โลก ดวงดาว และดาราศาสตร์

ลำดับตอนที่ #10 : ดาวฤกษ์ 02

                ดาวฤกษ์ก็คือ ดวงอาทิตย์ ดวงหนึ่ง ที่อยู่ห่างไกล โลกของเราออกไปมาก จนมีแสงริบหรี่ ดาวฤกษ์ดวงที่อยู่ใกล้โลกที่สุด(ไม่นับดวงอาทิตย์) คือ ดาว Proxyma Centauri ซึ่งอยู่ห่างโลก เป็นระยะทางไกลมาก และไม่นิยมบอกระยะห่าง จากโลกเราเป็น กิโลเมตร หรือเป็นไมล์ เพราะจะมีตัวเลขมากมาย เกินไป แต่จะใช้หน่วย ปีแสง แทน ดาว Proxyma Centauri นั้นอยู่ห่างจากโลก ประมาณ 4.2 ปีแสง คือ ณ ขณะหนึ่งขณะใดที่เรามองดูดาวดวงนี้ หมายถึงว่า เรากำลังมองดูแสงและเหตุการณ์ ที่เกิดขึ้นบนดาวดวงนี้ เมื่อ 4.2 ปีมาแล้ว เนื่องจากดวงอาทิตย์ เป็นดาวฤกษ์ ดวงหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์ จึงสันนิษฐาน ว่าน่าจะมีดาวเคราะห์ เป็นบริวารของ ดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ด้วยเช่นเดียวกัน ซึ่งในขณะนี้ กำลังมีการศึกษา ค้นคว้าในเรื่องดังกล่าวกันมาก

                ดาวฤกษ์มีพลังงานมหาศาลมากเนื่องจากพลังงานจากดาวฤกษ์นั้นเป็นพลังงานNuclear Fusion ซึ่งจะให้พลังงานออกมามากมาย มหาศาลซึ่งในโลกเรายังไม่มีการใช้พลังงานNuclearชนิดนี้เนื่องจาก ไม่สามารถที่จะควบคุมการปล่อยพลังงานออกมาได้ซึ่งอาจทำให้โลกเรานั้นถูกทำลายได้ ดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่ๆนั้นจะมีสี น้ำเงิน ซึ่งจะมีพลังงานและอุณหภูมิสูงมาก ดาวฤกษ์มักมีบริวารเป็นดาวเคราะห์ต่างๆ อุกกาบาต ดาวหาง เป็นต้นซึ่งเมื่ออยู่รวมตัว กันกับดาวฤกษ์แล้วเราก็จะ เรียกว่า ระบบสุริยะ SolarSystem อย่างเช่นระบบสุริยะ ที่โลกเราอยู่

                                                ชนิดของดาวฤกษ์ ( แบ่งตามสีและอุณหภูมิผิว )

เมื่อนำแสงของดาวฤกษ์มาวิเคราะห์ สามารถแบ่งชนิดของดาวฤกษ์ตามสีและอุณหภูมิผิวได้เป็น 7 แบบหลัก ๆ คือแบบ O B A F G K และ M ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์แบบ G มีสีเหลือง อุณหภูมิผิวราว 6,000 เคลวิน แผนผังเฮิรตซ-รัสเซล(Hertzsprung-Russell Diagram) แต่ละจุด มาจากข้อมูล ของดาวฤกษ์แต่ละดวง ด้วยการนำสี ความสว่างและอุณหภูมิผิวของดาวมาสัมพันธ์กัน ดาวฤกษ์จะแยกชนิด และรวมกันเป็นกลุ่ม ตามขนาดและความสว่างของดาว ชนิดที่สำคัญได้แก่ ดาวยักษ์ใหญ่ (Super Giant stars) ดาวยักษ์ (Giant stars) ดาวสามัญ(Main sequence stars) และดาวแคระขาว(White dwarf stars) เป็นต้น ดวงอาทิตย์อยู่ในกลุ่มดาวสามัญ ตัวอย่างของดาวฤกษ์บางดวงในแผนผังเฮิรตซปรุง-รัสเซล ดาวที่อยู่ ในกลุ่ม ของดาวสามัญ คือดาวที่อยู่ในสภาพสมดุลย ซึ่งเป็นช่วงที่ ยาวนานที่สุด ของชีวิต ดาวฤกษ์ ที่กำลัง เข้าใกล้จุดจบของชีวิต

                                                      วิวัฒนาการของดาวฤกษ์

                เมื่อเนบิวลาเกิดการยุบตัวจนศูนย์กลาง มีอุณหภูมิสูงมากเกิดปฏิกริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ ปล่อยพลังงานมหาศาล ออกมาต่อต้านการยุบตัว เมื่อแรงทั้งสองเท่ากัน ดาวฤกษ์อยู่ในสภาพสมดุลย เป็นดาวฤกษ์ ในกลุ่มของดาวสามัญ ซึ่งเป็นช่วงยาวนานที่สุดของชีวิต แต่จุดจบของดาวฤกษ์ จะแตกต่างกันขึ้นกับขนาดและมวลของดาวฤกษ์ดวงนั้น

                ดาวฤกษ์ที่มีมวลพอ ๆ กับดวงอาทิตย์จะขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดง เกิดระเบิดเป็นโนว่า มวลที่ศูนย์กลาง จะถูกอัดแน่น เป็นดาวแคระขาวค่อย ๆ มีแสงริบหรี่ลง... จนมองไม่เห็น จบชีวิตการเป็นดาวฤกษ์ไปอย่างสงบ ดาวฤกษ์ที่มีมวล มากกว่าดวงอาทิตย์จะขยายตัวเป็นดาวยักษ์ใหญ่ เกิดการระเบิดอย่างรุนแรง เป็นซุปเปอร์โนว่า มวลที่ศูนย์กลาง ถูกแรงอัดมหาศาล เป็นดาวนิวตรอน (Neutron star) ซึ่งเป็นดาวที่มีขนาดเล็กมาก มีมวลและความหนาแน่น สูง มากหมุนรอบตัวเองอย่างรวดเร็วปล่อยคลื่นวิทยุออกมาเป็นช่วง ๆ เรียกว่า พัลซ่าร์ (Pulsar) และถ้าดาวมีมวล มากกว่าดวงอาทิตย์มาก ๆ หลังการระเบิดรุนแรงเป็นซุปเปอร์โนว่า จะมีแรงอัดรุนแรง มหาศาลยิ่งอัดมวล ให้มี ขนาดเล็กลง ไปอย่างไม่มีที่สิ้นสุด จึงมีแรงโน้มถ่วงมหาศาล ดูดได้ทุกอย่าง แม้กระทั่งแสง เรียกว่า หลุมดำ (Black Hole)

ความสว่าง  สีความสว่างและโชติมาตรของดาว

                โดยทั่วไปดาวจะปรากฏสว่างมากหรือน้อยไม่ได้ขึ้นอยู่กับความสว่างจริงเพียงอย่างเดียวแต่ขึ้นอยู่กับระยะทางของดาว  จึงนิยามความสว่างจริงของดาวเป็น  โชติมาตรสัมบูรณ์สีของดาวฤกษ์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของดาวแต่ละดวง  ดาวฤกษ์เป็นก้อนก๊าซสว่างที่มีอุณหภูมิสูง  พลังงานที่เกิดขึ้นภายในดวงจะส่งผ่านออกทางบรรยากาศที่เรามองเห็นได้  เรียกบรรยากาศชั้นนี้ว่า    ชั้นโฟโตสเฟียร์พร้อมทั้งการแผ่รังสีอินฟราเรด  รังสีอุลตราไวโอเลต  เอกซเรย์  รวมทั้งคลื่นวิทยุ  คลื่นแสงที่ตามองเห็น  การพิจารณาอุณหภูมิของดาวฤกษ์กับสี  พบว่า  อุณหภูมิต่ำ  จะปรากฏเป็นสีแดงและถ้าอุณหภูมิสูง จะปรากฏเป็นสีน้ำเงินและกลายเป็น  สีขาว  โดยมีการกำหนด  ดาวสีน้ำเงิน  อุณหภูมิสูงเป็นพวกดาว  O ดาวสีแดงเป็นพวก M  และเมื่อเรียงลำดับอุณหภูมิสูงลงไปหาต่ำ  สเปคตรัมของดาวได้แก่  O - B - A - F - G - K - M ดวงอาทิตย์จัดเป็นพวก  G  ซึ่งมีอุณหภูมิปานกลาง4.3 วิวัฒนาการของดาวฤกษ์  ดาวเกิดจากกลุ่มก๊าซและฝุ่นที่หดตัวลงเนื่องจากโน้มถ่วงของตัวเอง  ขณะที่กลุ่มก๊าซและฝุ่นนี้หดตัว  พลังงานศักย์โน้มถ่วงบางส่วนจะกลายเป็นพลังงานจลน์หรือพลังงานความร้อน  และบางส่วนคายออกมาสู่ภายนอก  จากการคำนวณพบว่า  ใจกลางจะสะสมมวลและโตขึ้นจนกลายเป็นดาวในเวลาประมาณ  1 ล้านปี  อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็วพร้อมกับที่ใจกลางของดาวเริ่มเกิดขึ้น  และอนุภาคตรงใจกลางจะกลายเป็นไอ  โมเลกุล (โดยเฉพาะไฮโดรเจน) จะแตกตัวเป็นอะตอม  และในที่สุดจะแตกตัวเป็นอิออน  ฝุ่นจากภายนอกใจกลางจะบดบังแสงจากใจกลางดาวจนมองไม่เห็น  ต่อมาอนุภาคและฝุ่นจะดูดกลืนรังสีจากใจกลางและคายพลังงานกลับออกมาเป็นรังสีอินฟาเรด  ทำให้กลุ่มก๊าซมีความทึบแสงจนในที่สุดกลุ่มก๊าซและฝุ่นจะตกลงในใจกลางจนหมดสิ้น  ดังนั้นดาวที่เกิดใหม่จึงส่องรังสีอินฟาเรด  ต่อมาเมื่อกลุ่มฝุ่นที่บดบังดาวเจือจางลง  ดาวจะเริ่มส่องแสงออกมาให้เห็นโดยมีอุณหภูมิตั้งแต่  4,000 – 7,000  องศาเซลเซียส  ขึ้นอยู่กับมวลและการหดตัวจะดำเนินต่อไป  จนอุณหภูมิที่ใจกลางสูงพอที่ไฮโดรเจนจะติดไฟได้  จึงเริ่มนับกลุ่มก๊าซและฝุ่นมีสภาพเป็นดาวอายุ 0 ปี  เมื่อไฮโดรเจนติดไฟ หรือปฏิกิริยานิวเคลียร์เริ่มต้น  ความดันภายในดวงดาวจะสูงขึ้นจนเกิดแรงสมดุลกับแรงโน้มถ่วง  ดาวจะไม่ยืดและหดต่อไปช่วงนี้ดาวยังไม่เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์  เราเรียก  ดาว   โปรตรอน  (Proton  Stars) ดาวจะวิวัฒนาการต่อไปในขณะที่ไฮโดรเจนกำลังรวมตัวเป็นฮีเลี่ยม ในที่สุดไฮโดรเจนในใจกลางดาวเผาไหม้หมด  จะมีการยุบตัวอย่างรวดเร็ว  มวลใจกลางจะเพิ่มมากขึ้น  จะเหลือไฮโดรเจนเผาไหม้อยู่ชั้นนอกๆ  ผิวนอกจึงขยายตัวและอุณหภูมิลดลงในสภาพนี้  เรียกว่า  ดาวยักษ์แดง  การหดตัวของใจกลางดาวทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น  ในขณะนี้ไฮโดรเจนชั้นนอกๆจะดับผิวดาวจะร้อนและสว่างขึ้น  ผิวดาวชั้นนอกอยู่ในลักษณะไม่เสถียรอาจมีการยืดหดตัวเป็นจังหวะ  ทำให้ความสว่างเปลี่ยนไปเป็นจังหวะ  กลายเป็นดาวแปรแสง