ตัวชี้วัด ระบบสุริยะ • ว 3.1 ม.6/3 อธิบายโครงสร้างและองค์ประกอบของกาแล็กซีทางช้างเผือก และระบุต าแหน่งของระบบสุริยะ พร้อมอธิบายเชื่อมโยงกับการ สังเกตเห็นทางช้างเผือกของคนบนโลก หน่วยการเรียนรู้ที่ 3
การก าเนิดระบบสุริยะ โซลาร์เนบิวลา ยุบตัวรวมกัน หมุนรอบตัวเองเป็นรูปจาน เร็วขึ้น กลายเป็น ดวงอาทิตย์ก่อนเกิด (protosun) จุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน วัสดุรอบๆ ยังคงหมุนวน และได้รวมตัวกันกลายเป็นของแข็ง ของแข็งจ านวนมากชนกัน เกิดการรวมกันเนื่องจาก แรงโน้มถ่วงเป็นดาวเคราะห์ หมุนอย่างสมดุล เป็นระบบสุริยะในปัจจุบัน
การแบ่งเขตบริวารรอบดวงอาทิตย์
ก ำหนดจำกวงโคจรของโลกเป็นหลัก ดำวเครำะห์วงใน (Inferior Planets) หมายถึง ดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าโลก ได้แก่ ดาวพุธ และดาวศุกร์ ดำวเครำะห์วงนอก (Superior Planets) หมายถึง ดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลดวงอาทิตย์มากกว่าโลก ได้แก่ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน
ก ำหนดจำกวงโคจรของแถบดำวเครำะห์น้อยเป็นหลัก ดำวเครำะห์ชั้นใน (Inner Planets) หรือ ดำวเครำะห์แข็ง (Terrestrial planets) หมายถึง ดาว เคราะห์ที่มีพื้นผิวเป็นของแข็ง ได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก และดาวอังคาร ดำวเครำะห์ชั้นนอก (Outer Planets) หรือ ดำวเครำะห์แก๊ส (Giant Gas Planets) หมายถึง ดาวเคราะห์ที่มีบรรยากาศหนาแน่น ได้แก่ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน
ดวงอาทิตย์ คอโรนำ (corona) เขตกำรพำควำมร้อน (convection zone) : ได้รับพลังงาน จากเขตการแผ่รังสีแล้วส่งไปยังชั้นบรรยากาศ เขตกำรแผ่รังสี (radiation zone) : ได้รับพลังงาน จากแก่นแล้วส่งต่อไปยังเขตการพาความร้อน แก่น (core) : บริเวณใจกลางซึ่งเกิดปฏิกิริยา เทอร์มอนิวเคลียร์ฟิวชัน โครโมสเฟียร์(chromosphere) โฟโตสเฟียร์(photosphere)
โครงสร้างภายในดวงอาทิตย์มี3 ส่วน คือ 1. เเก่น ( core ) อยู่ที่ใจกลางของดวงอาทิตย์ถึงระยะ 25% ของรัศมี แรง โน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ท าให้มวลสารของดาวกดทับกันจนอุณหภูมิที่ใจกลางสูงถึง 15 ล้าน เคลวิน พลังงานได้จากจุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันหลอมอะตอมของไฮโดรเจนให้กลายเป็น ฮีเลียม และปลดปล่อยพลังงานออกมา 2. เขตกำรแผ่รังสี ( radiation zone ) อยู่ที่ระยะ 25 - 70% ของรัศมี พลังงานที่เกิดขึ้นจากแก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกน าขึ้นสู่ชั้นบนโดยการแผ่รังสีด้วยอนุภาคโฟ ตอน การถ่ายโอนพลังงานในเขตนี้ต้องใช้เวลานานเป็นล้านปี 3. เขตกำรพำควำมร้อน ( convection zone ) อยู่ที่ระยะ 70 - 100% ของรัศมี พลังงานที่เกิดขึ้นไม่สามารถแผ่สู่อวกาศได้โดยตรง เนื่องจากมวลของดวงอาทิตย์ เต็มไปด้วยแก๊สไฮโดรเจนซึ่งเคลื่อนที่หมุนวนด้วยกระบวนการพาความร้อน พลังงานจาก ภายในจึงถูกพาออกสู่พื้นผิวด้วยการหมุนวนของแก๊สร้อน การพาความร้อน คือ กระบวนการทางฟิสิกส์ที่อาจเกิดขึ้นในเเก๊สที่อยู่ ภายใต้เเรงโน้มถ่วง โดยแก๊สที่ร้อนกว่าแก๊สที่อยู่ล้อมรอบจะลอยขึ้นไป จนใกล้ผิวดวง อาทิตย์จะระบายความร้อนได้จากนั้นแก๊สที่ลอยขึ้นมาจะเย็นตัวลงและหนักขึ้น แล้วจะตก กลับลงไปใหม่การพาจึงมีวัฎจักรที่เเก๊สหมุนเวียนโดยผลลัพธ์ คือ การถ่ายโอนความร้อน จากระดับล่างสู่ระดับบน
ชั้นบรรยำกำศของดวงอำทิตย์ แบ่งออกได้เป็น 3 ชั้น โฟโตสเฟียร์ (Photosphere): ผิวของดวง อาทิตย์ คือ บรรยากาศชั้นล่างสุดของดวง อาทิตย์ (โฟโตสเฟียร์ แปลว่า ทรงกลมแสง) ซึ่ง มีความหนาเพียง 400 กิโลเมตร มีอุณหภูมิ ป ร ะ ม าณ 5,800 เค ล วิน โฟโต สเฟี ย ร์ ประกอบด้วย "แกรนูล" (Granule) ซึ่งเป็นเซลล์ ของแก๊สร้อนหมุนวนด้วยการพาความร้อน (Convection cell) จากเบื้องล่างขึ้นมาเมื่อเย็น แล้วตัวจมลงดังภาพ แกรนูลแต่ละเซลล์มีขนาด ประมาณ 1,000 กิโลเมตร มีอายุนานประมาณ 15 นาที โ ค ร โ ม ส เ ฟี ย ร์ ( Chromosphere) เ ป็ น บรรยากาศชั้นกลางของดวงอาทิตย์ (โคโมสเฟียร์ แปลว่า ทรงกลมสี)เป็นบรรยากาศบาง ๆ มีความ หนาประมาณ 2,000 กิโลเมตร และมีอุณหภูมิ ประมาณ 6,000-10,000 เคลวิน โดยปกติเรา มองไม่เห็นโครโมสเฟียร์เนื่องจากโฟโตสเฟียร์ซึ่ง เป็นบรรยากาศชั้นล่างมีความสว่างกว่ามาก แต่ถ้า เกิดปรากฎการณ์สุริยุปราคาเต็มดวงจะสามารถ สัง เ ก ตุ เ ห็ น แ สง จ า ก บ ร ร ย ก า ศ ชั้ น นี้ ไ ด้ ปรากฎการณ์ที่ส าคัญคือ เปลวสุริยะ (Prominence) ปรากฎการณ์นี้มีผลต่อสภาวะ อากาศอวกาศ โคโรนา (X-ray corona and coronal hole) เป็นบรรยากาศชั้นบนสุดของดวงอาทิตย์อยู่เหนือ ชั้นโครโมสเฟียร์ที่ระดับความสูง 5,000 กิโลเมตร มีความเบาบางมากแต่มีอุณหภูมิสูงถึง 2 ล้าน เคลวิน ประกอบด้วยอิเล็กตรอนและอนุภาคที่มี ประจุไฟฟ้าต่างๆ สามารถมองเห็นได้เป็นวงแสงสี ขาวเฉพาะเมื่อเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงเท่านั้น แผ่ อาณาเขตกว้างไกลออกไปมากกว่า 1 ล้าน กิโลเมตร มีรูปทรงตามสนามแม่เหล็กของดวง อาทิตย์
จุดบนดวงอำทิตย์ (Sunspot) จุดบนดวงอาทิตย์ คือ บริเวณที่มีความเข้มของสนามแม่เหล็กสูงมากบนผิวของดวงอาทิตย์หรือชั้น บรรยากาศโฟโตสเฟียร์ เนื่องจากอัตราการหมุนรอบตัวเองของดวงอาทิตย์ที่ไม่เท่ากัน ท าให้การเคลื่อนที่ ของแก๊สถูกจ ากัด ส่งผลให้บริเวณนั้นอุณหภูมิต่ ากว่ารอบๆ ขนาดของจุดมืดมีตั้งแต่ 3,600 กิโลเมตรไป จนถึง 50,000 กิโลเมตร จุดบนดวงอาทิตย์อาจมีอายุเป็นสัปดาห์ หรือเป็นเดือน การปรากฏจุดบนดวงอาทิตย์ มี 2 บริเวณ ดังนี้ 1. บริเวณมืด หรือ อัมบรา (Umbra) อยู่ตรงกลางของจุดบนดวงอาทิตย์ มีอุณหภูมิ 4,500 เคลวิน 2. บริเวณมัว หรือ พีนัมบรา ( Penumbra ) อยู่รอบๆ อัมบรา สีจางลง แต่อุณหภูมิสูงกว่า ประมาณ 5,000 เคลวิน วัฎจักรของจุดบนดวงอำทิตย์ จุดบนดวงอาทิตย์เปลี่ยนขนาดและรูปร่างไปใน 30 วัน แรกเริ่มจะปรากฏอยู่ใกล้ๆ กันเป็นกลุ่ม หลังจากนั้นจากค่อย ๆ เคลื่อนตัวออกห่างกันใช้เวลา ประมาณ 2 สัปดาห์แล้วจางหายไปในที่สุด วัฎจักรการเกิดจุดบนดวงอาทิตย์มากที่สุด ทุก ๆ 9.5 ถือ 11 ปีช่วงจุดมากที่สุด เรียกว่า Solar maximum และช่วง ที่เกิดจุดน้อยที่สุด เรียกว่า Solar Minimum จุดบนดวงอาทิตย์เกิดมากบริเวณละติจูดต่ าๆ ใกล้เส้นศูนย์สูตรประมาณ 5-40 องศาละติจูด เหนือ-ใต้
กำรลุกจ้ำ (flare) : การระเบิดอย่างรุนแรงบริเวณจุดมืดบนดวงอาทิตย์ เปลวสุริยะ (prominence) : การระเบิดอย่างรุนแรงบริเวณจุดมืดบนดวงอาทิตย์ จุดมืด (sunspot) : บริเวณที่มีอุณหภูมิต่ าที่สุดบนดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์
ดวงอำทิตย์ เกิดจากการปลดปล่อยอนุภาค ที่มีประจุไฟฟ้าพลังงานสูงจากชั้นคอโรนา มีความเร็ว 200 – 900 km/s ท ำให้เกิด หางของดาวหาง แสงเหนือแสงใต้ ลมสุริยะ เกิดจากการพ่นมวลคอโรนาร่วมกับการลุกจ้า ท าให้อนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ท ำให้เกิด รบกวนการส่ง กระแสไฟฟ้า และการสื่อสาร กระทบวงจร อิเล็กทรอนิกส์ ของดาวเทียม พำยุสุริยะ
ดำวเครำะห์ มีดาวเคราะห์เป็นบริวารโคจรรอบดวงอาทิตย์ 8 ดวง
ดำวพุธ (Mercury) เล็กที่สุดในระบบสุริยะ ใกล้ดวงอำทิตย์มำกที่สุด ไม่มีดำวบริวำร ไม่มีบรรยำกำศ โคจรรอบดวงอำทิตย์ 88 วัน หมุนรอบตัวเอง 180 วัน กลำงวัน 430 °C กลำงคืน -180°C จนได้รับฉำยำว่ำ เตำไฟแช่แข็ง มองเห็นได้ด้วยตำเปล่ำในเวลำพลบค่ ำ
ดำวศุกร์ (Venus) เป็นดำวเครำะห์ล ำดับที่ 2 มีขนำดใหญ่เป็นอันดับที่ 6 อยู่ใกล้โลกมำกที่สุด ไม่มีดวงจันทร์บริวำร ดำวศุกร์มีลักษณะที่คล้ำยคลึงกับโลก จนได้ชื่อว่ำเป็น ฝำแฝดกับโลก ชั้นบรรยำกำศประกอบไปด้วย แก๊สคำร์บอนไดออกไซด์เป็นส่วนใหญ่ บรรยำกำศที่หนำทึบท ำให้เกิดสภำวะเรือนกระจก อุณหภูมิพื้นผิวสูงถึง 470°C พื้นผิวดำวศุกร์จึงร้อนกว่ำพื้นผิวดำวพุธมำก หมุนรอบตัวเอง 1 รอบใช้เวลำ 224 วัน หมุนตำมเข็มนำฬิกำ มองเห็นทำงขอบฟ้ำด้ำนทิศตะวันออกช่วงเช้ำมืดเรียกว่ำ ดำวรุ่ง มองเห็นทำงขอบฟ้ำด้ำนทิศตะวันตกในเวลำใกล้ค่ ำ เรำเรียกว่ำ ดำวประจ ำเมือง
โลก (The Earth) ดำวเครำะห์ล ำดับที่ 3 และมีขนำดใหญ่เป็นอันดับที่ 5 มีดวงจันทร์เป็นบริวำร 1 ดวง มีสภำวะแวดล้อมเอื้ออ ำนวยต่อกำรด ำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต มีสนำมแม่เหล็กโลก ช่วยป้องกันอนุภำคจำกวงอำทิตย์
ดำวอังคำร (Mars) เป็นดำวเครำะห์อันดับที่ 4 มีขนำดใหญ่เป็นล ำดับที่ 7 พื้นผิวประกอบด้วยออกไซด์ของเหล็ก (สนิมเหล็ก) ดำวอังคำรจึงมีสีแดง เรียกว่ำ ดำวแดง มีหุบเหวขนำดใหญ่ชื่อ หุบเหวมำริเนอริส มีภูเขำไฟที่สูงที่สุดในระบบสุริยะชื่อ ภูเขำไฟโอลิมปัส พื้นผิวดำวปรำกฏกำรณ์เมฆและพำยุฝุ่นเสมอเป็น ที่น่ำสนใจในกำรศึกษำ เนื่องจำกมีลักษณะและองค์ ประกอบ ที่ใกล้เคียงกับโลก ดำวอังคำรมีดวงจันทร์บริวำรขนำดเล็ก 2 ดวง คือ โฟบัสและดีมอส หมุนรอบตัวเอง 1 วัน เท่ำกับ 24.6 ชั่วโมง และระยะเวลำใน 1 ปี เมื่อเทียบกับโลก
ดำวพฤหัสบดี (Jupiter) ดำวพฤหัสบดีเป็นดำวเครำะห์อันดับที่ 5 มีขนำดใหญ่ที่สุด หมุนรอบตัวเอง 1 รอบใช้เวลำ 9.8 ชั่วโมง ซึ่งเร็วที่สุดในบรรดำ ดำวเครำะห์ทั้งหลำย และโคจรรอบดวงอำทิตย์ 1 รอบ ใช้เวลำ 12 ปี จุดแดงใหญ่เป็นพำยุหมุนซึ่งมีอำยุมำกกว่ำ 300 ปีสำมำรถบรรจุโลกได้สองดวง ดำวพฤหัสบดีมีวงแหวนเช่นเดียวกับดำวเสำร์ แต่มีขนำดเล็กและบำงกว่ำ มีดวงจันทร์อย่ำงน้อย 62 ดวง แต่มีเพียง 4 ดวงที่มีขนำดใหญ่และเป็นทรงกลม ได้แก่ ไอโอ ยุโรปำ แกนีมีด และคัลลิสโต เรียกโดยรวมว่ำ ดวงจันทร์กำลิเลียน เนื่องจำกเป็นดวงจันทร์ที่ค้นพบโดยกำลิเลโอ
ดำวเสำร์ (Saturn) เป็นดำวเครำะห์ล ำดับที่ 6 มีขนำดใหญ่อันดับที่2 เรำสำมำรถมองเห็นได้ด้วยตำ เปล่ำ มีดวงจันทร์ที่ถูกค้นพบแล้ว 62 ดวง ดวงจันทร์ที่มีขนำดใหญ่ที่สุดคือ ไททัน มีวงแหวนขนำดใหญ่เจ็ดชั้นจำกเศษหินและน้ ำแข็ง มีรูปร่ำงป่องออกตำมแนวเส้นศูนย์สูตร ที่เรียกว่ำทรงกลมแป้น (oblate spheroid) นักวิทยำศำสตร์สนใจไททันมำกเป็นพิเศษ เพรำะอำจจะมีสิ่งมีชีวิตอำศัยอยู่ หมุนรอบตัวเอง 1 รอบใช้เวลำ 10.2 ชั่วโมง และโคจรรอบดวงอำทิตย์ 1 รอบใช้เวลำ 29 ปี
ยูเรนัส (Uranus) เป็นดำวเครำะห์ล ำดับที่ 7 มีขนำดใหญ่อันดับที่ 3 มีสีฟ้ำเนื่องจำกแก๊สมีเทนดูดกลืนสีแดงและสะท้อนสีน้ ำเงิน ขณะที่ดำวเครำะห์ส่วนใหญ่มีแกนหมุนรอบตัวเอง เกือบตั้งฉำกกับระนำบสุริยวิถี แต่แกนของดำวยูเรนัส วำงตัวเกือบขนำนกับสุริยวิถี อุณหภูมิบริเวณขั้วดำวจึงสูงกว่ำบริเวณเส้นศูนย์สูตร ดำวยูเรนัสมีวงแหวนเช่นเดียวกับดำวเครำะห์ชั้นนอกดวงอื่นๆ มีดวงจันทร์บริวำรอย่ำงน้อย 27 ดวง หมุนรอบตัวเอง 1 รอบ ใช้เวลำ 16.8 ชั่วโมง และโคจรรอบดวงอำทิตย์ 1 รอบ ใช้เวลำนำนถึง 84 ปี
ดำวเนปจูน (Neptune) หรือดำวเกตุเป็นดำวเครำะห์ล ำดับที่ 8 มีขนำดใหญ่อันดับที่ 4 ดำวเนปจูนมีขนำดเล็กกว่ำดำวยูเรนัสเล็กน้อย แต่มีควำมหนำแน่นมำกกว่ำ แก่นของดำวเนปจูนเป็นของแข็งมีขนำดใกล้เคียงกับโลกของเรำ มีองค์ประกอบคล้ำยคลึงกับดำวยูเรนัส คือ มีบรรยำกำศเป็นไฮโดรเจนและฮีเลียม และมีมีเทนเจือปนอยู่จึงมีสีน้ ำเงิน มีดวงจันทร์บริวำรที่ค้นพบแล้ว 13 ดวง ดวงจันทร์ดวงใหญ่ที่สุดชื่อ "ทำยตัน"