บรรยากาศึϸงอาทิตย์
- 2. ประวัติของดวงอาทิตย์ • ดวงอาทิตย์คือดาวฤกษ์ดวงหนึ่ง เป็นดาวฤกษ์ที่สาคัญในระบบสุริยะ เป็นดาวฤกษ์ สีเหลือง มีอายุเกือบ 5,000 ล้านปี อยู่ห่าจากโลกของ เรา ประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร แสงจากดวงอาทิตย์ใช้เวลา เดินทาง มายังโลกเพียง 8.3 นาที หรือ 499 วินาทีเท่านั้น พลังงานจานวน มหาศาล ในดวงอาทิตย์ได้มา จากการเปลี่ยนก๊าซไฮโดรเจนเป็น ฮีเลียม ที่อุณหภูมิประมาณ 15 ล้านเคลวิน หรือประมาณ 27 ล้านองศาฟาเรน ไฮต์ มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่มากกว่าโลกของเรา109 เท่า มี ปริมาตร 1,300,000 เท่าของโลก และมีมวล มากกว่าโลกของเรา 333,434 เท่า
- 3. • ดวงอาทิตย์คือ ก้อนก๊าซขนาดมหึมาที่ลอยอยู่ในอากาศ พื้นผิวของดวงอาทิตย์ที่ส่อง แสงสว่างจ้า มีการระเบิดที่รุนแรงและแปรปรวนอยู่ตลอดเวลา ไม่เคยหยุดนิ่ง เนื้อสาร ของดวงอาทิตย์ทั้งปวงเป็นกาซ์ เนื่องจากอุณหภูมิภายในดวงอาทิตย์สูงมากจนสสาร ทุกชนิดแม้แต่เหล็กและทองคาหะเหยกลายเป็นไอ หากนักบินอวกาศขับยานอวกาศ สมมติที่สามารถทนความร้อนนับสิบล้านเคลวิน บินตรงเข้าไปดวงอาทิตย์ ยาน อวกาศลานั้นจะบินทะลุดวงอาทิตย์ไปโดยไม่ชนกับของแข็งใดๆเลยดวงอาทิตย์ ประกอบด้วยไฮโดรเจนประมาณ 70% ฮีเลียม 28% และธาตุหนักอื่นๆประมาณ 2% โดยมวล ดวงอาทิตย์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,392,000 กิโลเมตร หรือเท่ากับ 109 เท่า ของเส้นผานศูนย์กลางของโลกและมีมวลถึง 2,000 ล้านล้านล้านล้านตัน ซึ่งคิดเป็น มวลกว่า 98 % ของมวลของวัตถุทั้งหมดในระะบบสุริยะ ด้วยเหตุนี้ดวงอาทิตย์จึงเป็น เสมือนหัวหน้าครอบครัว ที่ดึงดูดดาวเคราะห์ทุกดวงและวัตถุในระบบสุริยะรวมทั้ง โลกของเราให้โคจรไปรอบๆ
- 4. • ก๊าซชั้นนอกของดวงอาทิตย์มีความหนาแน่นไม่มากนัก แต่น้าอันมหาศาลทา ให้บริเวณที่อยู่ลึกลงไปภายใต้พื้นผิวของดวงอาทิตย์มีความหนาแน่นสูง อย่างยิ่งยวด มวลกว่า 60 %ของดวงอาทิตย์กระจุกกันอยุ่ตรงแหนกลางที่ มีรัสมีประมาณ 200,000 กิโลเมตรเท่านั้น ดังจะเห็นได้จากกาซปริมาณ แกนกลางของดวงอาทิตย์ที่แม้มีปริมาตรเพียง 1 ลูกบาศก์เมตร ก็จะมีน้า หนักถึง 160 ตัน ความหนาแน่นดังกล่าว ส่งผลให้อุณหภูมิที่แกนกลางสูง พอที่จะจุดเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานตามธรรมชาติที่มีขนาด ใหญ่ และสาคัญที่สุดของระบบสุริยะได้ พลังงานที่เกิดขึ้นจากเตาปฏิกรณ์ นิวเคลียร์ที่แกนกลางของดวงอาทิตย์จะแผ่ออกมายังบริเวณผิวโดยรอบ ทา ให้ผิวของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงประมาฯ 5,700 – 5,800 เคลวิน อัน เป็นอุณหภูมิที่สูงมากแต่ก็ไม่อาจเทียบได้กับอุณหภูมิ 15 ล้านเคลวินที่ แกนกลาง
- 5. • ดวงอาทิตย์ไม่มีพันธะใดๆ ที่ยึดเหนี่ยวเนื้อสารที่เป็นก๊าซเข้าไว้ด้วยกัน แต่ดวงอาทิตย์ก็คงรูปอยุ่ได้ ด้วยความสมดุลของแรง เนื่องความดันจา การระเบิดภายในที่มีทิศพุ่งออกจากแกนกลาง และน้าหนักของมวลสาร ที่ออกแรงกดเข้าสู่แกนกลาง ความสมดุลนี้เองที่ทาให้ดวงอาทิตย์และ ดาวฤกษ์ทุกดวงบนท้องฟ้ าสามารถคงรูปเป็นดวงดาวอยู่ได้
- 6. • ปัจจุบัน มียานสารวจหลายลาฝ่ารังสีความร้อนและรังสีอันรุนแรง เพื่อเข้าไป สารวจดวงอาทิตย์อย่างใกล้ชิดและส่งข้อมูลกลับมาให้นักวิทยาศาสตร์บน โลกได้ศึกษา เพียงช่วงเวลาไม่ถึง 30 ปี ที่ผ่านมา ความเข้าใจในธรรมชาติ ของดวงอาทิตย์ของเราได้เพิ่มมากขึ้นหลายเท่าตัวขององค์ความรู้ในอดีต รวมกัน อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีที่ยังไม่สามารถใช้อธิบายปรากฏการณ์ลาและ ทานายพฤติกรรมดวงอาทิตย์ได้อย่างเที่ยงตรง แสดวงให้เห็นว่า ยังมี ธรรมชาติของดวงอาทิตย์อีกมากมายที่เรายังไม่ค้นพบ และยังไม่เข้าใจ การศึกษาพฤติกรรมดวงอาทิตย์มีความสาคัญมาก เพราะกลไกลภายในและ ปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เกิดขึ้นดวงอาทิตย์ก็เกิดขึ้นบนดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ใน ลักษณะที่คล้ายกันด้วย นักศึกษาจึงศึกษาดวงอาทิตย์เพื่อที่จะเข้าใจ ธรรมชาติของดาวฤกษ์มากขึ้น
- 7. • กาลิเลโอเป็นคนแรก ที่พิสูจน์ให้เห็น ว่า ดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเองและ จากการศึกษา ของนักดาราศาสตร์ทาให้ทราบว่า การหมุนรอบตัวเอง ของดวงอาทิตย์ในบริเวณเส้นศูนย์สูตรจะมีความเร็วกว่าที่บริเวณ ขั้ว เหนือและขั้วใต้
- 8. ดวงอาทิตย์และการเปลี่ยนแปลง • ตามการศึกษาแบบจาลองคอมพิวเตอร์ว่าด้วยวัฏจักรดาวฤกษ์ นักดารา ศาสตร์สันนิษฐานว่าดวงอาทิตย์มีอายุประมาณ 4,570 ล้านปีในขณะนี้ ดวงอาทิตย์กาลังอยู่ในลาดับหลัก ทาการหลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม โดยทุกๆ วินาที มวลสารของดวงอาทิตย์มากกว่า 4 ล้านตันถูก เปลี่ยนเป็นพลังงาน ดวงอาทิตย์ใช้เวลาโดยประมาณ 1 หมื่นล้านปีใน การดารงอยู่ในลาดับหลัก
- 9. • เมื่อไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงของดวงอาทิตย์หมดลง วาระสุดท้ายของดวงอาทิตย์ก็ มาถึง (คือการพ้นไปจากลาดับหลัก) โดยดวงอาทิตย์จะเริ่มพบกับจุดจบคือการแปร เปลี่ยนไปเป็นดาวยักษ์แดงภายใน 4-5 พันล้านปี ผิวนอกของดวงอาทิตย์ขยายตัว ออกไป ส่วนแกนนั้นยุบตัวลงและร้อนขึ้นสลับกับเย็นลง มีการหลอมฮีเลียมเป็น คาร์บอนและออกซิเจนที่อุณหภูมิราว 100 ล้านเคลวิน จากสถานการณ์ข้างต้นดู เหมือนว่าดวงอาทิตย์จะกลืนกินโลกให้หลอมลงไปเป็นเนื้อเดียวกัน แต่จากรายงาน วิจัยฉบับหนึ่งได้ศึกษาพบว่าวงโคจรของโลกจะตีตัวออกห่างดวงอาทิตย์เพราะมวล ของดวงอาทิตย์ได้สูญเสียไป จนแรงดึงดูระหว่างมวลมีค่าลดลง แต่ถึงกระนั้น น้า ทะเลก็ถูกความร้อนจากดวงอาทิตย์เผาผลาญจนระเหยสิ้นไปในอวกาศ และ บรรยากาศโลกก็อันตรธานไปจนไม่เอื้อแก่ชีวิตต่อมาได้มีการค้นพบ ว่าดวงอาทิตย์ นั้นจะสว่างขึ้น 10 เปอร์เซนต์ ทุกๆ 1000ล้านปี ถึงตอนนั้นโลกก็ไม่อาจจะเอื้อ ต่อ สิ่งมีชีวิตไปก่อนแล้ว เวลาของสิ่งมีชีวิตบนโลก จึงเหลือแค่ 500ล้านปีเท่านั้น
- 10. • ภาพดวงอาทิตย์ในช่วงคลื่นต่างๆ เรียงจากความยาวคลื่นที่สั้นที่สุด(X-ray) ไปยังความยาวคลื่นที่ยาวที่สุด (ช่วงสีส้ม) ตัวเลขในวงเล็บคือ ความยาวคลื่น ของแสงที่ใช้ถ่ายภาำาพใน หน่วยนาโนเมตร ในแต่ละช่วงคลื่น ภาพของดวงอาทิตย์จะมีลักษณะ แตกต่างกันออกไป นักดาราศาสตร์จึงจาเป็นต้องศึกษาข้อมูลดวงอาทิตย์ใน หลายช่วงคลื่นเพื่อเข้าใจในธรรมชาติของดวงอาทิตย์(ภาพช่วงคลื่นX-ray จากดาวเทียม Yohkoh ของประเทศญี่ปุ่น และภาพในช่วงคลื่นอื่นๆ จาก ดาวเที่ยมสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ และสุริยสัณฐาน (SOHO) ขององค์ การณ์อวกาศยุโรป และองค์การณ์นาซา)
- 11. บรรยากาศ • ดวงอาทิตย์มีชั้นบรรยากาศเช่นเดียวกับโลก แต่องค์ประกอบและลักษณะทางกายภาพของ ระบบทั้งสองแตกต่างกันมาก ชั้นบรรยากาศเริ่มต้นเหนือผิวของดวงอาทิตย์ โดยเป็นส่วนที่มี ความหนาแน่นมากที่สุดและค่อยๆ เบาบางลงมาเมื่อห่างออกไปเรื่อยๆ ชั้นบรรยากาศ ชั้นนอกของดวงอาทิตย์กินบริเวณกว้างมากกว่า 1.5 เท่าของรัศมีดวงอาทิตย์ ในขณะที่ บรรยากาศของโลกมีความหนาเพียงประมาณ 0.003 เท่าของรัศมีโลกเท่านั้น นักดาราศาสตร์ได้ศึกษาและมีความรู้เกี่ยวกับลักษณะบรรยากาศของดวงอาทิตย์มาเป็น เวลานานหลายพันปีก่อนที่จะเริ่มมีความรู้เกี่ยวกับ ตัวดวงอาทิตย์เอง ทั้งนี้ก็เพราะ บรรยากาศของดวงอาทิตย์สามารถสังเกตุได้ในขณะที่เกิดปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวง นักดาราศาสตร์ในอดีตเผ้ารอคอยการเกิด ปรากฏการณ์นี้เพราะเป็นโอกาสเดียวที่จะสังเกต ดวงอาทิตย์ได้ด้วยตาเปล่า ขณะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ดวงจันทร์โคจรเข้ามาบังดวง อาทิตย์หมดดวงพอดี ทาให้แสงสว่างจ้าจากดวงอาทิตย์ถูกบดบังไปทั้งหมด ส่วนที่ไม่ถูกบัง ก็คือส่วนที่อยู่สูงจากผิวดวงอาทิตย์ขึ้นไป ก็คือ บรรยากาศของดวงอาทิตย์นั่นเอง
- 12. • ปรากฏการณ์สุริยุปราคามีความสาคัญในการสังเกตชั้นบรรยากาศของดวง อาทิตย์มาก ดังจะสังเกตได้จากชื่อของบรรยากาศทุกชั้น ซึ่งมีความเกี่ยวพัน อย่างชัดเจนกับภาพที่สังเกตได้ในขณะที่เกิด ปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็ม ดวง หากไม่มีปรากฏการณ์นี้นักดาราศาสตร์ในปัจจุบัน อาจยังไม่มีความรู้ เรื่องบรรยากาศของดวงอาทิตย์เลยก็เป็นได้ เนื่องจากชั้นบรรยากาศชั้นบน ของดวงอาทิตย์เบาบางมาก จึงเลือนไปในแสงสว่างจ้าจากตัวดวงที่สว่าง กว่าประมาณ 1,000,000 เท่า แม้ว่าในปัจจุบันจะมีอุปกรณ์ที่ออกแบบมา โดยเฉพาะสาหรับสังเกตบรรยากาศของดวงอาทิตย์ เรียกว่า "คอโรนากราฟ" อุปกรณืดังกล่าวสามารถออกแบบและสร้างขึ้นได้ ก็เพราะนักดาราศาสตร์ได้ มีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับคุณสมบัติของบรรยากาศของดวงอาทิตย์จาก การสังเกตปรากฏการณ์สุริยุปราคาเห็มดวงมาก่อน
- 13. • บรรยากาศของดวงอาทิตย์มี 3 ชั้น คือ ชั้นโฟโตสเฟียร์ ชั้นโคร โมสเฟียร์ และ ชั้นโคโรนา แบ่งตามระดับความสูงและสมบัติทาง กายภาพของชั้นบรรยากาศ
- 14. ปรากฏการณ์บนผิวดวงอาทิตย์ • ปรากฏการณ์บนดวงอาทิตย์หลายอย่างดูเหมือนจะไม่มีความเกี่ยวพัน กันเลย กล่าวคือ จุดบนดวงอาทิตย์เป็นจุดสีเข้มบนดวงอาทิตย์ อีกทั้ง เปลวสุริยะ ซึ่งเป็นการระเบิดของก๊าซร้อนขึ้นไปสูงหลายหมื่นกิโลเมตร เหนือพื้นผิว และลมสุริยะซึ่งเป็นอนุภาคพลังงานสูงที่ล่องลอยอยู่ใน อวกาศ แม้ว่าปรากฏการณ์ทั้งสามจะมีลักษณะและพฤติกรรมแตกต่าง กันโดยสิ้นเชิง ปรากฏการณ์ทั้งสามกลับมีกลไกพื้นฐานเดียวกัน คือ สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์
- 16. บทบาทของดวงอาทิตย์ต่อสิ่งมีชีวิต • นับตั้งแต่ปฏิกิริยาอุณหนิวเคลียร์ (thermonuclear reaction) ใน ใจกลางดวงอาทิตย์ แผ่พลังงานออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ าและ พลังงานที่สะสมภายในอนุภาค ใช้เวลาเดินทางนับหมื่นนับแสนปีจนกระทั่ง ถึงผิวดวงอาทิตย์ และต่อด้วยการเดินทาง 8 นาทีมายังโลกของเรา ในรูปของ แสงที่มองเห็น รังสีแกมมา รังสีเอกซ์ และรังสีอื่น ๆ ต้องขอบคุณชั้น บรรยากาศโลกที่ได้กรองเอาสิ่งที่เป็นอันตรายเหล่านี้ออกไป ไม่นานนัก พลังงานก็ถึงยังพื้นโลก ทั้งให้ความอบอุ่นน่าอยู่ในเขตหนาว หรือแม้แต่ให้ ความรู้สึกราคาญในเขตร้อน ทว่าพลังงานจากดวงอาทิตย์ก็ได้ถูกดูดซับเข้า ไปในพืชและโพรทิสต์ จากนั้นพืชก็สามารถตรึงเอาคาร์บอนไดออกไซด์ออก จากอากาศได้เป็นน้าตาล ผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง น้าตาลที่ได้ นั้นพืชก็จะนาไปแปรรูปเป็นทั้งผนังเซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์ ออแกเนลล์ภายใน เซลล์ ฯลฯ นอกเหนือจากธาตุอาหารที่ดูดขึ้นมาจากดิน
- 17. • เมื่อพืชเป็นผู้ผลิต (ที่แท้จริงคือผู้แปรรูป) อาหารจากพลังงาน แสงอาทิตย์ ก็ทาให้สัตว์มีอาหารจากส่วนต่าง ๆ ของพืช ในการสลาย อาหารของสัตว์ สิ่งสาคัญที่สุดนอกจากอาหารที่ได้รับแล้วก็คือ ออกซิเจน ซึ่งเป็นของเสียในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เพื่อไปรับ อิเล็กตรอนตัวสุดท้ายในกระบวนการสลายสารอาหารระดับเซลล์ ขณะเดียวกันสัตว์ก็หายใจเอาแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นสาร พลังงานต่าออกมา เพื่อที่พืชจะได้ตรึงอีกครั้งเป็นวัฏจักร
- 18. • อิทธิพลของดวงอาทิตย์ต่อโลก ดวงอาทิตย์เป็นกลุมก้อนก๊าซมีอุณหภูมิสูงมากโดยที่ พื้นผิวของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงถึง 6,000 C ถึง- 20,000,000 C บริเวณใจกลาง ดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงถึง16,000,000 C จึงนับได้ว่าดวงอาทิตย์ เป็นแหล่ง พลังงานที่ยิ่งใหญ่โลกอยู่ใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์พลังงานเกือบ ทั้งหมดบนโลก จะได้มาจากดวงอาทิตย์ไม่ทางตรงก็ทางอ้อม ดวงอาทิตย์เป็นกลุ่ม ก้อนก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงมากมีลักษณะเป็นทรงกลม ส่งพลังงานและอนุภาคต่าง ๆ ออกไปรอบตัวโดยการ แผ่รังสีตลอดเวลา จัดเป็นแหล่งพลังงานที่สาคัญที่สุดในระบบ สุริยะ ผลจากการศึกษา ซากของสิ่งมีชีวิตหรือที่เรียกว่า ฟอสซิล(fossil) พบว่าดวงอาทิตย์ได้แผ่รังสีมายังโลกเป็นเวลานาน ประมาณหนึ่งพันล้านปีมาแล้ว สิ่งมีชีวิตบนโลกพวกพืชและสัตว์เป็นผู้นาพลังงานจากดวงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ และยังมีพลังงานในรูปของลมและคลื่นรวมกันแล้ว
- 19. พลังงานที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์มี 2 ประเภทคือ • 1. พลังงานที่มีผลต่อโลกทันทีเป็นพวกคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ า เมื่อผ่าน บรรยากาศของโลกลงมาจะเกิดผลทันทีประกอบด้วยพลังงาน ความ ร้อนและแสงสว่างเป็นส่วนใหญ่รวมทั้งคลื่นวิทยุ มีรังสีอัลตราไวโอเลต เพียงเล็กน้อยที่ผ่านบรรยากาศลงมาได้ เพราะส่วนใหญ่จะถูกดูดกลืน โดย โอโซนในบรรยากาศ
- 20. • 2. พลังงานที่มีผลต่อโลกภายหลังเป็นพวกอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ าต่าง ๆ จาก ดวงอาทิตย์ซึ่งไม่สามารถผ่านชั้นบรรยากาศมาถึง ผิวโลกได้ ได้แก่ อนุภาค รังสีคอสมิคซึ่งเป็นอนุภาคโปรตอนและลมสุริยะซึ่งเป็น อนุภาคที่มีประจุ ไฟฟ้ าบวกที่มีความเร็วต่าและอิเล็คตรอน อนุภาคเหล่านี้จะเดินทางมาถึง โลกหลังจากเกิด การลุกจ้าบนดวงอาทิตย์แล้วประมาณ 20-40 ชั่วโมง จะไป รบกวนสนามแม่เหล็กโลกทาให้เกิดพายุแม่เหล็กซึ่งมีผลต่อระบบสื่อสารทาง วิทยุบนโลกเท่านั้น จึงนับได้ว่าดวงอาทิตย์ เป็นแหล่งพลังงานที่ยิ่งใหญ่โลก อยู่ใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์พลังงานเกือบทั้งหมดบนโลก จะได้มาจากดวงอาทิตย์ไม่ทางตรงก็ทางอ้อม ดวงอาทิตย์เป็นกลุ่มก้อนก๊าซ ที่มีอุณหภูมิสูงมากมีลักษณะเป็นทรงกลม ส่งพลังงานและอนุภาคต่าง ๆ ออกไปรอบตัวโดยการ แผ่รังสีตลอดเวลา จัดเป็นแหล่งพลังงานที่สาคัญที่สุด ในระบบสุริยะ ผลจากการศึกษา ซากของสิ่งมีชีวิตหรือที่เรียกว่า ฟอสซิล (fossil)
- 21. • พบว่าดวงอาทิตย์ได้แผ่รังสีมายังโลกเป็นเวลานาน ประมาณหนึ่ง พันล้านปีมาแล้วสิ่งมีชีวิตบนโลกพวกพืชและสัตว์เป็นผู้นาพลังงานจาก ดวงอาทิตย์มาใช้ประโยชน์ และยังมีพลังงานในรูปของลมและคลื่น รวมกันแล้ว