ดาวฤกษ์

วิวัฒนาการของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์ก็เหมือนกับสรรพสิ่งทั้วไปในเอกภพ มีการเกิด การคงอยู่ และการแตกดับไปตามการเวลา คือ มีวิวัฒนาการ ดาวฤกษ์เกิดจากมวลสารระหว่างดวงดาวมารวมกันเกิดแรงอัดตัวเป็นดาวฤกษ์ และเกิดจากการยุบตัวของเนบิวลาแต่จุดจบต่างกันขึ้นอยู่กับมวลสารดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย ใช้เชื้อเพลิงในอัตราที่น้อย ทำให้มีช่วงชีวิตที่ยาวและจบชีวิตลงโดยไม่มีการระเบิด พลังงานของดาวฤกษ์เกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน เนื่องจากใจกลางของดาวฤกษ์มีอุณหภูมิสูงมากทำให้ธาตุไฮโดรเจนหลอมตัวกันเป็นธาตุฮีเลียม มวลสารจะเปลี่ยนไปเป็นพลังงาน ดังนั้น ทุก ๆ นาทีที่เกิดพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันจะมีการเปล่งแสงและพลังงานออกมารอบ ๆ จนกว่ามวลไฮโดรเจนจะลดดลงจนไม่เกิดปฏิกิริยา

ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย
ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย เช่น ดวงอาทิตย์มีแสงสว่างไม่มากใช้เชื้อเพลิงในอัตราที่น้อยจึงมีชีวิตยาว และจบลงด้วยการไม่ระเบิด แต่จะกลายเป็นดาวแคระขาว สำหรับดาวฤกษ์ ที่มีมวลพอๆกับดวงอาทิตย์ จะมีช่วงชีวิตและการเปลี่ยนแปลงแบบเดียวกับดวงอาทิตย์

ดาวฤกษ์ที่มีมวลมาก
ดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่ มีมวลมาก สว่างมาก อาจจะใช้เชื้อเพลิงอย่างสิ้นเปลืองในอัตราสูงมากจึงมีช่วงชีวิตสั้นกว่า และจบชีวิตด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง

จุดจบของดาวฤกษ์ที่มวลมาก คือการระเบิดอย่างรุนแรง ที่เรียกว่า ซูเปอร์โนวา (supernova) แรงโน้มถ่วง จะทำให้ดาวยุบตัวลงกลายเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ในขณะเดียวกันก็มีแรงสะท้อนที่ทำให้ส่วนภายนอกของดาวระเบิดเกิดธาตุหนักต่างๆ เช่น ยูเรเนียม ทองคำ ฯลฯ ซึ่งถูกสาด กระจายออกสู่อวกาศกลายเป็นส่วนประกอบของเนบิวลารุ่นใหม่ และเป็นต้นกำเนิดของดาวฤกษ์รุ่นต่อไป เช่นระบบสุริยะก็เกิดจากเนบิวลารุ่นหลัง ดวงอาทิตย์และบริวารจึงมีธาตุต่างๆทุกชนิด เป็นองค์ประกอบ ดังนั้น เนบิวลา ดาวฤกษ์ การระเบิดของดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ โลกของเรา สารต่างๆและชีวิตบนโลก จึงมีความสัมพันธ์กันอย่างลึกซึ้ง

เปรียบเทียมความสว่างและอันดับความสว่างจากสิ่งมี่เราเห็นด้วยตาเปล่า

ความสว่าง (brightness) ของดาวฤกษ์เป็นพลังงานแสงจากดาวฤกษ์ดวงนั้นใน 1วินาที

ต่อ 1 หน่วยพื้นที่ ความสว่างของดาวฤกษ์จะบอกในรูปของอันดับความสว่าง (magnitude) ซึ่งไม่มี

หน่วย อันดับความสว่างเป็นเพียงตัวเลขที่กำหนดขึ้นเพื่อแสดงการรับรู้ความสว่างของผู้สังเกตดาวฤกษ์

ด้วยตาเปล่า ดาวที่มีความสว่างมาก อันดับความสว่างยิ่งน้อย ส่วนดาวที่มีความสว่างน้อย อันดับความสว่างจะมีค่ามาก โดยกำหนดว่า

ดาวฤกษ์ที่ริบหรี่ที่สุดจะมีอันดับความสว่าง 6

ดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดจะมีอันดับความสว่าง 1

อันดับความสว่างสามารถนำไปใช้กับดวงจันทร์และดาวเคราะห์ได้

ถ้าอันดับความสว่างของดาวต่างกัน n แสดงว่าดาวทั้งสองดวงจะสว่างต่างกัน (2.512)nเท่า

สีและอุณหภูมิของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์ที่ปรากฏบนท้องฟ้าจะมีสีต่างกัน เมื่อศึกษาอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์จะพบว่า สีของดาวฤกษ์มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์ด้วย นักดาราศาสตร์แบ่งชนิดของดาวฤกษ์ตามสีและอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์ได้ 7 ชนิด คือ O B A F G K และ M แต่ละชนิดจะมีสีและอุณหภูมิผิวดังตารางต่อไปนี้

สีของดาวฤกษ์นอกจากจะบอกอุณหภูมิของดาวฤกษ์แล้ว ยังสามารถบอกอายุของดาวฤกษ์ด้วย ดาวฤกษ์ที่มีอายุน้อยจะมีอุณหภูมิที่ผิวสูงและมีสีน้ำเงิน ส่วนดาวฤกษ์ที่มีอายุมากใกล้ถึงจุดสุดท้ายของชีวิตจะมีสีแดงที่ เรียกว่า ดาวยักษ์แดง มีอุณหภูมิผิวต่ำ ดาวฤกษ์แต่ละดวงจะมีสิ่งที่เหมือนกัน คือ องค์ประกอบหลัก ได้แก่ ธาตุไฮโดรเจน และธาตุฮีเลียม พลังงานของดาวฤกษ์ทุกดวงเกิดจากปฏิกิริยาเทอร์มอนิวเคลียร์ที่แก่นกลาง ของดาว แต่สิ่งที่ต่างกันของดาวฤกษ์ ได้แก่ มวล อุณหภูมิผิว ขนาด อายุ ระยะห่างจากโลก สี ความสว่าง ธาตุที่เป็นองค์ประกอบ และวิวัฒนาการที่ต่างกัน

ชนิดสีดาวฤกษ์และอุณหภูมิ

ระยะห่างของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ที่นักเรียนเห็นบนท้องฟ้าอยู่ไกลมาก ดวงอาทิตย์และดาวพรอก ซิมาเซนเทอรีเป็นเพียงดาวฤกษ์สองดวงในบรรดาดาวฤกษ์หลายแสนล้านดวงที่ประกอบกันเป็นกาแล็กซี (Galaxy) กาแล็กซีหลายพันล้านกาแล็กซีรวมอยู่ในเอกภพ นักดาราศาสตร์จึงคิดค้นหน่วยวัดระยะทางที่เรียกว่า ปีแสง (light-year) ซึ่งเป็นระยะทางที่แสงใช้เวลาเดิน ทางเป็นเวลา 1 ปี แสงเดินทางด้วยความเร็วประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ดังนั้น ระยะทาง 1 ปีแสงจึงมีค่าเท่ากับ 9.5 ล้านล้านกิโลเมตร

ท้องฟ้าในเวลากลางคืนที่เต็มไปด้วยดาวฤกษ์ระยิบระยับอยู่มากมาย นัก ดาราศาสตร์ได้พบวิธีที่จะวัดระยะห่างของดาวฤกษ์เหล่านี้โดยวิธีการใช้ แพรัลแลกซ์(Parallax)

แพรัลแลกซ์ คือการย้ายตำแหน่งปรากฏ ของวัตถุเมื่อผู้สังเกตุอยู่ในตำแหน่งต่างกัน

นักวิทยาศาสตร์ใช้ปรากฏการณ์แพรัลแลกซ์ในการวัดระยะทางของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เคียงกับเรา โดยการสังเกตดาวฤกษ์ดวงที่เราต้องการวัดระยะทางในวันที่โลกอยู่ด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ และสังเกตดาวฤกษ์ดวงนั้นอีกครั้งเมื่อโลกโคจรมาอยู่อีกด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ ในอีก 6 เดือนถัดไป นักดาราศาสตร์สามารถวัดได้ว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นย้ายตำแหน่งปรากฏไปเท่าไรโดยเทียบกับดาวฤกษ์ที่อยู่เบื้องหลังซึ่งอยู่ห่างไกลเรามาก ยิ่งตำแหน่งปรากฏย้ายไปมากเท่าใด แสดงว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นอยู่ใกล้เรามากเท่านั้น ในทางตรงกันข้ามถ้าตำแหน่งปรากฏของดาวฤกษ์แทบจะไม่มีการย้ายตำแหน่งเลยแสดงว่าดาวฤกษ์นั้นอยู่ไกลจากเรามาก

เราไม่สามารถใช้วิธีแพรัลแลกซ์ในการวัดระยะห่างของดาวฤกษ์ที่มากกว่า 1,000 ปีแสง เพราะที่ระยะทางดังกล่าว การเปลี่ยนตำแหน่งของผู้สังเกตบนโลกจากด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ไปยังอีก ด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์แทบจะมองไม่เห็นการย้ายตำแหน่งปรากฏของดาวฤกษ์นั้นเลย

เนบิวลา แหล่งกําเนิดดาวฤกษ์

เนบิวลา (NEBULA)หรือกลุ่มหมอกเพลิง คือ กลุ่มก๊าซและฝุ่นที่ไม่มีแสงสว่างในตัวเองรวมกันอยู่หนาแน่นมากเป็นปริมาณมหาศาล อยู่ระหว่างดาวฤกษ์ในระบบกาแล็กซี่ ลักษณะของเนบิวลาจะปรากฏเป็นฝ้ามัวๆ บริเวณนี้จะเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์ต่างๆ และเนบิวลาบางส่วนอาจเกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์กลายเป็นซากก๊าซและฝุ่น

เนบิวลามี 2 ลักษณะ คือ เนบิวลาสว่าง และ เนบิวลามืด

เนบิวลาสว่าง แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ เนบิวลาประเภทสะท้อนแสง เช่น เนบิวลาสว่างใหญ่ในกระจุกดาวลูกไก่ จะสะท้อนแสงสีน้ำเงิน และ เนบิวลาประเภทเรืองแสง โดยวัตถุที่สะท้อนแสงคือ ฝุ่นอวกาศ เช่น เนบิวลา M-42 ในกลุ่มดาวนายพราน เนบิวลาวงแหวน M-52 ในกลุ่มดาวพิณ เนบิวลาปูในกลุ่มดาววัว สำหรับเนบิวลาสว่างใหญ่ที่มีทั้งสะท้อนแสงและเรืองแสง เช่น เนบิวลาสามแฉก M-20 ในกลุ่มดาวคนยิงธนู

เนบิวลาสว่างใหญ่ คือ เนบิวลาประเภทเรืองแสงที่เกิดจากการเรืองแสงของอะตอมของไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และ ฮีเลียม

เนบิวลาสว่างประเภทเรืองแสงที่ใหม่ที่สุด คือ เนบิวลารูปวงกลม เป็นซากของซุปเปอร์โนวา 1987 A อยู่ในกาแล็กซีแม็กเจลแลนใหญ่ ห่างจากโลก 170000 ปีแสง

เนบิวลามืด เป็นก๊าซและฝุ่นท้องฟ้าที่บังและดูดกลืนแสงดาวฤกษ์ที่อยู่เบื้องหลัง จึงทำให้มองเห็นเป็นบริเวณดำ เช่นเนบิวลามืดรูปหัวม้าในกลุ่มดาวนายพราน และ เนบิวลารูปถุงถ่านหิน ในกลุ่มดาวกางเขนใต้

เนบิวลานอกจากจะเป็นแหล่งกำเนิดของดาวฤกษ์แล้ว ยังพบว่าในช่วงสุดท้ายแห่งการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ เปลือกนอกซึ่งเป็นฝุ่นและก๊าซจะถูกดันแตกกระจาย กลับกลายเป็นเนบิวลาอีกครั้งหนึ่ง เช่น เนบิวลาวงแหวน ในกลุ่มดาวพิณ

ระบบดาวฤกษ์

ระบบดาวฤกษ์ คือ ดาวฤกษ์กลุ่มเล็กๆ จำนวนหนึ่งที่โคจรอยู่รอบกันและกัน โดยมีแรงดึงดูดระหว่างกันทำให้จับกลุ่มกันไว้ เช่น ดาวซีรีอัส ซึ่งเป็นดาวคู่ เป็นระบบดาวฤกษ์ 2 ดวง เคลื่อนรอบซึ่งกันและกันด้วยแรงโน้มถ่วง ดาวแอลฟาเซนเทารี เป็นระบบดาวฤกษ์ 3 ดวง

ระบบดาวฤกษ์ที่มีดาวฤกษ์เป็นจำนวนมาก เราเรียกว่า กระจุกดาว เช่น กระจุกดาวลูกไก่ ซึ่งมีดาวฤกษ์มากกว่าร้อยดวง กระจุกดาวทรงกลมเอ็ม 13มีดาวฤกษ์มากกว่าแสนดวง สาเหตุที่เกิดดาวฤกษ์เป็นระบบต่างๆกัน เพราะเนบิวลาเนบิวลาต้นกำเนิดมีปริมาณและขนาดต่างๆกัน

มวลของดาวฤกษ์

มวลของดาวฤกษ์แต่ละดวงจะแตกต่างกัน เพราะเนบิวลาที่ก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์มีมวลไม่เท่ากัน มวลจึงเป็นสมบัติที่แตกต่างกันของดาวฤกษ์ นักดาราศาสตร์สามารถหามวลของดาวฤกษ์ได้หลายวิธี เช่น การใช้กฎเคพเลอร์ในการหามวลของดวงอาทิตย์ หรือ จากการสังเกตแสงจากดาว