บทความเรื่องดวงอาทิตย์

บทความเรื่องดวงอาทิตย์

จากวิกิพีเดียสารานุกรมเสรี

ดวงตะวันเป็นดาวฤกษ์ ณศูนย์กลางระบบสุริยะ เป็นพลาสมาร้อนทรงแทบกลมบริบูรณ์โดยมีการเขยื้อนพาซึ่งผลิตสนามไฟฟ้าผ่านขั้นตอนการไดนาโมเดี๋ยวนี้เป็นแหล่งพลังงานสำคัญที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตบนโลกมีเส้นผ่าศูนย์กลางโดยประมาณ1.39ล้านกม.ใหญ่มากยิ่งกว่าโลก109เท่าแล้วก็มีมวลโดยประมาณ330,000เท่าของโลกคิดเป็นราวๆปริมาณร้อยละ99.86ของมวลทั้งสิ้นของระบบสุริยะมวลราวสามในสี่ของพระอาทิตย์เป็นไฮโดรเจนที่เหลือเป็นฮีเลียมเป็นหลักโดยมีจำนวนธาตุหนักกว่าบางส่วนและออกสิเจนคาร์บอนนีออนรวมทั้งเหล็ก

พระอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ลำดับหลักระดับจี (G2V)ตามการแยกจำพวกดาวฤกษ์ตามระดับสเปกตรัม โดยมักถูกเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า”ดาวแคระแกร็นเหลือง”พระอาทิตย์ก่อตัวขึ้นเมื่อราวๆ4.6พันล้านปีกลายจากการยุบของแรงโน้มถ่วง (gravitational collapse)ของสสารด้านในรอบๆกรุ๊ปก้อนเมฆโมเลกุลขนาดใหญ่สสารนี้จำนวนมากรวมอัดแน่นอยู่ที่แกนกลางที่เหลือบีบตัวลงลงเป็นแผ่นโคจรซึ่งเปลี่ยนมาเป็นระบบสุริยะมวลแกนกลางร้อนแล้วก็หนาแน่นมากมายจนกระทั่งเริ่มเกิดปฏิกิริยาปรมาณูฟิวชั่น ณแก่นดาวซึ่งมั่นใจว่าเป็นขั้นตอนกำเนิดดาวฤกษ์จำนวนมาก

พระอาทิตย์แก่มาได้โดยประมาณครึ่งอายุขัยแล้วไม่มีความเคลื่อนไหวเท่าไรนักตรงเวลากว่า4พันล้านปีมาแล้วรวมทั้งคาดว่าจะอยู่ในภาวการณ์ค่อนข้างจะเสถียรไปแบบนี้อีก5พันล้านปีในแต่ละวินาทีปฏิกิริยาหลอมนิวเคลียส (ฟิวชัน)ของดวงตะวันสามารถเปลี่ยนแปลงไฮโดรเจนอะตอมจำนวน600ล้านตันให้แปลงเป็นฮีเลียมและก็แปลงสสาร4ล้านตันให้เป็นพลังงานจากปฏิกิริยาดังกล่าวข้างต้นกว่าพลังงานนี้จะหนีออกมาจากแกนพระอาทิตย์มาสู่ผิวได้จำต้องใช้เวลานานราว10,000ถึง170,000ปีในอีกราว5พันล้านปีด้านหน้าเมื่อปฏิกิริยาฟิวชันไฮโดรเจนในแก่นของดวงตะวันลดน้อยลงถึงจุดที่ไม่อยู่ในดุลยภาพน้ำสถิตถัดไปแก่นของพระอาทิตย์จะมีความหนาแน่นและก็อุณหภูมิมากขึ้นส่วนชั้นนอกของดวงตะวันจะขยายออกจนถึงท้ายที่สุดเป็นดาวยักษ์แดง มีการคำนวณว่าดวงตะวันจะใหญ่พอกลืนวงโคจรตอนนี้ของดาวพุธแล้วก็ดาวศุกร์ แล้วก็ทำให้โลกอาศัยอยู่มิได้

มนุษย์รู้จุดสำคัญของดวงตะวันที่มีโลกมาตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์รวมทั้งบางวัฒนธรรมถือดวงตะวันเป็นเทพยดา การหมุนของโลกแล้วก็วิถีโคจรรอบพระอาทิตย์ของโลกเป็นพื้นฐานของปฏิทินสุริยคติซึ่งเป็นปฏิทินที่ใช้กันแพร่หลายในขณะนี้

ภาพรวมเกี่ยวกับดวงอาทิตย์

พระอาทิตย์จัดเป็นดาวฤกษ์รุ่นที่3ซึ่งคาดคะเนกันว่าก่อตัวขึ้นโดยอิทธิพลของมหานวดาราที่อยู่ใกล้ๆ 4 ด้วยเหตุว่ามีการศึกษาค้นพบธาตุหนักได้แก่ ทองรวมทั้งยูเรเนียมในจำนวนมากซึ่งธาตุพวกนี้อาจเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาปรมาณูจำพวกดูดความร้อนเวลาที่กำเนิดมหานวดาราหรือการดูดดูดซับนิวตรอนในดาวฤกษ์รุ่นลำดับที่สองซึ่งมีมวลมากมาย

ปัจจุบันและอนาคตของดวงอาทิตย์

ตามการเล่าเรียนแบบจำลองคอมพิวเตอร์เกี่ยวกับวัฏจักรดาวฤกษ์นักดาราศาสตร์คาดการณ์ว่าดวงตะวันแก่โดยประมาณ5,000ล้านปี5 ตอนนี้ดวงตะวันกำลังอยู่ในลำดับหลักทำหลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียมโดยทุกๆวินาทีมวลสารของพระอาทิตย์มากยิ่งกว่า4ล้านตันถูกกลายเป็นพลังงานดวงตะวันใช้เวลาคร่าวๆ1หมื่นล้านปีสำหรับการยังคงอยู่ในลำดับหลัก

เมื่อไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงของดวงตะวันหมดลงวาระสุดท้ายของพระอาทิตย์ก็มาถึง(เป็นการพ้นไปจากลำดับหลัก)โดยดวงตะวันจะเริ่มเจอกับวาระสุดท้ายเป็นการแปรเปลี่ยนไปเป็นดาวยักษ์แดงข้างใน4-5พันล้านปีเปลือกนอกของดวงตะวันขยายตัวออกไปส่วนแกนนั้นยุบลงแล้วก็ร้อนขึ้นสลับกับเย็นลงมีการหลอมฮีเลียมเป็นคาร์บอนและก็ออกสิเจนที่อุณหภูมิราว100ล้านเคลวินจากเหตุการณ์ข้างต้นดูเหมือนพระอาทิตย์จะกลืนรับประทานโลกให้หลอมลงไปกลมกลืนแม้กระนั้นจากรายงานศึกษาค้นคว้าฉบับหนึ่ง6ได้เรียนรู้พบว่าวิถีโคจรของโลกจะตีจากพระอาทิตย์เนื่องจากมวลของดวงตะวันได้สูญเสียไปจนกระทั่งแรงดึงดูดระหว่างมวลมีค่าน้อยลงแต่ว่าแต่กระนั้นน้ำทะเลก็ถูกความร้อนจากพระอาทิตย์เผาผลาญจนถึงระเหยสิ้นไปในอวกาศแล้วก็บรรยากาศโลกก็สูญไปกระทั่งไม่เอื้อแก่ชีวิตถัดมาได้มีการศึกษาและทำการค้นพบว่าดวงตะวันนั้นจะสว่างขึ้น10 เปอร์เซนต์ทุกๆ1000ล้านปีถึงในขณะนั้นโลกก็ไม่สามารถที่จะเอื้อต่อสิ่งมีชีวิตไปก่อนแล้วเวลาของสิ่งมีชีวิตบนโลกก็เลยเหลือเพียงแค่500ล้านปีเพียงแค่นั้น

แผนภาพชีวิตพระอาทิตย์

ภายหลังที่พระอาทิตย์ได้ผ่านภาวะการเป็นดาวยักษ์แดงแล้วอุณหภูมิจากปฏิกิริยาการรวมฮีเลียมที่เพิ่มสลับกับลงด้านในแกนก็จะเป็นตัวการให้ผิวพระอาทิตย์ข้างนอกผละตัวออกมาจากแกนกำเนิดเป็นเนบิวลาดาวพระเคราะห์ แล้วหายไปในความมืดดำมิดของอวกาศรวมทั้งเป็นสิ่งของสำหรับสร้างดาวฤกษ์รวมทั้งระบบสุริยะรุ่นต่อไปส่วนแกนที่เหลืออยู่ก็จะเปลี่ยนเป็นดาวเล็กแกร็นขาวที่ร้อนมากและก็มีแสงจางมากมายก่อนที่จะดับลงแปลงเป็นดาวเล็กแกร็นดำ จากทั้งหมดทั้งปวงที่กล่าวมานี้เป็นชีวิตของดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยถึงปานกลาง67

โครงสร้าง

ดวงตะวันเป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะมีมวลคิดเป็นจำนวนร้อยละ99ของระบบสุริยะดวงตะวันเป็นดาวฤกษ์ที่มีทรงเกือบจะเป็นทรงกลมโดยมีความแบนที่ขั้วเพียงแค่หนึ่งในเก้าล้าน8 ซึ่งมีความหมายว่าความต่างของเส้นผ่าศูนย์กลางที่ขั้วกับเส้นผ่าศูนย์กลางที่เส้นอีเควเตอร์มีเพียงแต่10กม.จากการที่ดวงตะวันมีเฉพาะส่วนที่เป็นพลาสมาไม่มีส่วนที่เป็นของแข็งทำให้อัตราความเร็วของการหมุนรอบกายเองในแต่ละส่วนมีความแตกต่างกันตัวอย่างเช่นที่เส้นอีเควเตอร์จะหมุนเร็วกว่าที่ขั้วที่เส้นอีเควเตอร์ของพระอาทิตย์มีคาบการหมุนรอบข้างเอง25วันส่วนที่ขั้วมีคาบ35วันแม้กระนั้นเมื่อดูบนโลกแล้วจะพบว่าคาบของการหมุนรอบข้างเองที่เส้นอีเควเตอร์ของดวงตะวันเป็น28วัน

พระอาทิตย์มีความหนาแน่นสูงที่สุดรอบๆแกนซึ่งเป็นแหล่งผลิตพลังงานและก็มีค่าลดน้อยลงเกือบจะเป็นรูปเอ็กโพเนนเชียลตามระยะทางที่ห่างออกมาจากแกนรวมทั้งถึงแม้ว่าข้างในดวงตะวันนั้นจะไม่อาจจะเห็นได้แต่ว่านักวิทยาศาสตร์ก็สามารถศึกษาเล่าเรียนด้านในได้ผ่านทางการใช้คลื่นกระเทือนในดวงตะวัน

แกน

ส่วนแกนของพระอาทิตย์คาดคะเนว่ามีรัศมีเป็น0.2เท่าของรัศมีดวงตะวันความหนาแน่นโดยประมาณ150,000กิโลต่อลูกบาศก์เมตรหรือ150เท่าของความหนาแน่นของน้ำบนโลกอุณหภูมิราวๆ13,600,000เคลวินชั่วชีวิตจำนวนมากของพระอาทิตย์ข้างในแกนจะมีปฏิกิริยาฟิวชันลูกโซ่โปรตอน-โปรตอนซึ่งแปลงไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมพลังงานที่ได้นี้ทำให้ที่เหลือของพระอาทิตย์สุกสว่างแล้วก็ฉายแสง

ทุกๆวินาทีจะมีนิวเคลียสของไฮโดรเจน3.4×1038 ตัวถูกดัดแปลงเป็นฮีเลียมผลิตพลังงานได้383×1024 จูลหรือเทียบเคียงได้กับดักระเบิดสามไนโตรโทลูอีน (TNT)ถึง9.15×1019โลพลังงานจากแกนของพระอาทิตย์ใช้เวลานานมากมายสำหรับเพื่อการขึ้นสู่ผิวเป็นอย่างมากเป็น50ล้านปี9 ขั้นต่ำเป็น17,000ปี10เพราะเหตุว่าโฟตอนพลังงานสูง(รังสีเอกซ์รวมทั้งรังสีแกมมา)ถูกดูดไปในพลาสมาแล้วเปล่งแสงพลังงานออกมาสลับกันเรื่อยทุกๆระยะไม่กี่มม.

เขตแผ่รังสีความร้อน

ภาพอธิบายส่วนประกอบของพระอาทิตย์

ในส่วนของเขตแผ่รังสีความร้อน (radiation zone)ซึ่งอยู่ในตอน0.2ถึง0.7ส่วนของรัศมีดวงตะวันในชั้นนี้ไม่มีการนำความร้อน (convection)เพราะเหตุว่าอัตราความไม่เหมือนของอุณหภูมิเทียบกับระยะความสูงน้อยกว่าอัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามความสูงแบบอะเดียกางว่ากล่าวก (adiabatic lapse rate)พลังงานในส่วนนี้ถูกนำออกมาด้านนอกช้ามากมายตามที่ได้กล่าวไว้ก่อนแล้ว

เขตพาความร้อน

ในส่วนของเขตพาความร้อน(convection zone)ซึ่งอยู่รอบๆเปลือกนอกที่เหลือเป็นส่วนที่พลังงานถูกระบายผ่านแท่งความร้อน(heat column)โดยเนื้อสารที่ร้อนและก็มีพลังงานเริ่มจากข้างล่างแล้วไหลขึ้นข้างบนจนกระทั่งผิวแล้วระบายความร้อนรวมทั้งกลับลงไปใหม่แท่งความร้อนสามารถพินิจได้จาก“เกล็ด”บนรูปถ่ายผิวดวงตะวัน

โฟโตสเฟียร์

ในส่วนของโฟโตสเฟียร์ (photosphere)แสดงว่าทรงกลมที่แสงสว่างซึ่งเป็นส่วนที่พวกเราเห็นพระอาทิตย์แสงไฟที่เปล่งแสงในพระอาทิตย์นั้นมีต้นเหตุจากอิเล็คตรอนชนกับอะตอมไฮโดรเจนกำเนิดเป็นH1112 เหนือชั้นนี้แสงแดดก็จะถูกปล่อยออกมาแล้วก็มีอุณหภูมิลดลงตามความสูงที่มากขึ้นจนถึงทำให้มองเห็นรอยมัวตรงขอบดวงตะวันในรูปภาพถ่าย(ดังรูปข้างบน)

บรรยากาศ

บรรยากาศของพระอาทิตย์มี3ชั้นดังเช่นว่า ชั้นอุณหภูมิต่ำสุด(temperature minimum) วัวรโมสเฟียร์ (chromosphere)เขตเปลี่ยนแปลงผ่าน(transition region) วัวโรที่นา (corona)รวมทั้งเฮลิโอสเฟียร์ (heliosphere) เป็นลำดับจากต่ำไปสูง

ชั้นแรกชั้นอุณหภูมิต่ำสุดมีอุณหภูมิโดยประมาณ4,000 เคลวิน รวมทั้งดก500กม.ชั้นต่อไปเป็นวัวรโมสเฟียร์ซึ่งมีความหมายว่ารงคมณฑลหรือทรงกลมที่สีเหตุที่เรียกชื่อนี้ก็เพราะเหตุว่ามองเห็นเป็นแสงสีแวบขณะกำเนิดสุริยคราสชั้นนี้ดก2,000กิโลชั้นถัดไปเป็นเขตแปลงผ่านซึ่งอุณหภูมิบางทีอาจติดลบถึงล้านเคลวินแล้วก็ยิ่งต่ำขึ้นไปอีกในชั้นวัวโรที่นาทำให้สิ่งนี้คือปัญหาคาใจนักวิทยาศาสตร์ซึ่งก็คาดคะเนว่าอาจจะเกิดขึ้นเนื่องมาจากการต่อเชื่อมทางแม่เหล็ก(magnetic connection)ชั้นที่เหลือชั้นท้ายที่สุดเป็นเฮลิโอสเฟียร์หรือวงตะวันเป็นชั้นที่อำนาจของลมสุริยะสามารถไปถึงซึ่งอาจมากกว่า20 หน่วยดาราศาสตร์ (20เท่าของระยะทางจากโลกถึงดเว้นวงอาทิตย์)