ดวงอาทิตย์คือดาวฤกษ์ดวงหนึ่ง เป็นดาวฤกษ์ที่สำคัญในระบบสุริยะเป็นดาวฤกษ์ สีเหลือง มีอายุเกือบ 5,000 ล้านปี อยู่ห่าจากโลกของ เราประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร แสงจากดวงอาทิตย์ใช้เวลา เดินทาง มายังโลกเพียง 8.3 นาที หรือ 499 วินาทีเท่านั้น พลังงานจำนวนมหาศาล ในดวงอาทิตย์ได้มา จากการเปลี่ยนก๊าซไฮโดรเจนเป็น ฮีเลียมที่อุณหภูมิประมาณ 15 ล้านเคลวิน หรือประมาณ 27 ล้านองศาฟาเรนไฮต์ มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่มากกว่าโลกของเรา109 เท่า มีปริมาตร 1,300,000 เท่าของโลก และมีมวล มากกว่าโลกของเรา 333,434 เท่า ดวงอาทิตย์คือ ก้อนก๊าซขนาดมหึมาที่ลอยอยู่ในอากาศ พื้นผิวของดวงอาทิตย์ที่ส่องแสงสว่างจ้า มีการระเบิดที่รุนแรงและแปรปรวนอยู่ตลอดเวลา ไม่เคยหยุดนิ่ง เนื้อสารของดวงอาทิตย์ทั้งปวงเป็นกาซ์ เนื่องจากอุณหภูมิภายในดวงอาทิตย์สูงมากจนสสารทุกชนิดแม้แต่เหล็กและทองคำระเหยกลายเป็นไอ หากนักบินอวกาศขับยานอวกาศสมมติที่สามารถทนความร้อนนับสิบล้านเคลวิน บินตรงเข้าไปดวงอาทิตย์ ยานอวกาศลำนั้นจะบินทะลุดวงอาทิตย์ไปโดยไม่ชนกับของแข็งใดๆเลยดวงอาทิตย์ประกอบด้วยไฮโดรเจนประมาณ 70% ฮีเลียม 28% และธาตุหนักอื่นๆประมาณ 2% โดยมวล ดวงอาทิตย์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,392,000 กิโลเมตร หรือเท่ากับ 109 เท่าของเส้นผานศูนย์กลางของโลกและมีมวลถึง 2,000 ล้านล้านล้านล้านตัน ซึ่งคิดเป็นมวลกว่า 98 % ของมวลของวัตถุทั้งหมดในระะบบสุริยะ ด้วยเหตุนี้ดวงอาทิตย์จึงเป็นเสมือนหัวหน้าครอบครัว ที่ดึงดูดดาวเคราะห์ทุกดวงและวัตถุในระบบสุริยะรวมทั้งโลกของเราให้โคจรไปรอบๆ ก๊าซชั้นนอกของดวงอาทิตย์มีความหนาแน่นไม่มากนัก แต่นํ้าอันมหาศาลทำให้บริเวณที่อยู่ลึกลงไปภายใต้พื้นผิวของดวงอาทิตย์มีความหนาแน่นสูงอย่างยิ่งยวด มวลกว่า 60 %ของดวงอาทิตย์กระจุกกันอยุ่ตรงแหนกลางที่มีรัสมีประมาณ 200,000 กิโลเมตรเท่านั้น ดังจะเห็นได้จากกาซปริมาณแกนกลางของดวงอาทิตย์ที่แม้มีปริมาตรเพียง 1 ลูกบาศก์เมตร ก็จะมีน้าหนักถึง 160 ตัน ความหนาแน่นดังกล่าว ส่งผลให้อุณหภูมิที่แกนกลางสูงพอที่จะจุดเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานตามธรรมชาติที่มีขนาดใหญ่ และสำคัญที่สุดของระบบสุริยะได้ พลังงานที่เกิดขึ้นจากเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์จะแผ่ออกมายังบริเวณผิวโดยรอบ ทำให้ผิวของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงประมาฯ 5,700 – 5,800 เคลวิน อันเป็นอุณหภูมิที่สูงมากแต่ก็ไม่อาจเทียบได้กับอุณหภูมิ 15 ล้านเคลวินที่แกนกลาง ดวงอาทิตย์ไม่มีพันธะใดๆ ที่ยึดเหนี่ยวเนื้อสารที่เป็นก๊าซเข้าไว้ด้วยกัน แต่ดวงอาทิตย์ก็คงรูปอยุ่ได้ ด้วยความสมดุลของแรง เนื่องความดันจาการระเบิดภายในที่มีทิศพุ่งออกจากแกนกลาง และน้าหนักของมวลสารที่ออกแรงกดเข้าสู่แกนกลาง ความสมดุลนี้เองที่ทำให้ดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ทุกดวงบนท้องฟ้าสามารถคงรูปเป็นดวงดาวอยู่ได้ ปัจจุบัน มียานสำรวจหลายลำฝ่ารังสีความร้อนและรังสีอันรุนแรง เพื่อเข้าไปสำรวจดวงอาทิตย์อย่างใกล้ชิดและส่งข้อมูลกลับมาให้นักวิทยาศาสตร์บนโลกได้ศึกษา เพียงช่วงเวลาไม่ถึง 30 ปี ที่ผ่านมา ความเข้าใจในธรรมชาติของดวงอาทิตย์ของเราได้เพิ่มมากขึ้นหลายเท่าตัวขององค์ความรู้ในอดีตรวมกัน อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีที่ยังไม่สามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์ลำและทำนายพฤติกรรมดวงอาทิตย์ได้อย่างเที่ยงตรง แสดงให้เห็นว่า ยังมีธรรมชาติของดวงอาทิตย์อีกมากมายที่เรายังไม่ค้นพบ และยังไม่เข้าใจ การศึกษาพฤติกรรมดวงอาทิตย์มีความสำคัญมาก เพราะกลไกลภายในและปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นดวงอาทิตย์ก็เกิดขึ้นบนดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ในลักษณะที่คล้ายกันด้วย นักศึกษาจึงศึกษาดวงอาทิตย์เพื่อที่จะเข้าใจธรรมชาติของดาวฤกษ์มากขึ้น
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันเกือบทั้งหมดเกิด ขึ้นที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ ในตอนเริ่มต้นที่แกนกลางนี้มีองค์ประกอบเหมือนส่วนอื่น ๆ ของดวงอาทิตย์ คือ ไฮโดรเจน 72% ฮีเลียม 26% และธาตุหนักอื่น ๆ (คาร์บอน,ไนโตรเจน,ออกซิเจน, ...) รวม 2% ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนี้ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบของดวง อาทิตย์อย่างช้าๆ ซึ่งในปัจจุบันองค์ประกอบที่แกนกลางของดวงอาทิตย์กลายเป็น ไฮโดรเจน 35%, ฮีเลียม 63%, และธาตุอื่น ๆ (คาร์บอน,ไนโตรเจน,ออกซิเจน, ...) 2% ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันภายในดวงอาทิตย์ สามารถเกิดขึ้นได้เพราะที่แกนกลางดวงอาทิตย์นั้นมีอุณหภูมิสูงและมีความหนา แน่นมาก ปกติแล้วนิวเคลียส 2 นิวเคลียสจะผลักกันตามแรงคูลอมบ์ (Coulomb’s force) เนื่องจากมีประจุบวกเหมือนกัน แต่ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงมากพอและมีความหนาแน่นมากจนกระทั่ง นิวเคลียสทั้งสองอยู่ใกล้กันมากจนกระทั่งสามารถเอาชนะแรงคูลอมบ์และเกิดปฏิ กิริยานิวเคลียร์ฟิวชันได้ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันในดวงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นมากที่สุดคือ ปฏิกิริยาโปรตอน-โปรตอน (p-p reaction) กระบวนการนี้เกิดจากนิวเคลียสของไฮโดรเจนซึ่งก็คือโปรตอน 2 นิวเคลียสรวมกัน ปฏิกิริยานี้ยังให้นิวตริโนออกมาอีกด้วย โฟตอนพลังงานสูง (high energy photons) หรือรังสีแกมมา (gamma rays) และรังสีเอ็กซ์ (X-rays) ที่ถูกปลดปล่อยจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันนี้ใช้เวลานานมากกว่าจะเดินทาง มาถึงผิวของดวงอาทิตย์ เนื่องจากแต่ละครั้งที่โฟตอนถูกชนจะเปลี่ยนทิศทางไปเรื่อย ๆ และพลังงานลดลง ทำให้โฟตอนที่ออกจากผิวดวงอาทิตย์จะอยู่ในช่วงแสงที่มนุษย์เราสามารถมองเห็น ได้ รังสีแกมมาแต่ละความยาวคลื่นในแกนของดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนเป็นโฟตอนของแสงที่ ตามนุษย์มองเห็น (visible light) หลายล้านตัว โฟตอนเหล่านี้ผ่านการถ่ายเทหลายชั้นจนถึงชั้น โฟโตสเฟียร์ และในที่สุดก็จะออกมาเป็นแสง แกนกลาง ของดวงอาทิตย์ เป็นบริเวณตั้งแต่ใจกลางของดวงอาทิตย์จนกระทั่งถึงหนึ่งในสี่ของระยะทางสู่ ผิวของดวงอาทิตย์ แกนกลางมีปริมาตรประมาณ 2% ของดวงอาทิตย์ แต่มีมวลถึงประมาณครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ อุณหภูมิที่สูงที่สุดมีค่าประมาณ 15 ล้านเคลวิน มีความหนาแน่นประมาณ 150 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร หรือประมาณเกือบ 15 เท่าของความหนาแน่นของตะกั่ว สาเหตุที่แกนกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงมาก และมีความหนาแน่นสูงมากเป็นเพราะว่าแกนกลางนี้มีความดันสูงมาก ๆ สูงในระดับที่มากกว่าความดันของบรรยากาศโลกประมาณสองแสนล้านเท่าของบรรยากาศ ของโลกที่ระดับน้ำทะเล ความดันที่สูงมากของแกนกลางนี้เองทำให้แก๊สไม่สามารถยุบตัวและดวงอาทิตย์ สามารถคงรูปอยู่ได้
ตามการศึกษาแบบจำลองคอมพิวเตอร์ว่าด้วย วัฏจักรดาวฤกษ์ นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่าดวงอาทิตย์มีอายุประมาณ 4,570 ล้านปีในขณะนี้ดวงอาทิตย์กำลังอยู่ในลำดับหลัก ทำการหลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม โดยทุกๆ วินาที มวลสารของดวงอาทิตย์มากกว่า 4 ล้านตันถูกเปลี่ยนเป็นพลังงาน ดวงอาทิตย์ใช้เวลาโดยประมาณ 1 หมื่นล้านปีในการดำรงอยู่ในลำดับหลัก เมื่อไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงของดวงอาทิตย์หมดลง วาระสุดท้ายของดวงอาทิตย์ก็มาถึง (คือการพ้นไปจากลำดับหลัก) โดยดวงอาทิตย์จะเริ่มพบกับจุดจบคือการแปรเปลี่ยนไปเป็นดาวยักษ์แดงภายใน 4-5 พันล้านปี ผิวนอกของดวงอาทิตย์ขยายตัวออกไป ส่วนแกนนั้นยุบตัวลงและร้อนขึ้นสลับกับเย็นลง มีการหลอมฮีเลียมเป็นคาร์บอนและออกซิเจนที่อุณหภูมิราว 100 ล้านเคลวิน จากสถานการณ์ข้างต้นดูเหมือนว่าดวงอาทิตย์จะกลืนกินโลกให้หลอมลงไปเป็นเนื้อ เดียวกัน แต่จากรายงานวิจัยฉบับหนึ่งได้ศึกษาพบว่าวงโคจรของโลกจะตีตัวออกห่างดวง อาทิตย์เพราะมวลของดวงอาทิตย์ได้สูญเสียไป จนแรงดึงดูระหว่างมวลมีค่าลดลง แต่ถึงกระนั้น น้ำทะเลก็ถูกความร้อนจากดวงอาทิตย์เผาผลาญจนระเหยสิ้นไปในอวกาศ และบรรยากาศโลกก็อันตรธานไปจนไม่เอื้อแก่ชีวิตต่อมาได้มีการค้นพบ ว่าดวงอาทิตย์นั้นจะสว่างขึ้น 10 เปอร์เซนต์ ทุกๆ 1000ล้านปี ถึงตอนนั้นโลกก็ไม่อาจจะเอื้อ ต่อสิ่งมีชีวิตไปก่อนแล้ว เวลาของสิ่งมีชีวิตบนโลก จึงเหลือแค่ 500ล้านปีเท่านั้น
แกน (Core) : บริเวณที่ผลิตพลังงาน
แกนกลาง ของดวงอาทิตย์ เป็นบริเวณตั้งแต่ใจกลางของดวงอาทิตย์จนกระทั่งถึงหนึ่งในสี่ของระยะทางสู่ ผิวของดวงอาทิตย์ แกนกลางมีปริมาตรประมาณ 2% ของดวงอาทิตย์ แต่มีมวลถึงประมาณครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ อุณหภูมิที่สูงที่สุดมีค่าประมาณ 15 ล้านเคลวิน มีความหนาแน่นประมาณ 150 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร หรือประมาณเกือบ 15 เท่าของความหนาแน่นของตะกั่ว สาเหตุ ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงมาก และมีความหนาแน่นสูงมากเป็นเพราะว่าแกนกลางนี้มีความดันสูงมาก ๆ สูงในระดับที่มากกว่าความดันของบรรยากาศโลกประมาณสองแสนล้านเท่าของบรรยากาศ ของโลกที่ระดับน้ำทะเล ความดันที่สูงมากของแกนกลางนี้เองทำให้แก๊สไม่สามารถยุบตัวและดวงอาทิตย์ สามารถคงรูปอยู่ได้
ปฏิกิริยาฟิวชัน ณ ศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ ที่ศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ นิวเคลียสของไฮโดรเจน 4 อะตอม หรือ โปรตอน (สัญลักษณ์ P ในภาพ) 4 อนุภาค เกิดปฏิกิริยารวมตัวเป็นนิวเคลียสของฮีเรียม 1 อะตอม อันประกอบด้วย โปรตอน 2 อนุภาค และนิวตรอน(สัญลักษณ์ N ในภาพ) 2 อนุภาค และปลดปล่อยพลังงานตามสมการ E = mc2 ปฏิกิริยาฟิวชันของไฮโดรเจนนี้ จะเกิดขึ้นได้ในสภาวะที่พิเศษมากเท่านั้น คือ ต้องมีอุณหภูมิสูงกว่า 10 ล้านเคลวินขึ้นไป ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ที่มีอุณหภูมิสูงถึง 15 ล้านเคลวิน ปฏิกิริยาฟิวชันจึงจะเกิดขึ้นได้อย่างต่อเนื่องทุกๆนาที ดวงอาทิตย์จุดระเบิดไฮโดรเจนมวล 610 ล้านตัน ให้รวมตัวกันเป็นฮีเลียมจำนวน 606 ล้านตัน โดยมวลสาร 4 ล้านตัน ที่หายไปจะสลายตัวเป็นพลังงานนั้นคือ ทุกๆ วินาทีดวงอาทิตผลิตพลังงานประมาณ360,000,000,000,000,000,000,000,000 จูล ซึ่งคิดเป็นพลังงานเท่ากับพลังงานไฟฟ้าที่สามารถจ่ายให้กับประเทศไทยทั้งประเทศในปัจุบันได้เป็นเวลาถึง 97 ล้านปี
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น