บทความเรื่องดวงอาทิตย์

บทความเรื่องดวงอาทิตย์

จากวิกิพีเดียสารานุกรมเสรี

ดวงตะวันเป็นดาวฤกษ์ ณศูนย์กลางระบบสุริยะเป็นพลาสมาร้อนทรงเกือบกลมบริบูรณ์โดยมีการเขยื้อนพาซึ่งผลิตสนามไฟฟ้าผ่านกระบวนการไดนาโมตอนนี้เป็นแหล่งพลังงานสำคัญที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตบนโลกมีเส้นผ่านศูนย์กลางคร่าวๆ1.39ล้านกิโลใหญ่กว่าโลก109เท่าและมีมวลประมาณ330,000เท่าของโลกคิดเป็นราวร้อยละ99.86ของมวลทั้งหมดของระบบสุริยะมวลคร่าวๆสามในสี่ของดวงอาทิตย์เป็นไฮโดรเจนที่เหลือเป็นฮีเลียมเป็นหลักโดยมีปริมาณธาตุหนักกว่าน้อยรวมทั้งออกสิเจนคาร์บอนนีออนรวมทั้งเหล็ก

พระอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ลำดับหลักระดับจี (G2V)ตามการจัดประเภทดาวฤกษ์ตามระดับสเปกตรัมโดยมักถูกเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า”ดาวเล็กแกร็นเหลือง”ดวงตะวันก่อตัวขึ้นเมื่อคร่าวๆ4.6พันล้านปีก่อนจากการยุบของแรงโน้มถ่วง (gravitational collapse)ของสสารข้างในบริเวณกลุ่มก้อนเมฆโมเลกุลขนาดใหญ่สสารนี้มากไม่น้อยเลยทีเดียวรวมอัดแน่นอยู่ที่ศูนย์กลางที่เหลือบีบตัวลงลงเป็นแผ่นโคจรซึ่งเปลี่ยนแปลงมาเป็นระบบสุริยะมวลศูนย์กลางร้อนและหนาแน่นเยอะมากจนกระทั่งเริ่มเกิดปฏิกิริยาอะตอมฟิวชั่น ณแก่นดาวซึ่งแน่ใจว่าเป็นขั้นตอนเกิดดาวฤกษ์ส่วนมาก

พระอาทิตย์แก่มาได้คร่าวๆครึ่งอายุขัยแล้วปราศจากความขยับเขยื้อนมากเท่าไรนักตามกำหนดกว่า4พันล้านปีมาแล้วและก็คาดว่าจะอยู่ในภาวการณ์ค่อนจะเสถียรไปแบบงี้อีก5พันล้านปีในแต่ละวินาทีปฏิกิริยาหลอมนิวเคลียส (ฟิวชัน)ของดวงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนไฮโดรเจนอะตอมปริมาณ600ล้านตันให้กลายเป็นฮีเลียมแล้วหลังจากนั้นก็แปลงสสาร4ล้านตันให้เป็นพลังงานจากปฏิกิริยาดังที่กล่าวถึงแล้วกว่าพลังงานนี้จะหนีออกมาจากแกนดวงอาทิตย์มาสู่ผิวได้ต้องใช้เวลานานราว10,000ถึง170,000ปีในอีกราว5พันล้านปีข้างหน้าเมื่อปฏิกิริยาฟิวชันไฮโดรเจนในแก่นของดวงตะวันลดน้อยลงถึงจุดที่ไม่อยู่ในดุลยภาพน้ำสถิตต่อไปแก่นของพระอาทิตย์จะมีความหนาแน่นและก็อุณหภูเขาไม่มากยิ่งขึ้นส่วนชั้นนอกของพระอาทิตย์จะขยายออกจนกระทั่งท้ายที่สุดเป็นดาวยักษ์แดงมีการคำนวณว่าพระอาทิตย์จะใหญ่พอกลืนวงโคจรในตอนนี้ของดาวพุธและดาวศุกร์และทำให้โลกอาศัยอยู่ไม่ได้

มนุษย์ทราบจุดหลักของดวงอาทิตย์ที่มีโลกมาตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์รวมทั้งบางวัฒนธรรมถือดวงตะวันเป็นทวยเทพการหมุนของโลกและก็วิถีโคจรรอบดวงอาทิตย์ของโลกเป็นหลักฐานของปฏิทินสุริยคติซึ่งเป็นปฏิทินที่ใช้กันแพร่หลายตอนนี้

ภาพรวมเกี่ยวกับดวงอาทิตย์

ดวงตะวันจัดเป็นดาวฤกษ์รุ่นที่3ซึ่งคาดคะเนกันว่าก่อตัวขึ้นโดยอิทธิพลของมหานวดาราที่อยู่ใกล้ๆ4ด้วยเหตุว่ามีการศึกษาค้นพบธาตุหนักดังเช่นว่าทองคำและยูเรเนียมในจำนวนมหาศาลซึ่งธาตุเหล่านี้อาจเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ประเภทดูดความร้อนตอนที่เกิดมหานวดาราหรือการดูดซับนิวตรอนในดาวฤกษ์รุ่นลำดับที่สองซึ่งมีมวลล้นหลาม

ปัจจุบันและอนาคตของดวงอาทิตย์

ตามการศึกษาเล่าเรียนแบบจำลองคอมพิวเตอร์เอ๋ยถึงวัฏจักรดาวฤกษ์นักดาราศาสตร์คาดคะเนว่าดวงอาทิตย์แก่ราว5,000ล้านปี5ในช่วงเวลานี้ดวงตะวันกำลังอยู่ในลำดับหลักทำหลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียมโดยทุกๆวินาทีมวลสารของดวงอาทิตย์มากกว่า4ล้านตันถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานดวงอาทิตย์ใช้เวลาโดยประมาณ1หมื่นล้านปีในการยังคงอยู่ในลำดับหลัก

เมื่อไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงของพระอาทิตย์หมดลงวาระสุดท้ายของดวงอาทิตย์ก็มาถึง(เป็นการพ้นไปจากลำดับหลัก)โดยดวงตะวันจะเริ่มพบกับตอนสุดท้ายเป็นการเปลี่ยนไปเป็นดาวยักษ์แดงภายใน4-5พันล้านปีเปลือกของดวงอาทิตย์ขยายตัวออกไปส่วนแกนนั้นยุบลงและร้อนขึ้นสลับกับเย็นลงมีการหลอมฮีเลียมเป็นคาร์บอนและออกสิเจนที่อุณหภูมิราว100ล้านเคลวินจากสถานะการณ์ข้างต้นดูราวกับว่าพระอาทิตย์จะกลืนกินโลกให้หลอมลงไปกลมกลืนแม้กระนั้นจากรายงานศึกษาวิจัยฉบับหนึ่ง6ได้ศึกษาพบว่าวิถีโคจรของโลกจะตีจากดวงอาทิตย์เพราะมวลของดวงอาทิตย์ได้สูญเสียไปจนกระทั่งแรงดึงดูดระหว่างมวลมีค่าลดลงแต่ถึงกระนั้นน้ำทะเลก็ถูกความร้อนจากดวงอาทิตย์เผาผลาญจนกระทั่งระเหยสิ้นไปในอวกาศรวมถึงบรรยากาศโลกก็หายไปกระทั่งไม่เอื้อแก่ชีวิตต่อมาได้มีการศึกษาและทำการค้นพบว่าดวงอาทิตย์นั้นจะสว่างขึ้น10 เปอร์เซนต์ทุกๆ1000ล้านปีถึงในเวลานั้นโลกก็ไม่อาจจะเอื้อต่อสิ่งมีชีวิตไปก่อนแล้วเวลาของสิ่งมีชีวิตบนโลกก็เลยเหลือแค่500ล้านปีเท่านั้น

แผนภาพชีวิตพระอาทิตย์

ภายหลังที่ดวงอาทิตย์ได้ผ่านสภาวะการเป็นดาวยักษ์แดงแล้วอุณหภูมิจากปฏิกิริยาการรวมฮีเลียมที่เพิ่มสลับกับลงภายในแกนก็จะเป็นตัวการให้ผิวดวงตะวันภายนอกผละตัวออกมาจากแกนเกิดเป็นเนบิวลาดาวนพเคราะห์แล้วสูญไปในความมืดมิดของอวกาศและเป็นเครื่องไม้เครื่องมือสำหรับสร้างดาวฤกษ์แล้วก็ระบบสุริยะรุ่นถัดไปส่วนแกนที่เหลืออยู่ก็จะกลายเป็นดาวเล็กแกร็นขาวที่ร้อนจัดแล้วก็มีแสงจางมากมายก่ายกองก่อนจะดับลงแปลงเป็นดาวเล็กแกร็นดำจากทั้งหมดที่กล่าวมานี้เป็นชีวิตของดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยถึงปานกลาง67

โครงสร้าง

ดวงอาทิตย์เป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะมีมวลคิดเป็นร้อยละ99ของระบบสุริยะพระอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่มีทรงแทบจะเป็นทรงกลมโดยมีความแบนที่ขั้วเพียงแค่หนึ่งในเก้าล้าน8ซึ่งแสดงว่าความไม่เหมือนของเส้นผ่านศูนย์กลางที่ขั้วกับเส้นผ่านศูนย์กลางที่เส้นอีเควเตอร์มีเพียง10กิโลเมตรจากการที่ดวงอาทิตย์มีเฉพาะส่วนที่เป็นพลาสมาไม่มีส่วนที่เป็นของแข็งทำให้อัตราความเร็วของการหมุนรอบข้างเองในแต่ละส่วนมีความต่างกันตัวอย่างเช่นที่เส้นอีเควเตอร์จะหมุนเร็วกว่าที่ขั้วที่เส้นอีเควเตอร์ของดวงอาทิตย์มีคาบการหมุนรอบข้างเอง25วันส่วนที่ขั้วมีคาบ35วันแต่เมื่อใคร่ครวญบนโลกแล้วจะพบว่าคาบของการหมุนรอบข้างเองที่เส้นอีเควเตอร์ของดวงอาทิตย์เป็น28วัน

พระอาทิตย์มีความหนาแน่นมากที่สุดบริเวณแกนซึ่งเป็นแหล่งผลิตพลังงานแล้วก็มีค่าลดน้อยลงแทบจะเป็นรูปเอ็กโพเนนเชียลตามระยะทางที่ห่างออกมาจากแกนและแม้ว่าด้านในพระอาทิตย์นั้นจะไม่อาจจะมองเห็นได้แม้กระนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็สามารถเล่าเรียนภายในได้ผ่านทางการใช้คลื่นสะเทือนในพระอาทิตย์

แกน

ส่วนแกนของพระอาทิตย์คาดคะเนว่ามีรัศมีเป็น0.2เท่าของรัศมีดวงตะวันความหนาแน่นราว150,000กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตรหรือ150เท่าของความหนาแน่นของน้ำบนโลกอุณหภูมิประมาณ13,600,000เคลวินตลอดชาติส่วนมากของพระอาทิตย์ภายในแกนจะมีปฏิกิริยาฟิวชันลูกโซ่โปรตอน-โปรตอนซึ่งเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมพลังงานที่ได้นี้ทำให้ที่เหลือของพระอาทิตย์สุกสว่างและก็เปล่งแสง

ทุกๆวินาทีจะมีนิวเคลียสของไฮโดรเจน3.4×1038ตัวถูกปรับเปลี่ยนเป็นฮีเลียมผลิตพลังงานได้383×1024จูลหรือเปรียบได้กับระเบิดตรีไนโตรโทลูอีน (TNT)ถึง9.15×1019กิโลพลังงานจากแกนของพระอาทิตย์ใช้เวลานานมากมายก่ายกองในการขึ้นสู่ผิวมากมายก่ายกองเป็น50ล้านปี9อย่างน้อยเป็น17,000ปี10เนื่องจากว่าโฟตอนพลังงานสูง(รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา)ถูกกลืนไปในพลาสมาแล้วส่องพลังงานออกมาสลับกันบ่อยทุกๆระยะไม่กี่มิลลิเมตร

เขตแผ่รังสีความร้อน

ภาพประกอบองค์ประกอบของพระอาทิตย์

ในส่วนของเขตแผ่รังสีความร้อน (radiation zone)ซึ่งอยู่ในตอน0.2ถึง0.7ส่วนของรัศมีพระอาทิตย์ในชั้นนี้ไม่มีการนำความร้อน (convection)เนื่องจากอัตราความไม่เหมือนของอุณหภูมิเทียบกับระยะความสูงน้อยกว่าอัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามความสูงแบบอะเดียกางว่ากล่าวก (adiabatic lapse rate)พลังงานในส่วนนี้ถูกนำออกมาข้างนอกช้าเยอะแยะดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนแล้ว

เขตพาความร้อน

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

โฟโตสเฟียร์

ในส่วนของโฟโตสเฟียร์ (photosphere)แปลว่าทรงกลมที่แสงไฟซึ่งเป็นส่วนที่เรามองเห็นพระอาทิตย์แสงที่ส่งแสงในพระอาทิตย์นั้นมีต้นเหตุที่เกิดจากอิเล็คตรอนชนกับอะตอมไฮโดรเจนเกิดเป็นH1112 ;เหนือชั้นนี้แดดก็จะถูกปลดปล่อยออกมาและก็มีอุณหภูมิลดลงตามความสูงที่มากขึ้นจนถึงทำให้แลเห็นรอยมัวตรงขอบดวงอาทิตย์ในภาพถ่าย(ดังภาพถ่ายด้านบน)

บรรยากาศ

บรรยากาศของดวงตะวันมี3ชั้นยกตัวอย่างเช่นชั้นอุณหภูมิต่ำสุด(temperature minimum) โครโมสเฟียร์ (chromosphere)เขตเปลี่ยนผ่าน(transition region) โคโรทุ่งข้าว (corona)และก็เฮลิโอสเฟียร์ (heliosphere) เป็นลำดับจากต่ำไปสูง

ชั้นแรกชั้นอุณหภูมิต่ำสุดมีอุณหภูมิราว4,000 เคลวินและดก500กิโลชั้นถัดไปเป็นโครโมสเฟียร์ซึ่งมีความหมายว่ารงคมณฑลหรือทรงกลมที่สีเหตุที่เรียกชื่อนี้ก็เนื่องจากแลเห็นเป็นแสงสีแวบขณะเกิดสุริยอุปราคาชั้นนี้ดก2,000กิโลเมตรชั้นต่อไปเป็นเขตแปลงผ่านซึ่งอุณหภูมิอาจติดลบถึงล้านเคลวินรวมถึงยิ่งต่ำขึ้นไปอีกในชั้นโคโรทุ่งข้าวทำให้สิ่งนี้เป็นปัญหาคาใจนักวิทยาศาสตร์ซึ่งก็คาดการณ์ว่าอาจเกิดจากการต่อเชื่อมทางแม่เหล็ก(magnetic connection)ชั้นที่เหลือชั้นในที่สุดเป็นเฮลิโอสเฟียร์หรือพระอาทิตย์เป็นชั้นที่อำนาจของลมสุริยะสามารถไปถึงซึ่งอาจมากกว่า20 หน่วยดาราศาสตร์ (20เท่าของระยะทางจากโลกถึงดเว้นวงอาทิตย์)