ระบบสุริยะ

บทที่ 7 ระบบสุริยะ

ระบบสุริยะ

7.1 กำเนิดระบบสุริยะ 

ระบบสุริยะประกอบด้วยดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ 9 ดวงและดวงจันทร์บริวารของดาวเคราะห์รวมกว่า 90 ดวง ดาวหางและอุกกาบาต วัตถุทั้งหมดในระบบสุริยะล้วนโคจรรอบดวงอาทิตย์ไปในทิศทางเดียวกันและมีระนาบทางโคจรเกือบตั้งฉากกับแกนหมุนของดวงอาทิตย์ ทั้งนี้อาจเป็นเพราะว่ามวลสารเหล่านี้เกิดมาพร้อมกับดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์มีมวลมากที่สุดจึงเป็นจุดศูนย์กลางของระบบสุริยะ โดยมีแรงโน้มถ่วงยึดให้ดาวเคราะห์ทั้งหลายโคจรอยู่โดยรอบ

ดวงอาทิตย์ก่อกำเนิดขึ้นจากกลุ่มก๊าซและฝุ่น ที่เรียกว่า โซลาร์เนบิวลา (Solar Nebula) เมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีที่ผ่านมา ตามลำดับขั้นตอนดังนี้

1) ด้วยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของกลุ่มก๊าซและฝุ่นในโซลาร์เนบิวลาซึ่งหมุนรอบตัวเองทำให้ยุบตัวลงอย่างช้าๆ 

2) ก๊าซและฝุ่นส่วนใหญ่ยุบตัวลงทำให้ใจกลางของโซลาร์เนบิวลามีความกดดันสูงขึ้น และหมุนรอบตัวเองเร็วขึ้นเรื่อยๆ เป็นผลให้เศษฝุ่นและก๊าซที่เหลือโคจรรอบแกนหมุน มีรูปร่างเหมือนเป็นจานแบน ฝุ่นและก๊าซบางส่วนถูกเร่งออกมาจากแกนหมุน

 3) เมื่อมีอายุได้ประมาณ 100,000 ปี อุณหภูมิที่ใจกลางสูงถึง 15 ล้านเคลวิน จึงเริ่มเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ขึ้นที่แกนกลาง เกิดเป็นดวงอาทิตย์ที่มีอายุน้อยส่องสว่างแต่ยังถูกห้อมล้อมไปด้วยก๊าซและฝุ่นที่เหลือเป็นจำนวนมาก 

4) เมื่อเวลาผ่านไปหลายสิบล้านปี ก๊าซและฝุ่นที่เหลือชนกันไปมา ทำให้บางส่วนเกาะติดกันจนมีขนาดใหญ่ขึ้น โดยเฉพาะบริเวณที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ซึ่งมีอุณหภูมิและแรงโน้มถ่วงที่สูงกว่าบริเวณที่ห่างออกไป 

5) ก๊าซและฝุ่นบริเวณขอบนอกอยู่ในบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าและได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงน้อยกว่าบริเวณที่ใกล้ดวงอาทิตย์ จึงยุบรวมตัวกันอย่างช้าๆ ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยก๊าซเป็นจำนวนมาก 

6) ใช้เวลานับร้อยล้านปี ดาวเคราะห์ต่างๆ จึงจะมีรูปร่างที่เกือบสมบูรณ์ เศษหินและฝุ่นที่เหลือกลายเป็นดาวเคราะห์น้อย ดวงจันทร์บริวารและวงแหวนของดาวเคราะห์ รวมทั้งวัตถุขนาดเล็กและดาวหาง

ภาพแสดงลำดับขั้นตอนการเกิดระบบสุริยะจากจากกลุ่มก๊าซยุบตัวลงด้วยอิทธิพลของแรงโน้มถ่วง มาเป็นดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ต่างๆ

7.2 เขตของบริวารดางอาทิตย์ 

นักดาราศาสตร์แบ่งเขตพื้นที่ของระบบสุริยะออกเป็น 4 เขต โดยใช้ลักษณะการก่อตัวของบริวารของดวงอาทิตย์เป็นเกณฑ์ คือ

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

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

7.3 ดวงอาทิตย์

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)