ดวงอาทิตย์

ดวงอาทติ ย์ (The Sun) ดวงอาทิตย์ คอื ดาวฤกษ์ที่อยู่ตรงศนู ย์กลางของระบบสรุ ยิ ะ มขี นาดเส้นผ่านศนู ย์กลาง 1.4 ลา้ นกิโลเมตร หรอื 109 เทา่ ของเส้นผ่านศูนยก์ ลางโลก อย่หู า่ งจากโลก 149,600,000 กิโลเมตร หรือ 1 หน่วยดาราศาสตร์ (AU) ดวงอาทติ ยม์ ีมวลมากกว่าโลก 333,000 เทา่ แต่มคี วามหนาแนน่ เพียง 0.25 เท่า ของโลก เนอ่ื งจากมีองคป์ ระกอบเป็นไฮโดรเจน 74% ฮเี ลยี ม 25% และธาตุชนิดอ่นื 1% โครงสรา้ งภายในของดวงอาทิตย์  แก่นปฏกิ รณน์ ิวเคลียร์ (Fusion core) อยทู่ ่ใี จกลางของดวงอาทติ ยถ์ ึงระยะ 25% ของรศั มี แรงโนม้ ถ่วงของดวงอาทติ ยท์ าใหม้ วลสารของดาวกดทับกนั จนอุณหภูมิท่ใี จกลางสงู ถึง 15 ล้านเคลวนิ จุดปฏิกริ ิยานวิ เคลยี ร์ฟวิ ชนั หลอมอะตอมของไฮโดรเจนให้กลายเปน็ ฮีเลียม และปลดปล่อยพลังงาน ออกมา  โซนการแผร่ งั สี (Radiative zone) อยู่ทรี่ ะยะ 25 - 70% ของรัศมี พลงั งานทีเ่ กดิ ขนึ้ จากแกน่ ปฏกิ รณ์นวิ เคลียรถ์ ูกนาข้ึนสชู่ น้ั บนโดยการแผ่รงั สดี ว้ ยอนภุ าคโฟตอน  โซนการพาความร้อน (Convection zone) อย่ทู รี่ ะยะ 70 - 100% ของรัศมี พลังงานทเ่ี กดิ ขน้ึ ไม่สามารถแผส่ อู่ วกาศได้โดยตรง เนือ่ งจากมวลของดวงอาทติ ย์เตม็ ไปด้วยแกส๊ ไฮโดรเจนซ่ึงเคลอ่ื นที่ หมนุ วนดว้ ยกระบวนการพาความร้อน พลังงานจากภายในจึงถกู พาออกสู่พ้ืนผวิ ดว้ ยการหมุนวนของ แกส๊ รอ้ น

โครงสร้างของดวงอาทติ ย์ ปฏิกิริยานวิ เคลียรฟ์ วิ ชนั แรงโน้มถว่ งของดวงอาทติ ยท์ าให้มวลสารของดาวกดทับกนั ท่แี ก่นกลางของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมสิ ูงถึง 15 ล้านเคลวิน เกิดปฏกิ ิรยิ าลูกโซ่โปรตอน - โปรตอน (P-P chain) โดยโปรตอนของไฮโดรเจน 6 ตวั รวมตัว กนั เปน็ ฮีเลียม 1 อะตอม และโปรตอนของไฮโดรเจน 2 ตวั ปฏิกริ ยิ าแบบลกู โซโ่ ปรตอน - โปรตอน (P-P chain) อย่างไรก็ตามในการหลอมรวมอะตอมไฮโดรเจน 6 ตวั (6 mp) ใหเ้ ป็นอะตอมของฮเี ลยี ม (1 mHe + 2mp) น้นั มวลสารส่วนหนง่ึ ไดเ้ ปล่ียนรปู เป็นพลงั งาน ตามสมการ E = mc2 ของ อลั เบริ ต์ ไอสไตน์ ดังน้ี

E = mc2 E = พลงั งานซึ่งเปลีย่ นรปู มาจากมวลสาร มหี น่วยเปน็ จูล m = มวลสาร มหี นว่ ยเปน็ กโิ ลกรัม (kg) c = ความเร็วแสง = 300,000,000 เมตรต่อวนิ าที ปฏิกริยา P-P chain ณ ใจกลางของดวงอาทิตย์ ทาให้โปรตอนของไฮโดรเจน (mp) จานวน 6 ตวั กลายเป็น นิวเคลยี สของฮเี ลียม (mHe) จานวน 1 ตวั และโปรตอนของไฮโดรเจน (mp) จานวน 2 ตวั อยากทราบวา่ มวลสารท่หี ายไป เปล่ียนเปน็ พลังงานจานวนเทา่ ไร กาหนดให้ 1 mp = 1.675 x 10-27 kg 1 mHe = 6.643 x 10-27 kg ดังน้ัน 6 mp = 6 x (1.675 x 10-27) kg = 10.044 x 10-27 kg ......(1) 1 mHe + 2 mp = (6.643 x 10-27) + 2 x (1.674 x 10-27) kg = 9.991 x 10-2 ......(2) มวลท่ีหายไป (1) - (2) = 0.053 x 10-27 กโิ ลกรัม พลังงานทเี่ กดิ ขึ้นจากมวลทหี่ ายไป E = mc2 = (0.053 x 10-27 กิโลกรมั )(3 x 108 เมตร/วนิ าที)2 = 4.77 x 10-12 จูล ในปจั จุบันดวงอาทิตยม์ กี าลงั สอ่ งสวา่ ง 3.9 x 1026 ล้านวัตต์ ทาใหท้ ราบว่า ทุกๆ 1 วนิ าที ดวงอาทติ ยเ์ ผาไหม้ ไฮโดรเจนจานวน 600,000 ล้านกิโลกรมั ใหก้ ลายเป็นฮีเลียม นกั วทิ ยาศาสตร์คานวณอัตราการเผาไหม้ กบั ปริมาณไฮโดรเจนและฮเี ลียมท่มี อี ยู่บนดวงอาทิตย์ ทาให้ทราบว่าดวงอาทิตย์มีอายุประมาณ 4,600 ลา้ นปี มาแลว้ และยังคงเหลอื ไฮโดรเจนใหเ้ ผาไหม้ต่อไปได้อีก 5,000 ลา้ นปี

โฟโตสเฟยี ร์ โฟโตสเฟยี ร์ (Photosphere) คือบรรยากาศชน้ั ล่างสดุ ของดวงอาทติ ย์ ซึง่ เรามองเห็นเมื่อมองดูจากโลก โฟโต แปลวา่ แสง สเฟยี ร์แปลวา่ ทรงกลม ดงั น้ัน โฟโตสเฟยี ร์จงึ แปลวา่ ทรงกลมแสง ใต้ชั้นโฟโตสเฟยี ร์ลงไปแกส๊ รอ้ นอดั ตวั กันแนน่ จนแสงไม่สามารถทะลขุ น้ึ มาได้ แสงอาทิตย์ที่เรามองเห็นมาจากชน้ั โฟโตสเฟียร์ ซ่ึงมีความ หนาเพยี ง 400 กิโลเมตร มีอณุ หภูมิประมาณ 5,800 เคลวิน โฟโตสเฟยี ร์ ประกอบด้วย \"แกรนูล\" (Granule) ซงึ่ เปน็ เซลลข์ องแกส๊ ร้อนหมนุ วนดว้ ยการพาความร้อน (Convection cell) จากเบอ้ื งล่างขึน้ มาเมื่อเย็นแล้วตัวจมลง แกรนลู แต่ละเซลล์มขี นาดประมาณ 1,000 กโิ ลเมตร มีอายนุ าน ประมาณ 15 นาที ถา้ สังเกตดวงอาทติ ยด์ ว้ ยกลอ้ งโทรทรรศนต์ ิดต้ังแผน่ กรองแสง จะสงั เกตเห็นวา่ ผวิ ของ ดวงอาทิตย์ประกอบดว้ ยเซลลเ์ ลก็ ๆ จานวนมากคลา้ ยกบั ผิวของลูกบาสเกตบอล จุดดวงอาทติ ย์ แกรนลู บนชนั้ โฟโตสเฟียร์ พน้ื ผิวของโฟโตสเฟยี ร์มจี ดุ สีคล้าเรียกวา่ \"จดุ ดวงอาทติ ย\"์ (Sunspots) ซ่งึ มีขนาดและจานวนเปล่ียนแปลงไป ในแตล่ ะวนั จุดขนาดใหญอ่ าจปรากฏใหเ้ ห็นนานหลายวนั แต่จุดเล็กๆ อาจมอี ายเุ พียงวันเดยี ว จุดเหลา่ น้มี ี ขนาดประมาณโลกของเราหรือใหญ่กว่า จุดดวงอาทิตย์ไม่ไดม้ ืดสนิทแต่มีความสว่างประมาณ 10 เท่าของดวง จันทรเ์ ต็มดวง และมีอณุ หภูมติ ่ากว่าพ้ืนผิวทั่วไปบนโฟโตสเฟยี รป์ ระมาณ 1,000 เคลวนิ การเบยี่ งเบนของสนามแม่เหลก็ บนดวงอาทิตย์

จดุ ดวงอาทิตยเ์ กดิ จากการทสี่ นามแมเ่ หล็กของดวงอาทิตย์เบย่ี งเบน เนอ่ื งจากดวงอาทติ ย์มสี ถานะเปน็ แกส๊ แต่ละส่วนของดวงอาทิตยห์ มุนรอบตัวเองดว้ ยความเร็วไม่เท่ากัน (Differential rotation) กล่าวคอื ในการ หมุนหนึง่ รอบ บริเวณเส้นศูนยส์ ตู รจะใช้เวลา 25 วนั ในขณะท่ีบรเิ วณข้ัวทั้งสองใชเ้ วลานานถึง 36 วัน ความแตกตา่ ง เชน่ นีม้ ีผลทาใหส้ นามแมเ่ หลก็ เบี่ยงเบน ในบริเวณทส่ี นามแม่เหล็กมกี าลงั สูง เสน้ แรงแม่เหลก็ จะกกั อนุภาคแกส๊ รอ้ นท่พี ุ่งขึ้นมาไว้ไม่ใหอ้ อกนอกเขตของเส้นแรง เม่ือแกส๊ รอ้ นเยน็ ตวั ลงกจ็ ะจมลงทตี่ าแหน่ง เดิม ทาใหเ้ รามองเหน็ เป็นสีคลา้ เพราะบริเวณนน้ั มีอุณหภมู ิต่ากว่าพ้ืนทีส่ ว่ นใหญ่ของดวงอาทติ ย์ จดุ ดวงอาทิตย์มักปรากฏให้เห็นในบรเิ วณละติจดู ที่ 30 องศาเหนือและใต้ และมักปรากฏใหเ้ ห็นเป็นคู่ เช่นเดียวกบั ขัว้ แมเ่ หลก็ จุดดวงอาทติ ย์มีปรากฏใหเ้ ห็นมากเปน็ วัฎจกั ร (Solar cycle) ทกุ ๆ 11 ปี วฎั จกั รการเกดิ จดุ ดวงอาทติ ย์ โครโมสเฟียร์ โครโมสเฟียร์ (Chromosphere) เปน็ บรรยากาศชน้ั กลางของดวงอาทติ ย์ โครโมสเฟียร์แปลว่า ทรงกลมสี เราสามารถมองเหน็ เปน็ พวยแก๊สสีแดงตามขอบของดวงอาทิตย์ ขณะทเี่ กดิ สรุ ิยุปราคาเต็มดวง หรือมองดดู ้วย กลอ้ งโทรทรรศน์ติดตัง้ แผน่ กรองแสงไฮโดรเจน - อัลฟา โครโมสเฟียรม์ คี วามหนาประมาณ 2,000 กโิ ลเมตร และมีอณุ หภูมิเกอื บ 25,000 เคลวิน โดยปกติเรามองไมเ่ ห็นโครโมสเฟยี รเ์ น่ืองจากโฟโตสเฟยี ร์ ซง่ึ เป็นบรรยากาศช้นั ลา่ งมีความสวา่ งกว่ามาก พวยแก๊สบนชน้ั โครโมสเฟยี ร์

พวยแก๊ส และการลกุ จ้า พน้ื ผวิ ของดวงอาทิตย์เตม็ ไปด้วยแกส๊ ร้อนซ่งึ ประทุอยตู่ ลอดเวลา เมือ่ แก๊สร้อนบนดวงอาทติ ยพ์ ุ่งตัวสูง เหนอื ชน้ั โครโมสเฟยี ร์ขนึ้ มาหลายหมน่ื กโิ ลเมตร \"พวยแก๊ส\" (Prominences) จะเคล่ือนท่เี ข้าสูอ่ วกาศด้วย ความเรว็ 1,000 กโิ ลเมตร/วินาที หรอื 3.6 ลา้ นกิโลเมตรต่อชั่วโมง ในบางคร้งั มีการระเบดิ ใหญ่กว่า เรยี กว่า การลกุ จา้ (Solar flare) ทาใหเ้ กิดกล่มุ อนภุ าคพลังงานสงู เรียกว่า \"พายุสรุ ยิ ะ\" (Solar storm) ซึง่ สามารถสรา้ งความเสยี หายให้แกด่ าวเทียมและยานอวกาศ เม่อื พายุสรุ ยิ ะปะทะกับพื้นผวิ โลกอาจทาให้ ไฟฟา้ ลัดวงจรหรอื ระบบคมนาคมขัดขอ้ งได้ คอโรนา คอโรนา (Corona) เป็นบรรยากาศชน้ั บนสดุ สามารถมองเห็นได้เปน็ วงแสงสขี าว เม่อื เกิดสุริยปุ ราคา เตม็ ดวงเท่านนั้ คอโรนามีรูปทรงตามสนามแม่เหลก็ ของดวงอาทติ ย์ คอโรนามคี วามเบาบางมากแตม่ ีอุณหภมู ิ สงู ถงึ 2 ลา้ นเคลวิน อะตอมจึงเคลอ่ื นท่ีด้วยความเร็วสูงมาก อยา่ งไรกต็ ามบริเวณคอโรนาไม่มีความรอ้ นสูง เนอ่ื งจากมีแก๊สอย่เู บาบางมาก ในบางครง้ั ดวงอาทิตย์มี \"การปลอ่ ยก้อนมวลจากคอโรนา\" (Colona Mass Ejection เขยี นย่อวา่ CME) สู่อวกาศ ซ่ึงถา้ อนุภาคประจุของ CME มคี วามหนาแน่นและเดินทางมาสู่โลกก็ จัดเปน็ พายุสรุ ิยะเช่นกนั คอโรนา

ลมสุริยะ ลมสุรยิ ะ (solar wind) เกดิ จากการขยายตวั ของโคโรนาของดวงอาทติ ย์ ท่มี ีพลังงานความรอ้ นท่ี สูงขนึ้ เมือ่ ขยายตวั จนอนุภาคหลุดพ้นจากแรงดงึ ดดู ของดวงอาทิตย์ และหนีออกจากดวงอาทิตย์ไปทุกทศิ ทาง จนครอบคลุมระบบสุรยิ ะ โดยปรากฏการณ์น้เี กิดขึ้นบรเิ วณขั้วเหนือและขวั้ ใต้ของดวงอาทติ ย์ ที่มีโพรงโคโรนา ขนาดใหญ่ ซึ่งโพรงโคโรนาเปน็ ท่มี ลี มสุรยิ ะความเร็วสูง และรุนแรงพัดออกมาจากดวงอาทติ ย์ในบริเวณนั้น ในขณะท่ลี มสรุ ิยะที่เกิดขึ้น บรเิ วณแนวใกลศ้ นู ยส์ ูตรของดวงอาทิตยจ์ ะมีความเร็วตา่ ลมสุริยะที่เกดิ ขน้ึ จากการ ขยายตัวของโคโรนาในแนวศูนยส์ ูตรดวงอาทติ ยน์ ี้ มีความเร็วเรม่ิ โดยเฉลี่ยประมาณ 450 กิโลเมตรตอ่ วินาที หลงั จากนน้ั จะเรง่ ความเร็วจนถึงราว 800 กโิ ลเมตรต่อวนิ าที เมื่ออนุภาคมปี ริมาณและความเรว็ รุนแรงกวา่ ปกติหลายเทา่ จะกลายเปน็ พายสุ ุริยะ ปรากฏการณ์แสงเหนือ แสงใต้ ทุกครัง้ ท่ีเกดิ การเปลย่ี นแปลงขึ้นบนดวงอาทติ ย์ อาทิเชน่ การปลดปลอ่ ยมวลของดวงอาทิตย์ (CME: Coronal Mass Ejection) การลกุ จา้ (Solar Flare) ลมสุรยิ ะ (Solar Wind) และ พายุสรุ ิยะ (Solar Storm) อันเปน็ ผลทเี่ กดิ ข้ึนสืบเนือ่ งจากการเปลี่ยนแปลงสนามแมเ่ หลก็ บนดวงอาทิตย์ (Magnetic Fields of The Sun) ประจไุ ฟฟา้ พลงั งานสูงที่หลุดออกมาจากปรากฏการณข์ ้างต้น จะเดนิ ทางมาปะทะกบั ก๊าช ในชัน้ บรรยากาศโลกและเบนเข้าสขู่ ้ัวโลกทัง้ สองเกดิ การแตกตวั เปน็ แสงสีสันสวยงามทีเ่ รยี กว่า “ปรากฏการณ์ การเกิดแสงออโรรา (Aurora)” หรือท่ีเรารูจ้ ักกันคือแสงเหนอื แสงใต้ เป็นปรากฏการณ์ทีเ่ กดิ ข้นึ เป็นครงั้ คราว และเกดิ ขึ้นเปน็ ประจาในเขตบริเวณแถบข้วั โลก หากเกดิ ข้ึนบริเวณขว้ั โลกเหนอื เรยี กว่า แสงเหนือ (Aurora Borealis) ในทางกลบั กนั หากเกิดขึ้นในบรเิ วณข้วั โลกใตเ้ รียกวา่ แสงใต้ (Aurora Australis) การเกดิ ปรากฏการณ์ดังกลา่ วมกั จะเกิดขึ้นทร่ี ะดบั ความสูงต้ังแต่ 100 -1000 กิโลเมตรโดยประมาณ ระยะเวลาของ การเกดิ ปรากฏการณ์แตล่ ะครั้งยาวนานนับเปน็ ช่ัวโมงๆ อนุภาคพลงั งานสงู จากดวงอาทติ ย์แผ่มายงั โลก เซลล์แสงอาทติ ย์ (Solar cell) เซลลแ์ สงอาทิตย์ เปน็ ส่ิงประดิษฐก์ รรมทางอิเลคทรอนิกส์ท่สี ร้างขึน้ เพื่อเปน็ อปุ กรณส์ าหรับเปลย่ี น พลงั งานแสงอาทิตย์ใหเ้ ป็นพลังงานไฟฟ้า โดยการนาสารกึ่งตัวนา เช่น ซลิ ิกอน ซึง่ มีราคาถกู ท่ีสดุ และมีมาก ทสี่ ดุ บนพ้นื โลกมาผ่านกระบวนการทางวทิ ยาศาสตร์เพื่อผลิตให้เปน็ แผ่นบางบรสิ ทุ ธิ์ และทนั ทีท่แี สงตกกระทบ บนแผน่ เซลล์ รงั สขี องแสงท่มี ีอนภุ าคของพลังงานทเ่ี รียกว่า โฟตอน (Proton) จะถา่ ยเทพลังงานให้กับ

อเิ ลก็ ตรอน (Electron) ในสารก่ึงตวั นาจนมพี ลังงานมากพอทจ่ี ะกระโดดออกมาจากแรงดึงดูดของอะตอม (atom) และเคลื่อนท่ีได้อย่างอสิ ระ ดงั น้นั เม่ืออิเล็กตรอนเคลือ่ นทค่ี รบวงจรจะทาให้เกดิ ไฟฟ้ากระแสตรงขึน้ เมอื่ พิจารณาลักษณะการผลติ ไฟฟา้ จากเซลลแ์ สงอาทติ ย์พบวา่ เซลล์แสงอาทิตยจ์ ะมีประสทิ ธิภาพการผลิต ไฟฟ้าสูงทสี่ ดุ ในชว่ งเวลากลางวนั ซึ่งสอดคล้องและเหมาะสมในการนาเซลล์แสงอาทิตยม์ าใช้ผลิตไฟฟ้า เพอ่ื แก้ไขปญั หาการขาดแคลนพลังงานไฟฟา้ ในชว่ งเวลากลางวนั หลกั การทางานของเซลล์แสงอาทติ ย์ การนาเซลล์แสงอาทิตย์ไปใช้ประโยชนใ์ นอวกาศ นอกจากจะใช้ผลิตกระแสไฟฟา้ ตามบ้านเรอื นแล้ว เซลล์แสงอาทิตยย์ งั ใช้สาหรับดาวเทียมทีโ่ คจรรอบ โลกหรือยานอวกาศทีส่ ารวจบรเิ วณระบบสุริยะช้นั ใน การผลิตกระแสไฟฟา้ มักใช้ระบบเซลล์แสงอาทิตย์ โดยใชเ้ ซลล์ซิลิคอน หรอื แกลเลยี มอารเ์ ซไนด์ สาหรบั เปล่ยี นแสงอาทติ ย์ทตี่ กกระทบให้กลายเป็นกระแสไฟฟ้า แม้ว่าเซลล์แต่ละตัวจะผลติ กระแสไฟฟ้าได้ค่อนขา้ งต่า แต่เมื่อรวมกันหลายๆ เซลล์บนแผงรบั แสงอาทิตยแ์ ลว้ กจ็ ะให้พลงั งานไฟฟา้ มากพอท่จี ะใช้ประโยชนไ์ ด้ อย่างไรก็ตาม ระบบผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลลแ์ สงอาทติ ย์ จะทางานไดต้ ่อเม่ือเซลลไ์ ดร้ บั แสงอาทิตย์เทา่ นัน้ ดงั นั้นจึงต้องมรี ะบบจ่ายกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรคี่ วบคู่ ไปดว้ ย เพ่ือทางานในช่วงทด่ี าวเทยี มโคจรเข้าไปอยู่ในเงามดื ของโลก แบตเตอรีที่ใช้ปัจจุบันเป็นแบบ นกิ เกลิ -แคดเมยี ม หรอื นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ แบบเดียวกับทีใ่ ชใ้ นโทรศัพท์มือถือและคอมพวิ เตอร์แล็ปทอป ซ่ึงเมอ่ื ใช้งานแลว้ สามารถประจไุ ฟใหมไ่ ด้ โดยอาศยั กระแสไฟฟา้ ท่เี หลอื จากการใช้งาน ในระหว่างท่ียานทางาน ด้วยระบบเซลลแ์ สงอาทติ ย์