โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ ม.6 เล่ม1 หน่วย3_ระบบสุริยะ

โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ เลม่ 1 ชั้นมธั ยมศกึ ษาปีที่ 6 กลุม่ สาระการเรียนรวู้ ทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี หนว่ ยการเรยี นรู้ที่ 1 หน่วยการเรียนร้ทู ี่ 2 หน่วยการเรยี นรทู้ ี่ 3 Slide PowerPoint_สื่อประกอบการสอน บริษัท อักษรเจริญทัศน์ อจท. จากดั : 142 ถนนตะนาว เขตพระนคร กรงุ เทพฯ 10200 Aksorn CharoenTat ACT.Co.,Ltd : 142 Tanao Rd. Pranakorn Bangkok 10200 Thailand โทร./แฟกซ์. : 0 2622 2999 (อัตโนมัติ 20 คสู่ าย) [email protected] / www.aksorn.com

3หนว่ ยการเรียนร้ทู ่ี ระบบสรุ ยิ ะ ผลการเรียนรู้ • อธบิ ายกระบวนการเกดิ ระบบสรุ ยิ ะ การแบง่ เขตบริวารของดวงอาทติ ยแ์ ละลักษณะของดาวเคราะห์ที่เอือ้ ตอ่ การดารงชวี ติ • อธิบายการโคจรของดาวเคราะหร์ อบดวงอาทิตยด์ ว้ ยกฎเคพเลอร์และกฎความโน้มถว่ งของนวิ ตนั พรอ้ มคานวณคาบการโคจรของดาวเคราะห์ • อธิบายโครงสรา้ งของดวงอาทติ ย์ การเกดิ ลมสุริยะ พายุสรุ ิยะและวิเคราะห์ นาเสนอปรากฏการณห์ รอื เหตุการณ์ที่เก่ยี วขอ้ งกบั ผลของลมสรุ ยิ ะ และพายุสรุ ิยะท่มี ีตอ่ โลก รวมทงั้ ประเทศไทย

?เพราะเหตใุ ด เราจงึ ต้องศึกษา เกีย่ วกับดวงอาทติ ย์

1. ดวงอาทติ ย์ (Sun) 2. ดาวพธุ (Mercury) 3. ดาวศกุ ร์ (Venus) 8 9 • ดาวฤกษท์ อ่ี ยู่ใจกลางระบบสุริยะ • ใกลด้ วงอาทติ ย์ทสี่ ุดและโคจรเรว็ ท่สี ดุ • มีขนาดและมวลใกล้เคยี งกบั โลก 7 • ไม่มชี ้ันบรรยากาศ • ไม่มีชัน้ บรรยากาศ มีมวลกวา่ 99% ของทัง้ ระบบสุริยะ • มีพนื้ ผิวขรุขระคล้ายดวงจันทร์ของโลก • มีพ้นื ผิวขรขุ ระคล้ายดวงจนั ทร์ของโลก 6 • ลุกสวา่ งไดด้ ว้ ยปฏิกริ ิยาฟิวชัน 5. ดาวอังคาร (Mars) 6. ดาวพฤหัส (Jupiter) (ไฮโดรเจนหลอมรวมเปน็ ฮีเลียม) • มีขนาดประมาณครึง่ หนึง่ ของโลก • มขี นาดใหญท่ ่สี ุด • มีชัน้ บรรยากาศเบาบางประกอบ • ใชเ้ วลาในการหมุนรอบตวั เองนอ้ ยทส่ี ดุ 4. โลก (Earth) • มีระยะห่างจากดวงอาทิตยแ์ ละมี ดว้ ยแกส๊ คารบ์ อนไดออกไซด์ • มฤี ดูกาลลักษณะเดยี วกบั โลก องคป์ ระกอบพอเหมาะตอ่ การพบนา้ บนผวิ โลกทัง้ 3 สถานะ ซงึ่ เปน็ สง่ิ จาเป็นตอ่ การดารงชวี ติ ของสิ่งมีชวี ติ 7. ดาวเสาร์ (Saturn) 8. ดาวยเู รนสั  (Uranus) 5 • มีขนาดใหญ่เป็นอนั ดบั สองรองจากดาวพฤหสั • เปน็ ดาวเคราะห์ท่ปี ระกอบไปด้วยแก๊ส • มคี วามหนาแน่นน้อยกว่าน้า • มแี กนทเี่ อียงมากถึง 97 องศา 34 ระบบสุริยะ • มดี วงจันทร์เปน็ บริวารมากทส่ี ุด 2 • มีวงแหวนทีเ่ ดน่ ชัด ซง่ึ ประกอบไปดว้ ยก้อนน้าแขง็ คล้ายลกู ขา่ งกาลังล้ม 9. ดาวเนปจนู (Neptune) 1 • อยู่ห่างไกลดวงอาทติ ย์มาก ทาให้มี อุณหภูมิต่ามาก จึงถูกเรียกวา่ ดาวน้าแขง็ ยักษ์ ซ่ึงดาวยเู รนัสก็ ถูกเรยี กเช่นเดยี วกนั

1. เนบิวลาสรุ ิยะเรมิ่ ยบุ ตวั การกาเนิดระบบสรุ ิยะ เม่อื 4,600 ล้านปีก่อน เนบิวลาซึ่งเป็น 2. เนบิวลาสุริยะยบุ ตัว เศษซากจากการระเบิดซุปเปอร์โนวาของ • มวลร้อยละ 99.8 ของเนบิวลาสุริยะซึ่งประกอบด้วย ดาวฤกษ์รุ่นก่อนดวงอาทิตย์ เรียกว่า เนบิวลาสุริยะ (solar nebula) ซ่ึงประกอบ แก๊สไฮโดรเจนและฮีเลียมเกิดการยุบตัวเข้าสู่บริเวณใจ ไปด้วยฝุ่น แก๊ส โลหะ เศษหิน และสสาร กลางด้วยแรงโน้มถ่วง ทาให้บริเวณใจกลางมีอุณหภูมิ ตา่ ง ๆ เริ่มเกิดการยุบรวมตวั กนั และความดันเพิ่มสูงข้ึนจนกลายเป็นดาวฤกษ์ก่อนเกิด (protostar) 3. เกดิ ดวงอาทิตย์ • มวลอกี ร้อยละ 0.02 ของเนบวิ ลาสุรยิ ะท่เี หลือจะรวมตัว ดาวฤกษ์ก่อนเกิดยุบตัวลงไปจนมีความดัน กนั เป็นแผน่ จานแบนและหมุนรอบใจกลาง และมีอุณหภูมิสูงจะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน เกดิ เป็นดวงอาทิตย์ ซึ่งถอื เป็นดาวฤกษ์ในลาดับหลกั ท่ีอยูใ่ นภาวะสมดลุ อุทกสถิต

4. เกิดการพอกพูนบรเิ วณแผ่นจานหมุน การกาเนดิ ระบบสรุ ยิ ะ แผ่นจานหมุนบริเวณโดยรอบเร่ิมบางลง เพราะโลหะ เศษหิน แก๊ส และสสารต่าง ๆ เกิด การรวมตัวกันด้วยแรงโน้มถ่วง และค่อย ๆ พอกพูนกลายเปน็ วัตถุท่มี ีขนาดใหญ่ข้นึ 5. เกิดดาวเคราะห์ ท่บี ริเวณศูนยก์ ลางดวงอาทติ ยผ์ ลิตจะผลิตพลงั งานดว้ ยปฏกิ ิรยิ านวิ เคลยี ร์ ฟิวชนั ด้วยอัตราคงที่ วตั ถุรอบนอกบริเวณแผ่นจานหมนุ จะเกดิ การพอกพนู มวล • ส่วนท่เี กดิ การพอกพนู บรเิ วณใกล้ดวงอาทิตยจ์ ะถูกลมสุรยิ ะจากดวงอาทิตย์ พดั พาแก๊สออกไปจากผวิ กลายเป็นดาวเคราะหช์ น้ั ใน • ส่วนที่เกิดการพอกพูนบริเวณท่ีอยู่ไกลออกไปจากดวงอาทิตย์ทาให้ได้รับ อิทธิพลจากลมสุริยะน้อยทาให้บริเวณผิวยังคงมีแก๊สปริมาณมากปกคลุม กลายเปน็ ดาวเคราะหช์ ั้นนอก • ส่วนเศษหิน โลหะ แก๊สและสสารต่าง ๆ ท่ีไม่ได้รวมตัวกันกลายเป็น ดาวเคราะห์ จะกลายเป็นบริวารของดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย ดาวเคราะห์แคระ ดาวหาง และสะเกด็ ดาว

การแบง่ เขตบรวิ ารรอบดวงอาทิตย์ 4เขตบริวารของดวงอาทติ ย์ สามารถแบ่งตามลักษณะการเกิดและองค์ประกอบไดเ้ ป็น เขต 1 เขตดาวเคราะหช์ นั้ ใน 1 2ดาวพธุ , ดาวศกุ ร์, โลก, ดาวองั คาร แถบดาวเคราะห์นอ้ ย ดาวพฤหสั , ดาวเสาร์,ดาวยูเรนสั , ดาวเนปจนู แถบ4ไคเปอร์ 2 เขตดาวเคราะห์นอ้ ย 3 เขตดาวเคราะห์ชน้ั นอก 3 4 เขตดงดาวหาง

แบบจาลองของระบบสรุ ยิ ะ ดาวเสาร์ ดวงอาทติ ย์ ดาวพธุ ดาวศุกร์ 1. ระบบทอเลมี ดวงจนั ทร์ โลก • ปรับปรุงมาจากแบบจาลองระบบสุริยะ ของอริสโตเติล โดยเพ่ิมวงกลมเสริม ซ่ึง ดาวองั คาร มดี าวเคราะห์โคจรอยรู่ อบๆ วงกลมหลกั ดาวพฤหัส • ถกู นาไปใช้อยา่ งแพรห่ ลายตลอดยุคกรีก โบราณจนถึงยุคกลาง

แบบจาลองของระบบสุรยิ ะ ดาวเสาร์ ดาวพฤหสั 2. ระบบโคเพอรน์ คิ ัส ดาวอังคาร • มีความเรียบง่ายกว่าระบบทอเลมี โดยให้ ดวงจันทร์ โลก ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ และให้ดาวเคราะห์ทุกดวงรวมท้ังโลกโคจร ดาวศุกร์ เปน็ วงกลมรอบดวงอาทิตย์ ดาวพธุ • เป็นแนวคิดท่ีจุดประกายเก่ียวกับศูนย์กลาง ดวงอาทิตย์ ของระบบสุริยะใหแ้ ก่นักวิทยาศาสตร์ร่นุ ต่อมา

แบบจาลองของระบบสรุ ิยะ ดาวองั คาร 3. ระบบของทิโค บราห์ ดาวศกุ ร์ ดาวพุธ • เป็นแบบจาลองระบบสุริยะท่ีให้โลกเป็น ศูนย์กลาง และมีดาวเคราะห์โคจรรอบดวง ดวงอาทติ ย์ อาทิตย์ ซึ่งโคจรรอบโลกอีกทีหนึ่ง ส่วนดวง จันทร์โคจรรอบโลกโดยตรง โลก • วงโคจรของดาวเคราะห์และดวงอาทิตย์ยังคง ดาวพฤหัส ดวงจนั ทร์ เป็นวงกลม จึงยังคงเป็นแบบจาลองที่ยังคงมี ความคลาดเคลอื่ นอยู่ ดาวเสาร์

แบบจาลองของระบบสุริยะ ดาวเสาร์ ดาวพฤหัส ดวงอาทติ ย์ ดาวองั คาร ดาวพธุ 4. ระบบของเคพเลอร์ ดาวศุกร์ โลก • โยฮันเนส เคพเลอร์ ค้นพบว่า วงโคจรของ ดาวเคราะห์ไม่ได้เป็นวงกลมแต่เป็นวงรี แล้วสรปุ เป็นกฎการเคลอ่ื นของดาวเคราะห์ ของเคพเลอร์ • เป็นแบบจาลองท่ีได้รับการยอมรับและเป็น พ้ืนฐานของการศึกษาระบบสรุ ิยะในปจั จบุ ัน

กฎการเคล่อื นท่ขี องดาวเคราะห์ของเคพเลอร์ กฎข้อที่ 1 : วงโคจรของดาวเคราะห์ เป็นวงรี โดยมดี วงอาทติ ย์ เป็นจดุ โฟกสั จดุ หน่งึ กฎขอ้ ท่ี 2 : กฎขอ้ ท่ี 3 : เสน้ เชือ่ มระหวา่ ง คาบการโคจรของ ดาวเคราะห์กับดวงอาทิตย์ ดาวเคราะหย์ กกาลงั สอง จะกวาดไปเป็นพ้นื ท่ีท่เี ท่ากัน จะเปน็ สัดสว่ นโดยตรงกับ ภายในระยะเวลาท่เี ทา่ กัน ระยะครง่ึ แกนหลักยกกาลงั สาม

แรงโนม้ ถ่วงระหว่างดวงอาทติ ย์กับดาวเคราะห์ • กฎแรงโนม้ ถว่ งของนิวตนั F = Gm1m2 ขนาดของแรงโน้มถ่วงจะแปรผนั ตรงกับมวล และแปรผกผันกับระยะหา่ งยกกาลงั สอง r2 • อัตราเร็ววงโคจร v= GM วัตถโุ คจรรอบมวลได้นั้น จะต้องมีความเรว็ เทา่ กบั ความเร็วโคจร r • อัตราเรว็ หลุดพ้น vescape = 2GM วัตถุจะหลุดพน้ ออกไปจากแรงโนม้ ถ่วงได้ จะตอ้ งมคี วามเรว็ เพยี งพอ r ท่ีจะเอาชนะพลังงานศกั ย์โนม้ ถ่วง • กฎข้อที่สามของเคพเลอร์ P2 = 4π2 เม่ือใช้กฎของแรงโน้มถ่วงของนิวตันประยุกต์เข้ากับกฎข้อท่ีสามของเคพเลอร์ a3 GM จะได้กฎข้อท่สี ามของเคพเลอร์แบบมแี รงโนม้ ถ่วง

แรงโน้มถ่วงระหว่างดวงอาทติ ยก์ บั ดาวเคราะห์ 1. กฎแรงโน้มถว่ งของนวิ ตนั นวิ ตนั ค้นพบวา่ แรงที่ทาใหแ้ อปเปลิ ตกลงสพู่ นื้ โลก แรงที่ทาใหด้ วงจนั ทร์โคจรรอบโลก และแรงทีท่ าใหด้ าวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทติ ย์ เปน็ แรงชนิดเดียวกนั เรียกว่า แรงโนม้ ถว่ ง ขนาดของแรงโนม้ ถ่วงจะแปรผันตรงกบั มวล และแปรผกผันกับระยะหา่ งกาลังสอง F = G m1m2 F คือ แรงโน้มถว่ งระหวา่ งมวลทง้ั สอง มีหน่วยเป็น นิวตัน (N) r2 G คือ ค่าคงตัวความโน้มถ่วงสากล มีค่าเทา่ กบั 6.67 × 10−11 N m2/kg2 m1 คอื มวลของวัตถแุ รก มีหนว่ ยเปน็ กิโลกรมั (kg) m2 คอื มวลของวตั ถุที่สอง มีหน่วยเปน็ กิโลกรมั (kg) r คือ ระยะหา่ งระหวา่ งวตั ถทุ ้ังสอง มหี น่วยเปน็ เมตร (m)

แรงโน้มถ่วงระหว่างดวงอาทิตย์กับดาวเคราะห์ 2. อตั ราเร็วในวงโคจร วตั ถุทีโ่ คจรเปน็ วงกลมจะมแี รงหนีศูนย์กลางกระทา ซงึ่ แรงหนีศูนย์กลางจะแปรผนั ตรงกบั มวล และอัตราเร็วยกกาลังสอง แต่จะแปรผกผันกับรัศมกี ารโคจรของวตั ถุ F = mv2 F คอื แรงหนศี ูนย์กลาง มหี น่วยเปน็ นวิ ตัน (N) r m คือ มวลของวัตถุ มหี นว่ ยเปน็ กิโลกรัม (kg) v คือ อตั ราเรว็ ในวงโคจร มีหน่วยเปน็ เมตรตอ่ วนิ าที (m/s) r คอื รศั มขี องวงโคจร มหี น่วยเปน็ เมตร (m)



แรงโน้มถว่ งระหว่างดวงอาทติ ยก์ ับดาวเคราะห์ 3. อัตราเรว็ หลุดพน้ หากดาวเคราะห์เคลือ่ นที่ด้วยความเรว็ มากพอท่จี ะหลุดออกมาจากแรงโนม้ ถว่ งของดวงอาทติ ย์ได้ ดาวเคราะห์น้นั จะตอ้ งมพี ลังงานจลนอ์ ยา่ งน้อยเท่ากับพลงั งานศักย์โนม้ ถว่ ง 1 mv2 = GmM 2 r2 อัตราเร็วหลุดพน้ หาไดจ้ ากสมการ vescape = 2GM r

แรงโน้มถ่วงระหวา่ งดวงอาทติ ย์กับดาวเคราะห์ 4. กฎข้อทส่ี ามของเคพเลอร์ เนือ่ งจากแรงโนม้ ถว่ งเป็นกลไกที่ทาให้เกิดวงโคจรของเคพเลอร์ จงึ สามารถอธิบายกฎข้อท่สี าม ของเคพเลอรไ์ ดด้ ว้ ยกฎแรงโนม้ ถว่ งของนวิ ตัน mv2 = GmM r r2 m × 4π2a2 = GmM a P2 a2 P2 4π2 P2 = 4π2 a3 หรือ a3 = GM GM 4π2 เปน็ คา่ คงทข่ี องระบบท่ีวัตถุน้ันโคจรอยู่ หากเขียน P ใหอ้ ยใู่ นหนว่ ยของปี และ a ให้อยูใ่ นหน่วย GM ของหน่วยดาราศาสตร์ จะได้ค่าคงที่น้ีมีคา่ เท่ากบั 1

โครงสรา้ งภายในดวงอาทติ ย์ โฟโตสเฟยี ร์ (photosphere) แกน่ (core) เป็นช้ันท่ีเปรียบเสมือนพื้นผิวของ เป็ น บ ริ เ ว ณ ที่ มีแ ร ง โ น้ ม ถ่ ว ง ดวงอาทิตย์ แสงอาทิตย์ท่ีเราสังเกต มหาศาลคอยบีบอัดอะตอมของ ไดจ้ ะมตี น้ กาเนดิ จากบรเิ วณนี้ ไฮโดรเจน เกิดปฎิกิริยาฟิวชัน ท่ีค อ ย ห ล อ ม ร ว ม ไ ฮ โด ร เ จ น เขตการพาความรอ้ น กลายเป็นฮเี ลยี ม (convective zone) เขตแผร่ งั สีความร้อน เป็นบริเวณที่พลาสมาได้รับความ (radiative zone) ร้อนจากเขตการแผ่รังสีความร้อน เกิดการเคลื่อนท่ีหมุนวนด้ วย เป็นบริเวณที่แผ่พลังงานจากแก่น ก ร ะ บ ว น ก า ร พ า ค ว า ม ร้ อ น ท่ี พ า โดยการแผ่รงั สีด้วยอนุภาคโฟตอน พลงั งานออกจากภายในดวงอาทิตย์

ชนั้ บรรยากาศที่หอ่ ห้มุ ดวงอาทิตย์ 1. ช้ันอณุ หภมู ติ ่าสุด (temperature minimum) เปน็ สว่ นของดวงอาทติ ย์ทีม่ ีอณุ หภมู ติ า่ ทส่ี ดุ อยถู่ ัดจากชั้นโฟโตสเฟียร์ 2. โครโมสเฟียร์ (chromosphere) 3. เขตเปลย่ี นผ่าน (transition region) เปน็ บรเิ วณทปี่ รากฏเป็นสที ี่สามารถ เป็นบริเวณท่เี ช่ือมต่อระหวา่ งชนั้ โครโมสเฟยี ร์ สงั เกตเห็นได้ดว้ ยตาเปลา่ และชัน้ โคโรนา 5. เฮลิโอสเฟยี ร์ (heliosphere) 4. โคโรนา (corona) เปน็ สว่ นนอกสุดของดวงอาทติ ย์ และเปน็ บรเิ วณ เปน็ บริเวณทมี่ ีอุณหภมู ิสงู มากในระดบั ล้านเคลวิน ที่อนุภาคจากลมสรุ ิยะเคลอื่ นที่ผา่ น ซึง่ พลาสมาทีห่ ลดุ ออกชนั้ นีจ้ ะกลายเป็นลมสรุ ิยะ

ปรากฏการณบ์ นดวงอาทติ ย์ • ดวงอาทิตยป์ ลดปลอ่ ยอนภุ าคพลังงานสูงออกมาปรมิ าณมาก จนทาให้สภาพอวกาศแปรปรวนจนเกิดเป็น พายุสุรยิ ะ • อนภุ าคพลงั งานสูงเป็นอนภุ าคที่มีประจุ เมือ่ เคล่ือนท่ีมาชนกบั ช้ันบรรยากาศตอนบนของโลกแถบใกลข้ ัว้ แม่เหล็กโลก ทาให้เกดิ ปรากฏการณ์แสงเหนอื แสงใต้ หรอื ออโรรา (aurora)



เนบวิ ลาเร่มิ ยบุ ตัว เนบิวลาสรุ ิยะยุบตวั การแบ่งเขตบรวิ าร เขตดาวเคราะห์ชน้ั ใน เกิดการพอกพูนบริเวณ ของดวงอาทิตย์ (ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก ดาวอังคาร) เกดิ ดวงอาทิตย์ จานพอกพูนมวล เขตดาวเคราะห์นอ้ ย กระบวนการเกิด เกดิ ดาวเคราะห์ ระบบสรุ ยิ ะ เขตดาวเคราะห์ช้นั นอก (ดาวพฤหัส ดาวเสาร์ ดาวยูเรนสั ดาวเนปจนู ) เขตดงดาวหาง การโคจรของดาวเคราะห์ ระบบสรุ ยิ ะ รอบดวงอาทติ ย์ กฎการเคลอ่ื นท่ีของดาวเคราะห์ของเคพเลอร์ แบบจาลองระบบสรุ ิยะ แรงโน้มถว่ งระหว่างดวงอาทติ ย์กับดาวเคราะห์ กฎแรงโนม้ ถ่วงของนวิ ตนั (������ = ������������������������) ������������������������) ระบบทอเลมี อัตราเรว็ ในวงโคจร (������������������������������������������������ = ������������������) ระบบโคเพอรน์ ิคสั ระบบทิโค บราห์ อัตราเร็วหลดุ พ้น (������������������������������������������ = ������ ������������������������������������������������ = ระบบเคพเลอร์

เขตพาความรอ้ น โฟโตสเฟียร์ ช้นั อณุ หภมู ติ า่ สุด โครโมสเฟยี ร์ โครงสรา้ งภายในดวงอาทติ ย์ ชั้นบรรยากาศทีห่ ่อหุ้มดวงอาทิตย์ เขตเปลี่ยนผา่ น เขตแผร่ งั สคี วามร้อน ดวงอาทิตย์ คอโรนา แก่น เฮลโิ อสเฟียร์ ลมสุรยิ ะ ปรากฏการณ์บนดวงอาทิตย์ พายสุ รุ ิยะ