วิทยาศาสตร์โลก และ อวกาศ รหัสวิชาว30161 จัดทำ โดย นายกรกช มั่นใจอารย์ ม.410 เลขที่ 1 เสนอ ครูทิพยากรณ์ อุปนันท์ โรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัยรังสิต
หนังสือเล่มเล็กแบบอิเล็กทรอนิกฉบับนี้เป็นป็ส่วนหนึ่งของรายวิชา วิทยาศาสตร์ โลกและอวกาศ รหัสวิชา ว30161 ซึ่งผู้จัดทำ ได้รับผิดชอบใน เนื้อหา ระบบสุริยะ และ เทคโนโลยีอวกาศและการประยุกต์ใช้ ผู้จัดทำ หวังว่าผู้ อ่านจะได้รับความรู้จากหนังสือเล่มเล็กแบบอิเล็กทรอนิกฉบับนี้ ขอบคุณ นายกรกช มั่นใจอารย์ คำ นำ ก
ร ะ บ บ สุ ริ ย ะ • กำ เ นิ ด สุ ริ ย ะ • โ ค ร ง ส ร้ า ง แ ล ะ ป ร า ก ฏ ก า ร ณ์ บ น ด ว ง อ า ทิ ต ย์ เ ท ค โ น โ ล ยี อ ว ก า ศ แ ล ะ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ ใ ช้ • เ ท ค โ น โ ล ยี อ ว ก า ศ กั บ ก า ร ส า ร ว จ อ ว ก า ศ • เ ท ค โ น โ ล ยี อ ว ก า ศ กั บ ก า ร ป ร ะ ยุ ก ต์ ใ ช้ บ ร ร ณ า นุ ก ร ม ห น้ า 11410101921 ส า ร บั ญ ข
THE SOLAR SYSTEM ระบบสุริยะเป็นป็ระบบที่มีดวงอาทิตย์เป็นป็ศูนย์กลางของวัตถุที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ภายใต้แรง โน้มถ่วง เช่น ดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง และวัตถุขนาดเล็กอื่นๆ อีกนับไม่ถ้วน ระบบสุริยะ(Solar System) บทนำ ระบบสุริยะ ในอดีตมนุษย์เชื่อว่าดวง อาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ ต่างโคจรรอบโลก ต่อมาด้วยการ ประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์และการ พัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ทำ ให้ ตระหนักว่าโลกเป็นป็เพียงดาวเคราะห์ ดวงเดียวในระบบสุริยะ โดยมีดวง อาทิตย์เป็นป็ศูนย์กลางของระบบ มี ตำ รวจอยู่รอบดวงอาทิตย์และดาว บริวารอื่น ๆ รวมถึงดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี ดาวยูเรนัส ดาวเนปจูน ดาวเคราะห์แคระ ดาว เคราะห์น้อย และดาวหาง ดวงอาทิตย์ เกิดขึ้นได้อย่างไรและทำ ไมดวง อาทิตย์จึงมีดาวเทียมซึ่งจะได้ศึกษา ต่อไปในบทเรียนนี้ กำ เนิดระบบสุริยะ ระบบสุริยะเกิดจากกลุ่มฝุ่นฝุ่และแก๊สในอวกาศซึ่ง เรียกว่า “โซลาร์เนบิวลา” (Solar Nebula) รวมตัว กันเมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีมปีาแล้ว (นัก วิทยาศาสตร์คำ นวณจากอัตราการหลอมรวม ไฮโดรเจนเป็นป็ฮีเลียมภายในดวงอาทิตย์) เมื่อสสาร มากขึ้นแรงโน้มถ่วงระหว่างมวลสารมากขึ้นตามไป ด้วย กลุ่มฝุ่นฝุ่และแก๊สยุบตัวหมุนเป็นป็รูปจานตามหลัก อนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ดังภาพที่ 1 แรงโน้มถ่วงที่ เพิ่มขึ้นสร้างแรงกดดันที่ใจกลางจนอุณหภูมิสูงถึง 15 ล้านเคลวิน จุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวฟิชัน หลอม รวมอะตอมของไฮโดรเจนให้เป็นป็ฮีเลียม ดวงอาทิตย์ กำ เนิดเป็นป็ดาวฤกษ์ วัสดุรอบๆ ดวงอาทิตย์ (Planetisimal) ยังคงหมุน วนและโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยโมเมนตัมที่มีอยู่เดิม มวลสารในวงโคจรแต่ละชั้นรวมตัวกันเป็นป็ดาวเคราะห์ อิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงทำ ให้วัสดุที่อยู่รอบๆ พุ่งเข้าหา ดาวเคราะห์จากทุกทิศทาง ถ้าทิศทางของการเคลื่อนที่มี มุมลึกก็จะพุ่งชนดาวเคราะห์ ทำ ให้ดาวเคราะห์นั้นมีขนาด ใหญ่และมีมวลเพิ่มขึ้น แต่ถ้ามุมของการพุ่งชนตื้นเกิน ไปก็อาจจะทำ ให้แฉลบเข้าสู่วงโคจร และเกิดการรวมตัว กลายเป็นป็ดวงจันทร์บริวาร ดังจะเห็นว่า ดาวเคราะห์ ขนาดใหญ่ เช่น ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์มีดวงจันทร์ บริวารหลายดวง เนื่องจากเป็นป็ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่มี มวลมากจึงมีแรงโน้มถ่วงมาก ต่างกับดาวพุธซึ่งเป็นป็ ดาวเคราะห์ขนาดเล็กมีมวลน้อยจึงมีแรงโน้มถ่วงน้อย จึงไม่มีดวงจันทร์บริวารเลย ส่วนดาวเคราะห์น้อยและ ดาวหางนั้นมีรูปทรงเหมือนอุกกาบาต เพราะเป็นป็ดาว ขนาดเล็กมีมวลน้อย แรงโน้มถ่วงจึงไม่สามารถเอาชนะ แรงยึดเหนี่ยวระหว่างสสารให้ยุบรวมเป็นป็ทรงกลมได้ 1
หลักฐานที่ยืนยันทฤษฏีกำ เนิดระบบสุริยะก็คือ ถ้ามองจากด้านบนของระบบสุริยะ (Top view) จะสังเกตได้ว่า ทั้งดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ และดวงจันทร์บริวารเกือบทุกดวง หมุนรอบตัวเองในทิศทวนเข็มนาฬิกา* และโคจร รอบดวงทิตย์ในทิศทวนเข็มนาฬิกา** และหากมองจากด้านข้างของระบบสุริยะ (Side view) ก็จะสังเกตได้ว่า ดาวเคราะห์และดวงจันทร์บริวารเกือบทุกดวง มีระนาบวงโคจรใกล้เคียงกับระนาบสุริยวิถี (Ecliptic plane) *** ทั้งนี้ก็เนื่องมาจากระบบสุริยะทั้งระบบกำ เนิดขึ้นพร้อมๆ กัน จากการยุบรวมและหมุนตัวของจานฝุ่นฝุ่ ใน Solar nebula ดังที่กล่าวมา 1. หมอกไฟต้นกำ เนิดเมื่อประมาณ 5,000 ล้านปีก่ปี ก่อน กลุ่มหมอกเมฆของแก๊สและ ละอองธุลี หรือ เนบิวลา ก่อตัวขึ้นเป็นป็ระบบสุริยะ การดึงของแรงโน้มถ่วงในบริเวณศูนย์กลางของกลุ่มหมอกเมฆได้ดึงเอาสสารต่าง ๆ เข้าสู่ด้านใน ทำ ให้กลุ่มหมอกเมฆมีขนาดเล็กลงและหมุนไปรอบๆ กำ เนิดระบบสุริยะ 2. แผ่นจานที่กำ ลังหมุนตัว ขณะที่กลุ่มหมอกเมฆกำ ลังหมุนไปรอบ ๆ นั้นสสารที่อยู่ตรงกลางมี การอัดแน่น มากขึ้น และมีสภาพร้อนจัดเกิดเป็นป็สิ่งซึ่งต่อมากลายเป็นป็ดวงอาทิตย์หรือดวงอาทิตย์ยุคแรก แก๊ส และ ละอองธุลีที่ล้อมรอบส่วนนูนตรงกลางของกลุ่มหมอกเมฆได้แฟบลงจนกลายเป็นป็แผ่นจานขนาดใหญ่ 3. การเกิดดาวเคราะห์ดวงน้อยยิ่ง ในขณะที่ส่วนตรงกลางของแผ่นจานร้อนขึ้นอย่างต่อเนื่อง ส่วนขอบนอก เย็นตัวลง แก๊สและละอองธุลีจับตัวแน่นเป็นป็อนุภาค เป็นป็กลุ่มก้อนกลายเป็นป็ดาวเคราะห์ดวงน้อย ๆ ประกอบด้ว เหล็ก นิเกิล หิน และน้ำ แข็ง 2
4. การชนกันของดาวเคราะห์ดวงน้อยยิ่ง เมื่อดาวเคราะห์ดวงน้อยยิ่งกระแทกเข้าหากัน ส่วนใหญ่จะแตก กระจายเป็นป็ชิ้นเล็กชิ้นน้อย แต่ก็มีบ้างที่รวมเข้าเป็นป็ก้อนเดียว โดยปกติแล้วดาวเคราะห์ดวงน้อยยิ่งขนาดใหญ่จะ ดึงเอาดาวเคราะห์ดวงน้อยยิ่งขนาดเล็กกว่าเข้ามารวมไว้กับตัวเองเสมอ ดังนั้นการชนกันในแต่ละครั้งจะทำ ให้มี ขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ 5. การก่อตัวของดาวเคราะห์ยุคแรก ดาวเคราะห์ดวงน้อยยิ่งที่มีขนาดใหญ่ที่สุดบางดวงสามารรวบรวมเอา สสารต่างๆ เข้าไว้จนเปลี่ยนเป็นป็ดาวเคราะห์ยุคแรก ซึ่งต่อมาพัฒนาเป็นป็ดาวเคราะห์ทั้ง 9 ดวงอาทิตย์ก็มีการ รวบรวมสสารต่างๆ เข้าสู่แกนของมันเช่นกัน จนมีความหนาแน่นและร้อนมากขึ้น 6. การก่อตัวของดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ดวงน้อยยิ่งที่หลงเหลืออยู่บางส่วนลงเอยด้วยการโคจรไปรอบ ๆ ดาวเคราะห์ที่เกิดขึ้นมา และกลายเป็นป็ดวงจันทร์ และแถบวงแหวนในที่สุดดวงอาทิตย์ยุคแรกเกิดการเผาไหม้ที่ แกนส่วนในจนร้อนแดงขึ้น กำ จัดเศษวัสดุที่ล่องลอยอยู่ส่วนบนออกไปกับการกรรโชกอย่างรุนแรงของลมสุริยะ ที่ยังคงปรากฏจนถึงทุกวันนี้ห์ดวงต่างๆ ดังนั้น ดวงอาทิตย์ในปัจปัจุบันก็คือ มวลก๊าซ ดั้งเดิมที่ทำ ให้เกิดระบบ สุริยะขึ้นมานั่นเอง นอกจากนี้ยังมีอีกหลายทฤษฎีที่มีความเชื่อในการเกิดระบบสุริยะ แต่ในที่สุดก็มีความเห็น คล้ายๆ กับแนวทฤษฎีของ Laplace ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีของ Coral Von Weizsacker นักดาราศาสตร์ฟิสิฟิ สิกส์ ชาวเยอรมัน ซึ่งกล่าวว่า มีวง กลมของกลุ่มก๊าซและฝุ่นฝุ่ละอองหรือเนบิวลา ต้นกำ เนิดดวงอาทิตย์ (Solar Nebular) ห้อมล้อมอยู่รอบดวงอาทิตย์ ขณะที่ดวงอาทิตย์เกิดใหม่ๆ และ ละอองสสารในกลุ่มก๊าซ เกิดการ กระแทกซึ่งกันและกัน แล้วกลายเป็นป็กลุ่มก้อนสสาร ขนาดใหญ่ จนกลายเป็นป็เทหวัตถุแข็ง เกิดขั้นในวงโคจร ของดวงอาทิตย์ ซึ่งเราเรียกว่า ดาวเคราะห์ และดวงจันทร์ของ ดาวเคราะห์นั่นเอง 3
โครงสร้างและปรากฏการณ์บนดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์เป็นป็ดาวฤกษ์ที่อยู่ตรงใจกลางของระบบสุริยะ ดวงอาทิตย์ให้แสงสว่าง ความร้อน และพลังงานรูป แบบอื่นแก่โลก ดวงอาทิตย์อยู่ในสถานะที่เรียกว่า พลาสมา พลาสมาคือ สถานะที่ 4 ของสสาร คือ แก๊สที่ อิเล็กตรอนไม่ได้ยึดติดกับนิวเคลียส ดังนั้น พลาสมาจึงมีความเป็นป็กลางทางประจุไฟฟ้าฟ้รอบ ๆ ดวงอาอาทิตย์ ประกอบด้วยดาวเคราะห์ต่าง ๆ กับดาวบริวารของมัน ดาวเคราะห์น้อยอีกนับแสน และดาวหางอีกเป็นป็ล้านล้าน ทั้งหมดนี้รวมเรียกว่า ระบบสุริยะ ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร หรือ 1 AU (Astronomical Unit) มีมวลประมาณ 1.9x1030 กิโลกรัม มีรัศมี (วัดบริเวณเส้นศูนย์สูตร) ประมาณ 695,500 กิโลเมตร ดวงอาทิตย์ประกอบด้วย ไฮโดรเจน 75% ต่อมวล ฮีเลียม 25% ต่อมวล และธาตุหนักอื่น ๆ อีกน้อยกว่า 1% ต่อมวล ผิวของดวงอาทิตย์ที่เรามองเห็นได้มีอุณหภูมิประมาณ 5,500 องศาเซลเซียส นักดาราศาสตร์วัดอุณหภูมิผิว ดาวฤกษ์ในหน่วยของเคลวิน ซึ่ง 1 เคลวิน เท่ากับ 1 องศาเซลเซียส เท่ากับ 1.8 องศาฟาเรนไฮต์ แต่จุดเริ่มต้น ของเคลวินและองศาเซลเซียสแตกต่างกัน โดยเคลวินเริ่มที่ 0 เคลวิน แต่องศาเซลเซียสเริ่มที่ -273.15 องศา เซลเซียส (เท่ากับ -459.67 องศาฟาเรนไฮต์) ดังนั้น อุณหภูมิที่ผิวดวงอาทิตย์จะมีค่าประมาณ 5,800 เคลวิน และอุณหภูมิที่แกนกลางของดวงอาทิตย์สูงถึงประมาณ 15 ล้านเคลวิน พลังงานของดวงอาทิตย์มาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวฟิชัน ซึ่งเกิดที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ ปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิวฟิชันคือการรวมกันของอะตอมของธาตุเบาได้อะตอมใหม่ที่มีมวลน้อยกว่ามวลรวมของอะตอมเริ่มต้น และมวลที่หายไปนั้นถูกเปลี่ยนเป็นพลังงาน ดวงอาทิตย์มีความเป็นแม่เหล็ก นักวิทยาศาสตร์อธิบายความเป็นแม่เหล็กของสารในรูปแบบของสนามแม่เหล็ก ซึ่งบริเวณที่สนามแม่เหล็กมีผลจะรวมถึงอวกาศที่อยู่รอบ ๆ วัตถุแม่เหล็กนั้นด้วย สนามแม่เหล็กของดวง อาทิตย์จะเข้มมากที่บริเวณเล็ก ๆ บนผิวที่เราเรียบกว่าจุดมืด (sunspots) บนดวงอาทิตย์ บางครั้งจะมีการลุก จ้า (flares) และการปลดปล่อยก้อนมวลจากชั้นโคโรนา (coronal mass ejection) จากจุดมืดนี้ด้วย การลุกจ้า (flares) เป็นเหตุการณ์ที่รุนแรงมากเหตุการณ์หนึ่งในระบบสุริยะ และการปลดปล่อยก้อนมวลจากชั้น โคโรนา (coronal mass ejection) ซึ่งมีความรุนแรงมากกว่าการลุกจ้า การปลดปล่อยก้อนมวลครั้งหนึ่งอาจ ปล่อยมวลสารออกมามากถึง 20,000 ล้านตันสู่อวกาศ ดวงอาทิตย์เกิดมาเมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีที่แล้ว และยังมีเชื้อเพลิงมากเพียงพอที่จะอยู่ต่อไปอีก 5,000 ล้านปี หลังจากนั้นมันจะกลายเป็นดาวยักษ์แดง (red giant) และในที่สุดเมื่อชั้นบรรยากาศของมันหมดไป แกน กลางก็จะยุบตัวกลายเป็นดาวแคระขาว (white dwarf) 4
โครงสร้างของดวงอาทิตย์ เราสามารถแบ่งโครงสร้างของดวงอาทิตย์ออกได้เป็นป็ 2 ส่วนหลัก ๆ คือ 1. โครงสร้างภายในดวงอาทิตย์ (solar interior) ซึ่งแบ่งออกเป็นป็ 3 ส่วน คือ 1.1 แกนกลาง (core) 1.2 เขตแผ่รังสี (radiative zone) 1.3 เขตการพา (convection zone) 2. ชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ แบ่งออกได้เป็นป็ 3 ชั้น (layers) คือ 2.1 โฟโตสเฟียฟีร์ (photosphere) ชั้นบรรรยากาศของดวงอาทิตย์ที่อยู่ล่างที่สุด คือ ชั้นโฟโตสเฟียฟีร์ ชั้นนี้เองเป็นป็ชั้นที่ปล่อยแสงที่เรา มองเห็นโฟโตสเฟียฟีร์นี้หน้าประมาณ 500 กิโลเมตร แต่แสงส่วนใหญ่ที่เรามองเห็นมาจากโฟโตสเฟียฟีร์ ชั้นที่บางกว่านั้นคือประมาณ 150 กิโลเมตร นักดาราศาสตร์เรียกชั้นโฟโตสเฟียฟีร์นี้ว่าผิวของดวง อาทิตย์ บริเวณล่างสุดของชั้นโฟโตสเฟียฟีร์นี้มีอุณหภูมิประมาณ 6,400 เคลวิน ในขณะที่ส่วนบนสุด ของชั้นโฟโตสเฟียฟีร์นี้มีอุณหภูมิประมาณ 4,400 เคลวิน 5
2.2 โครโมสเฟียฟีร์ (chromosphere) โครโมสเฟียฟีร์เป็นป็ชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ที่อยู่เหนือชั้นโฟโตสเฟียฟีร์ หนาประมาณ 10,000 กิโลเมตรและมี อุณหภูมิตั้งแต่ 6000 องศาเซลเซียสไปจนถึง 20,000 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมิระดับนี้ไฮโดรเจนจะปล่อยแสง สีแดง และเราสามารถเห็นจะเห็นโพรมิเนนซ์ (prominence) ซึ่งเราจะเห็นได้เฉพาะตอนเกิดสุริยุปราคาเต็มดวง การ ที่เราเห็นโครโมสเฟียฟีร์เป็นป็สี เป็นป็ที่มาของชื่อของชั้นบรรยากาศนี้นั่นเอง (chromo = color -> color sphere) เมื่อเรามองดวงอาทิตย์ผ่านฟิลฟิเตอร์ H-alpha เราจะเห็นลักษณะเด่นของชั้นบรรยากาศโครโมสเฟียฟีร์หลายอย่าง เช่น เครือข่ายสนามแม่เหล็กโครโมสเฟียฟีร์ (chromosphreic network of magnetic field elements), พลาจ (plage) รอบ ๆ จุดมืด (sunspots), ฟิลฟิาเมนท์ (filaments) ที่อยู่แนวขวาง, โพรมิเนนซ์ (prominences) เหนือ ขอบดวงอาทิตย์ และสปิคูปิคูล (spicules) โครโมสเฟียฟีร์เป็นป็ที่ ๆ เกิดกิจกรรมของดวงอาทิตย์, การเกิดโพรมิเนนซ์ และ การเกิดฟิลฟิาเมนท์ รวมไปถึงการไหล ของสสารใน post-flare loops ด้วย 6
2.3 โคโรนา (X-ray corona and coronal hole) โคโรนาเป็นป็ส่วนนอกสุดของชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ เราสามารถมองเห็นชั้นโคโรนาได้เฉพาะเมื่อเกิด สุริยุปราคาเต็มดวงเท่านั้น โคโรนาประกอบด้วยส่วนหลัก ๆ 2 ส่วนคือ โคโรนาชั้นใน (inner corona) และโคโน นาชั้นนอก (outer corona) โดยในส่วนของโคโรนาชั้นใน (inner corona) นั้นหนาประมาณ 75,000 กิโลเมตร อุณหภูมิประมาณ 2 ล้านเคลวิน ส่วนโคโรนาชั้นนอก (outer corona) นั้นอุณหภูมิจะต่ำ กว่าโคโรนาชั้นใน (inner corona) เล็กน้อย และแผ่ขยายออกไปในอวกาศหลายล้านกิโลเมตร เรียกว่า ลมสุริยะ (solar wind) สเปกตรัมของโคโรนา ในช่วงแรกนักดาราศาสตร์สังเกตสเปกตรัมในช่วงแสงที่มนุษย์มองเห็น ซึ่งพบว่าโคโรนาเปล่งแสงสว่างใน ช่วงความยาวคลื่นที่ไม่ตรงกับธาตุใดที่มนุษย์รู้จัก ตอนนั้นนักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่า ชั้นบรรยากาศโคโรนา ประกอบด้วยธาตุโคโรเนียม ต่อมาปริษนาได้ไขกระจ่าง เมื่อพบว่า แก๊สที่ชั้นบรรยากาศโคโรนามีอุณหภูมิสูงถึง 1,000,000 องศาเซลเซียส ปัจปัจุบันนักดาราศาสตร์สามารถทำ สุริยุปราคาเทียม เพื่อจะศึกษาการเปล่งแสงของ ชั้นโคโรนา เราเรียกการถ่ายภาพที่ดวงอาทิตย์ถูกบังนี้ว่า “coronagraphs” 7
จุดมืดที่ดวงอาทิตย์อาทิตย์ (Sunspots) จุดมืด คือ บริเวณที่มีความเข้มของสนามแม่เหล็กมากบนผิวของดวงอาทิตย์ การที่จุดมืดดูมืดกว่าบริเวณ อื่น ๆ นั้นเป็นป็เพราะมันมีอุณหภูมิต่ำ กว่าบริเวณรอบ ๆ คือ ที่จุดมืดจะมีอุณหภูมิประมาณ 3700 เคลวิน ใน ขณะที่โที่ฟโตสเฟียฟีร์มีร์ มีอุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 5700 เคลวิน ขนาดของจุดมืดมีตั้งแต่ 3,600 กิโลเมตรไป จนถึง 50,000 กิโลเมตร ปกติจุดมืดแต่ละจุดจะมีอายุไม่ถึงหนึ่งสัปดาห์ แม้ว่าจุดมืดที่ใหญ่จริง ๆ จะอยู่ได้ หลายเดือนก็ตาม จุชนิดของจุดมืด ปัจปัจุบันเราแบ่งชนิดของจุดมืดตาม Modified Zurich class, Z โดยจะใช้เงามัว (penumbra) ในการแบ่ง คือ ดูว่าจุดมืดนั้นมีเงามัวอยู่หรือไม่ การกระจายตัวของจุดมืดเป็นป็อย่างไร และขนาดของเงามัวที่วัดตามละติจูด 8
ลมสุริยะ(Solar Wind)ดวงอาทิตย์เป็นป็ที่รู้จักและมีความสำ คัญเป็นป็อย่างมากในระบบสุริยะ ลมสุริยะ (solar wind) คืออนุภาคความเร็วสูงที่ถูกปล่อยมาจากดวงอาทิตย์ทุกทิศทุกทาง ตลอดเวลา หรืออาจถูกมองว่าเป็นป็อนุภาคที่หลุด ออกมาจากชั้นโคโรนา (corona) ของดวงอาทิตย์ซึ่งมีอุณหภูมิสูง สู่บริเวณระหว่างดาวเคราะห์ ส่วนประกอบของลมสุริยะ ลมสุริยะประกอบด้วยอิเล็กตรอนและโปรตอน อาจมีไอออนหนักรวมอยู่บ้างเล็กน้อย ลมสุริยะถูกปล่อยออกมา จากชั้นบรรยากาศโคโรนาของดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่อง ความเร็วของลมสุริยะมีขนาดตั้งแต่ 200 ถึง 889 กิโลเมตรต่อชั่วโมง โดยเฉลี่ยประมาณ 400 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ความเร็วนี้เทียบได้กับอนุภาคเคลื่อนที่จาก เมือง Knoxville ไปเมือง Memphis ภายในเวลาน้อยกว่า 2 วินาที ลมนี้ทำ ให้เกิดการสูญหายของมวลมากกว่า 1 ล้านตันต่อวินาที แม้ว่าจะดูเป็นป็ ปริมาณที่มาก แต่เมื่อเทียบกับมวลของดวงอาทิตย์ทั้งหมดก็ถือว่าน้อยมาก ผลกระทบของลมสุริยะดาวเคราะห์ ดาวพุธ ดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด ต้องทนทานต่อการเผาไหม้จากลมสุริยะเป็นป็อย่างมาก บางครั้งชั้น บรรยากาศซึ่งมีลักษณะคล้ายดวงจันทร์ของโลกอาจจะถูกปัดปักวาดออกไป ทำ ให้ผิวของดาวถูกอาบไปด้วย การแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์อย่างเต็มที่ ดาวศุกร์ ดาวเคราะห์ที่ถึงแม้จะอยู่ใกล้กับโลกของเรา แต่ก็มีชั้นบรรยากาศที่หนากว่าโลกของเราถึง 100 เท่า เครื่องตรวจวัด อวกาศที่ทันสมัยค้นพบว่าหางซึ่งมีลักษณะคล้ายดาวหางที่ยืดออกมาสู่วงโคจรของโลกนั้น ก็คือ เมฆที่ถูกชะล้าง ออกมาโดยลมสุริยะนั่นเอง (Grünwaldt 1997) ดาวอังคาร ดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่กว่าดาวพุธ และอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ถึง 4 เท่าเมื่อเทียบกับดาวพุธ ก็ยังถูกกัดเซาะโดย ลมสุริยะ และมีชั้นบรรยากาศที่บางกว่าโลกถึง 100 เท่า โลก ลมสุริยะมีอิทธิพลต่อดาวเคราะห์เป็นป็อย่างมาก โดยเฉพาะในช่วงเวลาที่มีกิจกรรมบนดวงอาทิตย์มาก (active Sun) หรือช่วงที่มีจุมีจุดมืดบนดวงอาทิตย์มย์ากที่สุด (sunspot maximum) เมื่อลมสุริยะมีความแรงมากๆ จะ สามารถประทุออกมาเป็นป็ flares และ coronal mass ejections ลมสุริยะยังมีผลกระทบต่อชั้นไอโอโนสเฟียฟีร์ ของโลก สนามแม่เหล็กของโลกปรากฎการณ์แสงเหนือ-แสงใต้ (aurora) และระบบการติดต่อสื่อสาร ตัวอย่างเช่น การประทุของอนุภาคจาก CME (coronal mass ejection) ที่ Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) ตรวจจับได้ 5 วันก่อนที่จะเป็นป็อันตรายต่อดาวเทียมสื่อสาร Telstar 401 ในวันที่ 11 มกราคม พ.ศ. 2540 9
เทคโนโลยีอวกาศและการประยุกต์ใช้ (Space technology and applications) คำ นำ เทคโนโลยีอวกาศ คือ เทคโนโลยีที่ใช้ในการสำ รวจอวกาศ หรือศึกษาโลกของเราจากอวกาศ ปัจปัจุบัน เทคโนโลยีอวกาศก้าวหน้าไปมาก ทั้งนี้เพราะมนุษย์ได้ใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะ ฟิสิฟิ สิกส์ เคมี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ เพื่อสร้างสิ่งต่าง ๆ สำ หรับการสำ รวจอวกาศ เช่น กล้องโทรทรรศน์ จรวด ดาวเทียม สถานีอวกาศ ระบบขนส่งอวกาศ เพื่อศึกษาสิ่งต่างๆ ในอวกาศ รวมถึง ศึกษาโลกจากอวกาศด้วย เทคโนโลยีอวกาศเหล่านี้ล้วนสร้างความรู้และประโยชน์มากมายให้กับมนุษย์ ซึ่ง หลายคนอาจนึกไม่ถึงว่าเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีอวกาศอยู่ทุกวัน เทคโนโลยีอวกาศคืออะไรและมีประโยชน์ อย่างไร? คุณจะได้เรียนรู้จากหัวข้อต่อไปนี้ เทคโนโลยีอวกาศ (Technology) เทคโนโลยีอวกาศ คือการสำ รวจสิ่งต่างๆที่อยู่นอกโลกของเราและสำ รวจโลกของเราเองด้วย ปัจปัจุบันเทคโนโลยีอวกาศได้มีการพัฒนาไปเป็นป็อย่างมากเมื่อเทียบกับสมัยก่อน ทำ ให้ได้ความรู้ใหม่ๆมากขึ้น โดยองค์การที่มีส่วนมากในการพัฒนาทางด้านนี้คือองค์การนาซ่าของสหรัฐอเมริกา ได้มีการจัดทำ โครงการ ขึ้นมากมาย ทั้งเพื่อการสำ รวจดาวที่ต้องการศึกษาโดยเฉพาะและที่ทำ ขึ้นเพื่อศึกษาสิ่งต่างๆในจักรวาล การ ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศนั้นมีทั้งด้านการสื่อสาร ทำ ให้การสื่อสารในปัจปัจุบันทำ ได้อย่างรวดเร็ว การ สำ รวจทรัพยากรโลก ทำ ให้ทราบว่าปัจปัจุบันนี้โลกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้าง และการพยากรณ์อากาศก็จะ ทำ ให้สามารถเตรียมพร้อมที่จะรับกับสถานการณ์ต่างๆที่อาจจะเกิดขึ้นต่อไปได้ เทคโนโลยีอวกาศ คือ เทคโนโลยีที่ใช้ในการสำ รวจอวกาศ หรือศึกษาโลกของเราจากอวกาศ ปัจปัจุบัน เทคโนโลยีอวกาศก้าวหน้าไปมาก ทั้งนี้เพราะมนุษย์ได้ใช้ความรู้ ทางวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะ ฟิสิฟิ สิกส์ เคมี วิศวกรรมศาสตร์ และคณิตศาสตร์ เพื่อสร้างสิ่งต่าง ๆ สำ หรับ การสำ รวจอวกาศ เช่น กล้องโทรทรรศน์ จรวด ดาวเทียม สถานีอวกาศ ระบบขนส่งอวกาศ เพื่อศึกษาสิ่ง ต่างๆ ในอวกาศ รวมถึงศึกษาโลกจากอวกาศด้วย เทคโนโลยีอวกาศเหล่านี้ล้วนสร้างความรู้และประโยชน์ มากมายให้กับมนุษย์ ซึ่งหลายคนอาจนึกไม่ถึงว่าเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีอวกาศอยู่ทุกวัน เทคโนโลยีอวกาศ คืออะไรและมีประโยชน์อย่างไร? คุณจะได้เรียนรู้จากหัวข้อต่อไป กล้องโทรทรรศน์ที่ใช้ในการศึกษาวัตถุท้องฟ้าฟ้ที่ความยาวคลื่นต่างๆ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้มีประโยชน์อย่างมากในชีวิตประจำ วัน และนักดาราศาสตร์นำ คุณสมบัติของเครื่องมือ ทางแสงมาใช้ในการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ มีการประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ที่สามารถสังเกตได้ใน ช่วงความยาวคลื่นต่างๆ กัน เพื่อศึกษาในทุกระดับ พลังงานที่แผ่ออกมาจากเทห์ฟากฟ้าฟ้ซึ่งเป็นป็ กล้องโทรทรรศน์ที่ใช้ในการศึกษาวัตถุท้องฟ้าฟ้ 10
1)กล้องโทรทรรศน์ช่วงคลื่นแสง เป็นป็กล้องโทรทรรศน์ที่ใช้สำ หรับตรวจจับและรวบรวมปริมาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าฟ้ของช่วงความยาวคลื่น (แสง ที่ตามองเห็น) โดยมีความยาวคลื่นระหว่าง 400 – 700 นาโนเมตร ซึ่งช่วงคลื่นแสงนั้นตามนุษย์มองเห็นได้ เนื่องจากแสงสีต่างๆ กัน สามารถนำ มาใช้ในการถ่ายภาพวัตถุท้องฟ้าฟ้เช่น ดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ , เนบิวลา กาแล็กซี กล้องโทรทรรศน์ความยาวคลื่นแสงแบ่งตามหลักการรวมแสงได้เป็นป็ 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง (หักเหแสง) ดังรูปที่ 4.1 และแบบสะท้อนแสง (ตัวสะท้อนแสง) 1.กล้องโทรทรรศน์แบบหักเห (Refracting Telescope) กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง ใช้หลักการรวมแสงโดยใช้เลนส์นูน กล้องชนิดนี้ประกอบด้วยเลนส์นูน 2 ชุด คือ เลนส์ใกล้วัตถุ มีขนาดใหญ่ ความยาวโฟกัสมาก (f1) และเลนส์ใกล้ตา มีขนาดเล็ก ความยาวโฟกัสน้อย (f2) เมื่อลำ แสงขนานเดินทางผ่านเลนส์ใกล้วัตถุ เกิดการรวมแสงที่ระยะโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ (เกิดภาพจริง หัวกลับ) ซึ่งเป็นจุดที่เท่ากับความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา จากนั้นแสงเกิดการหักเหผ่านเลนส์ใกล้ตา ทำ ให้ สามารถเกิดภาพเสมือน ขนาดใหญ่ สามารถขยายภาพของวัตถุให้มีขนาดใหญ่ขึ้นได้ ดังภาพที่ 2 ทั้งนี้ขนาด ของภาพขึ้นอยู่กับกำ ลังขยายของกล้อง ซึ่งหาได้จาก 2.กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบนิวตัน (Newtonian Reflector) ใช้หลักการรวมแสงด้วยกระจกเว้า โดยติดตั้งกระจกเว้าอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของ ลำ กล้อง เมื่อแสงตกกระทบและรวมแสงที่จุดโฟกัสซึ่งเป็นตำ แหน่งตรงกลางของลำ กล้องแล้ว จะ มีกระจกเงาราบสะท้อนลำ แสงออกสู่เลนส์ใกล้ตา ซึ่งอยู่ด้านข้างของลำ กล้อง 11
กล้องโทรทรรศน์วิทยุ เป็นป็อุปกรณ์ทางดาราศาสตร์ ใช้บันทึกและวัดสัญญาณคลื่นวิทยุจากวัตถุท้องฟ้าฟ้ต่าง ๆ กล้องโทรทรรศน์วิทยุต่าง จากกล้องโทรทรรศน์เชิงแสงตรงที่ปฏิบัติงานในความถี่ของคลื่นวิทยุที่ความยาวคลื่นตั้งแต่ 10 มิลลิเมตร ไป จนถึง 10-20 เมตร โดยทั่วไปจานเสาอากาศของกล้องโทรทรรศน์วิทยุจะมีรูปร่างเป็นป็พาราโบลา อาจอยู่เดี่ยว ๆ หรือประกอบกันเป็นป็แถวลำ ดับ ทำ หน้าที่เปรียบเทียบได้กับกระจกของกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง กล้องโทรทรรศน์วิทยุนำ ไปสู่การค้นพบวัตถุใหม่และปรากฏการณ์ เช่น เควซาร์ พัลซาร์ และไมโครเวฟพื้นหลัง ปัจปัจุบันกล้องโทรทรรศน์ในหอดูดาวขนาดใหญ่นิยมใช้กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงทั้งหมดเนื่องจากการ ผลิตแผ่นสะท้อนแสงขนาดใหญ่สามารถผลิตได้ง่ายและราคาถูกกว่าเลนส์ที่มีขนาดเท่ากันของกล้อง สำ หรับ ประเทศไทยมีกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบเส้น เส้นผ่านศูนย์กลาง 2.4 เมตร ตั้งอยู่ที่หอดูดาว เฉลิมพระเกียรติ 7 รอบ พระชนมพรรษา (หอดูดาวแห่งชาติ) ดอยอินทนนท์ จังหวัดเชียงใหม่ 12
กล้องโทรทรรศน์รังสีอินฟราเรด Spitzer Space Telescope (SST) กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดมีคุณสมบัติในการตรวจจับวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ เช่น ดาวเคราะห์ ฝุ่นฝุ่ แก๊ส น้ำ แข็ง แต่เนื่องจากโลกมีความอบอุ่นและแผ่รังสีอินฟราเรด ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จำ เป็นป็ ต้องส่งกล้องโทรทรรศน์รังสีอินฟราเรดสปิทปิเซอร์ (SST) ขึ้นไปโคจรรอบดวงอาทิตย์โดยมีระยะ ห่างจากโลก 0.1 AU (15 ล้านกิโลเมตร) SST ติดตั้งเกราะขนาดใหญ่เพื่อกำ บังรังสีอินฟราเรดที่ แผ่ออกมาจากดวงอาทิตย์ดังในภาพที่ 7 SST เป็นป็กล้องโทรทรรศน์ชนิดสะท้อนแสงใช้กระจก ปฐมภูมิขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.85 เมตร ทำ งานที่อุณหภูมิ 5.5 เคลวิน สามารถบันทึกภาพใน ช่วงความยาวคลื่น 3 - 180 ไมโครเมตร และวิเคราะห์สเปกตรัมในช่วงความยาวคลื่น 5 - 100 ไมโครเมตร เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดสามารถมองทะลุกลุ่มแก๊สและฝุ่นฝุ่ ในอวกาศได้ นักดาราศาสตร์จึงใช้ SST ในการศึกษาโครงสร้างของเนบิวลาและกาแล็กซีชนิดต่างๆ กล้องโทรทรรศน์รังสีอัลตราไวโอเล็ต Far Ultraviolet Space Explorer (FUSE) FUSE เป็นป็กล้องโทรทรรศน์อวกาศซึ่งทำ งานในช่วงความยาวคลื่นของรังสีอัลตราไวโอเล็ตไกลระหว่าง 90.5 - 119.5 นาโนเมตร ซึ่งมีวงโคจรอยู่ที่ระยะสูง 760 กิโลเมตร โคจรรอบโลกใช้เวลาไม่ถึง 100 ชั่วโมง นัก ดาราศาสตร์ใช้ FUSE ในการศึกษาดิวทีเรียมซึ่งเป็นป็หลักฐานของทฤษฎีบิกแบง และองค์ประกอบทางเคมีของ กาแล็กซี 13
กล้องโทรทรรศน์รังสีเอ็กซ์ Chandra X-ray Observatory (CXO) Chandra เป็นป็กล้องโทรทรรศน์อวกาศซึ่งทำ งานในช่วงความยาวคลื่นของรังสีเอ็กซ์ มีวงโคจรรูปวงรี ระยะใกล้ที่สุดอยู่ห่างจากโลก 16,000 กิโลเมตร ระยะไกลที่สุดอยู่ห่างจากโลกเท่ากับ 1/3 ของระยะทางไป ยังดวงจันทร์ Chandra โคจรรอบโลกใช้เวลา 64 ชั่วโมง 18 นาที นักดาราศาสตร์ใช้ Chandra ในการ ศึกษาดาวนิวตรอน หลุมดำ ซูเปอร์โนวา องค์ประกอบพื้นฐานของกล้องโทรทรรศน์คือออปติก (การโฟกัสหรือการจับคู่) ซึ่งรวบรวมรังสีที่เข้าสู่ กล้องโทรทรรศน์และเครื่องตรวจจับซึ่งจะรวบรวมและวัดรังสี มีการใช้การออกแบบและเทคโนโลยีที่หลาก หลายสำ หรับองค์ประกอบเหล่านี้ กล้องโทรทรรศน์ที่มีอยู่จำ นวนมากบนดาวเทียมประกอบไปด้วยสำ เนาหลายชุดหรือหลายรูปแบบของระบบ กล้องโทรทรรศน์ - กล้องโทรทรรศน์ที่มีความสามารถเพิ่มหรือเสริมซึ่งกันและกันและองค์ประกอบคงที่หรือ ถอดออกได้เพิ่มเติม[1] [2] (ฟิลฟิเตอร์สเปกโตรมิเตอร์) ที่เพิ่มฟังฟัก์ชันการทำ งานให้กับ เครื่องดนตรี. 14
ยานอวกาศ (Spacecraft) คือยานพาหนะ ยานหรือเครื่องยนต์ที่ออกแบบมาเพื่อบินไปในอวกาศ ยานอวกาศถูกนำ มาใช้สำ หรับ วัตถุประสงค์ที่หลากหลาย รวมถึงการสื่อสารโทรคมนาคม การสังเกตโลก การอุตุนิยมวิทยา การนำ ทาง การสำ รวจดาวเคราะห์และการขนส่งมนุษย์และสินค้า ในการบินในอวกาศแบบวงโคจรย่อย ยานอวกาศเข้าสู่อวกาศด้านนอก จากนั้นก็กลับมายังพื้นผิวโลกโดยไม่ ได้ขึ้นไปสู่วงโคจรหลัก. แต่สำ หรับการบินในอวกาศแบบวงโคจรหลัก (อังกฤษ: orbital spaceflight) ยานอวกาศเข้าสู่วงโคจรปิดปิรอบโลกหรือรอบวัตถุนอกโลกหรือดวงดาวอื่นๆ ยานอวกาศที่ใช้สำ หรับการบิน ของมนุษย์จะบรรทุกลูกเรือหรือผู้โดยสารบนยานจากจุดเริ่มต้นหรือสถานีอวกาศในวงโคจรเท่านั้น ในขณะที่ ยานที่ใช้สำ หรับภารกิจหุ่นยนต์อวกาศจะทำ งานด้วยตนเองหรือจากระยะไกลอย่างใดอย่างหนึ่งยานอวกาศ หุ่นยนต์ที่ใช้เพื่อสนับสนุนการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เป็นป็ยานสำ รวจอวกาศ ยานอวกาศหุ่นยนต์ที่ยังคงอยู่ใน วงโคจรรอบโลกเป็นป็ดาวเทียม มีเพียงยานสำ รวจระหว่างดวงดาวไม่กี่ลำ เช่นไพโอเนียร์ 10 และ 11, Voyager 1 และ 2, และ New Horizons ที่ปัจปัจุบันยังอยู่ในวงโคจรที่หลุดออกจากระบบสุริยะของเรา การศึกษาความรู้เกี่ยวกับอวกาศจำ เป็นป็ต้องใช้ความรู้ เครื่องมือ และกลวิธีทางวิทยาศาสตร์มาประยุกต์ปรับ ใช้ให้เกิดประโยชน์จึงเกิดเทคโนโลยีอวกาศขึ้นมาซึ่งคือการสำ รวจสิ่งต่างๆที่อยู่นอกโลกของเราและสำ รวจ โลกของเราเองด้วย ปัจปัจุบันเทคโนโลยีอวกาศได้มีการพัฒนาไปเป็นป็อย่างมากเมื่อเทียบกับสมัยก่อน ทำ ให้ ได้ความรู้ใหม่ๆมากขึ้น โดยองค์การที่มีส่วนมากในการพัฒนาทางด้านนี้คือองค์การนาซ่าของสหรัฐอเมริกา ได้มีการจัดทำ โครงการขึ้นมากมาย ทั้งเพื่อการสำ รวจดาวที่ต้องการศึกษาโดยเฉพาะและที่ทำ ขึ้นเพื่อศึกษา สิ่งต่างๆในจักรวาล การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศนั้นมีทั้งด้านการสื่อสาร ทำ ให้การสื่อสารในปัจปัจุบัน ทำ ได้อย่างรวดเร็ว การสำ รวจทรัพยากรโลก ทำ ให้ทราบว่าปัจปัจุบันนี้โลกมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้าง และการพยากรณ์อากาศก็จะทำ ให้สามารถเตรียมพร้อมที่จะรับกับสถานการณ์ต่างๆที่อาจจะเกิดขึ้นต่อไปได้ ยานอวกาศ สถานีอวกาศและดาวเทียม 15
ดาวเทียม (satellite) คือ สิ่งประดิษฐ์ที่มนุษย์คิดค้นขึ้นเป็นป็สิ่ง ที่สามารถโคจรรอบโลก โดยอาศัยแรงดึงดูดของโลก ส่งผลให้ สามารถโคจรรอบโลกได้ในลักษณะเดียวกันกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก และโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ วัตถุประสงค์ของสิ่งประดิษฐ์นี้เพื่อใช้ ทางการทหาร การสื่อสาร การรายงานสภาพอากาศ การวิจัยทาง วิทยาศาสตร์เช่นการสำ รวจทางธรณีวิทยาสังเกตการณ์สภาพของอวกาศ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และ ดาวอื่น ๆ รวมถึงการสังเกตวัตถุ และดวงดาว ดาราจักร ต่าง ๆ ดาวเทียมที่โคจรรอบใกล้โลก (Low Earth Orbit: LEO) เป็นป็วงโคจรที่มีความสูงประมาณ 160 – 2,000 km เหนือพื้นโลก โดยได้รับความนิยม สำ หรับการใช้งานดาวเทียมเป็นป็อย่างมาก เนื่องจากเป็นป็ระดับที่อยู่ไม่ไกลจากโลกมากนัก ทำ ให้สะดวกและลดค่าใช้จ่ายในการส่งดาวเทียมเข้าสู่วงโคจรเมื่อเปรียบเทียบกับวงโคจร ในระดับอื่น โดยเฉพาะกับดาวเทียมประเภท Earth Observation ยิ่งดาวเทียมโคจรใน ระดับต่ำ ใกล้โลกก็จะส่งผลให้ได้ภาพซึ่งมีความละเอียดที่สูงมากขึ้น หากแต่ชั้น บรรยากาศในความสูงระดับต่ำ มากนั้น จะมีปริมาณของมวลอากาศที่จะเป็นป็อุปสรรคต่อ การเคลื่อนที่และการรักษาระดับวงโคจรของดาวเทียม ดาวเทียมที่มีวงโคจรอยู่ในระดับกลาง (Medium Earth Orbit: MEO) GPS ที่ระดับความสูงประมาณ 20,200 กิโลเมตร เหนือจากพื้นโลก ใช้การยืนยันตำ แหน่งโดยอาศัยพิกัดจาก ดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวง ดาวเทียมจะโคจรรอบโลกเป็นป็เวลา 4-8 ชั่วโมงต่อหนึ่งรอบ ที่ความเร็ว 4 กิโลเมตร/วินาที การโคจรแต่ละรอบนั้นสามารถได้เป็นป็ 6 ระนาบ ระนาบละ 4 ดวง ทำ มุมประมาณ 55 องศา โดยทั้งระบบจะต้องมีดาวเทียม 24 ดวง หรือมากกว่า เพื่อให้สามารถยืนยันตำ แหน่งได้ครอบคลุมทุกจุดบน ผิวโลก 16
ดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้าฟ้ (Geostationary Earth Orbit GEO Satellite) หรือ ดาวเทียมจีโอ จะโคจรในอวกาศด้วยความสูงจากพื้นโลกประมาณ 35,700 กิโลเมตร (หรือประมาณ 22,200 ไมล์) โดยที่ความสูงระดับนี้ จะทำ ให้ดาวเทียมมีความเร็วในการโคจรรอบโลก เท่ากับความเร็วที่โลกหมุนนั่นเอง (ตาม การคำ นวณทางพลศาสตร์อวกาศ Space Dynamics) ทำ ให้ดาวเทียมจีโอและโลกจะเคลื่อนที่ไปพร้อมๆ กัน คือ อยู่ ตรงไหน ก็อยู่ตรงนั้น ไม่ขยับเคลื่อนที่ไปไหนครับ จรวด (Rocket) หมายถึงขีปนาวุธ, ยานอวกาศ, เครื่องบิน หรือพาหนะอื่นใดที่อาศัยแรงผลักดันของไอเสียที่มีต่อตัวจรวดในการพุ่ง ไปข้างหน้า โดยใช้การเผาผลาญเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์จรวด ในจรวดทุกชนิดไอเสียจะเกิดขึ้นทั้งหมดจากเชื้อเพลิง ขับดันที่บรรทุกไปด้วยภายในจรวดก่อนที่จะถูกใช้งาน [1] จรวดเคมีสร้างพลังงานจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงจรวด ผลจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงและตัวอ๊อกซิไดซ์ภายในห้องเผาไหม้จะทำ ให้เกิดก๊าซร้อนที่มีอุณหภูมิสูงมากและขยาย ตัวออกไปทางหัวฉีดทำ ให้ก๊าซเคลื่อนที่ด้วยความเร่งในระดับไฮเปอร์โซนิก ซึ่งทำ ให้เกิดแรงผลักมหาศาลต่อตัวจรวด ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน (แรงกิริยาเท่ากับแรงปฏิกิริยา)โดยในทางทหารและสันทนาการมีประวัติของการใช้จรวด เป็นป็อาวุธและเครื่องมือในช่วงเวลานั้น จรวดได้ถูกใช้สำ หรับงานทางทหารและสันทนาการ ย้อนกลับไปอย่าง น้อยศตวรรษที่ 13 ในประเทศจีน[2] ในทางทหาร, วิทยาศาสตร์และ อุตสาหกรรมได้ใช้จรวดเป็นป็อาวุธและเครื่องมือแต่ก็ยังไม่เป็นป็ที่แพร่ หลายจนกระทั่งถึงศตวรรษที่ 20, เมื่อวิทยาการที่เกี่ยวกับจรวดได้ถือ กำ เนิดขึ้น เป็นป็การเปิดปิ ประตูสู่ยุคอวกาศ,กับการที่มนุษย์กำ ลังจะไป เหยียบดวงจันทร์ จรวดได้ถูกใช้สำ หรับทำ ดอกไม้ไฟและอาวุธ, เก้าอี้ดีด ตัวสำ หรับนักบินและพาหนะสำ หรับนำ ส่งดาวเทียม, นักบินอวกาศ และ การสำ รวจดาวเคราะห์ต่าง ๆ ในขณะที่จรวดที่ไม่ค่อยมีประสิทธิภาพนั้นจะ ใช้สำ หรับการขับเคลื่อนด้วยอัตราเร็วที่ต่ำ ๆ, นักวิทยาศาสตร์จะเปรียบ เทียบหาจรวดที่มีแรงขับเคลื่อนในระบบอื่น ๆ, ที่มีน้ำ หนักเบากว่าและมี ประสิทธิภาพสูงกว่า, ทำ ให้สามารถสร้างความเร่งในการเคลื่อนที่ของ จรวดได้มากขึ้น และสามารถทำ ให้เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วที่สูงอย่างยิ่ง ด้วยประสิทธิภาพที่เหมาะสม 17
ระบบการขนส่งอวกาศเป็นป็ โครงการที่ถูกออกแบบให้สามารถนำ ชิ้นส่วนบางส่วนที่ใช้ไปแล้วกลับมาใช้ ใหม่อีกเพื่อเป็นป็การประหยัดและมีประสิทธิภาพมากที่สุด ประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก คือ จรวดเชื้อเพลิง แข็ง ถังเชื้อเพลิงภายนอก (สำ รองไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเหลว) และยานอวกาศ ระบบขนส่งอวกาศมีน้ำ หนักรวมเมื่อขึ้นจากฐานปล่อยประมาณ 2,041,200 กิโลกรัม โดยจรวดเชื้อเพลิง แข็งจะถูกขับเคลื่อนจากฐานปล่อยให้นำ พาทั้งระบบขึ้นสู่อวกาศด้วยความเร็วที่มากกว่าค่าความเร็วหลุดพ้น เมื่อถึงระดับหนึ่งจรวดเชื้อเพลิงแข็งทั้งสองข้างจะแยกตัวออกมาจากระบบ จากนั้นถังเชื้อเพลิงภายนอก จะแยกตัวออกจากยานอวกาศ โดยตัวยานอวกาศจะเข้าสู่วงโคจรเพื่อปฏิบัติภารกิจต่อไป ดังรูป 18
ในการสำ รวจอวกาศมีความจำ เป็นป็อย่างยิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ต้องมีการพัฒนาความ สามารถทางด้านวัสดุศาสตร์ เพื่อให้สามารถนำ ความรู้ที่ได้มาออกแบบยานอวกาศ ชุด อวกาศหรือวัสดุเครื่องใช้ในอวกาศ ที่ทนต่อสภาพแวดล้อมที่สุดขั้วในอวกาศ ซึ่งความ รู้ที่ได้จากการพัฒนาวัสดุในอวกาศดังกล่าว สามารถนำ มาประยุกต์ใช้กับการดำ รงชีวิต ประจำ วันบนโลกได้ เช่น การผลิตเลนส์แว่นตาจากคาร์บอนแข็งแรงพิเศษ (Scratchresistant lenses) โดยได้นำ วัสดุชนิดนี้ไปเคลือบเลนส์ ทำ เลนส์แว่นกันแดดที่มีความ ทนทานต่อรอยขีดข่วน มีการผลิตแอโรเจล (aerogel) ซึ่งจัดเป็นป็ของแข็งที่เบาที่สุด มีความหนาแน่นต่ำ แข็งแรงและมีสภาพยืดหยุ่นสูง เกิดขึ้นจากการคิดค้นวัสดุเพื่อทำ ชุดนักบินอวกาศ และยานอวกาศ โดยเป็นป็วัสดุที่มีโครงสร้างเป็นป็รูพรุน มีซิลิกอนเป็นป็ องค์ประกอบ ทำ ให้สามารถทนความร้อนสูง ซึ่งได้นำ มาพัฒนาเป็นป็สิ่งของที่ใช้ ประโยชน์บนโลก เช่น นำ มาทำ ชุดนักดับเพลิง ชุดของนักแข่งรถ นำ มาทำ ผ้าห่มที่ช่วย เก็บกักรักษาอุณหภูมิได้ดี หรือนำ มาผลิตเป็นป็พื้นรองเท้าที่สามารถลดการสูญเสียความ ร้อนสำ หรับนักปีนปีภูเขาน้ำ แข็ง นอกจากนี้ยังมีการผลิตโฟมนิ่มชนิดพิเศษ (temper foam) ที่ถูกนำ มาเป็นป็ที่นอนกับหมอนเพื่อลดน้ำ หนักที่กดทับขณะนอนสามารถปรับตัว ให้รองรับพอดีกับน้ำ หนักของร่างกายลดปัญปัหาการปวดเมื่อยโฟมชนิดนี้เกิดขึ้นจาก การคิดค้นเพื่อทำ เป็นป็เบาะรองนั่งของนักบินอวกาศขณะยานอวกาศกำ ลังขึ้นหรือลง จอดเพื่อป้อป้งกันไม่ให้นักบินอวกาศเกิดการกระแทกและต่อมาได้มีการนำ โฟมนิ่มชนิดนี้ มาประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์โดยการนำ มาใช้กับผู้ป่วป่ยอัมพาตเพื่อช่วยป้อป้งกันการ เกิดแผลกดทับและยังมีสมบัติในการระบายอากาศและความร้อนได้ดีจึงไม่เกิดความอับ ชื้นการออกแบบเซลล์สุริยะ (Solar cells) ที่ได้นำ มาเป็นป็พลังงานที่ใช้ในดาวเทียมและ ยานอวกาศ ความรู้ดังกล่าวสามารถนำ มาพัฒนาอย่างต่อเนื่องและยาวนานจนกระทั่ง ทุกวันนี้เราได้นำ เซลล์สุริยะมาใช้ในชีวิตประจำ วันอย่างมากมาย เทคโนโลยีอวกาศทำ ให้มนุษย์สามารถท่องอวกาศและท่องโลกกว้างโดยนำ ความรู้ด้านเทคโนโลยีอวกาศมา พัฒนาคุณภาพชีวิตและประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำ วันได้หลากหลายด้าน เช่น วัสดุศาสตร์ การแพทย์ อาหาร เทคโนโลยีอวกาศกับการประยุกต์ใช้ 1. ด้านวัสดุศาสตร์ 19
2. ด้านอาหาร เทคนิควิธีการถนอมอาหารพัฒนาต่อมาเป็นป็การเก็บอาหารในภาชนะปิดปิสนิท การพาสเจอร์ไรส์ (ใช้ความ ร้อนทำ ให้จุลินทรีย์ไม่สามารถดำ รงชีวิตอยู่ได้) และการบรรจุลงในกระป๋อป๋ง ทำ ให้ปัจปัจุบันมีอาหารหลายชนิดที่ สามารถเก็บไว้ได้เป็นป็เวลานาน เทคโนโลยีล่าสุดในการถนอมอาหาร คือ การแช่เย็น และการแช่แข็งอย่างฉับ พลัน (quick-freezing) ซึ่งทำ ให้สามารถคงสภาพของรสชาติและสารอาหารอยู่ได้ รูปแบบการถนอมและการบรรจุอาหารดังที่กล่าวมานี้ใช้ได้ดีและมีประสิทธิภาพสำ หรับเราๆ ท่านๆ บนพื้นโลก แต่ยังไม่เหมาะสมเพียงพอสำ หรับการใช้งานในอวกาศ มีข้อจำ กัดบางประการที่ต้องคำ นึงถึงในขั้นตอนการ ขนส่ง คือ น้ำ หนักและปริมาตร นอกจากนั้นอุปสรรคที่ใหญ่กว่า คือ สภาวะไร้น้ำ หนัก (ถ้าให้ถูกต้อง น่าจะเรียก ว่าสภาวะความโน้มถ่วงต่ำ ) จึงต้องมีกระบวนการพิเศษในการเตรียมอาหาร การออกแบบบรรจุภัณฑ์ และการ เก็บรักษา 20
3. ด้านการแพทย์และสุขภาพ ในการใช้ชีวิตในอวกาศนักบินอวกาศต้องเผชิญกับสภาวะแวดล้อมที่แตกต่าง จากบนโลกทั้งในเรื่องของอุณหภูมิ ความดัน แรงโน้มถ่วงและปริมาณรังสีต่าง ๆ ที่ ผ่านเข้าสู่ร่างกาย นักวิทยาศาสตร์จึงได้มีการพัฒนาเครื่องมือต่าง ๆ ที่ช่วยให้นักบิน อวกาศสามารถปฏิบัติภารกิจในอวกาศได้อย่างปลอดภัย ซึ่งความรู้ดังกล่าวสามารถนำ มาประยุกต์ใช้กับมนุษย์ที่อยู่บนโลกได้ เช่น การนำ ความรู้เกี่ยวกับการศึกษาการเสื่อม ของกล้ามเนื้อและกระดูกของมนุษย์ที่อยู่ในอวกาศเป็นป็เวลานานมาช่วยในการชะลอการ สูญเสียมวลกระดูกของคนที่อยู่บนโลก นอกจากนี้มีการนำ ความรู้ทางเทคโนโลยี อวกาศมาพัฒนาเครื่องมือที่ช่วยตรวจวินิจฉัยทางการแพทย์ เช่น การพัฒนากล้อง 3 มิติ ที่มีขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพสูงจากห้องปฏิบัติการของนาซา นำ มาพัฒนากล้อง ส่องตรวจอวัยวะภายในของร่างกาย 3 มิติ (3D endoscope) ทำ ให้แพทย์สามารถ ผ่าตัดโดยการส่องกล้องที่เป็นป็ท่อยาวเข้าไปในร่างกายเครื่องมือนี้ตรงปลายมีเลนส์ สำ หรับรับภาพช่วยให้การมองเห็นในจุดที่ผ่าตัดขัดเจนขึ้น การออกแบบเครื่องวัดอุณหภูมิทางหู (infraredcar thermometer) เป็นป็เทคโนโลยี ที่ใช้วัดอุณหภูมิของดาวฤกษ์และกาแล็กซี ได้ถูกนำ มาใช้ในปี พ.ศ. 2534 เพื่อใช้วัด อุณหภูมิของคนไข้มีตัวเซ็นเซอร์เป็นป็อินฟราเรดส่องไปที่หู แล้วอ่านอุณหภูมิซึ่งใช้ง่าย และสะดวก นอกจากนี้ยังมีเครื่องปั้มปั้หัวใจเทียมขนาดเล็กพิเศษ (artificialheart pump) ซึ่งจะเป็นป็ ประโยชน์ต่อผู้ป่วป่ยที่มีภาวะหัวใจล้มเหลว เป็นป็การออกแบบปั้มปั้ โดย การใช้รูปเปอร์คอมพิวเตอร์ของนาซาและเทคโนโลยีพลวัตของไหลจากระบบเชื้อเพลิง ในยานขนส่งอวกาศ โดยการจำ ลองการไหลของของเหลวผ่านเครื่องยนต์เครื่องปั้มปั้ หัวใจชนิดนี้มีน้ำ หนักเบา ทำ ให้เหมาะสมมากสำ หรับนำ มาทำ เป็นป็ ปั้มปั้หัวใจเทียมโดยใช้ แบตเตอรี่ควบคุมการทำ งาน 21