บทความเรื่องดวงอาทิตย์

บทความเรื่องดวงอาทิตย์

จากวิกิพีเดียสารานุกรมเสรี

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ ณศูนย์กลางระบบสุริยะเป็นพลาสมาร้อนทรงแทบจะกลมบริบูรณ์โดยมีการเขยื้อนพาซึ่งผลิตสนามไฟฟ้าผ่านกระบวนการไดนาโมเวลานี้เป็นแหล่งพลังงานสำคัญที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตบนโลกมีเส้นผ่านศูนย์กลางคร่าวๆ1.39ล้านกิโลใหญ่กว่าโลก109เท่ารวมทั้งมีมวลราว330,000เท่าของโลกคิดเป็นราวร้อยละ99.86ของมวลทั้งหมดของระบบสุริยะมวลคร่าวๆสามในสี่ของดวงอาทิตย์เป็นไฮโดรเจนที่เหลือเป็นฮีเลียมเป็นหลักโดยมีปริมาณธาตุหนักกว่าน้อยแล้วก็ออกสิเจนคาร์บอนนีออนรวมทั้งเหล็ก

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ลำดับหลักระดับจี (G2V)ตามการแบ่งประเภทดาวฤกษ์ตามระดับสเปกตรัมโดยมักถูกเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า”ดาวเล็กแกร็นเหลือง”ดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นเมื่อคร่าวๆ4.6พันล้านปีก่อนจากการยุบของแรงโน้มถ่วง (gravitational collapse)ของสสารข้างในบริเวณกลุ่มก้อนเมฆโมเลกุลขนาดใหญ่สสารนี้จำนวนไม่ใช่น้อยรวมอัดแน่นอยู่ที่ศูนย์กลางที่เหลือบีบตัวลงลงเป็นแผ่นโคจรซึ่งแปลงมาเป็นระบบสุริยะมวลศูนย์กลางร้อนและหนาแน่นเยอะมากจนกระทั่งเริ่มเกิดปฏิกิริยาอะตอมฟิวชั่น ณแก่นดาวซึ่งแน่ใจว่าเป็นขั้นตอนเกิดดาวฤกษ์ส่วนใหญ่

ดวงอาทิตย์แก่มาได้คร่าวๆครึ่งอายุขัยแล้วปราศจากความเคลื่อนมากเท่าไรนักตามเวลากว่า4พันล้านปีมาแล้วและคาดว่าจะอยู่ในภาวการณ์ค่อนจะเสถียรไปอย่างนี้อีก5พันล้านปีในแต่ละวินาทีปฏิกิริยาหลอมนิวเคลียส (ฟิวชัน)ของดวงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนไฮโดรเจนอะตอมปริมาณ600ล้านตันให้กลายเป็นฮีเลียมแล้วหลังจากนั้นก็แปลงสสาร4ล้านตันให้เป็นพลังงานจากปฏิกิริยาดังที่กล่าวถึงแล้วกว่าพลังงานนี้จะหนีออกมาจากแกนดวงตะวันมาสู่ผิวได้จะต้องใช้เวลานานราว10,000ถึง170,000ปีในอีกราว5พันล้านปีข้างหน้าเมื่อปฏิกิริยาฟิวชันไฮโดรเจนในแก่นของดวงอาทิตย์ลดน้อยลงถึงจุดที่ไม่อยู่ในดุลยภาพน้ำสถิตต่อไปแก่นของพระอาทิตย์จะมีความหนาแน่นแล้วก็อุณหภูเขาไม่เพิ่มมากขึ้นส่วนชั้นนอกของพระอาทิตย์จะขยายออกจนกระทั่งสุดท้ายเป็นดาวยักษ์แดงมีการคำนวณว่าพระอาทิตย์จะใหญ่พอกลืนวงโคจรขณะนี้ของดาวพุธและก็ดาวศุกร์รวมทั้งทำให้โลกอาศัยอยู่ไม่ได้

มนุษย์ทราบประเด็นสำคัญของดวงอาทิตย์ที่มีโลกมาตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์และบางวัฒนธรรมถือดวงอาทิตย์เป็นเทวดาการหมุนของโลกและวิถีโคจรรอบดวงอาทิตย์ของโลกเป็นหลักฐานของปฏิทินสุริยคติซึ่งเป็นปฏิทินที่ใช้กันแพร่หลายปัจจุบันนี้

ภาพรวมเกี่ยวกับดวงอาทิตย์

ดวงตะวันจัดเป็นดาวฤกษ์รุ่นที่3ซึ่งคาดหมายกันว่าก่อตัวขึ้นโดยอิทธิพลของมหานวดาราที่อยู่ใกล้ๆ4เพราะเหตุว่ามีการศึกษาค้นพบธาตุหนักดังเช่นว่าทองคำและยูเรเนียมในจำนวนมหาศาลซึ่งธาตุเหล่านี้อาจเป็นเพราะปฏิกิริยาอะตอมพวกดูดความร้อนในตอนที่เกิดมหานวดาราหรือการดูดซับนิวตรอนในดาวฤกษ์รุ่นลำดับที่สองซึ่งมีมวลเยอะมาก

ปัจจุบันและอนาคตของดวงอาทิตย์

ตามการศึกษาเล่าเรียนแบบจำลองคอมพิวเตอร์เอ๋ยถึงวัฏจักรดาวฤกษ์นักดาราศาสตร์คาดเดาว่าดวงตะวันแก่ราว5,000ล้านปี5ตอนนี้ดวงอาทิตย์กำลังอยู่ในลำดับหลักทำหลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียมโดยทุกๆวินาทีมวลสารของดวงอาทิตย์มากกว่า4ล้านตันถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานพระอาทิตย์ใช้เวลาโดยประมาณ1หมื่นล้านปีในการยังคงอยู่ในลำดับหลัก

เมื่อไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงของพระอาทิตย์หมดลงวาระสุดท้ายของพระอาทิตย์ก็มาถึง(เป็นการพ้นไปจากลำดับหลัก)โดยดวงตะวันจะเริ่มพบกับตอนสุดท้ายเป็นการเปลี่ยนไปเป็นดาวยักษ์แดงภายใน4-5พันล้านปีเปลือกของพระอาทิตย์ขยายตัวออกไปส่วนแกนนั้นยุบลงและร้อนขึ้นสลับกับเย็นลงมีการหลอมฮีเลียมเป็นคาร์บอนและออกสิเจนที่อุณหภูมิราว100ล้านเคลวินจากเรื่องข้างต้นดูราวกับว่าพระอาทิตย์จะกลืนกินโลกให้หลอมลงไปกลมกลืนแม้กระนั้นจากรายงานทำการศึกษาฉบับหนึ่ง6ได้ศึกษาพบว่าวิถีโคจรของโลกจะตีจากดวงอาทิตย์เนื่องจากมวลของดวงตะวันได้สูญเสียไปจนกระทั่งแรงดึงดูดระหว่างมวลมีค่าต่ำลงแต่แต่น้ำทะเลก็ถูกความร้อนจากดวงตะวันเผาผลาญจนกระทั่งระเหยสิ้นไปในอวกาศรวมถึงบรรยากาศโลกก็หายไปจนตราบเท่าไม่เอื้อแก่ชีวิตต่อมาได้มีการศึกษาและทำการค้นพบว่าพระอาทิตย์นั้นจะสว่างขึ้น10 เปอร์เซนต์ทุกๆ1000ล้านปีถึงในขณะนั้นโลกก็ไม่สามารถเอื้อต่อสิ่งมีชีวิตไปก่อนแล้วเวลาของสิ่งมีชีวิตบนโลกก็เลยเหลือแค่500ล้านปีเท่านั้น

แผนภาพชีวิตพระอาทิตย์

ภายหลังที่ดวงอาทิตย์ได้ผ่านสภาวะการเป็นดาวยักษ์แดงแล้วอุณหภูมิจากปฏิกิริยาการรวมฮีเลียมที่เพิ่มสลับกับลงภายในแกนก็จะเป็นตัวการให้ผิวดวงตะวันด้านนอกผละตัวออกมาจากแกนเกิดเป็นเนบิวลาดาวนพเคราะห์แล้วสูญไปในความมืดมิดของอวกาศและเป็นวัสดุอุปกรณ์สำหรับสร้างดาวฤกษ์รวมทั้งระบบสุริยะรุ่นถัดไปส่วนแกนที่เหลืออยู่ก็จะกลายเป็นดาวเล็กแกร็นขาวที่ร้อนจัดแล้วก็มีแสงจางมากไม่น้อยเลยทีเดียวก่อนจะดับลงแปลงเป็นดาวเล็กแกร็นดำจากทั้งหมดทั้งปวงที่กล่าวมานี้เป็นชีวิตของดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยถึงปานกลาง67

โครงสร้าง

พระอาทิตย์เป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะมีมวลคิดเป็นร้อยละ99ของระบบสุริยะพระอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่มีทรงเกือบจะเป็นทรงกลมโดยมีความแบนที่ขั้วก็แค่หนึ่งในเก้าล้าน8ซึ่งมีความหมายว่าความไม่เหมือนของเส้นผ่านศูนย์กลางที่ขั้วกับเส้นผ่านศูนย์กลางที่เส้นอีเควเตอร์มีก็แค่10กิโลเมตรจากการที่พระอาทิตย์มีเฉพาะส่วนที่เป็นพลาสมาไม่มีส่วนที่เป็นของแข็งทำให้อัตราความเร็วของการหมุนรอบข้างเองในแต่ละส่วนมีความแตกต่างกันตัวอย่างเช่นที่เส้นอีเควเตอร์จะหมุนเร็วกว่าที่ขั้วที่เส้นอีเควเตอร์ของดวงอาทิตย์มีคาบการหมุนรอบข้างเอง25วันส่วนที่ขั้วมีคาบ35วันหากแม้เมื่อพิเคราะห์บนโลกแล้วจะพบว่าคาบของการหมุนรอบข้างเองที่เส้นอีเควเตอร์ของดวงตะวันเป็น28วัน

ดวงอาทิตย์มีความหนาแน่นมากที่สุดบริเวณแกนซึ่งเป็นแหล่งผลิตพลังงานแล้วก็มีค่าน้อยลงแทบจะเป็นรูปเอ็กโพเนนเชียลตามระยะทางที่ห่างออกมาจากแกนและจากนั้นก็แม้ว่าด้านในดวงอาทิตย์นั้นจะไม่สามารถมองเห็นได้แต่นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถเล่าเรียนด้านในได้ผ่านทางการใช้คลื่นสะเทือนในพระอาทิตย์

แกน

ส่วนแกนของดวงอาทิตย์คาดเดาว่ามีรัศมีเป็น0.2เท่าของรัศมีดวงอาทิตย์ความหนาแน่นราว150,000กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรหรือ150เท่าของความหนาแน่นของน้ำบนโลกอุณหภูมิราว13,600,000เคลวินตลอดกาลส่วนมากของดวงอาทิตย์ภายในแกนจะมีปฏิกิริยาฟิวชันลูกโซ่โปรตอน-โปรตอนซึ่งเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมพลังงานที่ได้นี้ทำให้ที่เหลือของดวงอาทิตย์สุกสว่างรวมทั้งฉายแสง

ทุกๆวินาทีจะมีนิวเคลียสของไฮโดรเจน3.4×1038ตัวถูกดัดแปลงแก้ไขเป็นฮีเลียมผลิตพลังงานได้383×1024จูลหรือเทียบได้กับระเบิดตรีไนโตรโทลูอีน (TNT)ถึง9.15×1019กิโลพลังงานจากแกนของดวงอาทิตย์ใช้เวลานานเยอะแยะสำหรับเพื่อการขึ้นสู่ผิวมากมายก่ายกองเป็น50ล้านปี9อย่างต่ำเป็น17,000ปี10เนื่องจากโฟตอนพลังงานสูง(รังสีเอกซ์แล้วก็รังสีแกมมา)ถูกกลืนไปในพลาสมาแล้วฉายแสงพลังงานออกมาสลับกันเรื่อยๆทุกๆระยะไม่กี่มิลลิเมตร

เขตแผ่รังสีความร้อน

ภาพประกอบองค์ประกอบของพระอาทิตย์

ในส่วนของเขตแผ่รังสีความร้อน (radiation zone)ซึ่งอยู่ในตอน0.2ถึง0.7ส่วนของรัศมีพระอาทิตย์ในชั้นนี้ไม่มีการนำความร้อน (convection)เพราะเหตุว่าอัตราความไม่เหมือนของอุณหภูมิเทียบกับระยะความสูงน้อยกว่าอัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามความสูงแบบอะเดียกางว่ากล่าวก (adiabatic lapse rate)พลังงานในส่วนนี้ถูกนำออกมาข้างนอกช้ามากจากที่ได้กล่าวไว้ก่อนแล้ว

เขตพาความร้อน

ในส่วนของเขตพาความร้อน(convection zone)ซึ่งอยู่บริเวณเปลือกที่เหลือเป็นส่วนที่พลังงานถูกระบายผ่านแท่งความร้อน(heat column)โดยเนื้อสารที่ร้อนรวมทั้งมีพลังงานเริ่มจากด้านล่างแล้วไหลขึ้นด้านบนตราบจนกระทั่งผิวต่อไประบายความร้อนแล้วหลังจากนั้นก็กลับลงไปใหม่แท่งความร้อนสามารถไตร่ตรองได้จาก“เกล็ด”บนภาพถ่ายผิวดวงตะวัน

โฟโตสเฟียร์

ในส่วนของโฟโตสเฟียร์ (photosphere)หมายความว่าทรงกลมที่แสงไฟซึ่งเป็นส่วนที่เรามองเห็นดวงอาทิตย์แสงสว่างที่ส่งแสงในพระอาทิตย์นั้นเกิดขึ้นจากอิเล็คตรอนชนกับอะตอมไฮโดรเจนเกิดเป็นH1112 ;เหนือชั้นนี้แดดก็จะถูกปลดปล่อยออกมาและมีอุณหภูมิลดลงตามความสูงที่มากขึ้นจนถึงทำให้เห็นรอยมัวตรงขอบดวงอาทิตย์ในภาพถ่าย(ดังภาพถ่ายด้านบน)

บรรยากาศ

บรรยากาศของดวงอาทิตย์มี3ชั้นอาทิเช่นชั้นอุณหภูมิต่ำสุด(temperature minimum) โครโมสเฟียร์ (chromosphere)เขตเปลี่ยนผ่าน(transition region) โคโรทุ่งข้าว (corona)แล้วหลังจากนั้นก็เฮลิโอสเฟียร์ (heliosphere) เป็นลำดับจากต่ำไปสูง

ชั้นแรกชั้นอุณหภูมิต่ำสุดมีอุณหภูมิราว4,000 เคลวินและก็ดก500กิโลชั้นถัดไปเป็นโครโมสเฟียร์ซึ่งมีความหมายว่ารงคมณฑลหรือทรงกลมที่สีเหตุที่เรียกชื่อนี้ก็เพราะแลเห็นเป็นแสงสีแวบขณะเกิดสุริยอุปราคาชั้นนี้ดก2,000กิโลเมตรชั้นต่อไปเป็นเขตแปลงผ่านซึ่งอุณหภูมิอาจติดลบถึงล้านเคลวินและยิ่งต่ำขึ้นไปอีกในชั้นโคโรท้องนาทำให้สิ่งนี้เป็นปัญหาคาใจนักวิทยาศาสตร์ซึ่งก็คาดเดาว่าอาจจะเกิดขึ้นได้ก็เพราะการต่อเชื่อมทางแม่เหล็ก(magnetic connection)ชั้นที่เหลือชั้นในที่สุดเป็นเฮลิโอสเฟียร์หรือพระอาทิตย์เป็นชั้นที่อำนาจของลมสุริยะสามารถไปถึงซึ่งอาจมากกว่า20 หน่วยดาราศาสตร์ (20เท่าของระยะทางจากโลกถึงดเว้นวงอาทิตย์)