กาแล็กซีและกาแล็กซีทางช้างเผือก

          ถ้ามีใครสักคนถามเราว่าบ้านเราอยู่ที่ไหน เราก็คงระบุตำแหน่งได้อย่างง่ายดาย โดยการบอกเลขที่บ้าน ซอย เขต ตำบล อำเภอ และจังหวัด รวมถึงประเทศของเรา และหากถามถึงลักษณะตัวบ้านเป็นอย่างไร ก็เป็นเรื่องง่ายอีกเช่นกันที่จะอธิบายโครงสร้างบ้าน เช่น เป็นบ้านชั้นเดียวหรือสองชั้น บ้านทำจากไม้หรือคอนกรีต หรืออาจบอกจำนวนห้องนอน ห้องน้ำ เป็นต้น ทั้งนี้เพราะเราทราบดีว่า บ้านที่เราอาศัยอยู่นั้นมีลักษณะเป็นอย่างไร แต่ถ้าหากให้เราระบุตำแหน่งที่มีระดับใหญ่กว่านั้นล่ะ เช่น เราอยู่ที่ตำแหน่งใดของระบบสุริยะ และอยู่ส่วนใดของกาแล็กซีหรือเอกภพ แน่นอนว่าการจะตอบคำถามนี้อาจไม่ใช่เรื่องง่ายนัก

          การจะตอบคำถามนี้ได้ เราต้องได้เรียนรู้ตำแหน่งของโลกซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบสุริยะ แล้วขยายขอบเขตการพิจารณาว่าระบบสุริยะนั้นอยู่ส่วนใดของกาแล็กซี ซึ่งกาแล็กซีในเอกภพที่กว้างใหญ่ไพศาลนั้นมีรูปร่างลักษณะที่แตกต่างกัน ในบทเรียนนี้เราจะได้เรียนรู้กำเนิดและวิวัฒนาการของกาแล็กซี ประเภทของกาแล็กซี โครงสร้างและรายละเอียดของกาแล็กซีที่ถือว่าเป็นบ้านของเรา นั่นคือ “กาแล็กซีทางช้างเผือก”

ภาพที่ 1 กาแล็กซีทางช้างเผือก
ที่มา  www.pixabay.com,  RonaldPlett.

 กำเนิดกาแล็กซี

           กาแล็กซี หรือ ดาราจักร คือ อาณาจักรของดวงดาวที่อยู่รวมกันด้วยแรงโน้มถ่วง นอกจากดาวฤกษ์จำนวนหลายแสนล้านดวงแล้ว กาแล็กซียังประกอบด้วยเทห์ฟ้าอื่น เช่น เนบิวลา และ สสารระหว่างดาว       ที่รวมกันอย่างเป็นระบบด้วยแรงโน้มถ่วง กาแล็กซีอาจมีขนาดเล็กหรือใหญ่แตกต่างกันไป โดยกาแล็กซีขนาดใหญ่ อาจมีดาวฤกษ์เป็นสมาชิกถึงล้านล้านดวง หรือกาแล็กซีขนาดเล็กก็อาจมีดาวฤกษ์เป็นสมาชิกเพียงสิบล้านดวง

          เมื่อมีหลักฐานสำคัญหลายประการสนับสนุนให้ทฤษฎีบิกแบง ( Big Bang ) เป็นคำอธิบายการเกิดเอกภพที่ได้รับการยอมรับในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์จึงเชื่อว่ากาแล็กซีเกิดขึ้นในช่วงเวลาหลังจากเหตุการณ์บิกแบงประมาณ 1,000 ล้านปี โดยเกิดจากการรวมตัวกันของกลุ่มแก๊สและฝุ่นต่าง ๆ วิวัฒนาการเป็นกลุ่มดวงดาว หรือกลายเป็นองค์ประกอบอื่น ๆ  ที่อยู่รวมกันได้อย่างเป็นระบบ กระทั่งกลายเป็นกาแล็กซีที่กินอาณาเขตมหาศาลและมีรูปร่างลักษณะที่แตกต่างกันออกไป

กาแล็กซีมีกี่ประเภท

          เนื่องจากกาแล็กซีมีรูปร่างลักษณะที่แตกต่างกัน จึงสามารถแบ่งประเภทเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ กาแล็กซีปกติ ( regular galaxy ) เป็นกาแล็กซีที่มีรูปร่างสัณฐานชัดเจน สามารถจัดประเภทตามแผนภาพส้อมเสียงของฮับเบิล ( Hubble Turning Fork ) ได้ อีกประเภทหนึ่งคือ กาแล็กซีไม่มีรูปแบบ ( irregular galaxy ) คือ กาแล็กซีที่ไม่มีรูปร่างสัณฐานชัดเจน เช่น กาแล็กซีแมกเจลแลนใหญ่

          แผนภาพส้อมเสียงของฮับเบิล จัดทำขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน คือ เอ็ดวิน ฮับเบิล ในปี ค.ศ. 1936 เขาได้เสนอแผนภาพที่มีลักษณะคล้ายส้อม เพื่อใช้ในการจำแนกประเภทของกาแล็กซีตามรูปร่างสัณฐาน ดังภาพที่ 2

ภาพที่ 2 แผนภาพส้อมเสียงของฮับเบิล (Hubble Turning Fork)
ที่มา https://th.wikipedia.org, Cosmo0.

          จากภาพที่ 2 กาแล็กซีที่มีรูปร่างสัณฐานชัดเจน ได้ถูกแบ่งออกเป็น 3 ประเภท  ดังนี้

          กาแล็กซีรี ( elliptical galaxy ) เป็นกาแล็กซีที่มีสัณฐานเป็นทรงรี มีการกระจายของแสงดาวฤกษ์อย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งกาแล็กซี ใช้รหัสแทนด้วยตัวอักษร E ตามด้วยหมายเลข 1 - 7 ซึ่งบ่งบอกระดับความรี เช่น กาแล็กซีเอ็ม 87 เป็นกาแล็กซีประเภท E0 คือ มีรูปร่างรีน้อยที่สุด แต่หากเป็นรหัส E7 แสดงว่ามีความรีมากที่สุดนั่นเอง

          กาแล็กซีแบบกังหันหรือก้นหอย ( spiral galaxy ) เป็นกาแล็กซีที่มีดาวฤกษ์กระจุกหนาแน่นอยู่ที่ส่วนใจกลาง (nucleus) ของกาแล็กซี และค่อย ๆ กระจายออกไปรอบ ๆ จากตรงกลาง ส่วนที่กระจายจากตรงกลางเรียกว่า ส่วนแขน ซึ่งมีลักษณะกระจายออกคล้ายใบพัดของกังหัน กาแล็กซีแบบกังหันสามารถแบ่งตามสัณฐานของส่วนใจกลางและลักษณะโครงสร้างการกระจายออกจากส่วนใจกลาง เป็น 2 ประเภทย่อย ดังนี้

• กาแล็กซีกังหัน ( spiral galaxy ) เป็นกาแล็กซีที่มีส่วนใจกลางหนาแน่น มีความสว่างชัดเจน แบ่งแยกย่อยเป็น 3 แบบ โดยใช้สัญลักษณ์ คือ Sa Sb และ Sc ซึ่งมีรูปร่างแตกต่างกัน คือ

• Sa มีส่วนใจกลางใหญ่มาก สังเกตเห็นส่วนแขนไม่ชัดเจน

• Sb มีส่วนใจกลางใหญ่ปานกลาง สังเกตเห็นส่วนแขนชัดเจน

• Sc มีส่วนใจกลางขนาดเล็ก สังเกตเห็นส่วนแขนเป็นแนวยาวได้ชัดเจนที่สุด

• กาแล็กซีกังหันแบบมีคาน ( barred spiral galaxy ) เป็นกาแล็กซีที่มีส่วนใจกลางหนาแน่น และมีโครงสร้างที่คล้ายคานพาดผ่านส่วนใจกลาง แบ่งแยกย่อยเป็น 3 แบบ โดยใช้สัญลักษณ์ คือ SBa SBb และ SBc ซึ่งมีรูปร่างแตกต่างกัน คือ

• SBa มีส่วนใจกลางใหญ่มาก สังเกตเห็นส่วนคานไม่ชัดเจน

• SBb มีส่วนใจกลางใหญ่ปานกลาง สังเกตเห็นส่วนคานชัดเจน

• SBc มีส่วนใจกลางขนาดเล็ก สังเกตเห็นส่วนคานชัดเจนที่สุด

          จากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ พบว่ากาแล็กซีส่วนใหญ่ที่พบร้อยละ 77 เป็นกาแล็กซีแบบกังหันซึ่งมีทั้งกาแล็กซีกังหันและกาแล็กซีกังหันแบบมีคาน เช่น กาแล็กซีเอ็นซีจี 1073 มีรูปร่างแบบ SBcกาแล็กซีทางช้างเผือก มีรูปร่างแบบ SBb เป็นต้น

          กาแล็กลูกสะบ้าหรือกาแล็กซีเลนส์ ( lenticular galaxy ) เป็นกาแล็กซีที่มีลักษณะก้ำกึ่งระหว่างกาแล็กซีรีและกาแล็กซีแบบกังหัน กล่าวคือ การกระจายตัวของดาวฤกษ์ไม่สม่ำเสมอ แต่มีการกระจุกหรือหนาแน่นตรงส่วนใจกลาง แต่ไม่มีส่วนแขนที่กระจายออก การกระจายของดาวฤกษ์เป็นลักษณะกระจายออกทุกทิศทาง ล้อมรอบส่วนใจกลางลักษณะคล้ายจาน สัญลักษณ์ที่ใช้ คือ ตัวอักษร S0 เช่น กาแล็กซีเอ็นซีจี 1201

          จากการจำแนกประเภทของกาแล็กซีแล้ว จะพบว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกนั้น จัดอยู่ในประเภทกาแล็กซีกังหันแบบมีคาน ( SBb ) ซึ่งจะได้ศึกษารายละเอียดในหัวข้อต่อไป

กาแล็กซีทางช้างเผือก

          กาแล็กซีที่ระบบสุริยะเป็นสมาชิกอยู่ คือ กาแล็กซีทางช้างเผือกสำหรับคนไทย หรือกาแล็กซีทางน้ำนม ( The Milky way galaxy ) สำหรับชาวตะวันตก การเรียกชื่อที่แตกต่างกันนั้นเกิดจากความเชื่อและมุมมองของแต่ละชนชาติ โดยคนไทยเชื่อว่าช้างคือสัตว์คู่บารมีของกษัตริย์ ซึ่งถือเป็นสมมติเทพ ดังนั้นจึงเชื่อว่าสิ่งที่สังเกตเห็นเป็นฝ้าขาวพาดผ่านบนท้องฟ้านั้น คือ ทางของช้างเผือกที่อยู่คู่กับเทพบนสวรรค์ ขณะที่ชาวตะวันตกมีความเชื่อว่าสิ่งที่สังเกตเห็นเป็นสีขาว มีลักษณะคล้ายน้ำนมไหล จึงตั้งชื่อว่า กาแล็กซีทางน้ำนม  อย่างไรก็ตาม ถึงแม้จะมีชื่อเรียกแตกต่างกัน แต่สิ่งที่ทุกชนชาติสังเกตเห็นเหมือนกันในคืนที่ท้องฟ้าปลอดโปร่ง จะมีแผ่นฝ้าสีขาวจาง ๆ คล้ายเมฆ เรียงตัวเป็นแนวยาวพาดผ่านท้องฟ้าในทิศทางของกลุ่มดาวแมงป่อง กลุ่มดาวคนยิงธนู กลุ่มดาวนกอินทรี และกลุ่มดาวหงส์ ซึ่งแผ่นฝ้าสีขาว ๆ เป็นแนวยาวพาดผ่านท้องฟ้า ( ทางช้างเผือก ) ที่มองเห็นนั้นเป็นเพียงแค่ส่วนหนึ่งของกาแล็กซีทางช้างเผือกเท่านั้น

          จากการศึกษาของนักดาราศาสตร์ ทำให้สรุปได้ว่า กาแล็กซีทางช้างเผือกมีขนาด 1 แสนปีแสง มีดาวฤกษ์ประมาณ 1 - 4 แสนล้านดวง มีมวลประมาณ 5.8 แสนล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ โดยตำแหน่งของดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะนั้น ไม่ได้อยู่ที่ส่วนใจกลางของกาแล็กซี แต่อยู่ห่างจากส่วนใจกลาง ประมาณ 30,000 ปีแสง โครงสร้างของกาแล็กซีทางช้างเผือกประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก ๆ คือ นิวเคลียส จาน และฮาโล ดังภาพที่ 3  ดังนี้

ภาพที่  3  โครงสร้างของกาแล็กซีทางช้างเผือก
ที่มา ดัดแปลงจาก https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Milky_way_profile.svg, RJHall.

          จากภาพที่ 3 สามารถอธิบายรายละเอียดของส่วนต่าง ๆ ของกาแล็กซีทางช้างเผือก ดังต่อไปนี้

นิวเคลียส ( nucleus ) คือ ส่วนที่เป็นบริเวณใจกลางของกาแล็กซีหรืออาจเรียกว่า ส่วนโป่ง ( bulge ) โดยในบริเวณนี้จะมีความสว่างมากเนื่องจากมีดาวฤกษ์หนาแน่น

จาน ( disk ) คือ บริเวณที่มีดาวฤกษ์กระจายตัวออกจากส่วนใจกลาง คล้ายส่วนที่เป็นแขนของกาแล็กซี มีองค์ประกอบคือ ฝุ่น แก๊ส และดาวฤกษ์จำนวนมาก

ฮาโล ( Halo ) คือ บริเวณรอบ ๆ ส่วนโป่ง โดยเป็นส่วนที่มีดาวฤกษ์รวมตัวเป็นกลุ่มหรือกระจุก เรียกว่า กระจุกดาวทรงกลม โดยดาวเหล่านี้เป็นกลุ่มดาวที่มีอายุมาก

           กล่าวโดยสรุป กาแล็กซี ประกอบด้วย ดาวฤกษ์จำนวนหลายแสนล้านดวง ซึ่งอยู่กันเป็นระบบของดาวฤกษ์ นอกจากนี้ ยังประกอบด้วยเทห์ฟ้าอื่น เช่น เนบิวลา และ สสารระหว่างดาว โดยองค์ประกอบต่าง ๆ ภายในของกาแล็กซีอยู่รวมกันด้วยแรงโน้มถ่วง กาแล็กซีมีรูปร่างแตกต่างกัน โดยระบบสุริยะอยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือกซึ่งเป็นกาแล็กซีกังหันแบบมีคาน มีโครงสร้าง คือ นิวเคลียส จาน และฮาโล โดยดาวฤกษ์จำนวนมากอยู่ในบริเวณนิวเคลียสและจาน ระบบสุริยะอยู่ห่างจากจุดศูนย์กลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก ประมาณ 30,000 ปีแสง ซึ่งทางช้างเผือกที่สังเกตเห็นในท้องฟ้าเป็นบริเวณหนึ่งของกาแล็กซีทางช้างเผือกในมุมมองของคนบนโลก แถบฝ้าสีขาวจาง ๆ ของทางช้างเผือก คือ ดาวฤกษ์ ที่อยู่อย่างหนาแน่นในกาแล็กซีทางช้างเผือก

แหล่งที่มา

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ( สสวท. ).  คู่มือครูรายวิชาพื้นฐานวิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์โลกและอวกาศ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 6.  สืบค้นเมื่อ 5 มิถุนายน 2563, จาก https://www.scimath.org/ebook-earthscience/item/10328-6

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ( สสวท. ).  2559.  หนังสือเรียน รายวิชาพื้นฐาน โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4-6.  พิมพ์ครั้งที่ 9.  โรงพิมพ์ สกสค. ลาดพร้าว กรุงเทพมหานคร.

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ ( LISA ).  กาแล็กซีประเภทต่างๆ.  สืบค้นเมื่อ 5 มิถุนายน 2563, จาก http://www.lesa.biz/astronomy/galaxy/galaxies

หอดูดาวสำหรับโรงเรียน, สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ ( องค์การมหาชน ). กาแล็กซีทางช้างเผือก.  สืบค้นเมื่อ 5 มิถุนายน 2563, จาก http://nso.narit.or.th/index.php/2017-11-25-10-50-19/2017-12-07-04-56-44/2017-12-10-09-07-42/2017-12-10-17-30-40

NASA Science Space Place. What is a galaxy? Retrieved June 5, 2020, from https://spaceplace.nasa.gov/galaxy/en/

 กำเนิดระบบสุริยะและการแบ่งเขตบริวารรอบดวงอาทิตย์

        เมื่อลืมตาจากการนอนหลับ แสงธรรมชาติเป็นสิ่งสำคัญที่ทำให้คุณมองเห็นสิ่งต่าง ๆ รอบตัวได้ หลายคนอาจลืมไปว่าแหล่งกำเนิดของแสงเหล่านี้ มาจากดวงอาทิตย์ซึ่งอยู่ไกลแสนไกลจากโลกของเรา ดังนั้นการเข้าใจการกำเนิดของระบบสุริยะ และการศึกษาองค์ประกอบของระบบสุริยะ จึงเป็นเสมือนการศึกษาและทำความเข้าใจแหล่งพลังงานสำคัญของมนุษยชาตินั่นเอง ซึ่งในบทเรียนนี้จะกล่าวถึงกำเนิดระบบสุริยะ องค์ประกอบของระบบสุริยะ และการแบ่งเขตบริวารรอบดวงอาทิตย์

ภาพที่ 1  ระบบสุริยะ
ที่มา : https://www.piqsels.com, Jjaxa

กำเนิดระบบสุริยะ

          ระบบสุริยะ เกิดจากการยุบรวมตัวกันของกลุ่มฝุ่นและแก๊ส ที่เรียกว่า เนบิวลาสุริยะ ( Solar Nebula ) เมื่อมีการรวมตัวกันจนมีมวลมากขึ้น แรงโน้มถ่วงระหว่างมวลสารจึงมีมากขึ้น จึงเกิดการยุบตัวของกลุ่มแก็สและฝุ่นบริเวณใจกลาง กลายเป็นก้อนแก๊สร้อนหรือพลาสมาอุณหภูมิสูง นั่นคือ ดวงอาทิตย์ ส่วนสสารที่เหลือก็หมุนวนรอบดวงอาทิตย์ โดยแต่ละชั้นของวงโคจรก็เกิดการรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์และบริวารอื่น ๆ  โดยจะกล่าวถึงเหตุการณ์ในช่วงของการกำเนิดระบบสุริยะ ดังภาพที่ 2

ภาพที่ 2 แผนภาพแสดงการกำเนิดระบบสุริยะ
ที่มา : ดัดแปลงจากหนังสือเรียนรายวิชาพื้นฐาน โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4-6 (สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, 2559)

จากภาพที่ 2 สามารถอธิบาย ได้ดังนี้

1. แก๊สและฝุ่นที่มีการเคลื่อนที่ตลอดเวลารวมตัวกัน ทำให้บริเวณใจกลางมีความหนาแน่นมากขึ้น มวลมากขึ้น แรงดึงดูดมากขึ้น และกลุ่มแก๊สจึงเริ่มยุบตัวลงด้วยแรงโน้มถ่วง

2. เมื่อกลุ่มแก๊สยุบตัวลง ทำให้ความดันเพิ่ม บริเวณตรงใจกลางจึงมีอุณหภูมิสูงมาก กลายเป็นดวงอาทิตย์ก่อนเกิด ( protosun ) และเมื่อแรงโน้มถ่วงยังคงเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จึงทำให้เกิดการยุบตัวลงอีก กระทั่งเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชัน โดยไฮโดรเจนรวมตัวกันเป็นฮีเลียม เกิดพลังงานมหาศาล กลายเป็นดวงอาทิตย์

3. ฝุ่นและแก๊สที่เหลือรอบนอกเคลื่อนที่หมุนวนเป็นวงรอบจุดศูนย์กลาง

4. บริเวณใกล้ดวงอาทิตย์มึอุณหภูมิสูง สสารเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่สามารถรวมเป็นของแข็ง แล้วเกิดการพอกพูนมวลมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ กลายเป็นดาวเคราะห์บริวารที่มีพื้นผิวเป็นของแข็ง ส่วนบริเวณที่อยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นบริเวณที่อุณหภูมิต่ำ สสารส่วนใหญ่รวมตัวกันได้ จึงมีแรงโน้มถ่วงมากเพียงพอต่อการดึงดูดกลุ่มแก๊สมารวมกันจนมีมวลมาก กลายเป็นดาวเคราะห์แก๊สที่มีขนาดใหญ่

5. ของแข็งที่เหลือจากการรวมตัวกันของดาวเคราะห์ จะยังคงโคจรรอบดวงอาทิตย์ในพื้นที่ว่างระหว่างวงโคจรของดาวเคราะห์ ซึ่งพบมากในช่องว่างระหว่างดาวอังคารและดาวพฤหัสบดี กลายเป็นดาวเคราะห์น้อย

6. ส่วนสสารที่กระจายกันอยู่รอบนอกกลายเป็นแหล่งกำเนิดของดาวหาง หรืออาจเรียกว่าบริเวณของ ดงดาวหาง

          จากเหตุการณ์ดังกล่าว ทำให้ระบบสุริยะ มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบ โดยมีดาวเคราะห์และเทหวัตถุอื่น ๆ เป็นบริวาร เช่น ดาวเคราะห์แคระ ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง เป็นต้น โดยเทหวัตถุเหล่านี้โคจรรอบดวงอาทิตย์ได้เพราะอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงระหว่างสสารภายในระบบสุริยะนั่นเอง

 การแบ่งเขตบริวารรอบดวงอาทิตย์

          โดยทั่วไปการแบ่งเขตบริวารรอบดวงอาทิตย์ จะเริ่มพิจารณาจากดวงอาทิตย์ออกมา หากแบ่งโดยพิจารณาตามลักษณะการเกิดและองค์ประกอบ จะสามารถแบ่งได้เป็น ดาวเคราะห์ชั้นใน แถบดาวเคราะห์น้อย ดาวเคราะห์ชั้นนอก วัตถุในแถบไคเปอร์ และดงดาวหางของออร์ต ซึ่งมีรายละเอียด ดังนี้

          ดาวเคราะห์ชั้นใน ( inner Planets ) เป็นดาวเคราะห์หิน โดยดาวเคราะห์ในบริเวณนี้จะมีพื้นผิวเป็นของแข็ง บรรยากาศเบาบาง ขนาดเล็ก มวลน้อย โคจรรอบดวงอาทิตย์ในทิศทางเดียวกัน มีระนาบการโคจรใกล้เคียงกับระนาบสุริยวิถี ดาวเคราะห์ชั้นใน ได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก ดาวอังคาร

          แถบดาวเคราะห์น้อย ( asteroid belt ) เป็นบริเวณที่มีดาวเคราะห์น้อย ซึ่งเป็นวัตถุขนาดเล็กที่ไม่สามารถรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ได้ มีการโคจรรอบดวงอาทิตย์อยู่ระหว่างดาวอังคารและดาวพฤหัสบดี  โดยดาวเคราะห์น้อยส่วนใหญ่มีองค์ประกอบเป็นหิน  นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าดาวเคราะห์น้อยเป็นเศษซากที่เหลือจากการพอกพูนมวลระหว่างการกลายเป็นดาวเคราะห์หิน วงโคจรของดาวเคราะห์น้อยมีความรีมากกว่าวงโคจรของดาวเคราะห์ 

          ดาวเคราะห์ชั้นนอก ( Outer Planets ) เป็นดาวเคราะห์แก๊ส มีบรรยากาศหนาแน่น ขนาดใหญ่ มวลมาก โคจรรอบดวงอาทิตย์ในทิศทางเดียวกัน มีระนาบการโคจรใกล้เคียงกับระนาบสุริยวิถี ดาวเคราะห์ชั้นนอก ได้แก่ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน

          วัตถุในแถบไคเปอร์ ( Kuiper belt objects ) เป็นวัตถุที่อยู่บริเวณถัดจากจากวงโคจรของดาวเนปจูนเป็นต้นไป หรืออยู่ในช่วงประมาณ 30 – 1,000 หน่วยดาราศาสตร์ ในบริเวณนี้มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นหินปนน้ำแข็ง มีดาวเคราะห์แคระซึ่งเป็นวัตถุขนาดเล็ก โคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่มีวงโคจรซ้อนทับกับดาวเคราะห์ดวงอื่น เช่น ดาวพลูโต ดาวอีรีส เป็นต้น

          ดงดาวหางของออร์ตหรือเมฆออร์ต ( Oort clound ) ซึ่งเป็นพื้นที่ห่างไกลหรืออยู่รอบนอกของระบบสุริยะ ประกอบด้วยฝุ่นผง เศษหิน ก้อนน้ำแข็งและแก๊สแข็งตัว นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเป็นบริเวณที่ทำให้เกิดดาวหาง ในกรณีที่วัตถุเหล่านั้นโคจรมาเข้าใกล้ดวงอาทิตย์หรือถูกแรงโน้มถ่วงกระทำ จากนั้นลมสุริยะจะทำให้ก้อนน้ำแข็งระเหิด เกิดเป็นกลุ่มแก๊สที่มีส่วนหัวฝุ่น และส่วนหางสว่างเป็นแนวยาว อันเนื่องมาจากการสะท้อนแสงอาทิตย์ โดยดาวหางจะมีทิศทางพุ่งไปในทิศตรงกันข้ามกับดวงอาทิตย์ 

          จากที่กล่าวมาข้างต้นนั้น เป็นการอธิบายเกี่ยวกับขอบเขตบริวารรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งแสดงได้ดังภาพที่ 3

ภาพที่ 3 การแบ่งเขตบริวารรอบดวงอาทิตย์
ที่มา : ดัดแปลงจากhttps://commons.wikimedia.org/wiki/File:PIA17046_-_Voyager_1_Goes_Interstellar.jpg, NASA / JPL-Caltech

          กล่าวโดยสรุปได้ว่า ระบบสุริยะเกิดจากการรวมตัวกันของกลุ่มฝุ่นและแก๊สที่เรียกว่า เนบิวลาสุริยะ โดยฝุ่นและแก๊ส ประมาณร้อยละ 99.8 ของมวล ได้รวมตัวเป็นดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นก้อนแก๊สร้อนหรือพลาสมา สสารส่วนที่เหลือรวมตัวเป็นดาวเคราะห์และบริวารอื่น ๆ ของดวงอาทิตย์ ดังนั้นจึงแบ่งเขตบริวารของดวงอาทิตย์ตามลักษณะการเกิดและองค์ประกอบ ได้แก่ ดาวเคราะห์ชั้นใน ดาวเคราะห์น้อย ดาวเคราะห์ชั้นนอก วัตถุในแถบไคเปอร์ และดงดาวหางของออร์ต

แหล่งที่มา

คลังความรู้ SciMath.ระบบสุริยะ และการกําเนิดระบบสุริยะ ( Origin of Solar System ).  สืบค้นเมื่อ 5 มิถุนายน 2563,  จาก https://www.scimath.org/lesson-physics/item/7316-origin-of-solar-system

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ ( LESA ).  กำเนิดระบบสุริยะ  สืบค้นเมื่อ 5 มิถุนายน 2563, จาก http://www.lesa.biz/astronomy/solar-system/origin

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ( สสวท. ).  2559.  หนังสือเรียน รายวิชาพื้นฐาน โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4-6.  พิมพ์ครั้งที่ 9.  โรงพิมพ์ สกสค. ลาดพร้าว กรุงเทพมหานคร.

NASA Science, NASA Planetary Science Division. Oort Cloud. Retrieved June 5, 2020, from https://solarsystem.nasa.gov/solar-system/oort-cloud/overview/

 ข้างขึ้นข้างแรมกับการเกิดน้ำขึ้นน้ำลง

          ท่านผู้อ่านเคยรู้ไหมว่า ในเดือนหนึ่ง ๆ ที่มีอะไรหลายอย่างหมุนเวียนเปลี่ยนแปลง หนึ่งในหลายสิ่งนั้นก็มีลักษณะที่ปรากฏของดวงจันทร์หรือเฟสของดวงจันทร์ก็เป็นสิ่งหนึ่งที่เปลี่ยนไปในทุกวัน และจะใช้เวลา ราว ๆ 29.5 วัน จึงจะกลับมามีเฟสเดิมอีกครั้ง

ภาพที่ 1 น้ำขึ้นน้ำลงที่สังเกตได้บนบริเวณชายหาด
ที่มา : https://pixabay.com , bakjak

เฟสของดวงจันทร์ ดิถีของดวงจันทร์ หรือการเกิดข้างขึ้นข้างแรม

          เฟสของดวงจันทร์ ดิถีของดวงจันทร์ หรือการเกิดข้างขึ้นข้างแรม เกิดจากการที่ดวงจันทร์ซึ่งโคจรรอบโลกทำมุมระหว่างดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และโลก แตกต่างกันออกไป ทำให้เราที่ยืนอยู่บนโลก มองเห็นดวงจันทร์ที่มีส่วนสว่างไม่เท่ากันในแต่ละคืน เปรียบได้กับการสังเกตลูกบอลที่หันเข้าหาแสงไฟในยามค่ำคืน  จากด้านหลัง ด้านข้าง และด้านหน้า เราก็จะพบเห็นส่วนที่สว่างด้วยแสงไฟเป็นสัดส่วนที่เปลี่ยนแปลงไป เฟสของดวงจันทร์ในช่วงเวลาต่าง ๆ แสดงไว้ดังภาพที่ 2  

ภาพที่ 2  แผนภาพแสดงเฟสของดวงจันทร์
ที่มา : ดัดแปลงจาก https://pixabay.com, Open Clipart- Vectors

                จากภาพที่ 2 ขอกล่าวรายละเอียดของเฟสของดวงจันทร์ในตำแหน่งที่สำคัญ ๆ ดังนี้

1. วันแรม 15 ค่ำ เป็นตำแหน่งที่ดวงจันทร์อยู่ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ในวันนี้ดวงจันทร์จะหันด้านมืดเข้าหาโลก ดังนั้นเราจะมองไม่เห็นดวงจันทร์ เราจึงเรียกว่าคืนเดือนมืด หรือ จันทร์ดับ ( new moon )  ในบางเดือนอาจเป็นแรม 14 ค่ำ ต่อจากวันเดือนมืดแล้ว เฟสของดวงจันทร์ก็จะเคลื่อนที่เข้าสู่ช่วงข้างขึ้น ซึ่งก็คือช่วงเวลาที่มองเห็นดวงจันทร์ค่อย ๆ สว่างขึ้นในแต่ละคืน จนสว่างเต็มดวง โดยข้างขึ้นเราจะเห็นดวงจันทร์ในช่วงหัวค่ำ

2. วันขึ้น 8 ค่ำ เป็นวันที่ดวงจันทร์ทำมุมกับโลกและดวงอาทิตย์ 90 องศา โดยดวงจันทร์จะเริ่มปรากฏที่ขอบฟ้าตะวันออกที่เวลาเที่ยงวัน และตกที่ขอบฟ้าตะวันตกที่เวลาประมาณเที่ยงคืน

3. วันขึ้น 15 ค่ำ เป็นตำแหน่งที่ดวงจันทร์อยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ โดยแสงจากดวงอาทิตย์จะตั้งฉากกับดวงจันทร์พอดี ในวันนี้ดวงจันทร์จะหันด้านสว่างเข้าหาโลก ดังนั้นเราจะมองเห็นดวงจันทร์เต็มดวง ( full moon ) โดยเห็นดวงจันทร์ปรากฏที่ขอบฟ้าตะวันออกตั้งแต่เวลาประมาณ 6 โมงเย็น และตกที่ขอบฟ้าตะวันตกตอน 6 โมงเช้าของอีกวันหนึ่ง โดยดวงจันทร์จะอยู่กลางศีรษะพอดีที่เวลาเที่ยงคืน ถัดจากวันขึ้น 15 ค่ำแล้ว ก็จะเข้าสู่ช่วงข้างแรม เป็นช่วงเวลาที่มองเห็นดวงจันทร์ค่อย ๆ มืดลงในแต่ละคืนจนมืดสนิท ในช่วงข้างแรมเราจะเห็นดวงจันทร์ในช่วงเช้ามืด

4. วันแรม 8 ค่ำ เป็นวันที่ดวงจันทร์ทำมุมกับโลกและดวงอาทิตย์ 90 องศา โดยดวงจันทร์จะเริ่มปรากฏที่ขอบฟ้าตะวันออกที่เวลาเที่ยงคืน และตกที่ขอบฟ้าตะวันตกที่เวลาประมาณเที่ยงวัน โดยมีด้านมืดและด้านสว่างของดวงจันทร์ในคืนแรม 8 ค่ำนี้ จะอยู่สลับกันกับคืนวันขึ้น 8 ค่ำ

          หลังจากที่นำเสนอรายละเอียดเกี่ยวกับเฟสของดวงจันทร์ ดิถีของดวงจันทร์หรือการเกิดข้างขึ้นข้างแรมแล้ว ก็จะขอนำเข้าสู่เนื้อหาเกี่ยวกับน้ำขึ้นน้ำลง และจะได้อธิบายต่อไปว่าข้างขึ้นข้างแรมมีผลต่อน้ำขึ้น    น้ำลงอย่างไร ไปเรียนรู้กันต่อเลยค่ะ

น้ำขึ้นน้ำลง ( tides )

          น้ำขึ้นน้ำลง คือ ปรากฏการณ์ที่ระดับน้ำทะเลสูงขึ้นและลดลงเป็นช่วง ๆ ในแต่ละวัน ซึ่งเป็นผลมาจากแรงดึงดูดระหว่างมวลของโลก ดวงจันทร์ และ ดวงอาทิตย์ โดยแรงที่เกี่ยวข้องกับการเกิดน้ำขึ้นน้ำลง คือ แรงไทดัล ( tidal force)  และแรงหนีศูนย์กลาง ( Centrifugal force )

แรงไทดัล ( Tidal Force )

          เป็นแรงที่เกิดขึ้นจากแรงโน้มถ่วงของวัตถุหนึ่ง ( ในที่นี้ ดวงจันทร์ ) ที่กระทำต่ออีกวัตถุหนึ่ง ( ในที่นี้ คือ มวลน้ำบนผิวโลก ) โดยแรงที่กระทำต่อกันนั้นมีค่าไม่สม่ำเสมอ ด้านที่อยู่ใกล้กับวัตถุทั้งสองมากกว่าจะได้รับแรงดึงดูดที่มากกว่า ขณะที่ด้านตรงกันข้ามจะถูกแรงดึงดูดน้อยกว่า สำหรับดวงอาทิตย์ก็มีแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อมวลน้ำบนผิวโลกเช่นเดียวกัน แต่เนื่องจากดวงอาทิตย์อยู่ห่างไกลจากโลกมากกว่า คือ 93 ล้านไมล์ ส่วนดวงจันทร์ที่เป็นบริวารของโลกนั้น อยู่ห่างจากโลกเพียง 240,000 ไมล์ หรือกล่าวได้ว่าดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกถึง 380 เท่าของระยะทางระหว่างโลกและดวงจันทร์ ดังนั้นแรงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์จึงมีอิทธิพลต่อการขึ้นลงของน้ำทะเลน้อยกว่าดวงจันทร์นั่นเอง

          เมื่อโลกได้รับอิทธิพลของแรงไทดัลจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์แล้ว จึงเกิดการเปลี่ยนแปลงบนผิวของเปลือกโลก แต่โลกเป็นดาวเคราะห์ที่มีเปลือกแข็งจึงไม่สามารถยืดหยุ่นตัวไปตามแรงไทดัล ( tidal force ) ได้ แต่พื้นผิวส่วนใหญ่ของโลกปกคลุมด้วยน้ำ ทำให้น้ำในมหาสมุทรบริเวณที่หันหน้าเข้าหาดวงจันทร์จึงโป่งออก ประจวบกับโลกหมุนรอบตัวเองอยู่ตลอดเวลาทำให้เกิด แรงหนีศูนย์กลาง ( Centrifugal force ) และเกิดสภาพเฉื่อย ( inertia ) ของมวลน้ำในมหาสมุทร ทำให้น้ำในมหาสมุทรที่อยู่ในซีกโลกฝั่งตรงข้ามกลับโป่งออกด้วยเช่นกัน

          จากอิทธิพลของแรงต่าง ๆ ทำให้เกิดผลโดยภาพรวม คือ มวลน้ำในมหาสมุทรในบริเวณที่อยู่ในแนวเดียวกันกับดวงจันทร์จะมีมวลน้ำโป่งออกทั้งสองข้าง ( Two tidal bulges ) เป็นบริเวณที่น้ำขึ้น ( High tide ) และในขณะเดียวกันบริเวณที่อยู่ในแนวตั้งฉากกับดวงจันทร์จะเป็นบริเวณที่น้ำลง ( Low tide ) ดังภาพที่ 3

ภาพที่ 3  แผนภาพแสดงการเกิดน้ำขึ้น น้ำลง อันเนื่องมาจากแรงไทดัลที่มีอิทธิพลมาจากดวงจันทร์
ที่มา : ดัดแปลงจาก www.freepik.com/free-vector/tidal-movements-earth_1466551.htm#page=1&query=tidal%20force&position=0, freepik.com

น้ำเกิดน้ำตาย

          การเกิดน้ำขึ้น น้ำลง เป็นผลจากอิทธิพลของดวงจันทร์ ดังนั้นเฟสของดวงจันทร์หรือตำแหน่งของดวงจันทร์ที่บอกได้โดยการพิจารณาข้างขึ้น ข้างแรม จึงมีความสัมพันธ์กับการเกิดน้ำขึ้น น้ำลง โดยช่วงระยะเวลา ประมาณ 1 เดือน ทำให้มีช่วงที่ทำให้เกิดน้ำเกิดน้ำตาย ดังภาพที่ 4 

ภาพที่ 4  แผนภาพแสดงการเกิดน้ำเกิดน้ำตาย
ที่มา : ดัดแปลงจาก https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Energy_from_the_Moon.jpg

          จากภาพที่ 4 สามารถอธิบายน้ำเกิดน้ำตาย ดังนี้

          น้ำเกิด ( Spring tide )  คือ วันที่น้ำจะขึ้นสูงสุดและลงต่ำสุดเนื่องจากโลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์จะเรียงตัวอยู่ในแนวเดียวกัน ทำให้แรงดึงดูดระหว่างมวล ที่ดวงจันทร์และดวงอาทิตย์กระทำต่อโลกเสริมกันมากที่สุด ในวันเพ็ญ ( ขึ้น15 ค่ำ ) และวันเดือนมืด ( แรม 15 ค่ำ )

          น้ำตาย ( Neap tide )  คือ วันที่น้ำจะขึ้นต่ำที่สุดและลงต่ำที่สุดเนื่องจากโลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์จะเรียงตัวอยู่ในแนวตั้งฉากกัน ทำให้แรงดึงดูดระหว่างมวล ที่ดวงจันทร์และดวงอาทิตย์กระทำต่อโลกหักล้างกัน ในวันขึ้น 8 ค่ำ และวันแรม 8 ค่ำ

          กล่าวโดยสรุป ในบทเรียนนี้ เราได้ศึกษาเกี่ยวกับ การเกิดข้างขึ้นข้างแรม ซึ่งเป็นผลจากการที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก โลกและดวงจันทร์โคจรรอบดวงอาทิตย์ ทำให้ดวงจันทร์ได้รับแสงจากดวงอาทิตย์ครึ่งดวงตลอดเวลา เมื่อดวงจันทร์โคจรรอบโลกได้หันส่วนสว่างมายังโลกแตกต่างกัน จึงทำให้คนบนโลกสังเกตส่วนสว่างของดวงจันทร์แตกต่างไปในแต่ละวันเกิดเป็นข้างขึ้นข้างแรม แรงโน้มถ่วงที่ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์กระทำต่อโลกทำให้เกิดปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมและสิ่งมีชีวิตบนโลก วันที่น้ำมีระดับการขึ้นสูงสุดและลงต่ำสุดเรียก วันน้ำเกิด ส่วนวันที่ระดับน้ำมีการขึ้นและลงน้อยเรียก วันน้ำตาย โดยวันน้ำเกิดน้ำตายมีความสัมพันธ์กับข้างขึ้นข้างแรม

แหล่งที่มา

คลังความรู้ SciMath.วีดิทัศน์ : น้ำเกิดน้ำตายเป็นอย่างไร. สืบค้นเมื่อ 5 มิถุนายน 2563, จาก https://www.scimath.org/video-science/item/9519-2018-11-28-02-34-56

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ ( LISA ). น้ำขึ้นน้ำลง.  สืบค้นเมื่อ 5 มิถุนายน 2563, จาก http://www.lesa.biz/astronomy/astro-events/tides

สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน). การเกิดน้ำขึ้นน้ำลง (Ocean Tides). สืบค้นเมื่อ 5 มิถุนายน 2563, จาก http://old.narit.or.th/index.php/astronomy-article/96-oceantides

National Oceanic and Atmospheric Administration, Department of Commerce. What are spring and neap tides? สืบค้นเมื่อ 5 มิถุนายน 2563, จาก https://oceanservice.noaa.gov/facts/springtide.html