากฏ (2.5) n 1 2 3 4 5 10 15 20 2.5 6.3 16 40 100 10,000 1,000,000 10,000,000 สมบัติของดาวฤกษ์
ดาวฤกษ์มีอันดับความสว่างหรือตัวเลขมากๆจะมีความสว่างน้อย ดาวฤกษ์มีอันดับความสว่างหรือตัวเลขน้อยๆจะมีความสว่างมาก โซติมาตรปรากกฏ ตัวอย่างดาว -26.7 ดวงอาทิตย์ -4.5 ดาวศุกร์เมื่อสว่างที่สุด -3.5 ดาวศุกรเมื่อริบหรี่ที่สุด -2.7 ดาวอังคารที่สว่างที่สุด -2.5 ดาวพฤหัสบดีที่สว่างที่สุด -1.5 ดาวพุธที่สว่างที่สุด -1.5 ดาวซิรีอุส -1.4 ดาวพฤหัสบดีที่ริบหรี่ที่สุด -0.5 ดาวเสาร์ที่สว่างที่สุด -1 ดาวคาโนปัส (-0.6) 0 ดาวเบทเทลจุส (0.45), ดาวไรเจล (0.18) 1 ดาวหัวใจสิงห์ (1.36), ดาวปาริชาต (1.06), ดาวพอลลักซ์ (1.16) 1.2 ดาวเสาร์ที่ริบหรี่ที่สุด 1.6 ดาวอังคารที่ริบหรี่ที่สุด 2.6 ดาวพุธที่ริบหรี่ที่สุด 3 ดาวฤกษ์ริบหรี่ที่สุดที่อาจมองเห็นได้ในเมืองใหญ่ 6 ดาวฤกษ์ริบหรี่ที่สุดที่อาจมองเห็นได้ในชนบท สมบัติของดาวฤกษ์
เป็นค่าความสว่างปรากฏของดาวในต าแหน่งที่ดวงดาวนั้นอยู่ห่างจากโลกเท่ากัน คือ ระยะทาง 10 พาร์เซก หรือ 32.616 ปีแสง ความสว่างจริงของดาวฤกษ์การบอกอันดับความสว่างที่แท้จริง สามารถค านวณหาโชติมาตรสัมบูรณ์โดยใช้สูตร M = m + 5 – 5 log d สมบัติของดาวฤกษ์ ตัวอย่าง จากข้อมูลตาราง จงเรียงล าดับดาวที่มีความสว่างจริงจากมากไปน้อย A > M = 5 + 5 –log 1 = 10 B > M = (-2.5) + 5 – log 10 = -2.5 C > M = 1 + 5 –log 0.1 = 11 D > M = (-1.25) + 5 – log 1 = 3.75 ดังนั้น ดาวที่มีความสว่างมากที่สุดไปน้อยที่สุด เรียงตามล าดับได้ดังนี้ B, D, A, C M = m + 5– 5 log d
สี อุณหภูมิผิว และชนิดสเปกตรัม O น้ าเงิน > 30,000 K B น้ าเงินแกมขาว 10,000 - 30,000 K A ขาว 7,500 - 10,000 K F ขาวแกมเหลือง 6,000 – 7,500 K G เหลือง 4,900 - 6,000 K K ส้ม 3,500 - 4,900 K M แดง 2,500 - 3,500 K สมบัติของดาวฤกษ์
ชนิดสีดาวฤกษ์และอุณหภูมิ ระดับ อุณหภูมิ สีพื้นฐาน สีที่ปรากฏ มวล (Mʘ) รัศมี (Rʘ) ความส่องสว่าง(Lʘ) O 30,000 - 60,000 K น้ าเงิน น้ าเงิน 64Mʘ 16Rʘ 1,400,000Lʘ B 10,000 - 30,000 K น้ าเงินถึงขาว น้ าเงินขาว 18Mʘ 7Rʘ 20,000Lʘ A 7,500 - 10,000 K ขาว ขาว 3.1Mʘ 2.1Rʘ 40Lʘ F 6,000 - 7,500 K ขาวออกเหลือง ขาว 1.7Mʘ 1.4Rʘ 6Lʘ G 5,000 - 6,000 K เหลือง ขาวออกเหลือง 1.1Mʘ 1.1Rʘ 1.2Lʘ K 3,500 - 5,000 K ส้ม เหลืองส้ม 0.8Mʘ 0.9Rʘ 0.4Lʘ M 2,000 - 3,500 K แดง ส้มแดง 0.4Mʘ 0.5Rʘ 0.04Lʘ สมบัติของดาวฤกษ์
สสารภายในเนบิวลายุบตัว ความดันและอุณหภูมิเพิ่มขึ้น เกิดดาวฤกษ์ก่อนเกิด เกิดปฏิกิริยาเทอร์มอนิวเคลียร์ ดาวฤกษ์ก่อนเกิดกลายเป็นดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์อยู่ในสภาพ สมดุลอุทกสถิตและปลดปล่อย พลังงานเป็นเวลานาน ก าเนิดดาวฤกษ์
พลังงานของดาวฤกษ์ได้จากการ เกิดปฏิกิ ริย าก า รหลอมตั วของ นิวเคลียสภายใต้อุณหภูมิและความ หนาแน่นสูงที่บริเวณใจกลางดาว ฤกษ์ โดยส่วนใหญ่เกิดการหลอม นิวเคลียสของไฮโดรเจน 4 นิวเคลียส จนกลายเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม 1 นิวเคลียส ซึ่งมีม วลน้อยก ว่า 4 นิวเคลียสของไฮโดรเจน มวลที่ หายไปจะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานตาม สมการของไอน์สไตน์ E = mc2 เมื่อ C คือ อัตราความเร็วของแสง เท่ากับ 3x10 8 kg/s แหล่งก าเนิดพลังงานดาวฤกษ์
วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์
ระยะห่างของดาวฤกษ์ ปีแสง (lightyear หรือ Ly.) คือ ระยะทางที่แสงเดินทางในเวลา 1 ปี อัตราเร็วของแสงมีค่า 300,000 กิโลเมตร ต่อวินาที ดังนั้น ระยะทาง 1 ปีแสงจึงมีค่าเท่ากับ 9.5 ล้านล้านกิโลเมตร พาร์เซก (parsec) เป็นระยะทางที่ได้จากการหาแพรัลแลกซ์ (parallax) คือการย้ายต าแหน่งปรากฏ ของวัตถุ เมื่อผู้สังเกตอยู่ในต าแหน่งต่างกันของดาวดวงนั้น ซึ่งเป็นวิธีวัดระยะห่างของดาวฤกษ์ที่อยู่ค่อนข้างใกล้โลกได้ อย่างแม่นย ากว่าดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลมาก หน่วยดาราศาสตร์ (astronomical unit หรือ A.U) คือ ระยะทางระหว่างโลกและดวงอาทิตย์ ระยะทาง 1 A.U มีค่า 150 ล้านกิโลเมตร
แพรัลแลกซ์ (Parallax) สูตร การหาระยะทางด้วยมุมแพรัลแลกซ์ d = 1/p เมื่อ d = ระยะทางถึงดวงดาว หน่วยเป็นพาร์เสค p = มุมแพรัลแลกซ์ หน่วยเป็นฟิลิบดา โดยที่ 1 องศา = 60 ลิบดา, 1 ลิบดา = 60 ฟิลิบดา ท าได้โดยการสังเกตต าแหน่งของดาวฤกษ์ในเวลาต่างกัน 6 เดือน ว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นเปลี่ยนต าแหน่งไปมุม เท่าใด เมื่อเทียบกับดาวฤกษ์อื่นที่เป็นฉากหลัง
ตัวอย่าง นักเรียนควหนึ่งพิจารณาภาพถ่ายดาวสองภาพซึ่งห่างกัน 6 เดือนพบว่า ดาวดวงหนึ่งมีต าแหน่งเปลี่ยนไป 2.6 มิลลิเมตร เมื่อเทียบกับดาวดวงอื่น ภาพถ่ายทั้งสองนี้มีความกว้างเท่ากับ 6.24 เซนติเมตร ซึ่งเทียบได้ขนาดเชิงมุมเท่ากับ 20 ฟิลิปดา ดาว ดวงนี้ห่างจากโลกกี่พาร์เสค วิธีท า โจทย์บอกว่าภาพถ่ายทั้ง 2 มีความกว้างเท่ากัน คือ 6.24 cm ซึ่งเทียบกับขนาดเชิงมุมเท่ากับ 20 ฟิลิปดา หมายความว่า 6.24 cm = 20 ฟิลิปดา ดังนั้น 2.6 mm = ? 62.4 mm = 20 ฟิลิปดา 2.6 mm = 0.83 ฟิลิปดา หาระยะห่างระหว่างโลก ถึงดาวได้จาก s = 1 p s = 1 0.415 = 2.4 pc 2p=0.83” p=0.415”
เนบิวลา เป็นกลุ่มเมฆหมอกของฝุ่น แก๊ส และพลาสมาในอวกาศ แบ่งเป็น 2 ประเภท ได้แก่ เนบิวลาที่เกิดจากดาวตาย เนบิวลาดาวเคราะห์ (Planetary nebula) เป็นส่วนหนึ่งของ วิวัฒนาการในช่วงสุดท้ายของดาวฤกษ์มวลน้อย และดาวฤกษ์มวลปาน กลาง ซากซูเปอร์โนวา (Supernova remnant) เป็นซากของผิวดาวและเนื้อ สารของดาวฤกษ์ที่ถูกสาดออกมาเนื่องจากซูเปอร์โนวานั้น จะเหลือเป็น ซากซูเปอร์โนวา ซึ่งเปรียบเสมือนอนุสาวรีย์ของดาวฤกษ์มวลมาก เนบิวลาสว่าง (Diffuse Nebula) เป็นเนบิวลาที่มองเห็นเป็นฝ้าขาวๆ สว่างกว่าบริเวณใกล้คียง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ แสงเนบิวลาประเภทเรืองแสง คือ เนบิวลาที่มีแสงสว่างใน ตัวเอง เกิดจากการเรืองแสงของอะตอมของไฮโดรเจน เนื่องจากได้รับความร้อนจากดาวฤกษ์ภายในเนบิวลา ซึ่ง โดยทั่วไปแล้วก็คือดาวฤกษ์เกิดใหม่ที่เนบิวลานั้นสร้างขึ้น นั่นเอง เนบิวลาประเภทสะท้อนแสง คือ กลุ่มเมฆฝุ่นที่สะท้อนแสง ของดาวฤกษ์หรือกลุ่มดาวฤกษ์ที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียง เนบิวลามืด (Dark Nebula) เนบิวลามืด เป็นก๊าซและฝุ่นท้องฟ้าที่บังและดูดกลืนแสงดาว ฤกษ์ที่อยู่เบื้องหลัง จึงท าให้มองเห็นเป็น บริเวณด า
เนบิวลาสว่างใหญ่ในกลุ่มดาวนายพราน (The Great Nebula in Orion, M42, NGC1976) เนบิวลาสะท้อนแสงในกระจุกดาวลูกไก่ เนบิวลา
เนบิวลาสามแฉก M-20 ในกลุ่มดาวคนยิงธนู มีทั้งเนบิวลาเรืองแสงและเนบิวลาสะท้อนแสง เนบิวลา
เนบิวล่ามืดหัวม้า ในกลุ่มดาวนายพราน (The horsehead Nebula , NGC 2024, IC434) เนบิวลา
เนบิวลานาฬิกาทราย (MyCn18) เป็นเนบิวลาดาวเคราะห์อายุน้อย เนบิวลาวงแหวน,M57 เนบิวลา
เนบิลาปู ในกลุ่มดาววัว เนบิวลา
ระบบดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์กลุ่มเล็กๆ จ านวนหนึ่งที่โคจรอยู่รอบกันและกัน โดยมีแรงดึงดูดระหว่างกันท าให้จับกลุ่มกันไว้ ระบบดาวคู่ (Binary star) ดาวฤกษ์ 2 ดวง มีแรงโน้มถ่วงผูกมัดกัน แต่ ละดวงมีวงโคจรจุดศูนย์กลางมวลร่วมกัน แต่ จุดศูนย์กลางมิได้อยู่ระหว่างกันและใน ระยะทางที่ไม่เท่ากันโดยมีกลไก เรียกว่า ศูนย์กลางแรงโน้มถ่วง (Center of Gravity) อาจมีคาบโคจรไม่กี่ชั่วโมงจนถึงหลายปี ความเร็วการเคลื่อนที่ไม่สามาร ก าหนด รูปแบบได้ ดาวขนาดใหญ่อาจเคลื่อนที่ ช้า หรือดาวที่อยู่ใกล้กันอาจเคลื่อนที่เร็ว เช่น ดาวซีรีอัส ระบบดาวหลายดวง (Multiple Star) ระบบดาวหลายดวง (Multiple Star) เป็น ระบบดาวอย่างน้อย 3 ดวง หรือมากกว่า โคจรรอบศูนย์กลางของความโน้มถ่วง เดียวกัน มองเห็นจากโลกเหมือนอยู่ ใกล้เคียงกัน แท้จริงแล้ว ห่างไกลมากหลาย ปีแสง แต่เชื่อมโยงกันด้วยแรงดึงดูดที่มอง ไม่เห็น ได้แก่ ระบบดาว 3 ดวง เรียกว่า Triple Star System เช่น ดาวแอลฟาเซน เทารี กระจุกดาว - กระจุกดาวทรงกลม กลุ่มดาวที่อยู่รวมกันคล้ายเป็นก้อนด้วย แรงดึงดูดโน้มเอียงเข้าหากันจึงเหมือนวงกลมคล้ายผลส้ม แต่ ละกลุ่มมีดาวหนาแน่นสูงมากระหว่าง 10,000 – 1,000,000 ดวง เช่น กระจุกดาวทรงกลมเอ็ม 13 มีดาวฤกษ์มากกว่าแสน ดวงกระจุกดาว 47 ทูคานา และกระจุกดาวโอเมกา เซนทอรี ทางซีกฟ้าใต้ เป็นต้น - กระจุกดาวเปิด กลุ่มดาวที่กระจายตัวเป็นหย่อมๆ โดยมีแรง ดึงดูดร่วมกันด้วยรูปทรงที่ผิดแปลกกันออกไปในแบบต่างๆมี ความหนาแน่นของดาวระหว่าง 10 ดวงถึง หลายหลายพันดวง เช่น กระจุกดาวลูกไก่ ซึ่งมีดาวฤกษ์มากกว่าร้อยดวง
มวลของดาวฤกษ์ มวลของดาวฤกษ์แต่ละดวงจะแตกต่างกัน เพราะเนบิวลาที่ก่อก าเนิดเป็นดาวฤกษ์มีมวลไม่เท่ากัน มวลจึงเป็นสมบัติที่ แตกต่างกันของดาวฤกษ์ เนื่องจากดาวมีขนาดใหญ่มาก เราจึงไม่สามารถท าการหามวลของดาวด้วยวิธีชั่งตวงวัด นักดาราศาสตร์ ไม่สามารถค านวณหาขนาดมวลของดาวดวงเดียวโดดๆ ได้ แต่จะค านวณหามวลของระบบดาวคู่ซึ่งโคจรรอบกันและกัน โดยอาศัย ความสัมพันธ์ระหว่างคาบวงโคจรและระยะห่างระหว่างดาวทั้งสอง ตามกฎของเคปเลอร์-นิวตัน M1 + M2 = a 3 / p 2 โดย M1 , M2 = มวลของดาวทั้งสองในระบบดาวคู่ มีหน่วยเป็นจ านวนเท่าของดวงอาทิตย์ a = ความยาวของเส้นผ่านครึ่งวงโคจรตามแกนยาว ของดาวดวงใดดวงหนึ่ง มีหน่วยเป็น AU p = คาบการโคจร หน่วยเป็นปี
ตัวอย่าง ระบบดาวคู่ 70 Ophiuchi ในกลุ่มดาวคนแบกงูมีขนาดเส้นผ่านครึ่งวงโคจรตามแกนยาว 22.3 AU มีคาบวงโคจร 87.7 ปี จะมีมวลเท่าไร M1 + M2 = a 3 / p 2 M1 + M2 = (22.3) 3/ (87.7) 2 M1 + M2 = 11,089.567/ 7,691.29 M1 + M2 = 1.44 Mʘ ตอบ ดาวดวงนี้ มีมวล 1.44เท่าของดวงอาทิตย์
สรุป ดาวฤกษ์ พลังงานจากดาวฤกษ์ที่ปลดปล่อย ออกมาในเวลา 1 วินาทีต่อหน่วย พื้นที่ ณ ต าแหน่งของผู้สังเกต ความส่องสว่าง ค่าแสดงระดับความส่องสว่างของดาวฤกษ์ ณ ต าแหน่งของผู้สังเกต โชติมาตร ความส่องสว่างน้อย ความส่องสว่างมาก สีอุณหภูมิผิว และ ชนิดสเปกตรัม สี น าเงิน น าเงินแกมขาว ขาว ขาวแกมเหลือง เหลือง ส้ม แดง อุณหภูมิผิว (K) >30,000 10,000-30,000 7,500-10,000 6,000-7,500 4,900-6,000 3,500-4,900 2,500-3,500 โชติมาตรมาก โชติมาตรน้อย
สรุป วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ ซูเปอร์โนวา การระเบิดอย่างรุนแรง เนบิวลา ซูเปอร์โนวา การระเบิดอย่างรุนแรง ดาวฤกษ์ก่อนเกิด นวล 0.08-9 เท่า ของดวงอาทิตย์ ดาวยักษ์แดง ดาวฤกษ์ก่อนเกิด มวลมากกว่า 25 เท่า ของมวลดวงอาทิตย์ ดาวยักษ์ใหญ่ หลุมด า ดาวนิวตรอน ดาวแคระขาว ดาวฤกษ์ เนบิวลาดาวเคราะห์ คล้ายดวงอาทิตย์ ดาวยักษ์ใหญ่ ดาวยักษ์ใหญ่แดง ดาวฤกษ์ก่อนเกิด มวล 9-25 เท่า ของมวลดวงอาทิตย์
สรุป จุดมืดดวงอาทิตย์ (sunspot) เกิดจากแกรนูล ซึ่งเป็นบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ าที่สุด การลูกจ้า (flare) และเปลวสุริยะ (prominence) เป็นการระเบิดอย่างรุนแรงบริเวณจุดมืดบนดวงอาทิตย์ คอโรนา บรรยากาศชั้นนอกสุด มีบรรยากาศเบาบาง โครโมสเฟียร์ อยู่ถัดจากชั้นโฟโตสเฟียร์อุณหภูมิประมาณ 4,000 – 20,000 เคลวิน โฟโตสเฟียร์ ชั้นบรรยากาศที่ติดกับเขตการพาความร้อนซึ่งเปล่งแสงออกสู่อวกาศ เขตการพาความร้อน บริเวณที่ได้รับพลังงานจากเขตการแผ่รังสี แล้วส่งต่อไปยังชั้นบรรยากาศ เขตการแผ่รังสี บริเวณที่ได้รับพลังงานจากแก่น แล้วส่งต่อไปยังเขตการพาความร้อน แก่น บริเวณใจกลาง ซึ่งเกิดปฏิกิริยาเทอร์มอนิวเคลียร์ฟิวชัน อุณหภูมิสูงถึง 15 ล้านเคลวิน ดวงอาทิตย์