โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ ม.6 เล่ม1 หน่วย2_ดาวฤกษ์

2หน่วยการเรยี นรทู้ ่ี

ดาวฤกษ์

ผลการเรยี นรู้
• อธบิ ายกระบวนการเกดิ ดาวฤกษ์ โดยแสดงการเปลย่ี นแปลงความดัน อณุ หภมู ิ ขนาด จากดาวฤกษก์ ่อนเกิดจนเป็นดาวฤกษ์
• อธบิ ายกระบวนการสร้างพลงั งานของดาวฤกษแ์ ละผลทเ่ี กิดขนึ้ โดยวิเคราะหป์ ฏิกริ ยิ าลกู โซ่โปรตอน-โปรตอน และวฏั จักรคาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน
• ระบปุ จั จัยท่ีส่งผลต่อความส่องสวา่ งของดาวฤกษ์ และอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความสอ่ งสวา่ งกบั โชติมาตรของดาวฤกษ์
• อธิบายความสัมพันธร์ ะหว่างสี อุณหภมู ผิ ิว และสเปกตรัมของดาวฤกษ์
• อธิบายวธิ กี ารหาระยะทางของดาวฤกษด์ ว้ ยหลกั การแพรลั แลกซ์ และคานวณระยะทางของดาวฤกษ์

เราจะศกึ ษาเก่ยี วกับดาวฤกษไ์ ด้อยา่ งไร ?

กาเนดิ ดาวฤกษ์

กระบวนการเกิดดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์เริม่ ตน้ การเกดิ จากการที่กลุ่มกอ้ นแก๊สรวมตัวกันจนกลายเปน็ กลุม่ ก้อนทร่ี วมตัวกนั อยา่ งหลวม ๆ เรียกว่า

เนบวิ ลา ตอ่ มาเนบิวลาจึงคอ่ ย ๆ ยบุ ตัวลงภายใต้แรงโนม้ ถ่วงจนมคี วามหนาแนน่ มากยิ่งขน้ึ

กระบวนการเกดิ ดาวฤกษ์

• ภายในบริเวณที่มคี วามหนาแน่นสูงเกดิ การยุบตัวลงภายใตแ้ รงโนม้ ถ่วงของตวั เองทาให้ความดันและอณุ หภูมเิ พมิ่ มาก

ขนึ้ จนกลายเป็น ดาวฤกษ์ก่อนเกิด
• ตอ่ มาเกิดปฏิกิริยาฟิวชนั รวมไฮโดรเจนเปน็ ฮเี ลียมเกดิ ขึ้นภายในแกนกลาง ดาวฤกษก์ ่อนเกิดกลายเป็น ดาวฤกษ์ใน

ลาดบั หลัก
• ดาวฤกษใ์ นลาดบั หลกั นี้จะอยใู่ นสมดลุ ทเี่ รยี กวา่ สมดลุ อุทกสถติ

วิวมวัฒล นาการของดาวฤกษ์
เวลา นอ้ ย ดาวฤกษก์ ่อนเกิด ดาวฤกษ์กอ่ นเกดิ ดาวฤกษก์ ่อนเกิด มาก
มวล 9 − 25 เท่าของดวงอาทติ ย์ มวลมากกว่า 25 เทา่ ของดวงอาทิตย์
นอ้ ย มวล 0.08 − 9 เทา่ ของดวงอาทิตย์

ดาวฤกษ์ ดาวยกั ษใ์ หญ่ ดาวยกั ษใ์ หญ่
คล้ายดวงอาทิตย์
(super giant) (super giant)
(main sequence)
ดาวยกั ษ์ใหญแ่ ดง ซูเปอร์โนวา
ดาวยักษ์แดง
(red supergiant) (supernova)
(red giant)
ซเู ปอรโ์ นวา หลมุ ดา
เนบวิ ลาดาวเคราะห์
(supernova) (black hole)
(planetary nebula)
ดาวนวิ ตรอน
มาก ดาวแคระขาว
(neutron star)
(white dwarf)

แหลง่ กาเนดิ พลังงานของดาวฤกษ์

เม่อื นิวเคลยี สของธาตไุ ฮโดรเจนรวมตัวกันเปน็ ฮีเลยี ม มวลฮีเลียมสุดท้ายทไี่ ดน้ ้ันกลบั มมี วลนอ้ ยกว่ามวลไฮโดรเจนเร่มิ ต้น
โดยมวลท่ีหายไป (m) จะเปล่ยี นแปลงเป็นพลงั งาน (E) ตามสมการของไอน์สไตน์ คอื

E = mc2

เราสามารถเปรียบเทียบแกนกลางของดาวฤกษ์ได้เหมือนกับ
เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดมหึมา ท่ีกาลังหลอมรวมธาตุเบา
ใหก้ ลายเปน็ ธาตทุ ีห่ นักข้ึน

แหลง่ กาเนดิ พลังงานของดาวฤกษ์

การเกดิ ปฏกิ ริ ยิ านิวเคลยี รฟ์ วิ ชนั ในดาวฤกษ์ สามารถเกิดขึ้นได้ 2 วิธี ดงั น้ี

1. ปฏกิ ิรยิ าลกู โซ่โปรตอน-โปรตอน (proton − proton chain reaction) เปน็ ปฏกิ ริ ิยาการรวมตวั

ของนิวเคลยี สไฮโดรเจน (1H) 4 นวิ เคลียส กลายเปน็ อนภุ าคแอลฟาหรอื นวิ เคลียสของฮเี ลียม



แหลง่ กาเนดิ พลังงานของดาวฤกษ์

2. วฏั จกั รคารบ์ อน-ไนโตรเจน-ออกซิเจน (CNO cycle) มนี วิ เคลียสของคาร์บอน ไนโตรเจน และออกซเิ จน

เป็นตวั กลางที่ใหโ้ ปรตอนวิง่ เข้าชนจนไดน้ วิ เคลยี สของฮีเลียม

สมบตั ขิ องดาวฤกษ์

การแผร่ ังสีของวัตถุดา

การแผร่ งั สซี ง่ึ ไม่ขน้ึ อยู่กบั ลกั ษณะใดๆ ของวัตถุ แตข่ น้ึ อยกู่ ับอุณภูมิเพยี งเท่าน้ัน เรยี กการแผร่ ังสใี นลกั ษณะนว้ี ่า การแผ่
รงั สีของวัตถุดา วตั ถดุ า คือ วัตถุในอุดมคติทสี่ ามารถดูดกลืนและปลอ่ ยรังสีแม่เหล็กไฟฟา้ ออกมาได้ในทกุ ความยาวคลืน่

ดาวฤกษ์มีการดดู กลืนและปล่อยรงั สคี ล้ายกบั วตั ถุดา เราจงึ สามารถศกึ ษาการแผ่รังสีของดาวฤกษ์ได้จากการแผร่ ังสี
ของวัตถดุ า

การแผ่รงั สีของวัตถดุ า

เราสามารถสรปุ ลกั ษณะการแผ่รงั สขี องวตั ถุได้ดว้ ยกฎและสมการ 2 ข้อ ดงั น้ี

1 กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์ (Stefan − Boltzmann ′s Law)

อธบิ ายวา่ พลงั งานท่ีวตั ถดุ าแผอ่ อกมาต่อหนึ่งหนว่ ยพน้ื ทใ่ี นหนึ่งหน่วยเวลา จะแปรผันตามอุณหภมู ิสัมบูรณ์ยกกาลงั ส่ี

F คือ ฟลกั ซ์ (Flux) หรอื พลงั งานทีว่ ัตถดุ าแผอ่ อกมาตอ่ หนง่ึ หนว่ ยพ้ืนท่ีในหนึ่ง
หน่วยเวลา มีหนว่ ยเป็นกโิ ลเมตรตอ่ วนิ าที (W m−2)

F = σT4 σ คอื คา่ คงท่ีของสเตฟาน-โบลตซ์ มนั น์ มีค่าเทา่ กบั 5.67 × 10−8 W m−2 K−1

T คือ อณุ หภูมิสัมบูรณ์ มีหนว่ ยเปน็ เคลวิน (K)

การแผร่ งั สีของวัตถุดา

2 กฎของวีน (Wien ′s Law)

อธิบายวา่ ถึงแมว้ ่าวตั ถดุ าจะมีการแผ่รงั สอี อกมาในทกุ ชว่ งความยาวคลื่น แต่จะมคี วามยาวคล่ืนหนึ่งทม่ี คี วามเข้ม
ของรงั สมี ากทสี่ ุด ซึ่งตาแหนง่ ความยาวคลน่ื ทีม่ กี ารแผ่รงั สมี ากที่สดุ จะแปรผกผันกับอณุ หภูมิ

2.898 × 10−3 λmax คือ ความยาวคลื่นของการแผ่รังสีท่มี คี วามเขม้ มากท่ีสดุ
มีหน่วยเป็น เมตร (m)

λmax = T

T คอื อุณหภูมิของวตั ถุ มหี น่วยเป็น เคลวนิ (K)

กาลงั ส่องสวา่ ง

กาลังสอ่ งสว่าง คอื พลังงานทั้งหมดท่ีดาวฤกษป์ ลดปลอ่ ยออกมาในหนง่ึ หน่วยเวลา

L = 4πR2σT4 L คอื กาลังส่องสว่างของดาวฤกษ์ มหี น่วยเป็น วตั ต์ (W)
R คือ รัศมขี องดาวฤกษ์ มีหน่วยเปน็ เมตร (m)
σ คอื คา่ คงทขี่ องสเตฟาน - โบลดซ์ มนั น์ มคี า่ เท่ากับ 5.67 × 10−8 W m−2 K−4
T คือ อุณหภูมิของดาวฤกษ์ มีหน่วยเปน็ เคลวนิ (K)

ฟลักซ์ คือ อตั ราการไหลของพลังงานแสงผา่ นหนงึ่ หน่วยเวลา เนือ่ งจากดาวฤกษม์ ีลักษณะเป็นวงกลม จึงสามารถสมมติ

ไดว้ า่ พลังงานทีถ่ ูกปลดปล่อยออกมาในรูปของกาลงั สอ่ งสวา่ งจะมีการแผ่ออกไปเท่าๆ กันในทุกทศิ ทาง ไดส้ มการ

L
F = 4πr2

โชติมาตรของดาวฤกษ์

โชตมิ าตรหรอื แมกนิจูด คอื ความส่องสวา่ งของดาว แบ่งออกเปน็

1 โชติมาตรปรากฏหรอื แมกนจิ ดู ปรากฏ คอื โชติมาตรทีไ่ ด้จากการเปรยี บเทยี บฟลกั ซท์ ่สี ามารถสงั เกตได้

ระหวา่ งดาวฤกษส์ องดวงโดยทุก 2.5 แมกนจิ ูดที่เพมิ่ ขึน้ จะมฟี ลกั ซท์ ี่ปรากฏลดลง 10 เท่า

m1 − m2 = −2.5 log F1 m1 และ m2 คือ โชติมาตรปรากฏของดาวฤกษ์ดวงที่ 1 และ 2 ตามลาดบั
F2 F1 และ F2 คอื ฟลกั ซ์ปรากฏของดาวฤกษด์ วงท่ี 1 และ 2 ตามลาดบั

โชตมิ าตรของดาวฤกษ์

2 โชตมิ าตรสมั บรู ณห์ รือแมกนจิ ดู สัมบรู ณ์ คอื แมกนจิ ดู ปรากฏที่เป็นความสว่างของวัตถทุ ่ปี ระจกั ษ์ตอ่ สายตา

ของเรา ซึ่งวตั ถสุ องวัตถุทม่ี ีแมกนจิ ดู ปรากฏเทา่ กนั ท่ีจรงิ แลว้ อาจจะมคี วามความสว่างไม่เท่ากนั

m − M = 5 log r − 5

m คือ โชตมิ าตรปรากฏ
M คอื โชตมิ าตรสัมบูรณ์
r คือ ระยะห่างระหว่างดาวฤกษ์

แพรัลแลกซ์

เราไมส่ ามารถวัดระยะหา่ งของดาวฤกษไ์ ด้โดยตรง เน่อื งจากดาวฤกษอ์ ยหู่ า่ งออกไปเป็นอย่างมาก นกั ดาราศาสตร์ใช้การวดั

ระยะห่างของวตั ถุทอ่ี ยู่ห่างระบบสุริยะ คอื แพรัลแลกซด์ าวฤกษ์

เราสามารถนิยามหนว่ ยวัดระยะทางใหม่ ที่ได้จากการใช้วงโคจรของโลกในการสงั เกตมมุ แพรัลแลกซ์ โดยกาหนดให้ทกุ ๆ
หน่ึงฟลิ ิปดาของมุมแพรัลแลกซ์ จะเท่ากับหน่งึ หน่วยพารเ์ ซค ดงั สมการ

1
d parsec = p (arcsec)

ววิ ฒั นาการของดาวฤกษ์

สเปกตรมั ของดาวฤกษ์

จากคา่ ดชั นีสี ทาใหส้ ามารถจาแนกประเภทของดาวฤกษโ์ ดยเรียงตามอณุ หภมู พิ ้นื ผิวจากสูงไปตา่ ตามลาดบั ไดแ้ ก่
O B A F G K และ M

ชนดิ สขี องดาว อณุ หภูมิ (K)

O น้าเงิน > 30,000
B นา้ เงนิ แกมขาว 10,000 − 30,000
A ขาว 7,500 − 10,000
F ขาวเหลือง
G เหลอื ง 6,000 − 7,500
K ส้ม 4,900 − 6,000
M แดง 3,500 − 4,900
2,000 − 3,500

สเปกตรัมของดาวฤกษ์

แผนภมู เิ ฮริ ตซ์สปรุง-รสั เซลล์ เป็นแผนภูมทิ ่แี สดงความสมั พนั ธร์ ะหวา่ งอุณภมู ิและกาลังส่องสวา่ งของดาวฤกษ์ ดาวใน
แถบลาดับหลกั คอื ดาวฤกษท์ ่ีวางตัวอยู่ในแนวทแยงจากมมุ บนดา้ นซา้ ยลงมายงั มุมลา่ งดา้ นขวา

• ดาวยักษแ์ ละดาวยกั ษใ์ หญ่ เป็น • ดาวยักษ์แดง เป็นดาวทม่ี อี ณุ หภมู ิ
ดาวทม่ี มี วลมาก มอี ุณหภมู พิ ้นื ผวิ พืน้ ผวิ ต่ากวา่ ดาวยกั ษ์และมีกาลงั
สูงและมีกาลงั ส่องสว่างสูง ส่องสว่างสงู

• ดาวแคระขาว เป็นดาวทมี่ ี
อุณหภมู พิ น้ื ผวิ สูง แตม่ กี าลังส่อง
สวา่ งไม่มากนัก

ระบบของดาวฤกษ์

1. ระบบดาวคู่

ระบบดาวฤกษ์ทปี่ ระกอบดว้ ยดาวฤกษ์สองดวงทโ่ี คจรรอบจดุ ศนู ยก์ ลางมวลของดาวทั้งสอง

วงโคจรของดวงดาว A จุดศนู ย์กลางมวล
ดาว A
C
ดาว B
วงโคจรของดวงดาว B

ระบบของดาวฤกษ์

ระบบดาวคู่ สามารถแบ่งได้ 4 แบบ

1 ระบบดาวคู่แบบประจกั ษ์

เปน็ ระบบดาวคู่ทส่ี ามารถสงั เกตเหน็
ดาวทัง้ สองแยกจากกนั เมอ่ื มองผา่ น
กลอ้ งโทรทรรศน์

ระบบของดาวฤกษ์

2 ระบบดาวค่สู เปกตรัม

เป็นระบบดาวคูท่ ีอ่ ยู่ใกลก้ ันมากจนตอ้ งสงั เกตจากการเลอ่ื นไปของสเปกตรมั

ระบบของดาวฤกษ์

3 ระบบดาวค่อู ปุ ราคา

เป็นระบบดาวค่ทู ่รี ะนาบการโคจรใกลเ้ คยี งกบั แนวสายตาเมือ่ สงั เกตจากโลก ทาให้มี
โอกาสเหน็ การบดบังของดาว

ระบบของดาวฤกษ์

4 ระบบดาวคู่แบบการวดั ทางดาราศาสตร์

ใช้การสังเกตการสา่ ยของดาวฤกษด์ วงหนงึ่ รอบ ๆ ดาวฤกษ์อีกดวงหน่งึ

a3 MA และ MB คือ มวลของดาว A และ B มีหน่วยเปน็ จานวนเท่าของมวล
MA + MB = P2 a ดวงอาทิตย์

คือ ระยะหา่ งระหว่างดาวทง้ั สอง มหี นว่ ยเปน็ หนว่ ยดาราศาสตร์

P คือ คาบ มหี น่วยเป็น ปี

ระบบของดาวฤกษ์

2. กระจกุ ดาว

1 กระจุกทรงกลม 2 กระจุกดาวเปิด

• เป็นกระจุกดาวที่มีดาวฤกษ์จานวนมากถึงแสน • มีดาวฤกษ์อยู่ประมาณ 100 ถึง 1,000 ดวง
หรือล้านดวง มีความสว่างมากเน่ืองจากมีดาว ดาวฤกษ์รวมกันอย่างหลวม ๆ และไม่มขี อบเขต
ฤกษ์อยู่อย่างหนาแน่น เป็นวัตถุที่มีอายุเก่าแก่ ที่แน่นอน ดาวฤกษ์ท่ีเกิดใหม่จะเกิดข้ึนภายใน
มากทสี่ ุดวตั ถุหนึ่งในกาแลก็ ซี กระจุกเปิด

สรปุ กระบวนการเกิด การแผ่รังสีของวัตถดุ า

เนบิวลา กาเนิด สมบตั ิ กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมนั น์ (F = σT4)
ยบุ ตวั
กฎของวนี (λmax = 2.898×10−3)
ดาวฤกษ์กอ่ นเกิด
เกิดปฏกิ ริ ิยาฟวิ ชัน T

ดาวฤกษ์ในลาดบั หลัก กาลังสอ่ งสวา่ ง (L = 4πR2σT4)

แหลง่ กาเนดิ พลงั งาน โชติมาตรของดาวฤกษ์

ปฏิกิริยาลูกโซโ่ ปรตอน-โปรตอน ดาวฤกษ์ โชติมาตรปรากฏ
วฎั จักรคาร์บอน-ไนโตรเจน-ออกซเิ จน โชติมาตรสมั บูรณ์

ระบบดาวคแู่ บบประจักษ์ แพรลั แลกซ์ (d(parsec) = 1 )
ระบบดาวคสู่ เปกตรัม p(arcsec
ระบบดาวคู่อปุ ราคา
ระบบดาวคู่ สนี ้าเงิน=อณุ หภมู ิสงู สดุ =อายนุ อ้ ย
ระบบดาวคู่แบบวัดทางดาราศาสตร์
ระบบของดาวฤกษ์ สเปกตรัมของดาวฤกษ์ สแี ดง= อุณหภูมิตา่ สดุ = อายมุ าก
กระจกุ ดาวทรงกลม
กระจุกดาวเปิด กระจกุ ดาว ดวงอาทติ ย์มีสเี หลือง
อุณหภมู ิประมาณ 5,700 เคลวนิ