บทความเรื่องดวงอาทิตย์

บทความเรื่องดวงอาทิตย์

จากวิกิพีเดียสารานุกรมเสรี

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ ณศูนย์กลางระบบสุริยะเป็นพลาสมาร้อนทรงเกือบกลมบริบูรณ์โดยมีการเขยื้อนพาซึ่งผลิตสนามไฟฟ้าผ่านแนวทางการไดนาโมในเวลานี้เป็นแหล่งพลังงานสำคัญที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตบนโลกมีเส้นผ่านศูนย์กลางคร่าวๆ1.39ล้านกิโลใหญ่กว่าโลก109เท่าและก็มีมวลประมาณ330,000เท่าของโลกคิดเป็นราวจำนวนร้อยละ99.86ของมวลทั้งหมดทั้งปวงของระบบสุริยะมวลคร่าวๆสามในสี่ของดวงอาทิตย์เป็นไฮโดรเจนที่เหลือเป็นฮีเลียมเป็นหลักโดยมีปริมาณธาตุหนักกว่าน้อยแล้วก็ออกสิเจนคาร์บอนนีออนและเหล็ก

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ลำดับหลักระดับจี (G2V)ตามการจำแนกประเภทดาวฤกษ์ตามระดับสเปกตรัมโดยมักถูกเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า”ดาวเล็กแกร็นเหลือง”ดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นเมื่อคร่าวๆ4.6พันล้านปีก่อนจากการยุบของแรงโน้มถ่วง (gravitational collapse)ของสสารข้างในบริเวณกลุ่มก้อนเมฆโมเลกุลขนาดใหญ่สสารนี้เป็นจำนวนมากรวมอัดแน่นอยู่ที่ศูนย์กลางที่เหลือบีบตัวลงลงเป็นแผ่นโคจรซึ่งแปลงมาเป็นระบบสุริยะมวลศูนย์กลางร้อนรวมทั้งหนาแน่นมากจนกระทั่งเริ่มเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ณแก่นดาวซึ่งแน่ใจว่าเป็นขั้นตอนเกิดดาวฤกษ์ส่วนใหญ่

พระอาทิตย์แก่มาได้คร่าวๆครึ่งอายุขัยแล้วปราศจากความเคลื่อนมากเท่าไรนักทันเวลากว่า4พันล้านปีมาแล้วและจากนั้นก็คาดว่าจะอยู่ในภาวการณ์ค่อนจะเสถียรไปอย่างงี้อีก5พันล้านปีในแต่ละวินาทีปฏิกิริยาหลอมนิวเคลียส (ฟิวชัน)ของดวงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนไฮโดรเจนอะตอมปริมาณ600ล้านตันให้กลายเป็นฮีเลียมและก็แปลงสสาร4ล้านตันให้เป็นพลังงานจากปฏิกิริยาดังที่กล่าวถึงแล้วกว่าพลังงานนี้จะหนีออกมาจากแกนดวงตะวันมาสู่ผิวได้ควรต้องใช้เวลานานราว10,000ถึง170,000ปีในอีกราว5พันล้านปีข้างหน้าเมื่อปฏิกิริยาฟิวชันไฮโดรเจนในแก่นของดวงตะวันลดลงถึงจุดที่ไม่อยู่ในดุลยภาพน้ำสถิตต่อไปแก่นของพระอาทิตย์จะมีความหนาแน่นและก็อุณหภูเขาไม่เยอะขึ้นเรื่อยๆส่วนชั้นนอกของพระอาทิตย์จะขยายออกจนกระทั่งสุดท้ายเป็นดาวยักษ์แดงมีการคำนวณว่าดวงอาทิตย์จะใหญ่พอกลืนวงโคจรในช่วงเวลานี้ของดาวพุธและก็ดาวศุกร์และทำให้โลกอาศัยอยู่ไม่ได้

มนุษย์ทราบประเด็นสำคัญของดวงตะวันที่มีโลกมาตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์แล้วก็บางวัฒนธรรมถือดวงอาทิตย์เป็นเทพเทวดาการหมุนของโลกและวิถีโคจรรอบดวงอาทิตย์ของโลกเป็นหลักฐานของปฏิทินสุริยคติซึ่งเป็นปฏิทินที่ใช้กันแพร่หลายในเวลานี้

ภาพรวมเกี่ยวกับดวงอาทิตย์

ดวงตะวันจัดเป็นดาวฤกษ์รุ่นที่3ซึ่งคาดคะเนกันว่าก่อตัวขึ้นโดยอิทธิพลของมหานวดาราที่อยู่ใกล้ๆ4เนื่องจากมีการศึกษาค้นพบธาตุหนักอาทิเช่นทองคำแล้วหลังจากนั้นก็ยูเรเนียมในจำนวนมหาศาลซึ่งธาตุเหล่านี้อาจเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาอะตอมพวกดูดความร้อนตอนที่เกิดมหานวดาราหรือการดูดดูดซึมนิวตรอนในดาวฤกษ์รุ่นลำดับที่สองซึ่งมีมวลมากไม่น้อยเลยทีเดียว

ปัจจุบันและอนาคตของดวงอาทิตย์

ตามการศึกษาเล่าเรียนแบบจำลองคอมพิวเตอร์พูดถึงวัฏจักรดาวฤกษ์นักดาราศาสตร์คาดหมายว่าดวงตะวันแก่ราว5,000ล้านปี5ในเวลานี้ดวงตะวันกำลังอยู่ในลำดับหลักทำหลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียมโดยทุกๆวินาทีมวลสารของพระอาทิตย์มากกว่า4ล้านตันถูกแปลงเป็นพลังงานดวงอาทิตย์ใช้เวลาอย่างคร่าวๆ1หมื่นล้านปีสำหรับการยังคงอยู่ในลำดับหลัก

เมื่อไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงของพระอาทิตย์หมดลงวาระสุดท้ายของดวงอาทิตย์ก็มาถึง(เป็นการพ้นไปจากลำดับหลัก)โดยดวงตะวันจะเริ่มพบกับตอนสุดท้ายเป็นการเปลี่ยนแปลงไปเป็นดาวยักษ์แดงข้างใน4-5พันล้านปีเปลือกของพระอาทิตย์ขยายตัวออกไปส่วนแกนนั้นยุบลงและร้อนขึ้นสลับกับเย็นลงมีการหลอมฮีเลียมเป็นคาร์บอนและออกสิเจนที่อุณหภูมิราว100ล้านเคลวินจากเหตุข้างต้นดูเหมือนกับว่าพระอาทิตย์จะกลืนกินโลกให้หลอมลงไปกลมกลืนแม้กระนั้นจากรายงานทำการวิจัยฉบับหนึ่ง6ได้ทำความเข้าใจพบว่าวิถีโคจรของโลกจะตีจากดวงอาทิตย์เนื่องจากว่ามวลของดวงตะวันได้สูญเสียไปจนกระทั่งแรงดึงดูดระหว่างมวลมีค่าต่ำลงแม้กระนั้นถึงกระนั้นน้ำทะเลก็ถูกความร้อนจากดวงอาทิตย์เผาผลาญจนกระทั่งระเหยสิ้นไปในอวกาศแล้วก็บรรยากาศโลกก็หายไปจนถึงไม่เอื้อแก่ชีวิตต่อมาได้มีการศึกษาและทำการค้นพบว่าพระอาทิตย์นั้นจะสว่างขึ้น10 เปอร์เซนต์ทุกๆ1000ล้านปีถึงขณะนั้นโลกก็ไม่สามารถเอื้อต่อสิ่งมีชีวิตไปก่อนแล้วเวลาของสิ่งมีชีวิตบนโลกก็เลยเหลือแค่500ล้านปีเท่านั้น

แผนภาพชีวิตดวงอาทิตย์

ภายหลังที่ดวงอาทิตย์ได้ผ่านสภาวะการเป็นดาวยักษ์แดงแล้วอุณหภูมิจากปฏิกิริยาการรวมฮีเลียมที่เพิ่มสลับกับลงด้านในแกนก็จะเป็นตัวการให้ผิวดวงตะวันด้านนอกผละตัวออกมาจากแกนเกิดเป็นเนบิวลาดาวนพเคราะห์แล้วสูญไปในความมืดมิดของอวกาศและเป็นเครื่องมือสำหรับสร้างดาวฤกษ์และระบบสุริยะรุ่นถัดไปส่วนแกนที่เหลืออยู่ก็จะกลายเป็นดาวเล็กแกร็นขาวที่ร้อนจัดและมีแสงจางมากก่อนจะดับลงแปลงเป็นดาวเล็กแกร็นดำจากทั้งมวลที่กล่าวมานี้เป็นชีวิตของดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยถึงปานกลาง67

โครงสร้าง

ดวงอาทิตย์เป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะมีมวลคิดเป็นร้อยละ99ของระบบสุริยะดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่มีทรงเกือบจะเป็นทรงกลมโดยมีความแบนที่ขั้วก็แค่หนึ่งในเก้าล้าน8ซึ่งหมายความว่าความไม่เหมือนของเส้นผ่านศูนย์กลางที่ขั้วกับเส้นผ่านศูนย์กลางที่เส้นอีเควเตอร์มีก็แค่10กิโลเมตรจากการที่ดวงอาทิตย์มีเฉพาะส่วนที่เป็นพลาสมาไม่มีส่วนที่เป็นของแข็งทำให้อัตราความเร็วของการหมุนรอบตัวเองในแต่ละส่วนมีความแตกต่างกันดังเช่นที่เส้นอีเควเตอร์จะหมุนเร็วกว่าที่ขั้วที่เส้นอีเควเตอร์ของดวงอาทิตย์มีคาบการหมุนรอบข้างเอง25วันส่วนที่ขั้วมีคาบ35วันหากแม้เมื่อใคร่ครวญบนโลกแล้วจะพบว่าคาบของการหมุนรอบตัวเองที่เส้นอีเควเตอร์ของดวงอาทิตย์เป็น28วัน

พระอาทิตย์มีความหนาแน่นมากที่สุดบริเวณแกนซึ่งเป็นแหล่งผลิตพลังงานแล้วก็มีค่าลดน้อยลงเกือบจะเป็นรูปเอ็กโพเนนเชียลตามระยะทางที่ห่างออกมาจากแกนและถึงภายในดวงอาทิตย์นั้นจะไม่อาจจะมองเห็นได้แต่นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถเล่าเรียนด้านในได้ผ่านทางการใช้คลื่นสะเทือนในดวงอาทิตย์

แกน

ส่วนแกนของพระอาทิตย์คาดหมายว่ามีรัศมีเป็น0.2เท่าของรัศมีดวงตะวันความหนาแน่นราว150,000กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรหรือ150เท่าของความหนาแน่นของน้ำบนโลกอุณหภูมิประมาณ13,600,000เคลวินตลอดชีวิตส่วนใหญ่ของพระอาทิตย์ด้านในแกนจะมีปฏิกิริยาฟิวชันลูกโซ่โปรตอน-โปรตอนซึ่งเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมพลังงานที่ได้นี้ทำให้ที่เหลือของดวงอาทิตย์สุกสว่างรวมทั้งส่งแสง

ทุกๆวินาทีจะมีนิวเคลียสของไฮโดรเจน3.4×1038ตัวถูกดัดแปลงปรับปรุงแก้ไขเป็นฮีเลียมผลิตพลังงานได้383×1024จูลหรือเทียบได้กับระเบิดตรีไนโตรโทลูอีน (TNT)ถึง9.15×1019กิโลพลังงานจากแกนของพระอาทิตย์ใช้เวลานานล้นหลามสำหรับเพื่อการขึ้นสู่ผิวอย่างมากเป็น50ล้านปี9อย่างน้อยเป็น17,000ปี10เพราะโฟตอนพลังงานสูง(รังสีเอกซ์รวมทั้งรังสีแกมมา)ถูกกลืนไปในพลาสมาแล้วส่องพลังงานออกมาสลับกันเรื่อยๆทุกๆระยะไม่กี่มิลลิเมตร

เขตแผ่รังสีความร้อน

ภาพประกอบองค์ประกอบของพระอาทิตย์

ในส่วนของเขตแผ่รังสีความร้อน (radiation zone)ซึ่งอยู่ในตอน0.2ถึง0.7ส่วนของรัศมีพระอาทิตย์ในชั้นนี้ไม่มีการนำความร้อน (convection)เพราะว่าอัตราความไม่เหมือนของอุณหภูมิเทียบกับระยะความสูงน้อยกว่าอัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามความสูงแบบอะเดียกางว่ากล่าวก (adiabatic lapse rate)พลังงานในส่วนนี้ถูกนำออกมาภายนอกช้ามากดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนแล้ว

เขตพาความร้อน

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

โฟโตสเฟียร์

ในส่วนของโฟโตสเฟียร์ (photosphere)แสดงว่าทรงกลมที่แสงไฟซึ่งเป็นส่วนที่เรามองเห็นพระอาทิตย์แสงสว่างที่ส่งแสงในดวงอาทิตย์นั้นมีต้นเหตุจากอิเล็คตรอนชนกับอะตอมไฮโดรเจนเกิดเป็นH1112 ;เหนือชั้นนี้แดดก็จะถูกปลดปล่อยออกมาและมีอุณหภูมิลดลงตามความสูงที่มากขึ้นจนกระทั่งทำให้เห็นรอยมัวตรงขอบดวงอาทิตย์ในภาพถ่าย(ดังภาพถ่ายด้านบน)

บรรยากาศ

บรรยากาศของดวงตะวันมี3ชั้นอาทิเช่นชั้นอุณหภูมิต่ำสุด(temperature minimum) โครโมสเฟียร์ (chromosphere)เขตเปลี่ยนผ่าน(transition region) โคโรท้องนา (corona)และเฮลิโอสเฟียร์ (heliosphere) เป็นลำดับจากต่ำไปสูง

ชั้นแรกชั้นอุณหภูมิต่ำสุดมีอุณหภูมิราว4,000 เคลวินรวมถึงดก500กิโลชั้นถัดไปเป็นโครโมสเฟียร์ซึ่งแปลว่ารงคมณฑลหรือทรงกลมที่สีเหตุที่เรียกชื่อนี้ก็เนื่องจากว่าเห็นเป็นแสงสีแวบขณะเกิดสุริยอุปราคาชั้นนี้ดก2,000กิโลเมตรชั้นต่อไปเป็นเขตแปลงผ่านซึ่งอุณหภูมิอาจติดลบถึงล้านเคลวินและยิ่งต่ำขึ้นไปอีกในชั้นโคโรนาทำให้สิ่งนี้เป็นปัญหาคาใจนักวิทยาศาสตร์ซึ่งก็คาดเดาว่าอาจเป็นเพราะเนื่องจากการต่อเชื่อมทางแม่เหล็ก(magnetic connection)ชั้นที่เหลือชั้นในที่สุดเป็นเฮลิโอสเฟียร์หรือพระอาทิตย์เป็นชั้นที่อำนาจของลมสุริยะสามารถไปถึงซึ่งอาจมากกว่า20 หน่วยดาราศาสตร์ (20เท่าของระยะทางจากโลกถึงดเว้นวงอาทิตย์)