เอกภพ - trueplookpanya.com · บทที่ 5 เอกภพ ....

บทท 5

เอกภพ

ระบบสรยะ

ดวงอาทตยเปนดาว

ฤกษ 1ใน แสนลานดวง

ในกาแลกซ

กาแลกซ

ทางชางเผอกเปน 1 ใน

กาแลกซนบพนในกระจก

กาแลกซ

กาแลกซ (GALAXY) คอ ระบบทกวางใหญไพศาล ประกอบดวยดาว

ฤกษ กระจกดาวฤกษ กาซและฝนทองฟา ทเรยกวา เนบวลา และทวางเปลา

รวมกนอยภายใตระบบเดยวกน เพราะมแรงโนมถวงซงกนและกน

จ าแนกลกษณะของกาแลกซ ได 4 พวกดงน

1. กาแลกซกลมรรปไข ( ELLIPTICAL GALAXIES ) มลกษณะกลมกลางสวาง

เปนรปไขทมความแบนตางกนตงแต อ7 ( แบนมาก ) ถง อ0 ( ไมแบนเลย )

2. กาแลกซกนหอย หรอ แบบกงหน ( SPIRAL GALAXIES ) มบรเวณตรงกลาง

สวางและมแขน แยกออกเปน 3 ระดบ ดงน 1 ) จดตรงกลางสวาง มแขนหลาย

แขนใกลชดกน เรยกวา สไปรล เอส เอ 2 ) จดกลางสวางไมมาก มแขนหลวมๆ

เรยกวา สไปรล เอส บ เชน กาแลกซทางชางเผอกและแอนโดรเมดา 3 ) จดกลาง

ไมเดนชด มแขนแยกออกจากกน เรยกวา สไปรล เอส ซ

3. กาแลกซกนหอยคาน ( BARRED SPIRAL GALAXIES ) มลกษณะทมแกนเปน

ศนยกลาง ทปลายของแกนทงสองขางมแขนตอออกไปเปนกงหน แบงไดเปน 3

ระดบ ดงน 1 ) แกนกลางและแขนสวางชดเจน เรยกวา เอส บ เอ 2 ) แกนกลาง

สวางไมมาก และ มแขนหลวมๆ เรยกวา เอส บ บ 3 ) แกนกลางไมชดเจน และ ม

แขนหลวมๆทแยกจากกน เรยกวา เอส บ ซ

4. กาแลกซไรรปราง ( IRREGULAR GALAXIES ) มลกษณะทแตกตางไปจาก 3

แบบขางตน มอยนอยมากในเอกภพ เชน กาแลกซแมกเจลแลนใหญและเลก

กระจกกาแลกซ

ประกอบดวยกาแลกซ

นบพน

เอกภพ

มกาแลกซไมนอย

กวาแสนลานระบบ

เอกภพวทยาในอดต

7,000 ปกอนครสศกราช มชนชาตทมอารยธรรม อาศยอย

บรเวณตอนกลางของเอเชย (อรก) เรยก ดนแดน Mesopotamia คอ

ชาวสเมเรยน

อกษรรปลม เรยกวา Cuneiform

บนทกขอมลในดนเหนยว

- ต าแหนงของดาวฤกษ, ดาวเคราะห

- โลกแบน อยกบท เปนศนยกลาง

- ตงชอกลมดาว

- เอกภพ คอ ทองฟา

1.แบบจ าลองเอกภพของชาวสเมเรยน

2,000 - 500 ปกอนครสศกราช ชาวบาบโลนไดบนทกการ

เคลอนทของดวงดาวอยางเปนระบบ โดยอาศยขอมลพนฐานของชาวสเม

เรยน

บนทกขอมล

- ท าแคตตาลอกดาวฤกษ, ดาวเคราะห

- เสนทางการขน – ตกของดาว

- ท านายการเคลอนทของดาว

- ท านายการเปลยนแปลงฤดกาล จงมระบบ

การเกษตรทมประสทธภาพสง

2.แบบจ าลองเอกภพของชาวบาบโลน

ชาวกรกเปนชนกลมแรกทใชค าวา Cosmology โดยค าวา cosmos

มาจาก kosmos ในภาษากรก แปลวา แนวความคดของความสมมาตร

และความสอดคลองกลมกลน

อธบายปรากฏการณบนทองฟาโดยอาศยคณตศาสตร

- 384 - 325 ปกอนค.ศ. อรสโตเตล พบวา โลกกลม สงเกต

จากดาวทเคลอนทรอบดาวเหนอ เหนทกรซ แตไมเหนทอยปต

- 310 – 230 ปกอนค.ศ. อรสตารคส จากซามอส พบวา

โลกโคจรรอบดวงอาทตย ใชเวลา 1 ป

- ค.ศ.300 ทอโลม เชอวา โลกแบน อยกบท ดวงดาวเคลอนท

รอบโลก ดาวฤกษโคจรรอบโลกรอบละ 1 วน

3.แบบจ าลองเอกภพของกรก

ทโค บราห ค.ศ.1546 - 1601

- สงเกตการเคลอนทของดาวเคราะหและจดบนทกอยางละเอยด

ทกวนเปนเวลานบ 10 ป

- จากการสงเกต ท าใหเขาไมเชอโคเพอรนคส ทกลาววาดาว

เคราะหเคลอนทรอบดวงอาทตยเปนวงกลม

สงตอให โยฮนเนส เคพเลอร

- บนทกต าแหนงของดาวเคราะหเพมเตม

- สรปวา ดาวเคราะหโคจรรอบดวงอาทตยเปนวงร

แบบจ าลองของเคพเลอร ไดรบการยอมรบ เปนกฎการ

เคลอนท 3 ขอ ทใชกนอยในปจจบน

4.แบบจ าลองเอกภพของเคพเลอร

เปนคนแรกทใชกลองโทรทรรศนเพอสงเกตการณทางดารา

ศาสตร พบวา

- ผวของดวงจนทรมภเขาและหลมอกกาบาต

- ทางชางเผอกทมองเหนเปนฝาขาว ความจรงเปนดาวฤกษ

จ านวนมาก

- เหนดาวศกรเปนเสยวคลายดวงจนทร

- ดาวพฤหสมดาวบรวาร 4 ดวง (ปจจบนม 63 ดวง)

- ดาวเสารเปนดาวเคราะหทอยไกลจากโลกทสด แตกเชอวาม

ดาวเคราะหดวงอนอก

กาลเลโอไดเผยแพรผลงานทงหมดในหนงสอ “บทสนทนา

เกยวกบสองระบบใหญของโลก” เปรยบเทยบกบแบบจ าลองของทอเลม

และโคเพอรนคสดวย

5.แบบจ าลองเอกภพของกาลเลโอ

เซอรไอแซก นวตน ใชกฎ “Law of Universal Gravitation” ท าให

อธบาย

- การโคจรของดาวเคราะหรอบดวงอาทตยเปนวงร

- ดวงอาทตยเปนจดศนยกลางของระบบ

ท าใหกฎการเคลอนท 3 ขอของเคพเลอรไดรบการยอมรบ

ก าเนดเอกภพ

ทฤษฎก าเนดเอกภพทยอมรบในปจจบน คอ Big Bang จดเรมตน

ขนาดเลก ความหนาแนนสง อณหภมสง

- เอกภพจะขยายตวอยางรวดเรว

- มเนอสารเกดในรปอนภาคมลฐาน

- quark

- electron

- neutrino

- antiparticle (ปฏอนภาค)

Antiparticle เปนอนภาคทมสมบตเหมอนกบคอนภาค แตมประจ

ไฟฟาตรงขามกน

Quark

เปนอนภาคทเลกทสด เราจะไมเหนควารกแยกกนเปนอสระ

เนองจากมอนภาคกลออน (gluon) ทน าพาแรงนวเคลยรอยางเขมเชอม

ควารกเขาดวยกน

โดยนวตรอนและโปรตอนเกดจากการ

รวมกนของควารก

- นวตรอนประกอบดวย

up quark 1 ตว และ down quark 2 ตว

- โปรตอนประกอบดวย

up quark 2 ตว และ down quark 1 ตว

Neutrino

เปนอนภาคมลฐานทเคลอนทไปดวยความเรวใกลกบความเรวแสง

ไมมประจไฟฟา มมวลเลกนอย และสามารถเคลอนผานสสารทวไปไดโดย

แทบไมรบกวน

นวตรโนสามารถทะลผานโลกทงโลกโดยไมท าปฏกรยากบสสาร

ของโลกเลย ดงนนการตรวจจบนนจงเปนเรองทยากล าบากมาก นวตรโนเปนผลตกคางจากกมมนตรงสหรอปฏกรยานวเคลยร

เกดขนในดวงอาทตย โรงปฏกรณนวเคลยร

ใชสญลกษณแทนดวยอกษรกรกวา ע (นว)

รปในหนงสอหนา 102

- หลงบกแบง 10-6 วนาท อณหภมจะลดลงเปนสบลานลานเคลวน ท าให

ควารกเกดการรวมตวกน กลายเปนโปรตอนและนวตรอน

- หลงบกแบง 3 นาท อณหภมจะลดลงเปนรอยลานเคลวน ท าใหโปรตอนและ

นวตรอนเกดการรวมตวกนเปนนวเคลยสของไฮโดรเจนและฮเลยม ซงในชวงแรกๆ น

เอกภพขยายตวอยางรวดเรวมาก

- หลงบกแบง 300,000 ป อณหภมจะลดลงเหลอ 10,000 เคลวน

นวเคลยสของไฮโดรเจนและฮเลยมจะดงอเลกตรอนเขามาอยในวงโคจรท าใหเกดเปน

อะตอมของไฮโดรเจนและฮเลยม

- หลงบกแบง 1,000 ลานป จะเกดกาแลกซตางๆ โดยภายในกาแลกซจะม

ธาตไฮโดรเจนและฮเลยมเปนสารเบองตนในการก าเนดดาวฤกษรนแรกๆ

ขอมลทสนบสนนทฤษฎบกแบง

- การขยายตวของเอกภพ

- การคนพบคลนไมโครเวฟพนหลงจากอวกาศ (Cosmic microwave

background ; CMB)

ขอสงเกตประการท 1 การขยายตวของเอกภพ

เอดวน พาวเวลล ฮบเบล นกดาราศาสตรชาวอเมรกา เปนคน

แรกทพบวาเอกภพก าลงขยายตวในปจจบน

ฮบเบล สงเกตกาแลกซ พบวากาแลกซเหลานน

เกดปรากฎการณ เลอนทางแดง (redshift) ของสเปกตรม แสดงวา

วตถทองฟานนก าลงเคลอนทถอยหางออกจากผสงเกตบนโลก

ปรากฎการณเลอนทางแดง

เกดขนเมอการแผรงสคลนแมเหลกไฟฟา

(โดยมากเปนแสงทตามองเหน) มการเปลงแสง

หรอสะทอนกบวตถ แลวเกดปรากฏการณดอป

เพลอร ท าใหคลนเคลอนตวไปในทางฝงสแดงของ

สเปกตรมแมเหลกไฟฟา (ซงมพลงงานนอยกวา)

การเคลอนไปทางแดงจงหมายถง การทผสงเกต

จบไดวารงสคลนแมเหลกไฟฟาทมความยาวคลน

เพมขน เมอเทยบกบแหลงก าเนด

ขอสงเกตประการท 2 การคนพบคลนไมโครเวฟพนหลงจากอวกาศ

(Cosmic microwave background ; CMB)

อารโน เพนเซยส และรอเบรต วลสน ไดทดสอบระบบเครองรบ

สญญาณรบกวนสญญาณวทยในชวงของคลนไมโครเวฟตลอดเวลา

ตอมาจงทราบวาเปนสญญาณรบกวนทมาจากอวกาศ ซงม

สเปกตรมคลายกบสเปกตรมการแผรงสของวตถด า

สงดาวเทยมส ารวจอวกาศ ชอ โคบ (Cosmic Background

Explorer, COBE) ขนไปส ารวจคลนไมโครเวฟจากอวกาศอกครง พบวา

คลนไมโครเวฟพนหลงนมการกระจายตวสม าเสมอในทกทศทางจากอวกาศ

และสอดคลองกบการแผรงสของวตถด าทอณหภม 2.73 เคลวน หรอพบ

คลนในชวงความถ 160 kHz

ถาเอกภพมจดก าเนดมาจากบกแบงแลวจะตองพบการแผรงสท

เหลอในอวกาศจากเอกภพทมอณหภมประมาณ 10,000 เคลวน ขณะนน

เอกภพจะแผพลงงานออกมาในรปของคลนแมเหลกไฟฟาทมความถสงมาก

จากนนเมอเวลาผานไปการแผรงสของเอกภพนจะมความถลดลงเหลอ จนใน

ปจจบนเปนคลนไมโครเวฟในชวงความถประมาณ 160 kHz

กาแลกซเพอนบาน

เปนกาแลกซทอยใกลกาแลกซทางชางเผอก (กาแลกซกนหอย

คาน) และสามารถมองเหนดวยตาเปลาได คอ

- กาแลกซแอนโดรเมดา เปนกาแลกซแบบกงหน(กนหอย)

ใหญกวากาแลกซทางชางเผอก เหนไดงายในฤดหนาว

- กาแลกซแมกเจลแลนใหญ เปนกาแลกซไรรปราง เหนไดยาก

- กาแลกซแมกเจนแลนเลก

บทท 6

ดาวฤกษ

ดาวฤกษ ต าแหนงจะอยกบท มองเหนเปนแสงกระพรบ สวนดาว

เคราะหจะใกลกวาดาวฤกษมาก เหนเปนแสงไมกระพรบ

องคประกอบของดาวฤกษ

- 99% คอ ธาตไฮโดรเจน

- รองลงมา คอ ฮเลยม

ดาวฤกษสามารถสรางพลงงานดวย

ตนเอง และมววฒนาการ

ววฒนาการของดาวฤกษ

เกดจากการยบรวมตวของเนบวลา

เปน ดาวฤกษกอนเกด

แลวกลายเปนดาวฤกษ

ดาวฤกษทมมวลนอย จะใชเชอเพลงในอตราทนอย จงมชวง

ชวตยาว เมอเกดปฏกรยาฟวชน ไฮโดรเจนจะรวมตวกนเกดธาตทใหญ

ขน ธาตทใหญทสดทเกดได คอ ธาตเหลก

ท าใหยบตวลงอยางตอเนองจนอณหภมสงขน ถงจดทเกนพอดเมอ

เทยบกบมวล ดาวขยายตวพองออกมากเปนดาวยกษแดง

บรรยากาศรอบนอกกลายเปนเนบวลาดาวเคราะห

กอนทจะสญเสยมวลสวนใหญออกไป เกดเปนเนบวลาดาว

เคราะห

สวนเหลอจะยบตวลงเปนซากดาว จบชวตดาวฤกษมวลนอยลงดวย

การกลายเปน “ดาวแคระขาว” (White Dwarf)

ดาวแคระขาวเปนดาวทอณหภมผวสงมาก แตไมคอยสวาง ม

ขนาดประมาณดาวเคราะห เปนระยะสดทายของววฒนาการของดาว

ฤกษสวนใหญทมมวลไมมาก

พบครงแรก ป 1862 ชอ ดาวซรอส

ดาวฤกษทมมวลมาก มแสงสวางมาก จะใชเชอเพลงอยาง

สนเปลองในอตราทสงมา จงมชวงชวตทสนกวา

ดาวขยายตวพองออกมากเปนดาวมหายกษแดง (Red Supergiant)

จบชวตดาวฤกษมวลมาก ดวยการระเบดอยางรนแรง ทเรยกวา

ซปเปอรโนวา สามารถมองเหนการเกด Supernova นานหลายสปดาหหรอ

เปนเดอน โดยเฉลยแลว Supernova จะเกดประมาณ 50 ปตอครงใน

galaxy ทมขนาดเทากบ galaxy ทางชางเผอก

เนบวลาป หรอ Crab Nebula มเสนผาศนยกลาง 6 ปแสง อย

หางจากโลก 6,300 ปแสง ในกลมดาววว (Taurus) เนบวลานเปนซากการ

ระเบดใหญ (ซปเปอรโนวา-Supernova) ชนแรกของดาวฤกษทมขนาด

มากกวา 10 เทาของดวงอาทตยและสามารถมองเหนเหตการณการ

ระเบดเปนซปเปอรโนวาไดจากโลกของเรา ค.ศ. 1054 ชาวจนบนทกไว

วาซปเปอรโนวาครงนมแสงสวางอยนานหลายเดอนและ มองเหนไดแมใน

เวลากลางวน

ดาวนวตรอน คอ สงทหลงเหลอจากซเปอรโนวา ซงมมวลนอย

เกนกวาจะววฒนาการไปเปนหลมด า แตกมากพอทกาซและฝนจะยบตว

ลงกลายเปนวตถความหนาแนนสง เรองแสง แกนกลางของดาวจะยบตว

ลงอยางรวดเรว อเลกตรอนถกดงไปรวมกบโปรตรอนกลายเปน

นวตรอน ท าใหดาวทงดวงกลายเปนนวตรอนทงหมด ซงดาวนวตรอนท

มวลประมาณ 1.5 เทาของดวงอาทตยจะมขนาดเพยง 10 –20 กโลเมตร

เทานน แตถาสามารถตกเนอสารของดาวนวตรอนออกมาไดหนงชอนชาจะมน าหนกนบลานตน

ดวยความหนาแนนขนาดนท าใหดาวนวตรอนสามารถสรางสนามความโนม

ถวงทมความเขมมากกวาโลกเราถง 300,000 เทา แตถาแกนกลางท

เหลอมมวลมากกวานกอาจยบตวอกกลายเปนหลมด า

มดาวนวตรอนทก าลงดดวตถตางๆ จากดาวรอบขาง จนเกด

กาซรอนหมนวนจนกลายเปนแผนจานอยรอบๆ และนกวจยสามารถวด

สเปกตรมของอะตอมเหลกไดดกวาทเคยวดได โดยอะตอมเหลกเคลอนท

ดวยความเรว 40% ของความเรวแสง

หลมด าก าเนดจากการยบตวของดาวฤกษมวลมากเมอสน

อายขย ความนาพศวงของหลมด ากคอมนมความหนาแนนมาก

จนกระทงไมมสงใดๆจะหลดรอดจากแรงโนมถวง อนมหาศาลของมนได

แมกระทงแสง ปจจบนนกดาราศาสตรพบหลกฐานวาหลมด ามอยจรง

และยงพบวามหลมด ายกษทเรยกวา Supermassive Black Holes ซง

มกจะอยบรเวณใจกลางกาแลกซดวย

หลมด าไมไดดดสสารเขาไปอยางเดยว แตมนปลอยมวลสารและ

พลงงานออกมาในรปของรงสเอกซ ซงนกดาราศาสตรสามารถตรวจวดได

นานๆเขาหลมด ากจะหายไป แตตองนานจรงๆ เพราะถาพจารณาหลมด า

ขนาดใหญๆ 1067 ปเลยทเดยว กวาทจะสลายตวหมด ซงยาวนานกวาอาย

ของเอกภพเสยอก (เอกภพมอายประมาณ 1 หมนหาพนลานป)

ความสองสวางและโชตมาตรของดาวฤกษ

คอ พลงงานทปลอยออกมาในเวลา 1 วนาทตอหนวยพนท คาการ

เปรยบเทยบความสวางของดาวฤกษ เรยกวา magnitude หรอ โชตมาตร

- คาโชตมาตรเปน 6 คอ ดวงดาวรบหรทสดทตาเปลาสามารถมองเหนได

- คาโชตมาตรเปน 1 คอ ดวงดาวสวางทสดทสามารถมองดวยตาเปลาได

โชตมาตรปรากฏ (apparent magnitude) โชตมาตรของ

ดาวฤกษทสงเกตไดจากโลก

โชตมาตรสมบรณ (absolute magnitude) เปนการวดความสวางทแทจรงของดาวฤกษ โดยใหดาวฤกษนนอยหางจากโลกเปน

ระยะทาง 10 พารเซก หรอ 32.62 ปแสง

สและอณหภมผวของดาวฤกษ

ระยะหางของดาวฤกษ

ดาวฤกษทอยใกลระบบสรยะทสด คอ แอลฟาเซนเทาร วธท

ส าคญในการวดระยะหางจากโลกถงดาวฤกษ คอ การหา parallax ของดวงดาวนน

ระบบดาวฤกษ

ดาวฤกษสามารถอยเดยวๆได ดวงอาทตย

ดาวฤกษทอยเปนค ดาวซรอส เอ, บ (โชตมาตร -1.46)

เคลอนทรอบซงกนและกนดวยแรงโนมถวง

ดาวฤกษ 3 ดวง ดาวแอลฟาเซนเทาร เอ, บ, ซ

กระจกดาวฤกษจ านวนมาก

กระจกดาวลกไก มดาวฤกษมากกวา 100 ดวง

กระจกดาวทรงกลมเอม 13 มดาวฤกษหลายแสนดวง