ดาวฤกษ์ (Fixed star)..

คณุ ครูสพุ ัตรา เกตุแกว้

ดาวฤกษ์ เปน็ ดาวที่มีองค์ประกอบเปน็ แกส๊ ร้อนขนาดใหญ่ มีพลงั งานมหาศาล เกดิ ขึ้นจากกลุ่มแกส๊ และฝนุ่ รวมตวั กนั ซ่ึง เรยี กว่า เนบิวลา เมื่อก๊าซรอ้ นในเนบิวลาอัดแนน่ จนมีอณุ หภูมิสงู ถึง 10 ล้านเคลวนิ จะเกิดปฏกิ ริ ยิ านิวเคลียร์ฟวิ ชน่ั หลอมรวม ไฮโดนเจนให้เปน็ ฮีเลยี ม กาเนิดเปน็ ดาวฤกษ์



▪“เนบิวลา” (Nebula) หรอื “หมอกเพลิง” คอื กลุม่ แก๊สและฝุ่นซึ่งรวมตัวกนั ▪เนบวิ ลาเปน็ กล่มุ แก๊สท่ขี นาดใหญห่ ลายปีแสง แตเ่ บาบางมีความหนาแนน่ ต่ามาก องคป์ ระกอบหลกั ของเนบวิ ลาคอื แกส๊ ไฮโดรเจน เน่ืองจากไฮโดรเจนเป็นธาตทุ ี่มี โครงสร้างพ้ืนฐาน ซง่ึ เป็นธาตุตง้ั ต้นของทุกสรรพส่ิงในจกั รวาล

เนบวิ ลาสวา่ งในกลุ่มดาว เนบวิ ลาสะทอ้ นแสง เนบิวลาสะทอ้ นแสง นายพราน ในกระจกุ ดาวลกู ไก่ ในกระจกุ ดาวลกู ไก่

▪พลังงานของดาวฤกษ์ไดจ้ ากการเกิดปฏิกริ ิยาการหลอมตวั ของนวิ เคลยี สบริเวณ ใจกลางดาวฤกษ์ สว่ นใหญเ่ กดิ จากการหลอมรวมนิวเคลยี สของ H 4 นวิ เคลยี ส จนกลายเปน็ นวิ เคลียสของ He 1 นวิ เคลียส ซึง่ มีมวลน้อยกวา่ 4 นิวเคลยี ส ของ H มวลท่ีหายไปจะเปลยี่ นไปเปน็ พลงั งานตามสมการของไอนส์ ไตน์ E = mc2 เม่ือ c เปน็ อัตราเรว็ แสง (3 × 108 m/s)

Proton-Proton Chain หรอื P-P chain CNO cycle

ปฏิกริ ยิ าลกู โซ่ Proton-Proton Chain หรอื P-P chain

CNO cycle



▪เปน็ พลังงานจากดาวฤกษท์ ่ีปลดปลอ่ ยออกมาในเวลา 1 วนิ าทีต่อหนว่ ย พื้นท่ี มีหน่วยเป็นวัตตต์ ่อตารางเมตร(W/m2) ▪คา่ การเปรียบเทียบความสว่างของดาวฤกษ์ เรยี กว่า อนั ดบั ความสวา่ ง หรือ แมกนิจูด(magnitude)

ประเภทความสว่างของดาวฤกษ์ ความสวา่ งปรากฏ ความสว่างสมั บูรณ์

▪ไม่มหี นว่ ย เปน็ เพยี งตวั เลขท่กี าหนดขึน้ เพ่อื แสดงการรับรคู้ วามสว่างของผูส้ งั เกต ดาวฤกษ์ดว้ ยตาเปล่า ดาวที่มีความสวา่ งมาก อนั ดับความสว่างย่ิงนอ้ ย สว่ นดาว ทมี่ คี วามสวา่ งน้อย อนั ดบั ความสวา่ งจะมีคา่ มาก ▪อนั ดบั ความสว่างสามารถนาไปใชก้ บั ดวงจันทร์และดาวเคราะหไ์ ด้

▪สงั เกตได้จากโลก ใชด้ ูความสวา่ งของดาวฤกษจ์ ากโลก ▪เป็นการกาหนดระดบั ความสวา่ ง ซ่งึ เป็นตัวเลขท่ีกาหนดขึ้นโดยกาหนดเปน็ 6 ระดบั ▪ดาวฤกษ์ทม่ี ีโชติมาตรต่างกัน 1 จะมีความสวา่ ง ต่างกนั 2.512 เท่า ▪ดาวสองดวงมีความสวา่ งตา่ งกนั = (2.512)n เท่า ▪ดาวที่มีค่าโชตมิ าตรน้อยจะมีความสว่างมากกวา่ ดาวที่มีคา่ โชติมาตรมาก

ดวงดาว อนั ดับความสวา่ ง ดวงอาทิตย์ -26.7 ดวงจันทร์คนื วันเพญ็ -12.6 ดาวศุกร์เมอ่ื สวา่ งทส่ี ดุ -4.5 ดาวอังคารเม่อื สวา่ งท่ีสุด -2.7 ดาวซิรอิ ัสในกลมุ่ ดาวสนุ ขั ใหญ่ -1.5 ดาพรอกซมิ าเซนเทารี 10.7

ผลตา่ งของอนั ดบั ความสวา่ ง ความตา่ งกนั ของความสวา่ ง 0 1 1 2 2.512 3 6.31 4 15.83 5 39.82 9 100 10 3,982.69 15 10,000 20 1,000,000 10,000,000

▪ดาว A มีโชตมิ าตร -0.5 ส่วนดาว B มโี ชตมิ าตร 1.5 ความสว่างของดาวท้ัง สองจะต่างกนั ประมาณกี่เท่า อนั ดบั ความสว่างตา่ งกนั n จะมีความสว่างตา่ งกัน (2.512)n เท่า ดาว A และ ดาว B มีอนั ดับความสว่างต่างกนั = 1.5 – (-0.5) = 2.0 ∴ดาว A และ ดาว B มีความสวา่ งตา่ งกนั = (2.512)2 เทา่ = 6.31 เทา่





อนั ดบั ความสวา่ งต่างกนั n จะมีความสว่างต่างกนั (2.512)n เทา่ ดาวซรี อี สั และ ดาวดาวพธุ เม่อื รบิ หรีส่ ดุ มีอนั ดบั ความสว่างต่างกัน = 2.6 – (-1.5) = 4.1 ∴ดาวซรี อี สั และ ดาวดาวพุธเมือ่ รบิ หรี่สดุ มีความสวา่ งต่างกนั = (2.512)4.1 เท่า = 43.66 เทา่

▪เป็นการวดั ความสว่างทีแ่ ท้จรงิ ของดาวฤกษ์ โดยจนิ ตนาการให้ดาวฤกษ์นน้ั อยทู่ ่ีระยะหา่ ง จากโลกออกไป 10 pc หรอื 32.616 ปแี สง ▪เราสามารถคานวณหาโชติมาตรสมั บรู ณ์โดยใชส้ ูตร m – M = 5 – 5 log d หรือ M = m + 5 – 5 log d โดยท่ี m = โชตมิ าตรปรากฏ M = โชติมาตรสัมบรู ณ์ d = ระยะห่างระหว่างโลกกับดาว มีหน่วยเป็น พารเ์ ซก(pc)

วธิ ที า

วธิ ที า M = m + 5 – 5 log d = 1.36 + 5 – 5 (log 25) = 6.36 - 5 (1.4) = 6.36 – 7 = - 0.64 ∴จะมีโชตมิ าตรสมั บูรณ์เท่ากบั – 0.64

ดาวฤกษ์ โชติมาตรปรากฏ ระยะหา่ งระหวา่ งโลกกบั ดาวฤกษ์(pc) A 1 B -3.5 0.5 C 15 D 3 E -2.7 2 -0.6 2.5 1



สเปกตรัมของดาว ▪ กรรมวธิ ีทีน่ กั ดาราศาสตร์ศึกษาดาวฤกษ์โดยการสงั กตจากสเปกตรมั ของดาว เรยี กวา่ \"สเปกโตรสโคปี\" (Spectroscopy) โดยใช้เครอื่ งสเปกโตรมิเตอรต์ อ่ พว่ งกบั กล้องโทรทรรศน์เพือ่ รวมแสงดาวเขา้ มาผ่านเกรตติงเพ่ือแยกแสงดาว ออกเป็นสเปกตรัมชว่ งคล่ืนตา่ งๆ แล้วบนั ทกึ ภาพดว้ ยอุปกรณ์บนั ทึกภาพ CCD ▪สเปกตรมั จะบอกสมบตั ิของดาว 3 ประการคอื อุณหภมู พิ นื้ ผวิ องค์ประกอบ ทางเคมขี องบรรยากาศ และทศิ ทางการเคลื่อนทขี่ องดาวซง่ึ สมั พัทธก์ บั โลก

อณุ หภมู ิพ้นื ผวิ ของดาวฤกษ์ ▪พจิ ารณาความสมั พันธร์ ะหว่างความยาวคลื่นเขม้ สดุ ทด่ี าวแผ่รงั สอี อกมา (λmax) กบั อุณหภูมพิ ้นื ผิว (T) ตามกฎการแผร่ งั สีของวนี ที่ว่า เขλม้ mสaุดxทีด่ =าว0แ.ผ0อ่ 0อ2ก9ม/าTแปซร่งึ ผอกธผบิ นั ายกอบั ยอ่าณุ งสหน้ั ภๆมู พิ วน้ื่า ผ\"ิวคขวอางมดยาาวว\"คลนื่ ของรงั สี

ภาพที่ 1 ความสัมพันธ์ระหวา่ งอณุ หภมู แิ ละ ▪ดาวฤกษท์ ่แี ผร่ ังสเี ข้มสดุ เป็นรงั สีอัลตาไว การแผ่รงั สขี องแก๊ส โอเลต็ ทีค่ วามยาวคลนื่ 250 nm มอี ณุ หภูมพิ น้ื ผวิ 12,000 K ▪ดาวฤกษ์ท่แี ผร่ งั สเี ขม้ สุดในช่วงแสงท่ตี า มองเหน็ ที่ความยาวคลื่น 500 nm มีอณุ หภูมพิ ้นื ผิว 6,000 K ▪ดาวฤกษท์ ี่แผร่ ังสเี ขม้ สุดเป็นรังสี อินฟราเรดท่คี วามยาวคล่ืน 1,000 nm มอี ณุ หภมู พิ น้ื ผิว 3,000 K ตามลาดับ

องคป์ ระกอบทางเคมขี องดาวฤกษ์ ชนดิ สเปกตรมั อุณหภมู ิ สีพนื้ ฐาน สที ่ปี รากฏ ตวั อยา่ ง ดาวฤกษ์ O 30,000–60,000 K น้าเงิน นา้ เงนิ ดาวเซตา ดาวอะเคอร์นาร์ B 10,000–30,000 K น้าเงิน นา้ เงินขาว ถงึ น้าเงินขาว ดาวหางหงส์ ดาวโปรซอิ อน A 7,500–10,000 K ขาว ขาว ดวงอาทติ ย์ ดาวดวงแก้ว F 6,000–7,500 K ขาวออกเหลือง ขาว ดาวปาริชาต G 5,000–6,000 K เหลือง ขาวออกเหลอื ง K 3,500–5,000 K สม้ เหลืองสม้ M 2,000–3,500 K แดง ส้มแดง

▪ปี ค.ศ.1910 เอ็จนา เฮิร์ตสปรงุ (Ejnar Hertzsprung) นกั ดาราศาสตร์ ชาวเดนมาร์ก และเฮนรี นอรสิ รัสเซลล์ (Henry Norris Russell) นกั ดาราศาสตรช์ าวอเมรกิ ัน ไดค้ ิดคน้ แผนภาพแฮรทส์ ชปรงุ -รสั เซลล์ (H-R Diagram) ซงึ่ มีความสาคัญตอ่ การศึกษาววิ ัฒนาการของดาวฤกษ์ เพราะเม่อื ดาวเปลยี่ นแปลง สมบัติทางกายภาพ เชน่ ขนาด อณุ หภูมิ กาลงั ส่องสว่าง และ ความยาวคล่นื ตาแหนง่ ของดาวที่พลอ็ ตลงบนแผนภาพก็จะเปลี่ยนไป

H-R Diagram ประกอบด้วย แกนนอน แสดงอณุ หภมู ขิ องผิวดาวและประเภทของ สเปกตรมั (O B A F G K M) เนื่องจากสเปกตรัมแปรผนั ตามอณุ หภมู ิ แกนตง้ั แสดงกาลังสอ่ งสวา่ งของดาวและโชตมิ าตร สัมบูรณ์เน่อื งจากกาลงั ส่องสว่างแปรผกผันกับ โชตมิ าตรสัมบูรณ์ นอกจากนน้ั ยงั มสี เกลเฉยี งซงึ่ แสดงขนาดของรัศมดี าวฤกษ์ตง้ั แต่ 0.001 เท่า ของดวงอาทิตย์ จนถึง 1,000 เทา่ ของดวง อาทติ ย์ ภาพท่ี 1 H-R Diagram

ภาพท่ี 1 H-R Diagram แผนภาพแสดงการกระจายตาแหน่งของดาวโดย การลงจุดตามสมบตั ิทางกายภาพของดาวฤกษแ์ ตล่ ะ ดวง โดยเราจะเห็นไดว้ า่ ประชากรดาวสว่ นใหญ่ เรยี งตัวจากมุมบนซา้ ยมายงั มุมล่างขวาของแผนภาพ เรียกว่า “ลาดับหลกั ” (Main sequence) ดาว ท่อี ยู่ด้านบนขวาของลาดับหลักเป็นดาวทม่ี ีขนาด ใหญ่และมีกาลังส่องสว่างมาก เรยี กวา่ “ดาวยักษ์” (Giants) “และดาวยกั ษใ์ หญ่” (Supergiants) สว่ นดาวท่ีอยูด่ ้านลา่ งของลาดบั หลักเปน็ ดาวท่มี ี ขนาดเลก็ และมกี าลังส่องสวา่ งน้อย เรยี กวา่ “ดาว แคระ” (Dwarfs)

ดูตัวอย่างดาวในภาพท่ี 1 ดังนี้ ดวงอาทิตย์ (Sun) เปน็ ดาวลาดบั หลักสีเหลอื ง สเปกตรัม G อณุ หภูมพิ ้ืนผิว 5,800 K กาลังสอ่ ง สวา่ ง 3.9 x 1033 เอิร์ก/วินาที โชตมิ าตร สมั บรู ณ์ 4.8 ความรศั มี 6.9 x 108 เมตร ดาวหวั ใจสงิ ห์ (Regulus) เป็นดาวลาดับหลกั สขี าว สเปกตรัม B อุณหภมู ิพน้ื ผวิ 16,000 K กาลังสอ่ งสวา่ ง 1.4 x 102 เท่าของดวงอาทติ ย์ โชติ มาตรสัมบรู ณ์ -0.6 ความยาวรศั มี 1.5 เท่าของดวง อาทิตย์ ภาพท่ี 1 H-R Diagram

ดาวบเี ทลจุส (Betelgeuse) เป็นดาวยกั ษใ์ หญ่ สีแดง สเปคตรัม M อุณหภมู ิผวิ ดาว 3,600 K กาลังส่องสวา่ ง 2 x 102 เทา่ ของดวงอาทติ ย์ โชติ มาตรสัมบรู ณ์ -5 ความยาวรศั มี 400 เท่าของดวง อาทิตย์ ดาวโพรไซออน บี (Procyon B) เปน็ ดาวแคระ ขาว สเปคตรัม A อณุ หภูมพิ น้ื ผวิ 9,000 K กาลัง ส่องสว่าง 1 x 10-3 เทา่ ของดวงอาทติ ย์ โชติมาตร สัมบูรณ์ 13 ความยาวรัศมี 0.01 เทา่ ของดวงอาทิตย์ ภาพท่ี 1 H-R Diagram



▪ดาวฤกษ์อยูห่ ่างจากโลกมาก และระยะระหวา่ งดาวฤกษ์ดว้ ยกนั เองกห็ า่ งไกลกนั มากเชน่ กัน การ บอกระยะทางของดาวฤกษจ์ งึ ใชห้ นว่ ยของระยะทางตา่ งไปจากระยะทางบนโลก ดังน้ี ▪ปีแสง (lightyear หรอื Ly.) คอื ระยะทางทแ่ี สงเดนิ ทางในเวลา 1 ปี อัตราเรว็ ของแสงมี ค่า 3 x 108 m/s ▪หน่วยดาราศาสตร์ (astronomical unit หรอื A.U) คือ ระยะทางระหว่างโลกและดวง อาทติ ย์ ระยะทาง 1 A.U มีค่า 150 ล้านกิโลเมตร ▪พารเ์ ซก (parsec) เปน็ ระยะทางทไี่ ด้จากการหาแพรัลแลกซ์ (parallax) คือการยา้ ย ตาแหน่งปรากฏ ของวัตถเุ มื่อผูส้ งั เกตอยใู่ นตาแหนง่ ตา่ งกันของดาวดวงนน้ั ซึง่ เปน็ วธิ ีวัด ระยะห่างของดาวฤกษ์ทีอ่ ยูค่ ่อนข้างใกลโ้ ลกได้อยา่ งแมน่ ยากวา่ ดาวฤกษ์ทีอ่ ยูไ่ กลมาก

▪ คอื การเลอื่ นตาแหน่งของภาพที่เกิดขึ้นจากการเปลยี่ นตาแหน่งที่ สงั เกต

หลกั การของแพรัลแลกซ์ ▪คอื การเหน็ ดาวฤกษเ์ ปล่ยี นตาแหนง่ เม่อื สงั เกตจากโลกในเวลาทหี่ ่างกัน 6 เดอื น เพราะจุดสงั เกตดาวฤกษท์ ้ัง 2 คร้ังอยหู่ า่ งกนั เป็นระยะทาง 2 เทา่ ของ ระยะทางระหว่างโลกและดวงอาทติ ย์ 1 พาร์เซก มคี า่ 3.26 ปีแสง ดาวฤกษแ์ ต่ ละดวงอย่หู ่างกนั มาก ระบบดาวฤกษ์ทีอ่ ยู่ใกลร้ ะบบสุรยิ ะที่สุดคือ อัลฟา เซนทอ รี ในกลุ่มดาวมา้ ครึ่งคน ซง่ึ อยหู่ า่ ง 4.26 ปีแสง

หลกั การของแพรัลแลกซ์ ▪การวดั ระยะห่างจากโลกถึงดาวฤกษ์ ทาได้หลายวธิ ี คือ การหาแพรัลแลกซ์ คอื การย้ายตาแหน่งปรากฏของวัตถุเมอื่ ผู้สังเกตอย่ใู นตาแหน่งตา่ งกนั ของดาวดวง น้นั คือ มมุ แพรัลแลกซ์ของดาวฤกษ์ทต่ี ้องการวัดระยะห่าง มหี นว่ ยเปน็ ฟลิ ิปดา และแปลงคา่ เปน็ หนว่ ยเรเดยี น

ภาพท่ี 1 แสดงการ เปรยี บเทยี บมุมแพรัลแลกซ์ ของดาวสองดวง ดาวในภาพ ท่ี 1 ก มีมมุ แพรัลแลกซ์ กว้างกว่าดาวในภาพที่ 1 ข เนื่องจากดาวอยู่ใกล้ โลกมากกว่า ภาพที่ 1 ดาวท่อี ยู่ใกลม้ ีมมุ แพรัลแลกซใ์ หญ่กว่าดาวอย่ไู กล

สตู ร การหาระยะทางด้วยมมุ แพรัลแลกซ์ s = ������ ������ s = ระยะทางถงึ ดวงดาว หน่วยเปน็ พาร์เสค (pc) p = มุมแพรัลแลกซ์ (parallax angle) หนว่ ยเป็นฟลิ บิ ดา (arc second) โดยที่ 1 องศา = 60 ลิบดา (arc minute), 1 ลิบดา = 60 ฟิลิบดา (arc second)

ตัวอย่างที่1 นักเรยี นคนหนึ่งพิจารณาภาพถา่ ยดาว 2 ภาพซึ่งถ่ายหา่ งกกัน 6 เดอื น พบว่า ดาวดวงหนง่ึ มีตาแหนง่ เปล่ยี นไป 2.6 มลิ ลิเมตร เม่อื เทยี บกบั ดาวดวงอ่ืน ภาพถา่ ยทงั้ สองมี ความกวา้ งเท่ากับ 6.24 เซนตเิ มตร ซง่ึ เทยี บไดข้ นาดเชิงมมุ เท่ากับ 20 ฟิลปิ ดา ดาวดวงนี้ ห่างจากโลกกีพ่ ารเ์ สค วิธที า โจทย์บอกวา่ ภาพถ่ายท้ัง 2 มีความกวา้ งเทา่ กนั คอื 6.24 cm ซ่ึงเทียบกบั ขนาดเชิงมุม = 20 ฟิลปิ ดา หมายความวา่ 6.24 cm = 20 ฟิลปิ ดา หาระยะห่างจากโลกถึงดาวได้จาก แล้ว 2.6 mm =? s = ������ A1 A2 2p = 0.83” จะได้ว่า 62.4 mm ������ p = 0.415” = 20 ฟลิ ปิ ดา d A 2.6 mm s = ������ = 20×2.6 ������.������������������ p 62.4 s = 2.4 pc = 0.83 ฟลิ ปิ ดา E2 E1

ตวั อยา่ งที่2 ดาวหัวใจสงิ ห์ (REGULUS) ในกลุ่มดาวสงิ โต มมี ุมแพรัล แลกซ์ 0.04 ฟลิ ปิ ดา มีระยะทางหา่ งจากโลกเท่าไร(1 พาร์เสค = 3.26 ปแี สง)

ตัวอย่างที่3 ดาวโจรมมี ุมแพรัลแลกซป์ ระมาณ 0.38 ฟลิ ปิ ดา เมื่อพจิ ารณาภาพถ่ายใน บริเวณใกล้กับดาวดวงนีซ้ งึ่ ถ่ายในเวลาต่างกัน 6 เดือน ตาแหน่งของดาวโจรจะเปล่ียนไป เทียบกบั ดาวพืน้ หลงั ประมาณกี่ฟลิ ิปดา

ขอ้ จากดั ของแพรัลแลกซ์ ▪เนื่องจากขนาดของมุมแพรัลแลกซ์สัมพนั ธก์ ับระยะห่างระหว่างโลกกับดวงดาว กลา่ วคือ วตั ถทุ ่ีอยู่ใกล้จะปรากฏมมุ แพรัลแลกซท์ ีม่ ีคา่ มาก วัตถทุ ีอ่ ยูไ่ กลออกไป มมุ แพรลั แลกซจ์ ะมคี ่าน้อยลง แต่ถ้าวตั ถุทอ้ งฟา้ อยไู่ กลจากโลกมาก ๆ มุมแพรัล แลกซจ์ ะมีคา่ น้อยเกนิ กวา่ ท่อี ปุ กรณ์จะสามารถตรวจวัดการแพรัลแลกซ์ของวัตถุ ได้ ทาให้ไมส่ ามารถตรวจวดั ระยะทางดว้ ยวธิ ีแพรัลแลกซ์

ขอ้ จากดั ของแพรัลแลกซ์ ▪ถงึ แมว้ ่าเราจะไมส่ ามารถหาระยะหา่ งของวัตถทุ ้องฟา้ ทไี่ มป่ รากฏค่ามุมแพรัล แลกซไ์ ด้ แต่ดาวเหล่าน้นั จะถูกใช้ เป็นดาวอา้ งอิงเพื่อนามาเทยี บและสังเกตการ เลอื่ นของดวงดาวท่อี ยู่ใกลโ้ ลกพอจะเกิดการแพรัลแลกซ์ ซง่ึ ชว่ ยใหน้ ักดารา ศาสตรน์ าค่าท่ีได้มาคานวณหาระยะหา่ งระหว่างโลกและวตั ถุทอ้ งฟา้ ดงั กล่าว ต่อไป

การบ้าน 1. นายกันพิจารณาภาพถ่ายดาว 2 ภาพซึ่งถ่ายห่างกนั 6 เดอื น พบวา่ ดาว ดวงหนงึ่ มีตาแหน่งเปล่ียนไป 5.2 มลิ ลเิ มตร เมอ่ื เทียบกบั ดาวดวงอ่ืน ภาพถา่ ยทัง้ สองมคี วามกว้างเท่ากับ 9.4 เซนติเมตร ซึ่งเทยี บได้ขนาด เชิงมุมเท่ากบั 30 ฟิลปิ ดา ดาวดวงนี้หา่ งจากโลกกพี่ าร์เสค 2. ดาวไรเจลมีแพรัลแลกซ์ 0.25 ฟลิ ิปดา ดาวไรเจลจะอยู่หา่ งจากโลกกี่ปี แสง