ระบบสุริยะ Solar System

ที่มา https://www.youtube.com/watch?v=MolS0yAtf_0

กำเนิดระบบสุริยะ

      ระบบสุริยะเกิดจากกลุ่มฝุ่นและก๊าซในอวกาศซึ่งเรียกว่า “โซลาร์เนบิวลา” (Solar Nebula) รวมตัวกันเมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีมาแล้ว  (นักวิทยาศาสตร์คำนวณจากอัตราการหลอมรวมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมภายในดวงอาทิตย์)  เมื่อสสารมากขึ้น แรงโน้มถ่วงระหว่างมวลสารมากขึ้นตามไปด้วย กลุ่มฝุ่นก๊าซยุบตัวหมุนเป็นรูปจานตามหลักอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ดังภาพที่ 1    แรงโน้มถ่วงที่ใจกลางสร้างแรงกดดันมากทำให้ก๊าซมีอุณหภูมิสูงพอที่จุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน หลอมรวมอะตอมของไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม  ดวงอาทิตย์จึงถือกำเนิดเป็นดาวฤกษ์  

ภาพที่ 1  กำเนิดระบบสุริยะ

            วัสดุชั้นรอบนอกของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิต่ำกว่า ยังโคจรไปตามโมเมนตัมที่มีอยู่เดิม รอบดวงอาทิตย์เป็นชั้นๆ   มวลสารของแต่ละชั้นพยายามรวมตัวกันด้วยแรงโน้มถ่วง  ด้วยเหตุนี้ดาวเคราะห์จึงถือกำเนิดขึ้นเป็นรูปทรงกลม เนื่องจากมวลสารพุ่งใส่กันจากทุกทิศทาง 
            อิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงทำให้วัสดุที่อยู่รอบๆ พยายามพุ่งเข้าหาดาวเคราะห์  ถ้าทิศทางของการเคลื่อนที่มีมุมลึกพอ ก็จะพุ่งชนดาวเคราะห์ทำให้ดาวเคราะห์นั้นมีขนาดใหญ่ขึ้น เนื่องจากมวลรวมกัน  แต่ถ้ามุมของการพุ่งชนตื้นเกินไป ก็จะทำให้แฉลบเข้าสู่วงโคจร และเกิดการรวมตัวต่างหากกลายเป็นดวงจันทร์บริวาร  ดังเราจะเห็นได้ว่า ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ เช่น ดาวพฤหัสบดี จะมีดวงจันทร์บริวารหลายดวงและมีวงโคจรหลายชั้น เนื่องจากมีมวลสารมากและแรงโน้มถ่วงมหาศาล  ต่างกับดาวพุธซึ่งมี
ขนาดเล็กมีแรงโน้มถ่วงน้อย ไม่มีดวงจันทร์บริวารเลย  วัสดุที่อยู่โดยรอบจะพุ่งเข้าหาดวงอาทิตย์ เพราะ
มีแรงโน้มถ่วงมากกว่าเยอะ

ทฤษฎีการเกิดระบบสุริยะ

1. ทฤษฎีจุดกำเนิดระบบสุริยะของบูฟง (Georges Louis leclere Buffon)

นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส เมื่อ พ.ศ. 2288 เสนอว่า มีดาวฤกษ์ดวงหนึ่งเคลื่อนที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์มีขนาดใกล้เคียงกัน แล้วแรงดึงดูดระหว่างกันทำให้มวลส่วนหนึ่งหลุดออกมากลายเป็นดาวเคราะห์โลก และวัตถุอื่นๆในระบบสุริยะ

2. ทฤษฎีจุดกำเนิดระบบสุริยะของลาพลาส

โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ชื่อ ลาพลาส (Piere Simon Laplace) ได้ร่วมงานกับ คานท์ เมื่อ พ.ศ. 2349 เสนอว่า ระบบสุริยะเกิดมาจากมวลของกลุ่มก๊าซฝุ่นละออง หมอกควัน ซึ่งมีขนาดใหญ่และร้อนจัด รวมกลุ่มกันหมุนรอบตัวเองอย่างช้าๆ ทำให้มีมวลขนาดใหญ่ขึ้น ยุบตัวลง อัดแน่นมากขึ้น หมุนเร็วมากขึ้น ทำให้มวลบางส่วนหลุดออกมาเป็นวงแหวน และวงแหวนมีการหมุนจนหดตัวเป็นดาวเคราะห์ โลก และวัตถุอื่นๆ ในระบบสุริยะ จึงเรียกทฤษฎีของคานท์และลาพลาสว่า “The Nebula Hypothesis”

3. ทฤษฎีจุดกำเนิดระบบสุริยะของเจมส์ ยีนส์ (Sir James Jeans)

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ พ.ศ. 2444 เสนอทฤษฎีว่าด้วยแรงดึงดูดระหว่างกัน (Tidal Theory หรือ Two-star) ก่อนหน้านั้น เมื่อ พ.ศ. 2443 มีนักวิทยาศาสตร์อเมริกัน 2 คน คือ โทมัน แซมเบอร์ลิน (Thomas Chamberlin) และ เอฟ. อาร์. โมลตัน (F. R. Moulton) โดยใช้หลักการของบูฟง และเชื่อว่าเนื้อสารของดวงอาทิตย์ในตอนแรกนั้นน่าจะกระจายเป็นชิ้นเล็ก ๆ ก่อนแล้ว มารวมกันเป็นก้อนใหญ่ขึ้นและหลอมรวมกันเป็นดาวเคราะห์ โลก และวัตถุอื่นๆ ในระบบสุริยะ

4. ทฤษฎีจุดกำเนินระบบสุริยะของ เฟรด ฮอยล์ (Fred Hoyle) และ ฮานส์ อัลเฟน (Hans Alphen)

นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ พ.ศ. 2493 เสนอทฤษฎีว่าด้วยกลุ่มเมฆหมอก (Interstellar Cloud Theory) โดยกล่าวสนับสนุน คานท์ และลาพลาส แต่เชื่อว่ามีดวงอาทิตย์เกิดขึ้นก่อน แล้วมีแสงสว่างภายหลัง ส่วนกลุ่มเมฆหมอกที่อยู่รอบดวงอาทิตย์ ก็จะหมุนและถูกดูดจนอัดแน่นรวมกันเป็นดาวเคราะห์โลก และวัตถุอื่นๆ

องค์ประกอบของระบบสุริยะ
 ดวงอาทิตย์ (The Sun)  เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ตรงตำแหน่งศูนย์กลางของระบบสุริยะและเป็นศูนย์กลาง
ของแรงโน้มถ่วง ทำให้ดาวเคราะห์และบริวารทั้งหลายโคจรล้อมรอบ อยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางประมาณ 93 ล้านไมล์ และมีขนาดใหญ่กว่าโลกมากกว่า 1 ล้านเท่า มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางยาวกว่าโลก 100 เท่า ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่มีแสงสว่างในตัวเอง ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญของโลก อุณหภูมิของดวงอาทิตย์อยู่ระหว่าง 5,500 - 6,100 องศาเซลเซียส พลังงานของดวงอาทิตย์ทั้งหมดเกิดจากก๊าซไฮโดรเจน โดยพลังงานดังกล่าวเกิดจากปฏิกริยานิวเคลียร์ภายใต้สภาพความกดดันสูงของดวงอาทิตย์ ทำให้อะตอมของไฮโดรเจนซึ่งมีอยู่มากบนดวงอาทิตย์ทำปฏิกริยาเปลี่ยนเป็นฮีเลียม ซึ่งจะส่งผ่านพลังงานดังกล่าวมาถึงโลกได้เพียง 1 ใน 200 ล้านของพลังงานทั้งหมด
      นอกจากนั้นบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ยังเกิดปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานความร้อนบนดวงอาทิตย์อันเนื่องมาจากจุดดับบนดวงอาทิตย์ (Sunspot) ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการแปรผันของพายุแม่เหล็ก และพลังงานความร้อน ทำให้อนุภาคโปรตอนและอิเล็กตรอนหลุดจากพื้นผิวดวงอาทิตย์สู่ห้วงอวกาศ เรียกว่า ลมสุริยะ (Solar Wind) และแสงเหนือและใต้ (Aurora) เป็นปรากฏการณ์ที่ขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้

การเกิดจุดดับบนดวงอาทิตย์ (Sunspot) บางครั้งเราสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และจะเห็นได้ชัดเจนเวลาดวงอาทิตย์ใกล้ตกดิน จุดดับของดวงอาทิตย์จะอยู่ประมาณ 30 องศาเหนือ และ ใต้ จากเส้นศูนย์สูตร ที่เห็นเป็นจุดสีดำบริเวณดวงอาทิตย์เนื่องจากเป็นจุดที่มีแสงสว่างน้อย มีอุณหภูมิประมาณ 4,500 องศาเซลเซียส ต่ำกว่าบริเวณโดยรอบประมาณ 2,800 องศาเซลเซียส นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าก่อนเกิดจุดดับบนดวงอาทิตย์นั้น ได้รับอิทธิพลจากอำนาจแม่เหล็กไฟฟ้าบริเวณพื้นผิวดวงอาทิตย์มีการเปลี่ยนแปลง ทำให้อุณหภูมิบริเวณดังกล่าวต่ำกว่าบริเวณอื่นๆ และเกิดเป็นจุดดับบนดวงอาทิตย์

แสงเหนือและแสงใต้(Aurora) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดบริเวณขั้วโลกเหนือ และขั้วโลกใต้ มีลักษณะเป็นลำแสงที่มีวงโค้ง เป็นม่าน หรือ เป็นแผ่น เกิดเหนือพื้นโลกประมาณ 100 - 300 กิโลเมตร ณ ระดับความสูงดังกล่าวก๊าซต่างๆ จะเกิดการแตกตัวเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า และเมื่อถูกแสงอาทิตย์จะเกิดปฏิกริยาที่ซับซ้อนทำให้มองเห็นแสงตกกระทบเป็นแสงสีแดง สีเขียว หรือ สีขาว บริเวณขั้วโลกทั้งสองมีแนวที่เกิดแสงเหนือและแสงใต้บ่อย เราเรียกว่า "เขตออโรรา" (Aurora Zone)

 ดาวเคราะห์ชั้นใน (Inner Planets)  เป็นดาวเคราะห์ขนาดเล็ก มีความหนาแน่นสูงและพื้นผิวเป็น
ของแข็ง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นธาตุหนัก มีบรรยากาศอยู่เบาบาง ทั้งนี้เนื่องจากอิทธิพลจากความร้อนของ
ดวงอาทิตย์และลมสุริยะ ทำให้ธาตุเบาเสียประจุ ไม่สามารถดำรงสถานะอยู่ได้   ดาวเคราะห์ชั้นใน
บางครั้งเรียกว่า ดาวเคราะห์พื้นแข็ง “Terrestrial Planets"เนื่องจากมีพื้นผิวเป็นของแข็งคล้ายคลึง
กับโลก  ดาวเคราะห์ชั้นในมี 4 ดวง คือ ดาวพุธ  ดาวศุกร์  โลก
   และดาวอังคาร

 ดาวเคราะห์ชั้นนอก (Outer Planets)  เป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ แต่มีความหนาแน่นต่ำ เกิดจาก
การสะสมตัวของธาตุเบาอย่างช้าๆ  ทำนองเดียวกับการก่อตัวของก้อนหิมะ เนื่องจากได้รับอิทธิพลของ
ความร้อนและลมสุริยะจากดวงอาทิตย์เพียงเล็กน้อย  ดาวเคราะห์พวกนี้จึงมีแก่นขนาดเล็กห่อหุ้มด้วย
ก๊าซจำนวนมหาสาร  บางครั้งเราเรียกดาวเคราะห์ประเภทนี้ว่า ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ (Gas Giants) หรือ  Jovian Planets   ซึ่งหมายถึงดาวเคราะห์ที่มีคุณสมบัติคล้ายดาวพฤหัสบดี  ดาวเคราะห์ชั้นนอกมี 4 ดวง
คือ ดาวพฤหัสบดี    ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน
                                                                                    คลิก เพื่อดูภาพเคลื่อนไหว

 ดวงจันทร์บริวาร (Satellites)  โลกมิใช่ดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่มีดวงจันทร์บริวาร  โลกมีบริวาร
ชื่อว่า “ดวงจันทร์” (The Moon)  ขณะที่ดาวเคราะห์ดวงอื่นก็มีบริวารเช่นกัน  เช่น ดาวพฤหัสบดีมี
ดวงจันทร์ขนาดใหญ่ 4 ดวงชื่อ ไอโอ (Io), ยูโรปา (Europa), กันนีมีด (ganymede) และคัลลิสโต (Callisto)  ดาวเคราะห์และดวงจันทร์ถือกำเนิดขึ้นพร้อมๆ กัน เพียงแต่ดวงจันทร์มิได้รวมตัวกับ
ดาวเคราะห์โดยตรง แต่ก่อตัวขึ้นภายในวงโคจรของดาวเคราะห์  เราจะสังเกตได้ว่า หากมองจากด้านบน
ของระบบสุริยะ  จะเห็นได้ว่า ทั้งดวงอาทิตย์    ดาวเคราะห์และดวงจันทร์ส่วนใหญ่  จะหมุนรอบตัวเองในทิศทวนเข็มนาฬิกา  และโคจรรอบดวงทิตย์ในทิศทวนเข็มนาฬิกาเช่นกันหากมองจากด้านข้างของ
ระบบสุริยะก็จะพบว่า    ทั้งดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ และดวงจันทร์บริวาร จะอยู่ในระนาบที่ใกล้เคียงกับ
สุริยะวิถีมาก  ทั้งนี้ก็เนื่องมาจากระบบสุริยะทั้งระบบ ก็กำเนิดขึ้นพร้อมๆ กัน โดยการยุบและหมุนตัว
ของจานฝุ่น  

 ดาวเคราะห์แคระ (Dwarf Planets) เป็นนิยามใหม่ของสมาพันธ์ดาราศาสตร์สากล (International    Astronomical Union) ที่กล่าวถึง วัตถุขนาดเล็กที่มีรูปร่างคล้ายทรงกลม แต่มีวงโคจรเป็นรูปรี    ซ้อนทับกับดาวเคราะห์ดวงอื่น และไม่อยู่ในระนาบของสุริยะวิถี ซึ่งได้แก่ ซีรีส พัลลาส พลูโต    และดาวที่เพิ่งค้นพบใหม่ เช่น อีริส เซ็ดนา วารูนา  เป็นต้น (ดูภาพที่ 3 ประกอบ)

ภาพที่ 3  ขนาดของดาวเคราะห์แคระเปรียบเทียบกับโลก (ที่มา: NASA, JPL)

 ดาวเคราะห์น้อย  (Asteroids) เกิดจากวัสดุที่ไม่สามารถรวมตัวกันเป็นดาวเคราะห์ได้    เนื่องจากแรงรบกวนจากดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ เช่น ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์  ดังเราจะพบว่า   ประชากรของดาวเคราะห์น้อยส่วนใหญ่อยู่ที่ “แถบดาวเคราะห์น้อย” (Asteroid belt)   ซึ่งอยู่ระหว่างวงโคจรของดาวอังคารและดาวพฤหัสบดี   ดาวเคราะห์แคระเช่น เซเรส   ก็เคยจัดว่าเป็นดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดใหญ่ที่สุด (เส้นผ่านศูนย์กลาง 900 กิโลเมตร)    ดาวเคราะห์น้อยส่วนใหญ่จะมีวงโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นรูปรีมาก  และไม่อยู่ในระนาบสุริยะวิถี   ขณะนี้มีการค้นพบดาวเคราะห์น้อยแล้วประมาณ 3 แสนดวง

ภาพที่ 4  แถบดาวเคราะห์น้อย (ที่มา: Pearson Prentice Hall, Inc)

 ดาวหาง (Comets) เป็นวัตถุขนาดเล็กเช่นเดียวกับดาวเคราะห์น้อย    แต่มีวงโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงยาวรีมาก  มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นก๊าซในสถานะของแข็ง    เมื่อดาวหางเคลื่อนที่เข้าหาดวงอาทิตย์ ความร้อนจะให้มวลของมันระเหิดกลายเป็นก๊าซ    ลมสุริยะเป่าให้ก๊าซเล่านั้นพุ่งออกไปในทิศทางตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ กลายเป็นหาง

 วัตถุในแถบไคเปอร์ (Kuiper Belt Objects) เป็นวัตถุที่หนาวเย็นเช่นเดียวกับดาวหาง   แต่มีวงโคจรอยู่ถัดจากดาวเนปจูนออกไป บางครั้งจึงเรียกว่า Trans Neptune Objects    ทั้งนี้แถบคุยเปอร์จะอยู่ในระนาบของสุริยะวิถี โดยมีระยะห่างออกไปตั้งแต่ 40 – 500 AU (AU ย่อมาจาก   Astronomical Unit หรือ หน่วยดาราศาสตร์ เท่ากับระยะทางระหว่างโลกถึงดวงอาทิตย์ หรือ 150   ล้านกิโลเมตร)   ดาวพลูโตเองก็จัดว่าเป็นวัตถุในแถบคุยเปอร์ รวมทั้งดาวเคราะห์แคระซึ่งค้นพบใหม่ เช่น อีริส   เซ็ดนา วารูนา  เป็นต้น  ปัจจุบันมีการค้นพบวัตถุในแถบไคเปอร์แล้วมากกว่า 35,000 ดวง

ภาพที่ 5  แถบไคเปอร์ และวงโคจรของดาวพลูโต (ที่มา: NASA, JPL)

 เมฆออร์ท (Oort Cloud)  เป็นสมมติฐานที่ตั้งขึ้นโดยนักดาราศาสตร์ชาวเนเธอร์แลนด์ชื่อ แจน ออร์ท (Jan Oort) ซึ่งเชื่อว่า ณ สุดขอบของระบบสุริยะ รัศมีประมาณ 50,000 AU จากดวงอาทิตย์  ระบบสุริยะ
ของเราห่อหุ้มด้วยวัสดุก๊าซแข็ง ซึ่งหากมีแรงโน้มถ่วงจากภายนอกมากระทบกระเทือน   ก๊าซแข็งเหล่านี้ก็จะหลุดเข้าสู่วงโคจรรอบดวงอาทิตย์ กลายเป็นดาวหางวงโคจรคาบยาว (Long-period   comets)

ภาพที่ 6 ตำแหน่งของแถบไคเปอร์และเมฆออร์ท (ที่มา: NASA, JPL)

วิดิโอ ระบบสุริยะ https://www.youtube.com/watch?v=pFIvOfXb7hE&t=129s