ดวงอาทิย์

ดวงอาทิตย์

        "ดวงอาทิตย์คือดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้โลกของเรามากที่สุด ส่วนใหญ่ประกอบด้วยก๊าซไฮโดรเจนซึ่งอยู่ที่ศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ สภาพแวดล้อมที่นี่มีอุณหภูมิและแรงดันที่สูงมาก จนทำให้ก๊าซไฮโดรเจนถูกหลอมรวมกันเป็นก๊าซฮีเลียม โดยปฏิกิริยานี้ปล่อยพลังงานออกมาอย่างมหาศาล แสงและความร้อนที่เกิดขึ้นจากนี้เราเรียกว่า "ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน" จากดวงอาทิตย์เกิดขึ้นพลังงานความร้อนและแสงที่เป็นแหล่งกำเนิดชีวิตบนโลก"

โครงสร้างภายในของดวงอาทิตย์ ประกอบไปด้วย

    1. แกนกลาง มีอุณหภูมิสูงกว่า 15 ล้านเคลวิน
    2. โชนการแผ่รังสี พลังงานความร้อนถ่ายทอดออกสู่ส่วนนอกในรูปแบบคลื่น
    3. โซนการพาความร้อน อยู่เหนือโซนการแผ่รังสี พลังงานความร้อนในโซนนี้ถูกถ่ายทอดออกสู่ส่วนนอก โดยการเคลื่อนที่ของก๊าซ
    4. โฟโตสเฟียร์ เป็นพื้นผิวของดวงอาทิตย์ อยู่เหนือโซนการพาความร้อน เราสังเกตพื้นผิวส่วนนี้ได้ในช่วงคลื่นแสง มีอุณหภูมิประมาณ               5,500 เคลวิน
    5. โครโมสเฟียร์ เป็นบริเวณที่อยู่เหนือขึ้นมาจากชั้นโฟโตสเฟียร์ มีอุณหภูมิสูงประมาณ 10,000 เคลวิน
    6. คอโรนา เป็นบรรยากาศชั้นนอกสุดของดวงอาทิตย์แผ่ออกไปในอวกาศหลายล้านกิโลเมตร มีอุณหภูมิสูงมากกว่า 1 ล้านเคลวิน

        ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดและเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญอย่างยิ่งสำหรับโลก เพื่อให้ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับดวงอาทิตย์ ข้อมูลสำคัญสามารถเรียบเรียงได้เป็นลำดับดังนี้:

ขนาดและระยะห่าง: ดวงอาทิตย์มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดประมาณ 1.4 ล้านกิโลเมตร และห่างจากโลกประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร

องค์ประกอบ:

• ไฮโดรเจน: ประมาณ 74%
• ฮีเลียม: ประมาณ 25%
• ธาตุอื่น: ประมาณ 1%

โครงสร้าง: ดวงอาทิตย์แบ่งออกเป็น 3 ส่วนหลักคือ

1. แก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (Nuclear burning core): มีขนาดประมาณ 25% ของรัศมี การฟิวชันนิวเคลียร์เกิดขึ้นในส่วนนี้ เมื่อไฮโดรเจนถูกเผาไหม้เป็นฮีเลียม อุณหภูมิสูงถึง 15 ล้านเคลวิน
2. โซนการแผ่รังสี (Radiative zone): ครอบคลุมระยะ 25-70% ของรัศมี พลังงานจากแก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกส่งออกไปผ่านการแผ่รังสี
3. โซนการพาความร้อน (Convection zone): ครอบคลุมระยะ 70-100% ของรัศมี พลังงานจากด้านในถูกพาออกสู่พื้นผิวของดวงอาทิตย์ผ่านการเคลื่อนที่ของก๊าซร้อน

        พลังงานที่ถูกผลิตขึ้นจากแก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์จะต้องใช้เวลาในการเดินทางที่ยาวนานถึง 170,000 ปีเพื่อขึ้นสู่พื้นผิวของดวงอาทิตย์ และในที่สุดก็จะต้องใช้เวลาอีก 8 นาทีเพื่อเดินทางมาถึงโลก ด้วยความเร็วแสงที่ประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที นั่นหมายความว่าเป็นการเดินทางที่ระยะทางมากมายและช้าง้อยอย่างมาก การเคลื่อนที่ในระดับนี้เนื่องมาจากความยากลำบากของการผ่านสื่ออวกาศที่เต็มไปด้วยอุปสรรคและการแกว่งของแรงดึงดูดจากดวงอาทิตย์และโลกที่มีอิทธิพลในการกำหนดเส้นทางของการเคลื่อนที่ของพลังงานนิวเคลียร์ที่ถูกผลิตขึ้นจากแก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์

        ดวงอาทิตย์มีกำลังส่องสว่างอยู่ที่ 3.9 x 10^26 ล้านวัตต์ ซึ่งทำให้ทราบว่าในทุกๆ 1 วินาทีดวงอาทิตย์เผาไหม้ไฮโดรเจนจำนวน 600,000 ล้านกิโลกรัม นักวิทยาศาสตร์ได้คำนวณอัตราการเผาไหม้และปริมาณไฮโดรเจนที่มีอยู่บนดวงอาทิตย์ จากนั้นเข้าใจได้ว่าดวงอาทิตย์มีอายุประมาณ 4,600 ล้านปีและยังมีไฮโดรเจนที่เผาไหม้ได้อีกประมาณ 5,000 ล้านปี

โฟโตสเฟียร์คือส่วนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ที่เรามองเห็น มีสถานะเป็นก๊าซร้อน โฟโตหมายถึงแสงและสเฟียร์หมายถึงทรงกลม ดังนั้น "โฟโตสเฟียร์" แปลว่า "ทรงกลมแสง" ใต้ชั้นโฟโตสเฟียร์มีก๊าซอัดตัวกันแน่น จนแสงไม่สามารถพุ่งออกมาได้ แสงอาทิตย์ที่เรามองเห็นมาจากชั้นโฟโตสเฟียร์ซึ่งมีความหนาเพียง 400 กิโลเมตร และมีอุณหภูมิประมาณ 5,800 เคลวิน (หรือประมาณ 5,526 องศาเซลเซียส) โฟโตสเฟียร์ประกอบด้วย "แกรนูล" ซึ่งเป็นเซลล์ของก๊าซร้อนที่หมุนเคลื่อนด้วยการพาความร้อนจากด้านล่างขึ้นมาและเย็นตัวจมลง แกรนูลแต่ละเซลล์มีขนาดประมาณ 1,000 กิโลเมตรและอายุประมาณ 15 นาที

        ในขณะที่พิจารณาดวงอาทิตย์ผ่านกล้องโทรทรรศน์ที่มีแผ่นกรองแสง จะสังเกตเห็นจุดมืดบนผิวดวงอาทิตย์ซึ่งเรียกว่า "จุดดวงอาทิตย์" หรือ Sunspots ซึ่งสามารถปรากฏหลายจุดหรือน้อยลงไป และมีการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติ บางครั้งสิ้นเดือนหรืออาจคงอยู่เป็นเวลานาน จุดดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่เทียบเท่ากับโลกของหรืออาจใหญ่กว่า และแม้จะมีความมืดส่วนที่มองเห็น แต่ความสว่างภายในจุดดวงอาทิตย์มีปริมาณเท่ากับเท่าของดวงจันทร์เต็มดวง อุณหภูมิภายในจุดดวงอาทิตย์ประมาณ 4,500 เคลวิน

        จุดดวงอาทิตย์เกิดจากการบิดเบือนของสนามแม่เหล็กภายในดวงอาทิตย์ ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากลักษณะการหมุนของดวงอาทิตย์ที่แตกต่างกันในแต่ละส่วน และทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Differential rotation หรือการหมุนรอบตัวเองในความเร็วที่ไม่เท่ากัน ในการหมุนหนึ่งรอบของดวงอาทิตย์ บริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตรจะใช้เวลาประมาณ 25 วันในขณะที่บริเวณใกล้ขั้วทั้งสองจะใช้เวลานานถึง 36 วันในการหมุนเดียวกัน ความแตกต่างในความเร็วการหมุนนี้ทำให้สนามแม่เหล็กภายในดวงอาทิตย์บิดเบือน สนามแม่เหล็กที่มีกำลังสูงในบริเวณนั้นจะกักกันอนุภาคก๊าซร้อนภายในดวงอาทิตย์ ไม่ให้พวกก๊าซเหล่านั้นพุ่งออกนอกเขตของสนามแม่เหล็ก และเมื่อก๊าซร้อนเย็นตัวลงก็จะกลับมาจมลงในตำแหน่งเดิม ทำให้เรามองเห็นบริเวณนั้นเป็นสีคล้ำ เนื่องจากบริเวณนั้นมีอุณหภูมิต่ำกว่าบริเวณโดยรอบ

 ซึ่งปรากฏการณ์การหมุนรอบตัวเองของดวงอาทิตย์ที่ไม่เท่ากันทำให้เกิดการบิดเบือนของสนามแม่เหล็ก ที่ส่งผลให้เกิดจุดดวงอาทิตย์ที่มีความแตกต่างอุณหภูมิและความเข้มแสง ซึ่งเป็นสิ่งที่มนุษย์สามารถสังเกตได้จากโลกและเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการที่ซับซ้อนของดวงอาทิตย์ที่ยังคงเป็นแหล่งพลังงานสำคัญในระบบสุริยะ

พวยก๊าซ และการประทุจ้า
          ก๊าซร้อนบนดวงอาทิตย์พุ่งตัวสูงเหนือชั้นโฟโตสเฟียร์ขึ้นมาหลายหมื่นกิโลเมตร เรียกว่า “พวยก๊าซ” (Prominences) มันเคลื่อนที่เข้าสู่อวกาศด้วยความเร็ว 1,000 กิโลเมตร/วินาที หรือ 3.6 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ในบางครั้งมีการระเบิดใหญ่กว่าเรียกว่า “การประทุจ้า” (Solar flare) ทำให้เกิดประจุ (ion) พลังงานสูง แผ่รังสีเอ็กซ์ และอุลตราไวโอเล็ต ซึ่งเรียกว่า “พายุสุริยะ” เข้าสู่บรรยากาศชั้นบนของโลก และทำความเสียหายให้แก่ระบบโทรคมนาคม เช่น การสื่อสารผ่านดาวเทียม

โครโมสเฟียร์
          โคโมสเฟียร์ (Chromosphere) เป็นบรรยากาศชั้นกลางของดวงอาทิตย์ โคโมสเฟียร์แปลว่า “ทรงกลมสี” เพราะเราสามารถมองเห็นมันได้เป็นสีแดงตามขอบของดวงอาทิตย์ ขณะที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง หรือมองดูด้วยกล้องโทรทรรศน์ติดตั้งแผ่นกรองแสงไฮโดรเจน-อัลฟา โครโมสเฟียร์มีความหนาประมาณ 2,000 กิโลเมตร และมีอุณหภูมิเกือบ 25,000 เคลวิน

คอโรนา

          คอโรนา (Corona) เป็นบรรยากาศชั้นบนสุด สามารถมองเห็นได้เป็นแสงสีขาว เฉพาะเวลาที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวงมาก โดยมีรูปทรงสอดคล้องกับสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ คอโรนามีอุณหภูมิสูงกว่า 1 ล้านเคลวิน ทำให้อะตอมเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก อย่างไรก็ตามบริเวณคอโรนามิได้มีความร้อนสูง เนื่องจากมีก๊าซอยู่เบาบางมาก