Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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