8.3 การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศ

การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีอวกาศ

1. มีการใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ในการศึกษา พัฒนา และประดิษฐ์อุปกรณ์ถ่ายภาพในช่วงคลื่น ๆ จากระยะไกล

2. ทำให้เครื่องรับและส่งสัญญาณมีประสิทธิภาพมากขึ้น แล้วนำอุปกรณ์และเครื่องส่งสัญญาณไปประกอบเป็นดาวเทียม ที่ถูกส่งขึ้นไปโคจรจรอบโลก

3. ทำให้สามารถสังเกตสิ่งต่าง ๆ บนโลกได้ระยะไกลในเวลาอันรวดเร็ว

4. ได้เรียนรู้สิ่งต่าง ๆ เกี่ยวกับเอกภพ โลก ดวงจันทร์ และดาวอื่น ๆ

5. ความก้าวหน้าด้านเทคโนโลยีอวกาศ ช่วยเปิดเผยความลี้ลับในอดีต และก่อให้เกิดประโยชน์ต่อมนุษย์ในด้านต่าง ๆ มากมาย

ความก้าวหน้าของการสำรวจอวกาศอาจทำให้เกิดผลดี   ดังนี้

  • มนุษย์มีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ดีขึ้น และช่วยเปิดเผยความลี้ลับของวัตถุท้องฟ้าในอดีต
  • เทคโนโลยีอวกาศได้รับการพัฒนาและนำมาใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น เซลล์เชื้อเพลิง (fuel cell)       เซลล์สุริยะ (solar cell) เป็นต้น

ภาพเซลล์เชื้อเพลิง

ภาพเซลล์สุริยะ

  • มนุษย์เกิดจินตนาการอันกว้างไกล มีความคิดสร้างสรรค์เกี่ยวกับความเป็นมาของปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์
  • เกิดแนวคิดในการค้นคว้าหาทรัพยากรจากอวกาศ และหาแหล่งที่อยู่ใหม่นอกโลกเมื่อเกิดปัญหาอัตราการเพิ่มประชากรมนุษย์จนขาด แหล่งที่อยู่อาศัย ในขณะเดียวกันความก้าวหน้าของการสำรวจอวกาศอาจทำให้เกิดผลเสีย ดังนี้
  • ค่าใช้จ่ายในการสำรวจอวกาศสูง
  • ในการส่งจรวดหรือยานอวกาศขึ้นสู่อวกาศมีผลกระทบกับชั้นบรรยากาศของโลก
  • ปัญหาดาวเทียมหรือยานอวกาศที่หมดอายุการใช้งานกลายเป็นขยะอวกาศ
  • การส่งจรวดขึ้นสู่อวกาศบางครั้งเกิดความผิดพลาด ทำให้สูญเสียชีวิตของนักบินอวกาศ

ความก้าวหน้าทางด้านอวกาศอาจเป็นสาเหตุให้เกิดการใช้เทคโนโลยีในด้านการทำลาย

ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา 
เป็นดาวเทียมที่มีอุปกรณ์ถ่ายภาพเมฆ   และเก็บข้อมูลของบรรยากาศในระดับสูง   ช่วยให้ได้ข้อมูลที่สำคัญในการพยากรณ์อากาศได้อย่างถูกต้อง   รวดเร็วรวมถึงการเฝ้าสังเกตการก่อตัว   การเปลี่ยนแปลง และการเคลื่อนตัวของพายุที่เกิดขึ้นบนโลก   ช่วยป้องกันหรือบรรเทาความเสียหายรุนแรงที่เกิดขึ้นได้อย่างมาก  ข้อมูลจากดาวเทียมเป็นข้อมูลสำคัญมากในการพยากรณ์อากาศ


ภาพถ่ายเมฆจากดาวเทียม GMS-5 (ถ่ายเมื่อ 3 ก.พ. 2546)
ดาวเทียมสำรวจทรัพยากรโลก
เป็นดาวเทียมที่มีอุปกรณ์สำรวจแหล่งทรัพยากรณ์ที่สำคัญ   นอกจากนี้ยังเฝ้าสังเกตสภาพแวดล้อมที่เกิดบนโลก   ช่วยเตือนอุทกภัย และความแห้งแล้งที่เกิดขึ้น   การตัดไม้ทำลายป่า การทับถมของตะกอนปากแม่น้ำ รวมไปถึงแหล่งที่มีปลาชุกชุม    และอื่นๆ อีกมาก

ภาพถ่ายดาวเทียมบริเวณโรงกรองน้ำ และผลิตน้ำประชาชื่น   และนอร์ธปาร์ค จากดาวเทียม IRS-ID ถ่ายเมื่อ 24 ก.พ. 2544 หลอมกับภาพจาก Landsat-7 ETM + ถ่ายเมื่อ 24 ม.ค. 2545


ดาวเทียมสังเกตการณ์ดาราศาสตร์

เป็นดาวเทียมที่มีกล้องโทรทรรศน์และอุปกรณ์ดาราศาสตร์สำหรับศึกษาวัตถุท้อง ฟ้า   ดาวเทียมสังเกตการณ์ดาราศาสตร์มีทั้งหมดที่โคจรอยู่รอบโลกและประเภทที่โคจร ผ่านไปใกล้ดาวเคราะห์   หรือลงสำรวจดาวเคราะห์   ซึ่งเรีกยอีกอย่างว่ายานอวกาศ เช่นยานอวกาศวอยเอเจอร์ที่เดินทางผ่านเฉียดดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูล เป็นต้น

ดาวเทียมสื่อสาร
เป็นดาวเทียมที่มีอุปกรณ์สื่อสารติดตั้งอยู่ เช่น ดาวเทียมอินเทลแซท (ภาพ 7.6 ) ดาวเทียมชุดนี้อยู่ในวงโคจรรอบโลก 3 แห่ง คือเหมือนมหาสมุทรอินเดียเพื่อการติดต่อระหว่างทวีปยุโรปเหนือมหาสมุทร แปซิฟิกเพื่อการติดต่อระหว่างทวีปเอเชียกับทวีปอเมริกา และและเหนือมหาสมุทรแอตแลนติกเพื่อการติดต่อระหว่างทวีปอเมริกากับทวีป ยุโรป   เมื่อรวมทั้งระบบจึงสามารถติดต่อกันได้ทั่วโลก

 

 

 

8.2 ระบบขนส่งอวกาศ

 ระบบการขนส่งอวกาศเป็นโครงการที่ถูกออกแบบให้สามารถนำชิ้นส่วนบางส่วนที่ใช้ไปแล้วกลับมาใช้ใหม่อีกเพื่อเป็นการประหยัดและมีประสิทธิภาพมากที่สุด ประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก คือ จรวดเชื้อเพลิงแข็ง ถังเชื้อเพลิงภายนอก (สำรองไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเหลว) และยานอวกาศ


ส่วนประกอบของระบบขนส่งอวกาศ ยานอวกาศ

     ระบบขนส่งอวกาศมีน้ำหนักรวมเมื่อขึ้นจากฐานปล่อยประมาณ 2,041,200 กิโลกรัม โดยจรวดเชื้อเพลิงแข็งจะถูกขับเคลื่อนจากฐานปล่อยให้นำพาทั้งระบบขึ้นสู่อวกาศด้วยความเร็วที่มากกว่าค่าความเร็วหลุดพ้น เมื่อถึงระดับหนึ่งจรวดเชื้อเพลิงแข็งทั้งสองข้างจะแยกตัวออกมาจากระบบ จากนั้นถังเชื้อเพลิงภายนอกจะแยกตัวออกจากยานอวกาศ โดยตัวยานอวกาศจะเข้าสู่วงโคจรเพื่อปฏิบัติภารกิจต่อไป ดังรูป



ระบบขนส่งอวกาศ



 

     การปฏิบัติภารกิจสำหรับระบบขนส่งอวกาศมีหลากหลายหน้าที่ ตั้งแต่การทดลองทางวิทยาศาสตร์ (ในสภาวะไร้น้ำหนัก) การส่งดาวเทียม การประกอบกล้องโทรทรรศน์อวกาศ การส่งมนุษย์ไปบนสถานีอวกาศ ฯลฯ ยานอวกาศจึงถูกออกแบบสำหรับบรรทุกคนได้ประมาณ 7-10 คน ปฏิบัติภารกิจได้นานตั้งแต่ไม่กี่ชั่วโมงหรืออาจใช้เวลาถึง 1 เดือน สำหรับโครงการขนส่งอวกาศขององค์การนาซามีอยู่ด้วยกัน 6 โครงการ คือ

1. โครงการเอนเตอร์ไพรส์

2. โครงการโคลัมเบีย

3. โครงการดิสคัฟเวอรี

4. โครงการแอตแลนติส

5. โครงการแชลแลนเจอร์

6. โครงการเอนเดฟเวอร์

ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันว่าโครงการแชลแลนเจอร์และโครงการโคลัมเบียประสบความสูญเสียครั้งร้ายแรง เมื่อยานทั้งสองเกิดระเบิดขึ้นขณะอยู่บนท้องฟ้า โดยระบบขนส่งอวกาศแชลแลนเจอร์ระเบิดเมื่อวันที่ 28 มกราคม 2529 ระหว่างเดินทางขึ้นสู่อวกาศไม่เพียงกี่นาทีด้วยสาเหตจากการรั่วไหลของก๊าซเชื้อเพลิงอุณหภูมิสูงจากรอยต่อของจรวดเชื้อเพลิงแข็งด้านขวาของตัวยาน ทำให้ก๊าซอุณหภูมิสูงดังกล่าวลามไปถึงถังเชื้อเพลิงภายนอกที่บรรจุไฮโดรเจนเหลว จึงเกิดการเผาไหม้อย่างรุนแรงและเกิดระเบิดขึ้น คร่าชีวิตนักบินอวกาศ 7 คน ส่วนระบบขนส่งอวกาศโคลัมเบียเกิดระเบิดขึ้นเมื่อวันที่ 1 กุมภาพันธ์ 2546 (17 ปี หลังการระเบิดของยานแชลแลนเจอร์) โดยวิศวกรนาซาเชื่อว่าอาจเพราะตัวยานมีการใช้งานยาวนานจนอาจทำให้แผ่นกันความร้อนที่หุ้มยานชำรุด ทำให้เกิดระเบิดขึ้นหลังจากนักบินกำลังพยายามร่อนลงสู่พื้นโลก แต่ทั้งสองเหตุการณ์ในสหรัฐอเมริกายังไม่ร้ายแรงเท่าเหตุการณ์ระเบิดของจรวดของสหภาพโซเวียตขณะยังอยู่ที่ฐาน เมื่อวันที่ 24 ตุลาคม 2503 โดยมีผู้เสียชีวิตจากเหตุการณ์ดังกล่าวถึง 165 คน โศกนาฏกรรมเหล่านี้ที่เกิดขึ้นแม้จะทำให้เกิดความสูญเสียทั้งชีวิตและทรัพย์สิน แต่มนุษย์ก็ยังไม่เลิกล้มโครงการอวกาศ ยังมีความพยายามคิดและสร้างเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อความปลอดภัยและลดค่าใช้จ่ายให้มากขึ้น ด้วยเป้าหมายหลักของโครงการขนส่งอวกาศในอนาคตคือการสร้างสถานีอวกาศถาวรและการทดลองทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ

8.1 กล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์ (Telescopes)

 

      แม้ว่าตาของคนเรา สามารถมองเห็นท้องฟ้า แต่การใช้อุปกรณ์ประเภทกล้องสองตา หรือกล้องโทรทรรศน์ จะช่วยให้ตาเราสามารถรับแสงได้มากยิ่งขึ้น ทำให้มองเห็นวัตถุที่มีความสว่างน้อย หรือจางได้สว่าง หรือชัดเจนมากขึ้น กล้องโทรทรรศน์ (Telescopes) เป็นอุปกรณ์ช่วยดูดาวประเภทหนึ่ง ที่ช่วยให้นักดูดาว สามารถศึกษาท้องฟ้า ได้มากกว่ากล้องสองตา
คำเตือน !!!

      ห้ามใช้กล้องสองตา หรือกล้องโทรทรรศน์ใดๆก็ตาม ส่องหรือมองไปยังดวงอาทิตย์โดยตรง โดยเด็ดขาด เพราะแสงของดวงอาทิตย์ ซึ่งมีความเข้มสูง จะทำให้ตาบอดได้ในทันที

 

คุณลักษณะของกล้องโทรทรรศน์

ตัวแปรต่างๆ ของกล้องโทรทรรศน์ ที่เราควรรู้จัก คือ …

     1. ขนาดของหน้ากล้อง (Aperture): ตัวแปรที่สำคัญที่สุด ของกล้องโทรทรรศน์ คือ ขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลาง ของกล้อง ซึ่งหมายถึงขนาดของเลนส์วัตถุ (ในกล้องโทรทรรศน์ แบบหักเหแสง) หรือขนาดของกระจกสะท้อนแสง (ในกล้องโทรทรรศน์ แบบสะท้อนแสง) ทั้งนี้ก็เพราะว่า การที่วัตถุมองไม่ค่อยเห็น เกิดจากวัตถุนั้นๆจาง หรือได้รับแสงจากวัตถุนั้นน้อย ไม่ได้เกิดจากวัตถุเล็ก แล้วต้องการกำลังขยายมาก ดังนั้น ขนาดของหน้ากล้องที่มาก จะทำให้กล้องได้รับแสงมากกว่า กล้องที่มีขนาดหน้ากล้องน้อย แต่อย่าลืมว่า กล้องที่มีขนาดใหญ่มาก น้ำหนักและการเคลื่อนย้าย ก็อาจเป็นอุปสรรคต่อการใช้งานได้

      2. กำลังขยาย (Power or Magnification): กำลังขยาย ไม่ใช่ ตัวแปรหรือปัจจัยที่สำคัญมากนัก ปกติแล้ว กำลังขยายสูงสุด จะไม่เกิน 50 เท่าของ(ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของ)กล้อง ในหน่วยนิ้ว (หรือกำลังขยายสูงสุด จะไม่เกิน 2 เท่าของกล้อง ในหน่วยมิลลิเมตร) เช่น กล้องขนาด 6 นิ้ว (6-inch) ควรจะมีกำลังขยายสูงสุดไม่เกิน 300x (300 เท่า) เป็นต้น

      การที่กล้องมีกำลังขยายไม่มากนัก จะทำให้ภาพที่ได้ มีความคมชัดสูง (ดังตัวอย่างภาพต่อมา ทางซ้าย) ขณะที่กล้องที่มีกำลังขยายเกินตัว (เมื่อเทียบกับแสงที่ได้รับ) ก็จะทำให้ภาพเบลอมาก ไม่มีประโยชน์ (ดังตัวอย่างภาพต่อมา ทางขวา) จึงไม่แปลก ที่ท่านอาจพบกล้องโทรทรรศน์ ตามห้างสรรพสินค้า ที่มีขนาดเพียง 2.4 นิ้ว แต่บอกว่า มีกำลังขยายถึง “475 เท่า!” แน่นอนที่สุด … มันเป็นเพียงแค่ของเล่นเท่านั้น

      

ประเภทของกล้องโทรทรรศน์ กล้องโทรทรรศน์ แบ่งออกได้ 3 ประเภท คือ

     1. กล้องโทรทรรศน์ แบบหักเหแสง (Refractor Telescope) 
เป็นกล้องโทรทรรศน์ ที่อาศัยหลักการหักเหของแสง ผ่านเลนส์วัตถุ (Objective Lens) แล้วหักเหอีกครั้ง ผ่านเลนส์ตา (Eye piece) กล้องชนิดนี้ ค้นพบก่อนที่กาลิเลโอจะนำมาพัฒนา และนิยมใช้จนแพร่หลาย ในสมัยของกาลิเลโอ ซึ่งเหมาะสำหรับ สำรวจพื้นผิวของดวงจันทร์, ดาวเคราะห์, วงแหวนและดาวบริวารของดาวเคราะห์ เป็นต้น

 

 

      ข้อดีของกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงนี้ เหมาะสำหรับมือใหม่ เนื่องจาก ราคาถูก (เมื่อเทียบกับแบบอื่น), เคลื่อนย้าย, ประกอบใช้งานง่าย, และเนื่องจากไม่ต้องตั้งอะไรมากนัก ทำให้บำรุงรักษาง่าย นอกจากนี้ โครงสร้างของกล้อง ก็ป้องกันฝุ่นในตัวอยู่แล้ว

      ข้อเสียคือ ขนาดสูงสุดของเลนส์วัตถุไม่มากนัก ซึ่งทั่วไปจะมีขนาดประมาณ 3-5 นิ้ว ดังนั้น จึงไม่สามารถสังเกตวัตถุที่จางมากๆ นอกจากนี้ ขนาดของเลนส์วัตถุที่ใใหญ่มาก จะทำให้ภาพที่ได้มีสีเพี้ยน เนื่องจากการหักเหของแต่ละสี ในสเปคตรัมของแสงไม่เท่ากัน ทำให้ต้องมีการเคลือบเลนส์ (Coating) เพื่อแก้ไข ทำให้ราคาสูงขึ้นอีก และกล้องโทรทรรศน์ชนิดนี้ มักมากับกระจกสะท้อน (The Right-angle Mirror or Diagonal Mirror) เพื่อช่วยให้สะดวกในการดูดาว ทำให้ภาพที่ได้ กลับจากซ้ายไปชวา ทำให้มือใหม่ ยากต่อการเปรียบเทียบกับแผนที่ฟ้าได้

 

 

 

       2. กล้องโทรทรรศน์ แบบสะท้อนแสง (Refrector Telescope)
เป็นกล้องโทรทรรศน์ ที่อาศัยหลักการสะท้อนของแสง ผ่านกระจกโค้ง (Concave Objective Mirror) แล้วหักเหอีกครั้ง ผ่านเลนส์ตา (Eye piece) กล้องชนิดนี้ พัฒนาโดยไอแซ็ค นิวตัน จึงมีอีกชื่อหนึ่ง คือ กล้องโทรทรรศน์แบบนิวตัน (Newtonian Telescope) ซึ่งเหมาะสำหรับ การสำรวจกระจุกดาว, เนบิวลา, วัตถุท้องฟ้า หรือกาแล็กซี่ที่ค่อนข้างจาง เป็นต้น

 

 

 

      กระจกโค้ง จะสะท้อนแสง ให้แสงรวมกันยังจุดโฟกัส จุดเดียว เพื่อทำให้ภาพที่ได้มีความคมชัด ดังนั้น กระจกสะท้อน จึงต้องมีความโค้งแบบพาราโบลา (Parabola) ไม่ใช่โค้งแบบส่วนหนึ่งของทรงกลม (Sphere) (ดูภาพข้างล่างประกอบ)

 

ตัวเลข f/ratio (Focal Ratio)

      กล้องแบบนี้ จะมีตัวเลข f/ratio เช่น f/5, f/6, f/16 เป็นต้น ซึ่งตัวเลขหลัง f/ เป็นตัวเลขบอก อัตราส่วนระหว่าง ระยะโฟกัส (ระยะจากกระจกโค้ง ถึงจุดรวมแสง หรือเลนส์ตา) ต่อขนาดของกล้อง

เช่น กล้องขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 นิ้ว มีระยะโฟกัสเท่ากับ 40 นิ้ว จะมีค่า f/ratio เท่ากับ f/10 เป็นต้น

     ตัวเลขที่น้อย เช่น f/5, f/6 กล้องจะมีความยาวน้อยกว่า แต่คุณภาพจะดีสู้กล้องที่มีตัวเลขมากกว่า เช่น f/10 ไม่ได้ แต่กล้องที่มีตัวเลขมากกว่า จะมีความยาวกล้องมากกว่า ทำให้เคลื่อนย้ายลำบากกว่า


และกล้องโทรทรรศน์แบบ Catadioptric ก็อาศัยหลักคำนวณแบบเดียวกัน เพียงแต่ระยะโฟกัส เป็นระยะที่เกิดจากการสะท้อน และหักเหผ่านเลนส์ตาแล้ว เท่านั้น

      ข้อดีของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงนี้ เหมาะสำหรับทั่วไป เนื่องจาก ภาพที่ได้มีคุณภาพดี, ราคาไม่สูงมาก นอกจากนี้ ภาพที่ได้ก็เหมือนจริง (ไม่กลับข้าง) นอกจากนี้ ขนาดของหน้ากล้อง ซึ่งมีความสำคัญต่อการรับแสง กล้องชนิดนี้ ก็มีขนาดให้เลือกมากกว่า

       ข้อเสียคือ กระจกสะท้อนที่สอง (Secondary Mirror or Reflecting Mirror) ที่อยู่ภายในกล้อง ที่ทำหน้าที่สะท้อนภาพมายังเลนส์ตานั้น จะลดพื้นที่รับแสงของกล้องแบบนี้ ทำให้เมื่อขนาดของหน้ากล้องเท่ากัน กล้องแบบหักเหแสงจะรับแสงได้มากกว่า ทำให้เห็นภาพวัตถุที่จางกว่าได้ (แต่กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง มีขนาดของหน้ากล้องที่ใหญ่กว่าให้เลือกแทน) และกล้องแบบนี้ ก็ต้องการการดูแลรักษา โดยเฉพาะการป้องกันฝุ่น หรือน้ำค้าง เนื่องจากด้านหน้าของกล้อง เปิดออกรับแสงโดยตรง โดยไม่มีอะไรมาปิดไว้

 

      3. กล้องโทรทรรศน์ แบบ Catadioptric (Catadioptric Telescope) 
เป็นกล้องโทรทรรศน์ ที่อาศัยทั้งหลักการสะท้อนและการหักเหของแสง เข้าไว้ด้วยกัน ซึ่งกล้องชนิดนี้ ใช้ทั้งกระจกโค้งสะท้อน และเลนส์ในการหักหของแสง และเรียกกล้องชนิดนี้ว่า “Catadioptric” หมายถึง กระจก-เลนส์ (mirror-lens) ตัวอย่างเช่น กล้องแบบ Schmidt-Cassegrain, Maksutov-Cassegrain เป็นต้น กล้องชนิดนี้ จำหน่ายครั้งแรกในยุค ค.ศ. 1970s (ประมาณ 20-30 ปีที่ผ่านมาเท่านั้น) กล้องชนิดนี้ เหมาะสำหรับ การสำรวจกระจุกดาว, เนบิวลา, วัตถุท้องฟ้า หรือกาแล็กซี่ที่ค่อนข้างจาง เป็นต้น

 

      ข้อดีของกล้องโทรทรรศน์แบบนี้ ทำให้มีขนาดเล็ก (ขณะที่หน้ากล้องใหญ่ขึ้น) ทำให้เคลื่อนย้ายสะดวก, ขนาดที่ของกล้องสั้น ทำให้ติดตั้งมอเตอร์ติดตามดาวได้ง่าย เนื่องจากน้ำหนักสมดุลกว่า และติดตั้งอุปกรณ์ประกอบได้ง่าย เช่น กล้อง CCD สำหรับถ่ายภาพ เป็นต้น

      ข้อเสียคือ ราคาที่สูงกว่ากล้องแบบอื่นๆ (ในขนาดที่เท่ากัน) และภาพที่ได้ มีความคมสู้แบบสะท้อนแสงไม่ได้ (ในขนาดที่เท่ากัน) เนื่องจาก เลนส์ตาที่ทำหน้าที่หักเหแสง และกล้องโทรทรรศน์ชนิดนี้ มักมากับกระจกสะท้อน (The Right-angle Mirror or Diagonal Mirror) เพื่อช่วยให้สะดวกในการดูดาว ทำให้ภาพที่ได้ กลับจากซ้ายไปชวา เช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง ทำให้ยากต่อการเปรียบเทียบ กับแผนที่ฟ้าได้

 


ตัวอย่างของกล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์ แบบหักเหแสง

กล้องโทรทรรศน์ แบบสะท้อนแสง

กล้องฯแบบ Schmidt-Cassegrain

7.3 ดวงอาทิตย์

sun01

 

ดวงอาทิตย์ (Sun)

          ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ตรงใจกลางของระบบสุริยะ ดวงอาทิตย์ให้แสงสว่าง ความร้อน และพลังงานรูปแบบอื่นแก่โลก ดวงอาทิตย์อยู่ในสถานะที่เรียกว่า พลาสมา พลาสมาคือ สถานะที่ 4 ของสสาร คือ แก๊สที่อิเล็กตรอนไม่ได้ยึดติดกับนิวเคลียส ดังนั้น พลาสมาจึงมีความเป็นกลางทางประจุไฟฟ้า รอบ ๆ ดวงอาอาทิตย์ประกอบด้วยดาวเคราะห์ต่าง ๆ กับดาวบริวารของมัน ดาวเคราะห์น้อยอีกนับแสน และดาวหางอีกเป็นล้านล้าน ทั้งหมดนี้รวมเรียกว่า ระบบสุริยะ

ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร หรือ 1 AU (Astronomical Unit) มีมวลประมาณ 1.9×1030 กิโลกรัม มีรัศมี (วัดบริเวณเส้นศูนย์สูตร) ประมาณ 695,500 กิโลเมตร ดวงอาทิตย์ประกอบด้วยไฮโดรเจน 75% ต่อมวล ฮีเลียม 25% ต่อมวล และธาตุหนักอื่น ๆ อีกน้อยกว่า 1% ต่อมวล

ผิวของดวงอาทิตย์ที่เรามองเห็นได้มีอุณหภูมิประมาณ 5,500 องศาเซลเซียส นักดาราศาสตร์วัดอุณหภูมิผิวดาวฤกษ์ในหน่วยของเคลวิน ซึ่ง 1 เคลวิน เท่ากับ 1 องศาเซลเซียส เท่ากับ 1.8 องศาฟาเรนไฮต์ แต่จุดเริ่มต้นของเคลวินและองศาเซลเซียสแตกต่างกัน โดยเคลวินเริ่มที่ 0 เคลวิน แต่องศาเซลเซียสเริ่มที่ -273.15 องศาเซลเซียส (เท่ากับ -459.67 องศาฟาเรนไฮต์) ดังนั้น อุณหภูมิที่ผิวดวงอาทิตย์จะมีค่าประมาณ 5,800 เคลวิน และอุณหภูมิที่แกนกลางของดวงอาทิตย์สูงถึงประมาณ 15 ล้านเคลวิน

พลังงานของดวงอาทิตย์มาจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ซึ่งเกิดที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันคือการรวมกันของอะตอมของธาตุเบาได้อะตอมใหม่ที่มีมวลน้อยกว่ามวลรวมของอะตอมเริ่มต้น และมวลที่หายไปนั้นถูกเปลี่ยนเป็นพลังงาน

ดวงอาทิตย์มีความเป็นแม่เหล็ก นักวิทยาศาสตร์อธิบายความเป็นแม่เหล็กของสารในรูปแบบของสนามแม่เหล็ก ซึ่งบริเวณที่สนามแม่เหล็กมีผลจะรวมถึงอวกาศที่อยู่รอบ ๆ วัตถุแม่เหล็กนั้นด้วย สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์จะเข้มมากที่บริเวณเล็ก ๆ บนผิวที่เราเรียบกว่าจุดมืด (sunspots) บนดวงอาทิตย์ บางครั้งจะมีการลุกจ้า (flares) และการปลดปล่อยก้อนมวลจากชั้นโคโรนา (coronal mass ejection) จากจุดมืดนี้ด้วย

การลุกจ้า (flares) เป็นเหตุการณ์ที่รุนแรงมากเหตุการณ์หนึ่งในระบบสุริยะ และการปลดปล่อยก้อนมวลจากชั้นโคโรนา (coronal mass ejection) ซึ่งมีความรุนแรงมากกว่าการลุกจ้า การปลดปล่อยก้อนมวลครั้งหนึ่งอาจปล่อยมวลสารออกมามากถึง 20,000 ล้านตันสู่อวกาศ

ดวงอาทิตย์เกิดมาเมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีที่แล้ว และยังมีเชื้อเพลิงมากเพียงพอที่จะอยู่ต่อไปอีก 5,000 ล้านปี หลังจากนั้นมันจะกลายเป็นดาวยักษ์แดง (red giant) และในที่สุดเมื่อชั้นบรรยากาศของมันหมดไป แกนกลางก็จะยุบตัวกลายเป็นดาวแคระขาว (white dwarf)

 

7.2 เขตของบริวารของดวงอาทิตย์

เขตของบริวารดางอาทิตย์ 
    นักดาราศาสตร์แบ่งเขตพื้นที่ของระบบสุริยะออกเป็น 4 เขต โดยใช้ลักษณะการก่อตัวของบริวารของดวงอาทิตย์เป็นเกณฑ์ คือ

orbit

 

1. เขตดาวเคราะห์ชั้นในหรือดาวเคราะห์หิน เป็นดาวเคราะห์ที่มีพื้นผิวแข็งหรือเป็นหินเหมือนโลก บางครั้งจึงเรียกว่า ดาวเคราะห์แบบโลก ได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก และดาวอังคาร เชื่อกันว่าดาวเคราะห์ชั้นในเกิดจากมวลสารของเนบิวลาที่อยู่ถัดออกมาจากบริเวณใจกลาง ที่ไม่ได้เคลื่อนที่ไปรวมกับมวลสารที่เกิดดวงอาทิตย์ แต่เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์และมีอุณหภูมิพอเหมาะที่จะเกิดเป็นก้อนหินขนาดต่างๆ กันจำนวนมาก ก้อนใหญ่จะดึงก้อนเล็กเข้าหาด้วยแรงโน้มถ่วงพอกพูนกลายเป็นดาวเคราะห์ที่มีความหนาแน่นสูง ดาวเคราะห์ชั้นในจะใช้เวลาในการเกิดประมาณ 100 ล้านปี

2. เขตดาวเคราะห์น้อย เป็นมวลสารที่อยู่ระหว่างวงโคจรของดาวอังคารและดาวพฤหัสบดี คาดว่ามี การก่อตัวเช่นเดียวกับวัตถุที่ก่อกำเนิดเป็นดาวเคราะห์ชั้นใน เศษที่เหลือของการสร้างดาวเคราะห์หินถูกแรงรบกวนของดาวพฤหัสบดีที่มีขนาดใหญ่และเกิดพร้อมดวงอาทิตย์ ทำให้มวลสารในบริเวณแถบดาวเคราะห์น้อยจับตัวเป็นก้อนขนาดใหญ่ไม่ได้ จึงกลายเป็นดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดเล็กจำนวนมาก

asteroid_all-3_big

 

3. เขตดาวเคราะห์ชั้นนอกหรือดาวเคราะห์ยักษ์ เป็นดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่ องค์ประกอบหลักเป็นแก๊สไฮโดรเจนและแก๊สฮีเลียม ได้แก่ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน เกิดจากมวลสารของเนบิวลาที่อยู่ถัดออกมาจากดาวเคราะห์หิน ดาวเคราะห์ยักษ์เกิดจากการสะสมของแก๊สและสารที่ระเหยง่าย เช่น น้ำ เข้าไว้เป็นก้อนใหญ่ แก๊สส่วนใหญ่หลุดจากดวงอาทิตย์ และบริเวณชั้นในของระบบสุริยะที่ดวงอาทิตย์ส่งแรงดันของการแผ่รังสีผลักแก๊สเหล่านี้ออกไปไกล รวมกันเป็นดาวเคราะห์ชั้นนอกซึ่งมีความหนาแน่นต่ำ ดาวเคราะห์ชั้นนอกบางดวงมีความหนาแน่นน้อยมาก

 4. เขตของดาวหาง อยู่บริเวณขอบนอกของระบบสุริยะ ดาวหางเกิดจากเศษที่เหลือจากการสร้าง ดาวเคราะห์ยักษ์ ดาวหางเป็นวัตถุท้องฟ้าที่ประกอบด้วยน้ำและแก๊สที่เย็นจัด รวมตัวกันเป็นก้อนน้ำแข็ง โดยมีฝุ่นและแร่ธาตุต่างๆ มารวมตัวกัน เมื่อดาวหางโคจรมาใกล้ดวงอาทิตย์ จะดูดพลังงานจากดวงอาทิตย์ในรูปของพลังงานความร้อนและรังสี ทำให้ก้อนน้ำแข็งกลายเป็นไอกระจายออกไป ประกอบกับลมสุริยะผลักดันให้แก๊สและฝุ่นในส่วนหัวพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับดวงอาทิตย์ ปรากฏเป็นหางยาวและมีแสงสว่างจ้า ซึ่งเกิดจากการสะท้อนแสงของแก๊สในดาวหาง หางของดาวหางจะยาวขึ้นเมื่อโคจรใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น

7.1 การกำเนิดระบบสุริยะ

กำเนิดระบบสุริยะ

 ระบบสุริยะเกิดจากกลุ่มฝุ่นและก๊าซในอวกาศซึ่งเรียกว่า “โซลาร์เนบิวลา” (Solar Nebula) รวมตัวกันเมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีมาแล้ว  (นักวิทยาศาสตร์คำนวณจากอัตราการหลอมรวมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมภายในดวงอาทิตย์)  เมื่อสสารมากขึ้น แรงโน้มถ่วงระหว่างมวลสารมากขึ้นตามไปด้วย กลุ่มฝุ่นก๊าซยุบตัวหมุนเป็นรูปจานตามหลักอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ดังภาพที่ 1    แรงโน้มถ่วงที่ใจกลางสร้างแรงกดดันมากทำให้ก๊าซมีอุณหภูมิสูงพอที่จุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน หลอมรวมอะตอมของไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม  ดวงอาทิตย์จึงถือกำเนิดเป็นดาวฤกษ์

solar_birth

ภาพที่ 1  กำเนิดระบบสุริยะ

   วัสดุชั้นรอบนอกของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิต่ำกว่า ยังโคจรไปตามโมเมนตัมที่มีอยู่เดิม รอบดวงอาทิตย์เป็นชั้นๆ   มวลสารของแต่ละชั้นพยายามรวมตัวกันด้วยแรงโน้มถ่วง  ด้วยเหตุนี้ดาวเคราะห์จึงถือกำเนิดขึ้นเป็นรูปทรงกลม เนื่องจากมวลสารพุ่งใส่กันจากทุกทิศทาง
อิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงทำให้วัสดุที่อยู่รอบๆ พยายามพุ่งเข้าหาดาวเคราะห์  ถ้าทิศทางของการเคลื่อนที่มีมุมลึกพอ ก็จะพุ่งชนดาวเคราะห์ทำให้ดาวเคราะห์นั้นมีขนาดใหญ่ขึ้น เนื่องจากมวลรวมกัน  แต่ถ้ามุมของการพุ่งชนตื้นเกินไป ก็จะทำให้แฉลบเข้าสู่วงโคจร และเกิดการรวมตัวต่างหากกลายเป็นดวงจันทร์บริวาร  ดังเราจะเห็นได้ว่า ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ เช่น ดาวพฤหัสบดี จะมีดวงจันทร์บริวารหลายดวงและมีวงโคจรหลายชั้น เนื่องจากมีมวลสารมากและแรงโน้มถ่วงมหาศาล  ต่างกับดาวพุธซึ่งมี
ขนาดเล็กมีแรงโน้มถ่วงน้อย ไม่มีดวงจันทร์บริวารเลย  วัสดุที่อยู่โดยรอบจะพุ่งเข้าหาดวงอาทิตย์ เพราะ
มีแรงโน้มถ่วงมากกว่าเยอะ

องค์ประกอบของระบบสุริยะ

 ดวงอาทิตย์ (The Sun)  เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ตรงตำแหน่งศูนย์กลางของระบบสุริยะและเป็นศูนย์กลาง
ของแรงโน้มถ่วง ทำให้ดาวเคราะห์และบริวารทั้งหลายโคจรล้อมรอบ

solarsystem

ภาพที่ 2  ระบบสุริยะ

 ดาวเคราะห์ชั้นใน (Inner Planets)  เป็นดาวเคราะห์ขนาดเล็ก มีความหนาแน่นสูงและพื้นผิวเป็น
ของแข็ง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นธาตุหนัก มีบรรยากาศอยู่เบาบาง ทั้งนี้เนื่องจากอิทธิพลจากความร้อนของ
ดวงอาทิตย์และลมสุริยะ ทำให้ธาตุเบาเสียประจุ ไม่สามารถดำรงสถานะอยู่ได้   ดาวเคราะห์ชั้นใน
บางครั้งเรียกว่า ดาวเคราะห์พื้นแข็ง “Terrestrial Planets”เนื่องจากมีพื้นผิวเป็นของแข็งคล้ายคลึง
กับโลก  ดาวเคราะห์ชั้นในมี 4 ดวง คือ ดาวพุธ  ดาวศุกร์  โลก
และดาวอังคาร

 ดาวเคราะห์ชั้นนอก (Outer Planets)  เป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ แต่มีความหนาแน่นต่ำ เกิดจาก
การสะสมตัวของธาตุเบาอย่างช้าๆ  ทำนองเดียวกับการก่อตัวของก้อนหิมะ เนื่องจากได้รับอิทธิพลของ
ความร้อนและลมสุริยะจากดวงอาทิตย์เพียงเล็กน้อย  ดาวเคราะห์พวกนี้จึงมีแก่นขนาดเล็กห่อหุ้มด้วย
ก๊าซจำนวนมหาสาร  บางครั้งเราเรียกดาวเคราะห์ประเภทนี้ว่า ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ (Gas Giants) หรือ  Jovian Planets   ซึ่งหมายถึงดาวเคราะห์ที่มีคุณสมบัติคล้ายดาวพฤหัสบดี  ดาวเคราะห์ชั้นนอกมี 4 ดวง
คือ ดาวพฤหัสบดี    ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน
                                                                                    คลิก เพื่อดูภาพเคลื่อนไหว

 ดวงจันทร์บริวาร (Satellites)  โลกมิใช่ดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่มีดวงจันทร์บริวาร  โลกมีบริวาร
ชื่อว่า “ดวงจันทร์” (The Moon)  ขณะที่ดาวเคราะห์ดวงอื่นก็มีบริวารเช่นกัน  เช่น ดาวพฤหัสบดีมี
ดวงจันทร์ขนาดใหญ่ 4 ดวงชื่อ ไอโอ (Io), ยูโรปา (Europa), กันนีมีด (ganymede) และคัลลิสโต (Callisto)  ดาวเคราะห์และดวงจันทร์ถือกำเนิดขึ้นพร้อมๆ กัน เพียงแต่ดวงจันทร์มิได้รวมตัวกับ
ดาวเคราะห์โดยตรง แต่ก่อตัวขึ้นภายในวงโคจรของดาวเคราะห์  เราจะสังเกตได้ว่า หากมองจากด้านบน
ของระบบสุริยะ  จะเห็นได้ว่า ทั้งดวงอาทิตย์    ดาวเคราะห์และดวงจันทร์ส่วนใหญ่  จะหมุนรอบตัวเองในทิศทวนเข็มนาฬิกา  และโคจรรอบดวงทิตย์ในทิศทวนเข็มนาฬิกาเช่นกันหากมองจากด้านข้างของ
ระบบสุริยะก็จะพบว่า    ทั้งดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ และดวงจันทร์บริวาร จะอยู่ในระนาบที่ใกล้เคียงกับ
สุริยะวิถีมาก  ทั้งนี้ก็เนื่องมาจากระบบสุริยะทั้งระบบ ก็กำเนิดขึ้นพร้อมๆ กัน โดยการยุบและหมุนตัว
ของจานฝุ่น

 ดาวเคราะห์แคระ (Dwarf Planets) เป็นนิยามใหม่ของสมาพันธ์ดาราศาสตร์สากล (International    Astronomical Union) ที่กล่าวถึง วัตถุขนาดเล็กที่มีรูปร่างคล้ายทรงกลม แต่มีวงโคจรเป็นรูปรี    ซ้อนทับกับดาวเคราะห์ดวงอื่น และไม่อยู่ในระนาบของสุริยะวิถี ซึ่งได้แก่ ซีรีส พัลลาส พลูโต    และดาวที่เพิ่งค้นพบใหม่ เช่น อีริส เซ็ดนา วารูนา  เป็นต้น (ดูภาพที่ 3 ประกอบ)

possibleplanets

ภาพที่ 3  ขนาดของดาวเคราะห์แคระเปรียบเทียบกับโลก (ที่มา: NASA, JPL)

ดาวเคราะห์น้อย  (Asteroids) เกิดจากวัสดุที่ไม่สามารถรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ได้    เนื่องจากแรงรบกวนจากดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ เช่น ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์  ดังเราจะพบว่า   ประชากรของดาวเคราะห์น้อยส่วนใหญ่อยู่ที่ “แถบดาวเคราะห์น้อย” (Asteroid belt)   ซึ่งอยู่ระหว่างวงโคจรของดาวอังคารและดาวพฤหัสบดี   ดาวเคราะห์แคระเช่น เซเรส   ก็เคยจัดว่าเป็นดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดใหญ่ที่สุด (เส้นผ่านศูนย์กลาง 900 กิโลเมตร)    ดาวเคราะห์น้อยส่วนใหญ่จะมีวงโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นรูปรีมาก  และไม่อยู่ในระนาบสุริยะวิถี   ขณะนี้มีการค้นพบดาวเคราะห์น้อยแล้วประมาณ 3 แสนดวง

 ดาวหาง (Comets) เป็นวัตถุขนาดเล็กเช่นเดียวกับดาวเคราะห์น้อย    แต่มีวงโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงยาวรีมาก  มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นก๊าซในสถานะของแข็ง    เมื่อดาวหางเคลื่อนที่เข้าหาดวงอาทิตย์ ความร้อนจะให้มวลของมันระเหิดกลายเป็นก๊าซ    ลมสุริยะเป่าให้ก๊าซเล่านั้นพุ่งออกไปในทิศทางตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ กลายเป็นหาง

 วัตถุในแถบไคเปอร์ (Kuiper Belt Objects) เป็นวัตถุที่หนาวเย็นเช่นเดียวกับดาวหาง   แต่มีวงโคจรอยู่ถัดจากดาวเนปจูนออกไป บางครั้งจึงเรียกว่า Trans Neptune Objects    ทั้งนี้แถบคุยเปอร์จะอยู่ในระนาบของสุริยะวิถี โดยมีระยะห่างออกไปตั้งแต่ 40 – 500 AU (AU ย่อมาจาก   Astronomical Unit หรือ หน่วยดาราศาสตร์ เท่ากับระยะทางระหว่างโลกถึงดวงอาทิตย์ หรือ 150   ล้านกิโลเมตร)   ดาวพลูโตเองก็จัดว่าเป็นวัตถุในแถบคุยเปอร์ รวมทั้งดาวเคราะห์แคระซึ่งค้นพบใหม่ เช่น อีริส   เซ็ดนา วารูนา  เป็นต้น  ปัจจุบันมีการค้นพบวัตถุในแถบไคเปอร์แล้วมากกว่า 35,000 ดวง

เมฆออร์ท (Oort Cloud)  เป็นสมมติฐานที่ตั้งขึ้นโดยนักดาราศาสตร์ชาวเนเธอร์แลนด์ชื่อ แจน ออร์ท (Jan Oort) ซึ่งเชื่อว่า ณ สุดขอบของระบบสุริยะ รัศมีประมาณ 50,000 AU จากดวงอาทิตย์  ระบบสุริยะ
ของเราห่อหุ้มด้วยวัสดุก๊าซแข็ง ซึ่งหากมีแรงโน้มถ่วงจากภายนอกมากระทบกระเทือน   ก๊าซแข็งเหล่านี้ก็จะหลุดเข้าสู่วงโคจรรอบดวงอาทิตย์ กลายเป็นดาวหางวงโคจรคาบยาว (Long-period   comets)

6.8 มวลของดาวฤกษ์

15211382

 

 

มวลของดาวฤกษ์แต่ละดวงจะแตกต่างกัน เพราะเนบิวลาที่ก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์มีมวลไม่เท่ากัน มวลจึงเป็นสมบัติที่แตกต่างกันของดาวฤกษ์ นักดาราศาสตร์สามารถหามวลของดาวฤกษ์ได้หลายวิธี เช่น การใช้กฎเคพเลอร์ในการหามวลของดวงอาทิตย์ หรือ จากการสังเกตแสงจากดาว