6.8 มวลของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์มวลสูง
ดาวฤกษ์มวลสูง (High Mass Stars) เป็นดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่และมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์หลายเท่าหรือหลายสิบเท่า ในแผนภาพเฮิทซ์ปรุง – รัสเซล ดาวฤกษ์มวลสูงจะมีตำแหน่งอยู่บริเวณด้านบนซ้ายของแถบกระบวนหลัก (Main Sequence) แสดงให้เห็นว่าดาวฤกษ์มวลสูงมีความสว่างมากและมีอุณหภูมิสูง มีสีขาว น้ำเงินแกมขาว
การวิวัฒนาการของดาวฤกษ์มวลสูงในช่วงเริ่มต้นจะมีลักษณะคล้ายดาวฤกษ์มวลต่ำ กล่าวคือ เกิดจากการยุบตัวของกลุ่มก๊าซไฮโดรเจนในอวกาศ แต่เนื่องจากดาวฤกษ์ประเภทนี้ประกอบด้วยกลุ่มก๊าซขนาดใหญ่มาก จึงยุบตัวอย่างรวดเร็วในระยะก่อนกลายสภาพเป็นดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ที่มวลประมาณ 3 เท่าของดวงอาทิตย์จะใช้เวลาเพียง 3 ล้านปี ในช่วงตั้งแต่กลุ่มก๊าซเริ่มยุบตัว จนกระทั่งกลายไปเป็นดาวฤกษ์ ส่วนดาวฤกษ์ที่มีมวลประมาณ 15 เท่าของดวงอาทิตย์ กลุ่มก๊าซใช้เวลายุบตัวเพียง 60,000 ปีเท่านั้น ก่อนกลายสภาพเป็นดาวฤกษ์
ก่อนกลายสภาพเป็นดาวฤกษ์ ขณะที่ดาวฤกษ์มวลสูงกลายเป็นดาวฤกษ์โดยสมบูรณ์แล้ว บริเวณใจกลางของดาวฤกษ์จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียหลอมนิวเคลียสของไฮโดรเจนกลายไปเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม โดยปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบวัฏจักรซีเอ็นโอ (CNO Cycle) การส่งถ่ายพลังงานบริเวณใจกลางของดาวฤกษ์มวลสูงจะเป็นแบบการพา (Convection)
ส่วนบริเวณใกล้ผิวดาวจะมีการส่งถ่ายพลังงานแบบการแผ่รังสี (Radiation) ชีวิตของดาวฤกษ์มวลสูงจะค่อนข้างสั้น ดาวฤกษ์ประเภทนี้อาจอยู่บนแถบกระบวนหลักเพียงไม่กี่ล้านปีเท่านั้น ขั้นตอนสุดท้ายของการวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ที่มีมวลสูง บริเวณแกนกลางของดาวฤกษ์ การเผาไหม้ไฮโดรเจนบริเวณใจกลางจะดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง กลายเป็นฮีเลียม มวลของฮีเลียมที่แกนกลางมากพอที่จะยุบตัวจนทำให้อุณหภูมิที่แกนกลางสูงพอที่จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลีย โดยมีฮีเลียมเป็นเชื้อเพลิง และอุณหภูมิบริเวณแกนกลางอาจสูงถึงประมาณ 100 ล้านเคลวิน
ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถสังเคราะห์ธาตุหนัก เช่น คาร์บอน ออกซิเจน เป็นต้น ได้ เมื่อฮีเลียมที่แกนกลางของดาวฤกษ์ถูกเผาไหม้หมด แกนกลางซึ่งมีสภาพเป็นคาร์บอนและออกซิเจนจะยุบตัวลงอีก จนอุณหภูมิสูงขึ้น ทำให้เกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียเผาไหม้ฮีเลียมบริเวณรอบ ๆ แกนคาร์บอนและออกซิเจน รวมทั้งบริเวณถัดออกไปอีกชั้นก็ยังเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์เผาไหม้ไฮโดรเจนอีก ทำให้แกนกลางของดาวฤกษ์ยิ่งยุบตัวเร็วมากขึ้น ขณะที่เปลือกดาวเริ่มขยายตัวออก ทำให้กำลังส่องสว่างลดลง เรียกสภาวะดังกล่าวนี้ว่า “แขนงดาวยักษ์อะซิมโทติก (Asymtotic Giant Branch, AGB)”
สำหรับดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ขึ้นไป จะมีการยุบตัวของแกนกลางจนอุณหภูมิสูงประมาณ 600 ล้านเคลวิน ทำให้นิวเคลียสของคาร์บอนหลอมรวมกันเอง กลายเป็นนิวเคลียสของธาตุหนักขึ้นไปอีก เช่น นีออน โซเดียม แมกนีเซียม ซิลิคอน ฟอสฟอรัส กำมะถัน เป็นต้น ในที่สุดแกนกลางอาจสามารถสังเคราะห์ธาตุที่เสถียรที่สุดได้ ได้แก่ เหล็ก นั่นเอง ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ธาตุหนักที่แกนกลางดาวฤกษ์ จะทำให้แกนกลางมีการยุบตัวด้วยอัตราเร็วมากกว่าอัตราเร็วเสียง เกิดคลื่นกระแทก (Shock Wave) ดันให้เปลือกดาวฤกษ์

ภาพตัวอย่างเนบิวลา

ระเบิดออกอย่างรุนแรง การระเบิดของเปลือกดาวฤกษ์ดังกล่าวจะทำให้มวลสารซึ่งมีทั้งธาตุหนักและเบามีการกระจายตัวออกไปสู่อวกาศ เรียกการระเบิดของเปลือกดาวฤกษ์ในลักษณะเช่นนี้ว่า “ซุปเปอร์โนวา (Supernova)” ตัวอย่างเช่น เนบิวลาปู (Crab Nebula) ในกลุ่มดาวราศีพฤษภ (Taurus) ซึ่งเกิดระเบิดขึ้นเมื่อปี ค.ศ. 1054 <br >
สำหรับดาวฤกษ์มวลสูงที่มีมวลไม่เกิน 10 เท่าของมวลของดวงอาทิตย์ แกนกลางจะยุบตัวกลายไปเป็นซากของดาวที่เรียกว่า “ดาวนิวตรอน (Neutron Star)” ซึ่งองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นอนุภาคนิวตรอนที่แกนกลาง
บริเวณรอบแกนกลางจะประกอบด้วยนิวเคลียสของธาตุหนัก เช่น เหล็ก อยู่ร่วมกับอิเล็กตรอนอิสระ ความหนาแน่นเฉลี่ยของดาวนิวตรอนที่มีรัศมีประมาณ 15 กิโลเมตร จะมีค่า 2 x 1014 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งมากขนาดที่ปริมาณดาวนิวตรอน 1 ช้อนชา เทียบได้กับน้ำหนักของประชากรบนโลกทั้งหมด
ดาวนิวตรอนที่หมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วสูงจะสามารถส่งคลื่นวิทยุออกมาได้เป็นห้วงๆ เนื่องจากอิเล็กตรอนถูกเร่งให้ออกมาจากผิวของดาวนิวตรอนด้วยอำนาจสนามแม่เหล็กในตัวดาวเอง นักดาราศาสตร์จึงเรียกดาวนิวตรอนที่สามารถปล่อยคลื่นวิทยุเป็นห้วงๆ ดังกล่าวว่า “พัลซาร์” (Pulsar)
สำหรับดาวฤกษ์ที่มีมวลตั้งแต่ 10-30 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ แกนกลมของดาวฤกษ์จะยุบตัวอย่างรุนแรง กลายสภาพเป็นซากดาวฤกษ์ที่มีขนาดเล็ก แต่ความหนาแน่นสูงมาก ๆ ความโน้มถ่วงที่สูงมากของซากดังกล่าวนี้มากจนแม้กระทั่งแสงก็ไม่สามารถหลุดรอดออกจากวัตถุดังกล่าวได้ เรียกซากของดาวฤกษ์ในลักษณะนี้ว่า “หลุมดำ (Black hole)” ถ้าหลุมดำอยู่ใกล้ดาวฤกษ์อีกดวงหนึ่ง เช่น ในระบบดาวคู่ หลุมดำอาจดูดสสารที่เป็นองค์ประกอบของดาวฤกษ์ให้ตกลงสู่หลุมดำได้
เนื่องจากสสารดังกล่าวเป็นลักษณะก๊าซร้อนที่มีประจุไฟฟ้า ขณะที่ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่เข้าสู่หลุมดำด้วยความเร็วสูง อาจปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าพลังงานสูง เช่น รังสีแกมมา รังสีเอ็กซ์ จำนวนมหาศาลออกมาได้ ทำให้นักดาราศาสตร์ทราบว่าบริเวณนั้นเป็นหลุมดำ

6.7 ระบบดาวฤกษ์

กาแลกซีและระบบดาวฤกษ์         
 
 
                     กาแล็กซี (GALAXY) คือ ระบบที่กว้างใหญ่ไพศาล ประกอบด้วยดาวฤกษ์ กระจุกดาวฤกษ์ ก๊าซและฝุ่นท้องฟ้า ที่เรียกว่า เนบิวลา และที่ว่างเปล่า รวมกันอยู่ภายใต้ระบบเดียวกัน เพราะมีแรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกัน
เอกภพมีกาแล็กซีหรือดาราจักรประมาณหนึ่งแสนล้านกาแล็กซี จึงจำแนกลักษณะของกาแล็กซี ได้ 4 พวกดังนี้
 
                    1. กาแล็กซีกลมรีรูปไข่ ( ELLIPTICAL GALAXIES ) มีลักษณะกลมกลางสว่างเป็นรูปไข่ที่มีความแบนต่างกันตั้งแต่ อี7 ( แบนมาก ) ถึง อี0 ( ไม่แบนเลย )
 
 
                 
 
                    2. กาแล็กซีก้นหอย หรือ แบบกังหัน ( SPIRAL GALAXIES ) มีบริเวณตรงกลางสว่างและมีแขน แยกออกเป็น 3 ระดับ ดังนี้ 1 ) จุดตรงกลางสว่าง มีแขนหลายแขนใกล้ชิดกัน เรียกว่า สไปรัล เอส เอ 2 ) จุดกลางสว่างไม่มาก มีแขนหลวมๆ เรียกว่า สไปรัล เอส บี เช่น กาแล็กซีทางช้างเผือกและแอนโดรเมด้า 3 ) จุดกลางไม่เด่นชัด มีแขนแยกออกจากกัน เรียกว่า สไปรัล เอส ซี
 
 
                    3. กาแล็กซีก้นหอยคาน ( BARRED SPIRAL GALAXIES ) มีลักษณะที่มีแกนเป็นศูนย์กลาง ที่ปลายของแกนทั้งสองข้างมีแขนต่อออกไปเป็นกังหัน แบ่งได้เป็น 3 ระดับ ดังนี้ 1 ) แกนกลางและแขนสว่างชัดเจน เรียกว่า เอส บี เอ 2 ) แกนกลางสว่างไม่มาก และ มีแขนหลวมๆ เรียกว่า เอส บี บี 3 ) แกนกลางไม่ชัดเจน และ มีแขนหลวมๆที่แยกจากกัน เรียกว่า เอส บี ซี
 
 
                    4. กาแล็กซีไร้รูปร่าง ( IRREGULAR GALAXIES ) มีลักษณะที่แตกต่างไปจาก 3 แบบข้างต้น มีอยู่น้อยมากในเอกภพ เช่น กาแล็กซีแมกเจลแลนใหญ่และเล็ก
 
  เมื่อสังเกตจากการนำภาพถ่ายมาวิเคราะห์เราอาจจำแนกชนิดของกาแลกซี่จำแนกประเภทของกาแลกซี่ได้  3   ประเภทใหญ่ๆ  ได้แก่  กาแลกซี่รูปวงกลมรี  กาแลกซี่รูปกังหัน  และ  กาแลกซี่อสันฐาน
                                                                                         
                1. กาแลกซี่รูปวงกลมรี ( E , elliptical  galaxies)
ใช้อักษร   E แทนกาแลกซี่พวกนี้แล้วต่อท้ายด้วยตัวเลขที่มีความหมายแทน  10  เท่าของความรีของแผ่นกาแลกซี่ที่ปรากฏเรียงลำดับรูปร่าง นับตั้งแต่เป็นทรงกลม   EO  ไปจนถึงกลมแบน E7 มองด้านข้างคล้ายเลนส์นูน  ( บริเวณตรงกลางสว่างเป็นรูปไข่)
    
            2. กาแลกซี่รูปกังหัน  หรือ  แบบก้นหอย ( S , Spiral  galaxies)
ใช้อักษร   S   แทน    กาแลกซี่พวกนี้  และแบ่งออกเป็น   a , b , c , และ d  มีหลักดังนี้  ความหนาแน่นของการขดของแกนกังหัน ความชัดเจนของการเห็นแกนกังหัน – ขนาดของนิวเคลียร์ 
                     
 
 
 
 
 กาแลกรูปกังหัน  แบ่งเป็น   2   ประเภท 
 
                    2.1   กาแลกซี่รูปกังหันปกติ (Barred  Spiral  galaxies) บริเวณตรงใจกลางมีลักษณะคล้ายเลนส์นูนทั้งสองหน้า   ขอบตรงข้ามมีแขน   2   แขนยืนออกมาแล้วหมุนวนรอบ  จุดศูนย์กลางไปทางเดียวกัน  ระนาบเดียวกัน  และแบ่งออกเป็น   3   ระดับ   ได้แก่- จุดกลางสว่าง บริเวณใจกลางขนาดใหญ่แบนบาง  แขนม้วนงอชิดกัน  เรียกว่า  สไปรัล  เอส เอ  ( Spiral  Sa) – จุดกลางสว่างไม่มาก  มีแขนหลวมๆ  สองข้างเบนออกกว้าง  เรียกว่า  สไปรัล  เอส บี ( Spiral  Sb) เช่น   กาแลกซี่ทางช้างเผือก-จุดกลางไม่เด่นชัด  บริเวณใจกลางเป็นแกนเหล็ก  แขนสองข้างใหญ่     ม้วนตัวอย่างหลวมๆ แยกออกจากกัน  เรียกว่า  สไปรัล  เอส ซี (Spiral  Sc)    
                                                                                                
                2.2   กาแลกซี่อสันฐาน   หรือไร้รูปร่าง ( Irr , Irregular  galaxies) ใช้อักษร   Irr   แทน กาแลกซี่พวกนี้   และแบ่งออกเป็น   2   ประเภท  คือ- กาแลกซี่อสันฐาน 1 (Irr  I)   เป็นกาแลกซี่อสันฐานที่มีสสารอยู่ระหว่างดาวเป็นจำนวนมาก   พร้อมดาวฤกษ์อายุน้อยหรือดาวที่เพิ่งเกิดใหม่  มองเห็นเป็นความสว่างกระจัดกระจาย- กาแลกซี่อสันฐาน 2 (Irr  II)     มีจำนวนน้อย  รูปร่างไม่แน่นอน   ไม่ปรากฏให้เห็นเป็นดาวแยกเป็นดวงๆ แต่ประกอบด้วยฝุ่นและก๊าซปริมาณมาก   ตัวอย่างกาแลกซี่พวกนี้ได้แก่  เมฆแมกเจลเลนใหญ่  และเมฆแมกเจลเลนเล็ก    ซึ่งอยู่บนท้องฟ้าซีกโลกใต้  กาแลกซี่สว่างมากๆ ประมาณ 2 ใน 3     จะเป็นกาแลกซี่รูปกังหัน 
 
 
           ดาวฤกษ์ ( Stars   หรือ Fixed  stars )          
 
                     เป็นดาวที่มีแสงสว่าง  และพลังงานในตัวเอง เช่น ดวงอาทิตย์ จุดกำเนิดดาวฤกษ์ จากการศึกษาของนักดาราศาสตร์พบว่า   การเกิดดาวฤกษ์อุบัติขึ้นในบริเวณที่ลึกเข้าไปในกลุ่มเมฆ  ฝุ่นและก๊าซ   ซึ่งเรียกว่า  เนบิวล่า  ( Nebular) โดยจะเกิดจากอะตอมของก๊าซที่รวมตัวกันเข้าเป็นเมฆมืดขนาดยักษ์   มีขนาดกว้างใหญ่หลายร้อยปีแสง แรงโน้มถ่วงจะดึงก๊าซและฝุ่นเข้ารวมกันเป็นก้อนก๊าซที่อัดแน่นหมุนรอบตัวเองจนใจกลางมีอุณหภูมิสูงมากพอ   จะเกิดปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ 
 
 
                  การศึกษาดาวฤกษ์ศึกษา  ความสว่าง   สีความสว่างและโชติมาตรของดาว   โดยทั่วไปดาวจะปรากฏสว่างมากหรือน้อยไม่ได้ขึ้นอยู่กับความสว่างจริงเพียงอย่างเดียวแต่ขึ้นอยู่กับระยะทางของดาว จึงนิยามความสว่างจริงของดาวเป็นโชติมาตรสัมบูรณ์สีของดาวฤกษ์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของดาวแต่ละดวง   ดาวฤกษ์เป็นก้อนก๊าซสว่างที่มีอุณหภูมิสูง   พลังงานที่เกิดขึ้นภายในดวงจะส่งผ่านออกทางบรรยากาศที่เรามองเห็นได้   เรียกบรรยากาศชั้นนี้ว่า ชั้นโฟโตสเฟียร์พร้อมทั้งการแผ่รังสีอินฟราเรด    รังสีอุลตราไวโอเลต  เอกซเรย์  รวมทั้งคลื่นวิทยุ  คลื่นแสงที่ตามองเห็น การพิจารณาอุณหภูมิของดาวฤกษ์กับสี พบว่าอุณหภูมิต่ำ   จะปรากฏเป็นสีแดงและถ้าอุณหภูมิสูง จะปรากฏเป็นสีน้ำเงินและกลายเป็น  สีขาว   โดยมีการกำหนด ดาวสีน้ำเงิน  อุณหภูมิสูงเป็นพวกดาว   O ดาวสีแดงเป็นพวก M   และเมื่อเรียงลำดับอุณหภูมิสูงลงไปหาต่ำ  สเปคตรัมของดาวได้แก่   O – B – A – F – G – K – M ดวงอาทิตย์จัดเป็นพวก   G   ซึ่งมีอุณหภูมิปานกลาง 4.3 วิวัฒนาการของดาวฤกษ์ ดาวเกิดจากกลุ่มก๊าซและฝุ่นที่หดตัวลงเนื่องจากโน้มถ่วงของตัวเอง   ขณะที่กลุ่มก๊าซและฝุ่นนี้หดตัว     พลังงานศักย์โน้มถ่วงบางส่วนจะกลายเป็นพลังงานจลน์หรือพลังงานความร้อน   และบางส่วนคายออกมาสู่ภายนอก  จากการคำนวณพบว่าใจกลางจะสะสมมวลและโตขึ้นจนกลายเป็นดาวในเวลาประมาณ   1 ล้านปี   อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็วพร้อมกับที่ใจกลางของดาวเริ่มเกิดขึ้น   และอนุภาคตรงใจกลางจะกลายเป็นไอ  โมเลกุล (โดยเฉพาะไฮโดรเจน) จะแตกตัวเป็นอะตอม   และในที่สุดจะแตกตัวเป็นอิออน  ฝุ่นจากภายนอกใจกลางจะบดบังแสงจากใจกลางดาวจนมองไม่เห็น ต่อมาอนุภาคและฝุ่นจะดูดกลืนรังสีจากใจกลางและคายพลังงานกลับออกมาเป็นรังสีอินฟาเรด   ทำให้กลุ่มก๊าซมีความทึบแสงจนในที่สุดกลุ่มก๊าซและฝุ่นจะตกลงในใจกลางจนหมดสิ้นดังนั้นดาวที่เกิดใหม่จึงส่องรังสีอินฟาเรด   ต่อมาเมื่อกลุ่มฝุ่นที่บดบังดาวเจือจางลง  
 
 
             ดาวจะเริ่มส่องแสงออกมาให้เห็นโดยมีอุณหภูมิตั้งแต่ 4,000 – 7,000   องศาเซลเซียส   ขึ้นอยู่กับมวลและการหดตัวจะดำเนินต่อไป   จนอุณหภูมิที่ใจกลางสูงพอที่ไฮโดรเจนจะติดไฟได้   จึงเริ่มนับกลุ่มก๊าซและฝุ่นมีสภาพเป็นดาวอายุ 0 ปี  เมื่อไฮโดรเจนติดไฟ หรือปฏิกิริยานิวเคลียร์เริ่มต้น   ความดันภายในดวงดาวจะสูงขึ้นจนเกิดแรงสมดุลกับแรงโน้มถ่วง   ดาวจะไม่ยืดและหดต่อไปช่วงนี้ดาวยังไม่เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์  เราเรียก  ดาวโปรตรอน  (Proton  Stars) ดาวจะวิวัฒนาการต่อไปในขณะที่ไฮโดรเจนกำลังรวมตัวเป็นฮีเลี่ยม ในที่สุดไฮโดรเจนในใจกลางดาวเผาไหม้หมด  จะมีการยุบตัวอย่างรวดเร็ว   มวลใจกลางจะเพิ่มมากขึ้น  จะเหลือไฮโดรเจนเผาไหม้อยู่ชั้นนอกๆ   ผิวนอกจึงขยายตัวและอุณหภูมิลดลงในสภาพนี้  เรียกว่า  ดาวยักษ์แดง   การหดตัวของใจกลางดาวทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น   ในขณะนี้ไฮโดรเจนชั้นนอกๆจะดับผิวดาวจะร้อนและสว่างขึ้น   ผิวดาวชั้นนอกอยู่ในลักษณะไม่เสถียรอาจมีการยืดหดตัวเป็นจังหวะ ทำให้ความสว่างเปลี่ยนไปเป็นจังหวะ  กลายเป็นดาวแปรแสง

 

6.6 เนบิวลา แหล่งกำเนิดดาวฤกษ์

ภาพ Orion Nebula หรือ M-42
ภาพ Orion Nebula หรือ M-42 เป็นกลุ่มก๊าซที่เรืองแสงสว่างเพราะถูกกระตุ้นโดยตรงจากพลังงานของดาวฤกษ์ที่ร้อนจัดที่ใจกลางกลุ่มก๊าซนี้ เนบิวลาสีแดงอมชมพูที่ดูคล้ายเครื่องหมายจุลภาค หรือ comma ( , ) มีชื่อว่า M-43 ก็จัดว่าเป็นส่วนหนึ่งของ Orion Nebula ด้วย ส่วนเนบิวลาสีฟ้าทางด้านขวาของภาพมีชื่อว่า NGC-1973-75-77 เป็นกลุ่มก๊าซที่เรืองแสงโดยการสะท้อนและกระจายแสงของดวงดาวที่อยู่ไกลออกไป ที่เรียกกันว่า Reflection Nebula (ภาพ : ตระกูลจิตร จิตตไสยะพันธ์)

บนโลกของเราประกอบไปด้วยเมืองทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญ่ หากเทียบไปแล้วในจักรวาลก็มีเมืองขนาดเล็กและใหญ่อยู่มากมายเช่นเดียวกัน เมืองแห่งดวงดาวนี้เราเรียกว่า “กาแล็กซี” ในจักรวาลแห่งนี้มีกาแล็กซีหรือเมืองแห่งดวงดาวปรากฏอยู่มากมายในจำนวนที่ไม่ใช่แค่หลักล้านดังเช่นจำนวนเมืองบนโลก แต่มีจำนวนนับแสนล้านกาแล็กซีล่องลอยอยู่ทั่วไปในจักรวาลที่มีขนาดใหญ่มหึมาจนยากที่จะจินตนาการได้ ในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบไปด้วยดวงดาวจำนวนมากมายจนนับไม่ถ้วน นอกจากดวงดาวแล้ว ในกาแล็กซียังประกอบไปด้วยกลุ่มก๊าซและฝุ่นปะปนอยู่มากมายอีกด้วย

ระบบสุริยะของเราอาศัยอยู่ในเมืองแห่งดวงดาวที่แสนธรรมดาแห่งหนึ่ง เราเรียกชื่อเมืองแห่งดวงดาวของเราว่า “กาแล็กซีทางช้างเผือก” หรือ “Milkyway Galaxy” กาแล็กซีทางช้างเผือกมีรูปร่างคล้ายแผ่นจานแบน ๆ ขนาดใหญ่ เมื่อมองตามแนวตั้งฉากกับแผ่นจานจะเห็นว่ามันมีลักษณะคล้ายกับกังหันหรือน้ำวน หากวัดขนาดของกาแล็กซีแห่งนี้จากขอบหนึ่งไปยังอีกขอบหนึ่งจะมีความกว้างราว ๑ แสนปีแสง เราสามารถจินตนาการได้ถึงขนาดอันมหึมาของกาแล็กซีทางช้างเผือก หากพิจารณาว่าแสงสามารถเดินทางในสุญญากาศด้วยความเร็วสูงถึง ๓ แสน กม. ต่อวินาที ในเวลา ๑ ปีแสงสามารถเดินทางได้เป็นระยะทางราว ๙.๔๖ ล้านล้านกิโลเมตร แต่ขนาดที่ใหญ่มหึมาของกาแล็กซีทำให้แสงต้องใช้เวลาเดินทางยาวนานถึง ๑ แสนปีจึงจะสามารถเดินทางข้ามจากขอบหนึ่งของกาแล็กซีไปยังอีกขอบหนึ่งได้ เราคงพอจินตนาการกันได้ว่า ถึงแม้กาแล็กซีทางช้างเผือกจะประกอบไปด้วยกลุ่มก๊าซ ฝุ่น และดวงดาว อยู่รวมกันมากมายราว ๒ แสนล้านดวง แต่ด้วยขนาดที่ใหญ่มหึมานี้ทำให้กาแล็กซีแห่งนี้เต็มไปด้วยที่ว่างจนดูราวกับว่ามันมีแต่เพียงความว่างเปล่า ซึ่งก็เป็นเช่นเดียวกับกาแล็กซีอื่น ๆ

ถ้าหากกาแล็กซีแต่ละแห่งแทบจะมีแต่ความว่างเปล่า แล้วดวงดาวที่เรามองเห็นบนท้องฟ้านั้นมาจากไหนหรือเกิดขึ้นมาได้อย่างไร ถ้าหากท้องฟ้าไม่มีดวงดาวก็ย่อมจะไม่มีชีวิตอย่างพวกเราเกิดขึ้น ดวงดาวเป็นผู้สร้างชีวิต มันให้พลังงานและความร้อน มันทำให้โลกของเราอุ่นและทำให้น้ำบนโลกคงสภาพเป็นของเหลว มันเป็นผู้ให้พลังงานแก่พืชเพื่อใช้ในการสังเคราะห์แสงเพื่อสร้างอาหาร ซึ่งเมื่อสัตว์ชนิดอื่น ๆ กินพืชเหล่านี้ก็จะได้พลังงานที่เก็บซ่อนไว้ในพืชเพื่อการดำรงชีพ ดวงดาวยังเป็นผู้สร้างสิ่งสำคัญอื่น ๆ ที่ผู้คนมักจะมองข้าม ดวงดาวคือผู้สรรค์สร้างธาตุต่าง ๆ ที่กลายมาเป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต ไม่เฉพาะชีวิตที่มีโครงสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนอย่างเช่นมนุษย์เท่านั้น แต่รวมถึงหน่วยชีวิตที่มีโครงสร้างพื้นฐานที่สุดอย่างไวรัสและแบคทีเรียด้วย

การศึกษาในเรื่องจักรวาลวิทยาทำให้พบความจริงว่า ก่อนที่จะมีดวงดาวดวงแรกเกิดขึ้นมา จักรวาลนี้มีแต่เพียงธาตุเบา ๆ อย่างเช่นไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นหลัก และมีธาตุลิเทียมปะปนอยู่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ธาตุเบา ๆ เหล่านี้ไม่สามารถรวมตัวกันเพื่อสร้างโมเลกุลที่มีความซับซ้อนและหลากหลายที่จะกลายมาเป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตได้ ชีวิตต้องการธาตุชนิดอื่น ๆ ไม่ว่าจะเป็นธาตุคาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน หรือแม้กระทั่งเหล็ก นักดาราศาสตร์พบว่าดวงดาวนั่นเองคือผู้ที่ผลิตธาตุหนักเหล่านี้ ธาตุเหล่านี้เกิดขึ้นในใจกลางของดาวฤกษ์โดยการทำปฏิกิริยานิวเคลียร์เปลี่ยนธาตุเบา ๆ อย่างเช่นไฮโดรเจนและฮีเลียมไปเป็นธาตุชนิดอื่น ๆ และเมื่อดาวฤกษ์เหล่านี้ใกล้จะตายหรือตายจากไป มันก็จะปลดปล่อยธาตุหนักที่มันสร้างขึ้นมาตลอดชีวิตของมันออกสู่อวกาศกว้าง โดยการปลดปล่อยมวลสารออกมาในรูปของลมสุริยะหรือแม้กระทั่งการระเบิดของดาวฤกษ์ทั้งดวงที่เราเรียกว่า “ซูเปอร์โนวา” หรือ “มหานวดารา” ไม่ว่าจะด้วยวิธีไหน ธาตุหนักเหล่านี้จะกระจายออกไปสู่ห้วงอวกาศและรอคอยเวลาที่มันจะไปรวมกับกลุ่มก๊าซอื่น ๆ และกลายมาเป็นวัตถุดิบในการสร้างดาวฤกษ์และดาวเคราะห์รุ่นต่อ ๆ ไป รวมทั้งกลายมาเป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนในเวลาต่อมา

ความตายของสิ่งหนึ่งได้ก่อกำเนิดอีกหลาย ๆ สิ่ง เคยลองนึกกันดูบ้างไหมว่า ออกซิเจนที่เราใช้หายใจอยู่ทุกเวลานาทีนั้นมาจากไหน มันไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมาจากพืชสีเขียวดังเช่นที่หลายคนเข้าใจ จริง ๆ แล้วพืชใช้แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานและใช้วัตถุดิบหลักคือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งมีธาตุออกซิเจนเป็นองค์ประกอบอยู่ก่อนแล้วในการสร้างอาหาร ก๊าซออกซิเจนเป็นผลพลอยได้จากขบวนการสร้างอาหารของพืช แต่พืชไม่ได้เป็นผู้สร้างธาตุออกซิเจนเหล่านี้ มันทำหน้าที่เป็นเพียงโรงงานแปรรูปที่เปลี่ยนสภาพของสิ่งหนึ่งไปเป็นอีกสิ่งหนึ่งเท่านั้น ลองคิดกันต่อไปอีกว่า ธาตุแคลเซียมที่เป็นองค์ประกอบสำคัญในกระดูกของสิ่งมีชีวิตจำนวนมาก ธาตุคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตและในอาหาร หรือแม้กระทั่งธาตุเหล็กที่เป็นองค์ประกอบสำคัญในเม็ดเลือดของเรานั้นมาจากไหน สิ่งเหล่านี้ล้วนถือกำเนิดมาจากดวงดาวทั้งสิ้น มันมาจากดาวฤกษ์ที่ตายจากไปนานนับพันล้านปีมาแล้ว ชีวิตล้วนเป็นหนี้บุญคุณดวงดาวเหล่านี้ และไม่ว่าจะมองจากมุมไหนก็จะพบว่าพวกเราทั้งหมดล้วนเป็นลูกหลานและเชื่อมโยงสัมพันธ์กับดวงดาวอย่างแท้จริง

กลับมาสู่คำถามที่ว่า หากกาแล็กซีเต็มไปด้วยความว่างเปล่า แล้วดวงดาวทั้งหลายเกิดขึ้นมาได้อย่างไรกัน ?

บริเวณใกล้ใจกลางของ Orion Nebula
ภาพถ่ายจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลในบริเวณใกล้ใจกลางของ Orion Nebula ทำให้เห็นก้อนก๊าซขนาดเล็กจำนวนมากซึ่งกำลังยุบตัวลง โดยมีดาวฤกษ์ดวงใหม่จำนวนมากที่กำลังก่อตัวขึ้นซ่อนอยู่ภายในราวกับตัวอ่อนในรังไหม

แม้ว่าในกาแล็กซีจะมีกลุ่มก๊าซที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลักเกาะกลุ่มกันเพียงบางเบาราวกับสุญญากาศ แต่มันก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นในทุก ๆ ที่ ในบางบริเวณโดยเฉพาะตามแขนกังหันของกาแล็กซี โมเลกุลของก๊าซเหล่านั้นอาจจะอยู่ใกล้กันด้วยผลของแรงดึงดูด ซึ่งทำให้ก๊าซเหล่านี้รวมตัวกันเป็นก้อนก๊าซขนาดใหญ่ที่มีความกว้างนับสิบไปจนถึงนับร้อยปีแสง บางส่วนของกลุ่มก๊าซนี้จะมีความหนาแน่นสูงกว่าในบริเวณอื่น แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของก๊าซที่อยู่กันหนาแน่นกว่าส่วนอื่นนี้ได้ทำให้มันยุบตัวเข้าหากันจนเกิดความร้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ ในบริเวณกึ่งกลางของก๊าซที่ยุบตัวนี้ สิ่งหนึ่งกำลังเกิดขึ้น สิ่งที่กำลังจะกลายมาเป็นดาวฤกษ์ซ่อนตัวอยู่ภายในก้อนก๊าซที่หนาแน่นจนมองไม่เห็นจากภายนอก มันดูราวกับตัวอ่อนของไหมในรังที่ห่อหุ้มมันอยู่ และเมื่อแรงโน้มถ่วงทำให้ก้อนก๊าซนี้ร้อนจัดจนถึงจุดจุดหนึ่ง ปฏิกิริยานิวเคลียร์ก็จะเกิดขึ้น ณ จุดที่ความหนาแน่นของก๊าซสูงที่สุด และดาวฤกษ์ดวงใหม่ก็จะถือกำเนิดขึ้นมา สิ่งที่ซ่อนตัวอยู่ภายในก้อนก๊าซก็จะค่อย ๆ เผยโฉมขึ้นมาให้เราเห็นด้วยประกายแสงสว่างอันเจิดจ้าซึ่งจะผลักดันก้อนก๊าซที่ห่อหุ้มอยู่ให้กระจายตัวออกไป และไม่ใช่แต่เพียงดาวฤกษ์ดวงเดียวเท่านั้นที่ถือกำเนิดขึ้นมา ก้อนก๊าซขนาดมหึมานี้มีวัตถุดิบเพียงพอที่จะสร้างดาวฤกษ์ขึ้นมาได้นับพัน ๆ ดวงเลยทีเดียว

แหล่งกำเนิดดาวฤกษ์นี้มีอยู่มากมายตามบริเวณแขนกังหันของกาแล็กซี บางแห่งอยู่ใกล้กับเราจนสามารถมองเห็นได้ในยามค่ำคืนแม้ด้วยตาเปล่า บ้างก็อยู่ไกลออกไปจนยากที่จะสำรวจให้เห็นได้ ถ้าหากเราสำรวจไปยังกาแล็กซีแห่งอื่น ๆ ที่มีลักษณะรูปร่างแบบเดียวกับกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราเอง เราก็จะเห็นสิ่งที่มีลักษณะเช่นเดียวกันนี้เกิดขึ้นในกาแล็กซีแห่งอื่น ๆ ด้วย ดวงดาวทั้งหลายรวมทั้งดวงอาทิตย์ของเราล้วนถือกำเนิดขึ้นมาจากกลุ่มก๊าซและฝุ่นเหล่านี้ ซึ่งนักดาราศาสตร์เรียกมันว่า “เนบิวลา” (Nebula) คำว่า “เนบิวลา” นี้มาจากภาษาละตินซึ่งมีความหมายว่า หมอก หรือ ก้อนเมฆ

เนบิวลาที่ปรากฏให้เห็นมีอยู่หลายลักษณะ บ้างก็เป็นเพียงกลุ่มก๊าซที่ดูดำมืดจนมองไม่เห็นนอกเสียจากว่ามันจะไปปรากฏอยู่บนฉากหลังที่เต็มไปด้วยดวงดาวที่อยู่ไกลออกไป หรือบนฉากหลังซึ่งเป็นเนบิวลาที่เรืองแสงสว่าง เนบิวลาแบบนี้เรียกว่า “เนบิวลามืด” หรือ “Dark Nebula” ก้อนก๊าซนี้ยังไม่เกิดการยุบตัวที่จะสร้างดาวฤกษ์ขึ้นมา แต่เนบิวลาอีกมากมายเป็นกลุ่มก๊าซที่เรืองแสงขึ้นมาเพราะมันได้สร้างดาวฤกษ์เกิดใหม่ขึ้นมาจำนวนมากมาย ดาวฤกษ์ที่ร้อนแรงบางดวงจะเปล่งพลังงานในย่านคลื่นความถี่สูงเช่นในย่านคลื่นอัลตราไวโอเลตจนทำให้ก๊าซที่อยู่รายรอบถูกกระตุ้นจนเรืองแสงสว่างขึ้นมาให้เราเห็น เนบิวลาเรืองแสงแบบนี้นักดาราศาสตร์เรียกว่า “Emission Nebula” กลุ่มก๊าซและฝุ่นบางแห่งอยู่ไกลออกมาจากดาวฤกษ์ที่สว่างไสวจึงไม่ได้ถูกกระตุ้นให้เรืองแสงดังเช่น Emission Nebula ข้างต้น แต่ก๊าซและฝุ่นเหล่านี้จะดูดซับและสะท้อนแสงของดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลออกไปอีกทีหนึ่ง เนบิวลาแบบนี้จะมีสีฟ้าเพราะกลุ่มก๊าซจะทำหน้าที่แบบเดียวกับโมเลกุลของชั้นบรรยากาศของโลกที่กระจายแสงอาทิตย์จนทำให้ท้องฟ้ามีสีฟ้า เนบิวลาที่สะท้อนแสงจากดวงดาวนี้นักดาราศาสตร์เรียกว่า “Reflection Nebula”

ไกลออกไปจากระบบสุริยะราว ๑,๕๐๐ ปีแสงในบริเวณแขนกังหันของกาแล็กซีทางช้างเผือกในบริเวณกลุ่มดาวนายพราน (Orion) จะมีเนบิวลาแบบเรืองแสงขนาดใหญ่ที่อยู่ใกล้กับเรามากที่สุดปรากฏอยู่ สามารถมองเห็นได้ราง ๆ ด้วยตาเปล่าดูคล้ายกับดาวฤกษ์ที่ฝ้ามัว แต่เมื่อเราใช้กล้องสองตาหรือกล้องโทรทรรศน์ส่องสำรวจในบริเวณดังกล่าว ความลับของมันก็จะเผยโฉมขึ้น สิ่งที่เห็นดูคล้ายกับก้อนหมอกที่มีรูปร่างคล้ายพัดที่คลี่ออก ภายในฝ้าแสงสีขาวอมเทานี้เราจะมองเห็นดวงดาวอยู่มากมาย ที่ใจกลางกลุ่มก๊าซนี้จะมีดาวฤกษ์สี่ดวงที่สว่างสะดุดตาอยู่ ฝ้าแสงที่เรามองเห็นนี้ก็คือกลุ่มก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซอื่น ๆ เช่น ออกซิเจน ที่เรืองแสงขึ้นมาเมื่อถูกกระตุ้นจากรังสีอัลตราไวโอเลตของดาวฤกษ์ที่ร้อนแรงเหล่านี้ กลุ่มก๊าซนี้มีขนาดปรากฏบนท้องฟ้ากว้างราว ๆ ๑ องศา ด้วยระยะห่าง ๑,๕๐๐ ปีแสงทำให้สามารถประเมินได้ว่าก้อนก๊าซนี้มีความกว้างจริง ๆ ประมาณ ๓๐ ปีแสง เนบิวลาเรืองแสงในกลุ่มดาวนายพรานที่กำลังพูดถึงนี้มีชื่อเรียกว่า “Orion Nebula” หรือมีชื่อตามบันทึกของ Charles Messier ว่า “M-42″

Orion Nebula จัดว่าเป็นเนบิวลาแบบเรืองแสงขนาดใหญ่และสว่างมากที่สุดแห่งหนึ่งบนท้องฟ้า และเป็นวัตถุท้องฟ้าที่นักดาราศาสตร์อาชีพและสมัครเล่นทั่วโลกให้ความสนใจมากที่สุด เราสามารถมองเห็นรายละเอียดต่าง ๆ ในกลุ่มก๊าซแห่งนี้ได้ดี แต่ไม่สามารถมองเห็นสีสันของเนบิวลานี้ได้แม้ว่าจะสังเกตโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่แล้วก็ตาม ทั้งนี้เป็นเพราะตาของมนุษย์นั้นไม่ไวต่อสีในสภาพแสงที่จาง ๆ เช่นนี้ รวมทั้งสมองของเราจะเก็บและแปรสัญญาณภาพที่ตามองเห็นแต่ละภาพในเวลาสั้น ๆ เพียงแค่เศษเสี้ยวของวินาที ตาของเราไม่สามารถสะสมแสงได้นาน ๆ ดังเช่นกล้องถ่ายภาพ แต่หากเราใช้การถ่ายภาพเพื่อสะสมแสงที่เดินทางมาจากที่ที่ไกลแสนไกลในเวลาที่นานมากพอ สิ่งที่ปรากฏให้เห็นจากภาพถ่ายจะทำให้เห็นถึงความมหัศจรรย์ ความงดงาม สีสัน และความเป็นไปของกลุ่มก๊าซแห่งนี้ได้ดี

Orion Nebula ก็คือโรงงานผลิตดวงดาวแห่งหนึ่งในกาแล็กซีของเรา ก๊าซไฮโดรเจนที่มีอยู่มากที่สุดเมื่อถูกกระตุ้นโดยแสงในย่านคลื่นอัลตราไวโอเล็ตจากดวงดาวก็จะเกิดการเรืองแสงในย่านคลื่นสีแดงและสีน้ำเงิน ซึ่งเมื่อผสมผสานกันจะทำให้เรามองเห็นเป็นสีแดงอมชมพูหรือสีบานเย็น ส่วนก๊าซอื่น ๆ อาทิ ก๊าซออกซิเจน เมื่อถูกกระตุ้นด้วยพลังงานสูงก็จะเกิดการเรืองแสงในย่านคลื่นสีเขียว การผสมผสานระหว่างสีที่เปล่งออกมาจากโมเลกุลของก๊าซต่างชนิดกันในสัดส่วนต่าง ๆ กัน จะทำให้เราเห็นเนบิวลานี้เรืองแสงเป็นหลายเฉดสีในภาพถ่าย เช่นสีแดงอมชมพูของก๊าซไฮโดรเจนเมื่อผสมผสานกับสีเขียวจากก๊าซออกซิเจนในสัดส่วนใกล้เคียงกันก็จะกลายเป็นเฉดสีเหลือง เป็นต้น ดาวฤกษ์ที่เกิดขึ้นที่นี่เป็นดาวฤกษ์อายุน้อยประมาณ ๓ แสนถึง ๑ ล้านปีเท่านั้น ดาวฤกษ์เกิดใหม่บางส่วนสามารถมองเห็นกระจัดกระจายอยู่ทั่วไป แต่ดาวฤกษ์อีกบางส่วนยังคงซ่อนตัวอยู่ภายในกลุ่มก๊าซที่หนาแน่นจนมองไม่เห็นว่าเป็นดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์อีกส่วนหนึ่งถูกความสว่างและความหนาแน่นของเนบิวลาบดบัง ทำให้มองเห็นได้ยาก การสำรวจโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล รวมทั้งการสำรวจในย่านคลื่นแสงอินฟราเรดจากกล้องโทรทรรศน์บนพื้นโลก ได้ค้นพบดาวฤกษ์ที่กำลังก่อตัวขึ้นและยังซ่อนตัวอยู่ภายในกลุ่มก๊าซที่หนาแน่นจำนวนมาก นักดาราศาสตร์ค้นพบว่าเนบิวลาแห่งนี้ได้ก่อให้เกิดดาวฤกษ์ใหม่ ๆ ขึ้นแล้วไม่น้อยกว่า ๗๐๐ ดวงและดาวฤกษ์ที่ยังคงซ่อนตัวอยู่ในกลุ่มก๊าซอีกไม่น้อยกว่า ๑๕๐ ดวง

รูปร่างกลุ่มดาวนายพราน (Orion)
ภาพแสดงรูปร่างกลุ่มดาวนายพราน (Orion) ที่สว่างสะดุดตา พร้อมชื่อดาวฤกษ์เด่น ๆ ประจำกลุ่มดาว รวมทั้งตำแหน่งของ Orion Nebula ในบริเวณดาบของนายพรานซึ่งอยู่ทางด้านทิศใต้ของดาวฤกษ์สามดวงที่เรียงกันเป็นแถวอันเป็นสัญลักษณ์ของเข็มขัดนายพราน ในช่วงกลางเดือนกุมภาพันธ์นี้ กลุ่มดาวนายพรานจะมาอยู่ในแนวกลางฟ้า โดยอยู่ค่อนไปทางทิศใต้จากจุดกลางฟ้าเพียงเล็กน้อยในเวลาประมาณสองทุ่ม

Orion Nebula จะไม่คงสภาพดังที่เห็นนี้ตลอดไป อีกหลายหมื่นหรือหลายแสนปีข้างหน้าเมื่อมันได้ก่อให้เกิดดาวฤกษ์จำนวนมากมาย พลังงานจากดาวฤกษ์เหล่านี้จะผลักดันก๊าซที่หลงเหลือจากการสร้างดวงดาวให้กระจายตัวออกไปสู่อวกาศกว้าง รอคอยเวลาที่จะกลับมาเป็นวัตถุดิบในการสร้างดวงดาวรุ่นหลัง ๆ ต่อไปอีก ส่วนดาวฤกษ์ที่ถือกำเนิดขึ้นมากมายที่นี่ก็จะกลายสภาพเป็นกระจุกดาวเปิดขนาดใหญ่ ดังเช่นกระจุกดาวคู่ (Double Cluster) และกระจุกดาว M-37 ที่ได้กล่าวถึงใน “ส่องจักรวาล” ฉบับก่อน ๆ

ดวงอาทิตย์ของเราก็คงถือกำเนิดมาในลักษณะนี้เช่นเดียวกัน พี่น้องของดวงอาทิตย์ที่ถือกำเนิดมาจากก้อนก๊าซเดียวกันคงอยู่ที่ไหนสักแห่งในกาแล็กซีแห่งนี้ แต่มันได้แยกย้ายจากกันไปเป็นเวลานานแล้วจนยากที่จะสืบสาวราวเรื่องไปจนค้นพบความจริง คงมีแต่เพียงจินตนาการของเราเท่านั้นที่จะสามารถสัมผัสถึงอดีตที่เกิดขึ้นเมื่อราว ๕ พันล้านปีก่อนได้

– See more at: http://www.sarakadee.com/2004/03/26/nebula/#sthash.dn2EiU2q.dpuf

ุ6.5 ระยะห่างของดาวฤกษ์

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  นักดาราศาสตร์ได้พบวิธีที่จะวัดระยะห่างของดาวฤกษ์เหล่านี้โดยวิธีการใช้ แพรัลแลกซ์(Parallax)

แพรัลแลกซ์ คือการย้ายตำแหน่งปรากฏ ของวัตถุเมื่อผู้สังเกตุอยู่ในตำแหน่งต่างกัน

นักวิทยาศาสตร์ใช้ปรากฏการณ์แพรัลแลกซ์     ในการวัดระยะทางของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เคียงกับเรา  โดยการสังเกตดาวฤกษ์ดวงที่เราต้องการวัดระยะทางในวันที่โลกอยู่ด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์    และสังเกตดาวฤกษ์ดวงนั้นอีกครั้งเมื่อโลกโคจรมาอยู่อีกด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ ในอีก     6 เดือนถัดไป นักดาราศาสตร์สามารถวัดได้ว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นย้ายตำแหน่งปรากฏไปเท่าไรโดยเทียบกับดาวฤกษ์ที่อยู่เบื้องหลังซึ่งอยู่ห่างไกลเรามาก ยิ่งตำแหน่งปรากฏย้ายไปมากเท่าใด แสดงว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นอยู่ใกล้เรามากเท่านั้น ในทางตรงกันข้ามถ้าตำแหน่งปรากฏของดาวฤกษ์แทบจะไม่มีการย้ายตำแหน่งเลยแสดงว่าดาวฤกษ์นั้นอยู่ไกลจากเรามาก

เราไม่สามารถใช้วิธีแพรัลแลกซ์ในการวัดระยะห่างของดาวฤกษ์ที่มากกว่า    1,000    ปีแสง เพราะที่ระยะทางดังกล่าว การเปลี่ยนตำแหน่งของผู้สังเกตบนโลกจากด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ไปยังอีก ด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์แทบจะมองไม่เห็นการย้ายตำแหน่งปรากฏของดาวฤกษ์นั้นเลย

การวัดระยะห่างจากโลกถึงดาว ด้วยวิธีพารัลแลกซ์
ความคิดรวบยอด:   ถ้าเราทราบมุมพารัลแลกซ์ของดาว เราจะทราบระยะทางระหว่างโลกถึงดาวดวงนั้น)พารัลแลกซ์ (Parallax) เป็นการวัดระยะห่างระหว่างโลกกับดาวฤกษ์ โดยใช้หลักการของสามเหลี่ยมคล้าย โดยใช้รัศมีวงโคจรโลกรอบดวงอาทิตย์เป็นเส้นฐาน (Base line) ของสามเหลี่ยม ระยะเวลาที่ทำการวัดจะห่างกัน 6 เดือน เพื่อให้โลกโคจรไปอีกด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ ก็จะมองเห็นดาวฤกษ์ที่ต้องการวัด ปรากฏตำแหน่งเปลี่ยนไปเป็นมุมเล็กๆ เมื่อเทียบกับกลุ่มดาวที่อยู่ฉากหลังไกลออกไป ระยะทางที่ทำให้มุมแพรัลแลกซ์มีค่า 1 อาร์ควินาที (1/3600 องศา) เท่ากับ 1 พาร์เสค “Parsec” ย่อมาจาก Parallax Angle of 1 Arc Second คิดเป็นระยะทางเท่ากับ 206,265 AU หรือ 3.26 ปีแสง (ระยะทาง 1 ปีแสง หมายถึงระยะทางที่แสงเดินทางนาน 1 ปี คิดเป็นระยะทางเท่ากับ 9.5 ล้านล้านกิโลเมตร) อย่างไรก็ตาม หากมุมพารัลแลกซ์เล็กกว่า 0.01 อาร์ควินาที ก็จะขาดความเที่ยงตรง การวัดระยะทางด้วยวิธีพารัลแล็กซ์จึงใช้ได้ไม่เกิน 100 พาร์เซค ภาพที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบมุมพารัลแล็กซ็ของดาวสองดวง ดาวในภาพที่ 1 ก มีมุมพารัลแล็กซ์กว้างกว่าดาวในภาพที่ 1 ข เนื่องจากอยู่ใกล้กับโลกมากกว่า

ภาพที่ 1 ดาวที่อยู่ใกล้มีมุมพารัลแล็กซ์ใหญ่กว่าดาวอยู่ไกล
สูตร การหาระยะทางด้วยมุมพารัลแลกซ์ d = 1/p
d = ระยะทางถึงดวงดาว (distance) หน่วยเป็นพาร์เสค (pc)
p = มุมพารัลแล็กซ์ (parallax angle) หน่วยเป็นอาร์ควินาที
โดยที่ 1 องศา = 60 อาร์คนาที, 1 อาร์คนาที = 60 อาร์ควินาที

ตัวอย่างที่ 1 : ดาวหัวใจสิงห์ (Regulus) ในกลุ่มดาวสิงโต มีมุมพารัลแลกซ์ 0.04 อาร์ควินาที มีระยะทางห่างจากโลกเท่าไร
d = 1/p = 1/(0.04) อาร์ควินาที
= 25 พาร์เซค
= 25 x 3.26 = 81.5 ปีแสง

6.4 สีและอุณหภูมิผิวของดาวฤกษ์

ทำไมดาวแต่ละดวงบนท้องฟ้าจึงมีสีสันแตกต่างกัน ? เป็นคำถามที่พบบ่อยมากในขณะจัดกิจกรรมดูดาวที่ทางสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) จัดขึ้น แต่นั่นก็นับเป็นโอกาสที่ดีที่นักดาราศาสตร์จะได้มีโอกาสอธิบายถึงกลไกที่ทำให้ดาวแต่ละดวงมีสีสันที่แตกต่างกัน ซึ่งสีที่แตกต่างของดาวแต่ละดวงนั้นจะมีความสัมพันธ์โดยตรงกับอุณหภูมิที่บริเวณพื้นผิวของดาวฤกษ์ ยกตัวอย่างเช่น ภาพของกลุ่มดาวนายพราน

ภาพที่1 ภาพถ่ายมุมกว้างของกลุ่มดาวนายพราน (Orion) ภายในกลุ่มดาวมีดาวสว่างหลายดวง แสดงให้เห็นลักษณะของสีที่แตกต่างกันของดาวแต่ละดวง ซึ่งจะบ่งบอกถึงความสามารถในการแผ่รังสีความร้อนของดาว สังเกตดาวดวงบนซ้าย มีชื่อว่า ดาวบีเทลจุสมีสีส้ม ส่วนดาวดวงล่างขวา คือดาวไรเจล นั้นมีสีนำ้เงิน-ขาวมีความแตกต่างของสีอย่างชัดเจน สีที่แตกต่างกันนั้นบ่งบอกถึงอุณหภูมิพื้นผิวของดาวทำให้นักดาราศาสตร์สามารถจัดประเภทของดาวฤกษ์ได้

 

จากภาพที่ 1 กลุ่มดาวนายพราน (Orion) ถือเป็นกลุ่มดาวที่สวยสะดุดตาและสามารถสังเกตได้ทั่วทุกมุมโลก เนื่องจากกลุ่มดาวนายพรานมีตำแหน่งอยู่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตรท้องฟ้า (Celestial Equator) ภายในกลุ่มดาวนายพรานนี้มีดาวฤกษ์ที่สว่างหลายดวง ซึ่งแต่ละดวงนั้นมีสีที่แตกต่างกัน บ้างเป็นสีส้มแดง บ้างก็เป็นสีนำ้เงิน ด้วยลักษณะของสีที่แตกต่างกันนี้เองทำให้นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์เกิดความสงสัยและหาเหตุผลมาอธิบายถึงข้อสงสัยดังกล่าว

สสารทุกชนิดจะมีการแผ่พลังงานออกมาจากตัวมันเองตลอดเวลา ซึ่งค่าพลังงานที่ถูกแผ่ออกมานั้นจะอยู่ในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีหลายช่วงความยาวคลื่น เพียงแต่ขอบเขตในการมองเห็นของมนุษย์สามารถมองเห็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมาจากสสารได้เพียงบางค่าเท่านั้น เราเรียกความยาวคลื่นที่มนุษย์มองเห็นได้ว่า “แสงในช่วงคลื่นที่ตามนุษย์มองเห็นได้ (Visible light)” ดังภาพที่ 2

 

ภาพที่ 2 แสดงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมาจากผิววัตถุรวมทั้งแสงในช่วงความยาวคลื่นที่ตามนุษย์มองเห็น ทั้งนี้หากวัตถุมีอุณหภูมิสูง ค่าพลังงานที่สูงที่สุดที่แผ่ออกมาได้แก่ ช่วงรังสีแกมมา รองลงมา คือ รังสีเอ็กซ์ รังสีอัลตราไวโอเลต คลื่นแสง คลื่นอินฟาเรด คลื่นไมโครเวฟและคลื่นวิทยุตามลำดับ ภาพจาก :http://2011sec2lss.wikispaces.com/Colours

 

ภาพที่ 2 แสดงค่าพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ประกอบไปด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นที่สุดอย่างอนุภาคแกมมาไปจนถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นยาวที่สุดอย่างคลื่นวิทยุ จะสังเกตเห็นว่าแสงในช่วงความยาวคลื่นที่ตามนุษย์มองเห็นได้นั้นเป็นเพียงส่วนหนึ่งของพลังงานทั้งหมดที่ถูกแผ่ออกมาจากผิววัตถุ มีลักษณะเป็นแถบสีที่มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 – 700นาโนเมตร  เราเรียกแถบสีดังกล่าวว่า แถบสเปกตรัม ที่เรียงลำดับตั้งแต่ สีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง แสดและแดง โดยสีแต่ละสีนั้นจะมีความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน

ทั้งนี้การที่ตามนุษย์จะมองเห็นสีต่างๆ นั้นจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุนั้นๆ นักดาราศาสตร์จะใช้กราฟการแผ่รังสีของวัตถุมาอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและสีที่มนุษย์จะมองเห็น ซึ่งจากการทดลองพบว่าสมบัติของรังสีที่แผ่ออกมาจากสสารทุกชนิด (ที่อุณหภูมิเท่ากัน)ได้แก่ ความถี่ พลังงานและความเข้มจะมีค่าเท่ากันเสมอหากเราลองเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น อะตอมของสสารก็จะเกิดการสั่นมากขึ้นทำให้ความถี่พลังงานและความเข้มสูงขึ้นไปด้วย ในทางกลับกันหากลดอุณหภูมิของสสาร ความถี่ พลังงานและความเข้มก็ลดลงด้วย ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าสมบัติการแผ่รังสีของสสารจไม่ขึ้นกับชนิดของสสารแต่จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ได้รับเพียงอย่างเดียวเท่านั้น

เพื่อให้เกิดความเข้าใจเก่ียวกับค่าความสัมพันธ์ระหว่างสีและอุณหภูมิพื้นผิวของวัตถุได้ง่ายขึ้นผู้เขียนขอยกตัวอย่างการทดลองให้ความร้อนกับวัตถุ โดยการนำก้อนเทกไทต์มาให้ความร้อนเมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่งจะสังเกตเห็นว่า ก้อนเทกไทต์จะค่อยๆ เปล่งแสงสีแดงเรื่อ ๆ ออกมา หากเราเพิ่มอุณหภูมิต่อไปเรื่อยๆ แท่งก้อนเทกไทต์จะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นสีส้ม สีเหลือง สีขาว สีน้ำเงินและสีม่วง  ตามลำดับของการเพิ่มอุณหภูมิดังภาพที่ 3

 

ภาพที่ 3 ภาพแสดงสีของวัตถุที่ได้รับความร้อนที่อุณหภูมิต่างกัน จากภาพเป็นก้อนเทกไทต์ซึ่งเกิดขึ้นในระหว่างที่ก้อนอุกกาบาตพุ่งชนพื้นโลก สีของก้อนเทกไทต์จะเปลี่ยนเป็นสีแดงเรื่อๆ สีส้ม สีเหลือง สีขาว สีน้ำเงินและสีม่วง  ตามระดับการเพิ่มของอุณหภูมิ

ภาพโดย : http://tektites.co.uk/tektite-tests.html

 

จากการทดลองดังกล่าวนักดาราศาสตร์สามารถวัดค่าพลังงานที่แผ่ออกมาจากผิววัตถุโดยใช้เครื่องมือทางฟิสิกส์ที่เรียกว่า เครื่องสเปกโตรมิเตอร์ (Spectrometer) เราจะได้กราฟของการแผ่รังสีความร้อนของผิววัตถุที่มีลักษณะเป็น รูประฆังควำ่ ณ จุดสูงสุดหรือจุดยอดของระฆังคือค่าความยาวคลื่นที่มีความเข้มของการแผ่รังสีสูงสุด โดยพิจารณาจากภาพต่อไปนี้

 

ภาพที่ 4 กราฟการแผ่รังสีของวัตถุแสดงให้ลักษณะการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการแผ่รังสีของสสารเมื่อได้รับอุณหภูมิ 3,000 เคลวิน รวมทั้งลักษณะของสีที่ตามนุษย์จะมองเห็นได้ ภาพโดย: หนังสือ Astrophysics is Easy By Mike Inglis หน้า 16

 

จากภาพที่ 4 เป็นวัตถุที่ได้รับอุณหภูมิ 3,000 เคลวิน วัตถุจะแผ่รังสีที่มีความเข้มสูงสุดมีความยาวคลื่นประมาณ 1,100 นาโนเมตร อยู่ในช่วงของอินฟาเรดความเข้มของความยาวคลื่นในช่วงนี้ตามนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ แต่รับรู้ได้จากความรู้สึกร้อนหรือเย็นเท่านั้น ในทางกลับกันหากลองเพิ่มอุณหภูมิแก่สสารไปเรื่อย ๆ ขอบของระฆังก็จะเริ่มเลื่อนเข้า (กราฟเบ้ขวา) หาแสงในช่วงคลื่นที่ตามนุษย์มองเห็นได้เราจะเริ่มเห็นแท่งโลหะเป็นสีแดงเรื่อ ซึ่งจะมีความยาวคลื่นประมาณ 700 นาโนเมตร เนื่องจากเป็นความยาวคลื่นที่มีความถี่ต่ำสุดที่มนุษย์สามารถมองเห็นได้

 

ภาพที่ 5 กราฟการแผ่รังสีของวัตถุแสดงให้ลักษณะการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการแผ่รังสีของสสารเมื่อได้รับอุณหภูมิ 5,500 เคลวิน รวมทั้งลักษณะของสีที่ตามนุษย์จะมองเห็นได้ ภาพโดย: หนังสือ Astrophysics is Easy By Mike Inglis หน้า 16

 

เมื่อแท่งโลหะมีอุณหภูมิ 5,500 เคลวิน แท่งโลหะก็จะแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นเข้มสูงสุดอยู่ในช่วงความยาวคลื่นประมาณ 580 นาโนเมตรหากพิจารณาจากกราฟการแผ่รังสีจะพบว่า ความยาวคลื่นที่เข้มสุดที่แผ่ออกมานั้นจะอยู่ตรงกลางของช่วงคลื่นที่ตามองเห็นได้พอดี (บริเวณส่วนที่เป็นสีเหลือง) ณ บริเวณนี้แสงทุกสีจะรวมเข้าด้วยกันเป็นแสงขาวเช่นเดียวกับแสงที่มาจากดวงอาทิตย์ที่เดินทางมายังโลก

จากนั้นหากเราเพิ่มอุณหภูมิต่อไปเรื่อยๆ กราฟรูประฆังคว่ำก็จะเลื่อนไปทางขวา (กราฟเบ้ขวา) เรื่อยๆ นั่นหมายความว่าค่าความยาวคลื่นเข้มสุดก็จะเลื่อนไปทางขวาด้วยเช่นกัน เราจะเริ่มมองเห็นแท่งโลหะเป็นสีน้ำเงิน ขณะนี้แท่งโลหะจะแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วงประมาณ400 นาโนเมตร (เป็นความยาวสั้นที่สุดที่ตามนุษย์สามารถมองเห็นได้) จนในที่สุดเมื่อแท่งโลหะมีอุณหภูมิประมาณ 10,000 เคลวิน (ดังภาพที่6) จะสังเกตเห็นว่าจุดสูงสุดของระฆังหรือค่าความยาวคลื่นเข้มสุดของการแผ่รังสีจะเคลื่อนที่เข้าไปอยู่ในช่วงที่เป็นรังสีคลื่นสั้น ที่มีความถี่สูงมากในระดับที่สายตามนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ นั่นคือ ความยาวคลื่นในช่วงอัลตราไวโอเลต (UV) และรังสีเอ็กซ์ (x-ray) ตามลำดับการเพิ่มอุณหภูมิที่สูงขึ้นด้วย

 

ภาพที่ 6 กราฟการแผ่รังสีของวัตถุแสดงให้ลักษณะการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมการแผ่รังสีของสสารเมื่อได้รับอุณหภูมิ 10,000  เคลวิน รวมทั้งลักษณะของสีที่ตามนุษย์จะมองเห็นได้ ภาพโดย: หนังสือ Astrophysics is Easy By Mike Inglis หน้า 16

 

แต่ปรากฏการณ์จริงในชีวิตประจำวันของมนุษย์เราไม่สามารถพบเจอสสารที่มีอุณหภูมิสูงในระดับหลายๆ พันเคลวิน โลหะต่างๆ บนโลกที่นำมาทำการทดลองไม่สามารถทนความร้อนที่อุณหภูมิมากกว่า  3,500 เคลวิน และถ้าได้รับอุณหภูมิมากกว่านี้ก็จะเกิดการหลอมละลายขึ้น ดังนั้นจึงแทบไม่มีโอกาสที่เราจะเห็นสสารที่มีอุณหภูมิตั้งแต่ประมาณ 3,500 เคลวิน ขึ้นไปหรือมากกว่านั้นเป็นระดับ 10,000 เคลวิน  (นอกจากโลหะผสมพิเศษที่ทนความร้อนได้หลายพันเคลวิน) นักดาราศาสตร์จึงใช้ดาวบนท้องฟ้าจำนวนมากเป็นห้องทดลองขนาดใหญ่ ในการศึกษาพฤติกรรมของสสารที่อุณหภูมิสูงๆ

จากการศึกษาการแผ่รังสีของดาวบนท้องฟ้าทำให้นักดาราศาสตร์ได้มาซึ่งบทสรุปเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของสีและอุณหภูมิพื้นผิวของดาวฤกษ์ที่ว่า ค่าพลังงาน ความยาวคลื่น และความถี่ที่ถูกแผ่ออกมาจากผิวของดาวฤกษ์นั้นจะมีความเข้มสุดอยู่ในช่วงคลื่นไหนนั้นขึ้นกับอุณหภูมิของตัวดาวเอง แต่ปัจจัยหลักที่จะส่งผลให้ดาวดวงนั้นมีอุณหภูมิสูงหรือต่ำนั้นเป็นผลมาจากมวลของดาว หากดาวมีมวลมากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ณ แกนกลางของดาวก็จะมีความรุนแรงมาก พลังงานความร้อนจากแกนกลางก็จะถูกถ่ายเทมายังพื้นผิวของดาวก็จะมีค่าสูงมากขึ้นเท่านั้น เว้นแต่ในกรณีของ “ดาวแคระขาว (White dwarf)” ซึ่งเป็นดาวมวลน้อยที่บั้นปลายชีวิตของมันกลับมีอุณหภูมิสูงเทียบเท่ากับดาวฤกษ์มวลมากที่มีอุณหภูมิพื้นผิวหลายหมื่นเคลวินได้ เป็นเช่นนี้เนื่องจากในช่วงวาระเกือบสุดท้ายของดาวแคระขาว สสารหรือเนื้อสารภายในดาวไม่สามารถยุบตัวต่อได้ ปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ณ แกนกลางหยุดลงแบบถาวรเนื้อสารเหล่านี้จะหลุดกระจายออกรอบๆ แกนกลางที่เปลือยเปล่าเราเรียกว่า“เนบิวลาดาวเคราะห์” ส่วนแกนกลางเปลือยเปล่านั้นคือดาวแคระขาวนั่นเอง ขณะนี้มันจะมีอุณหภูมิสูงมากเทียบเท่าอุณหภูมิพื้นผิวของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ จะแผ่รังสีที่มีความเข้มที่สุดอยู่ในช่วงรังสีเอ็กซ์และอัลตราไวโอเลต แต่จงอย่าลืมว่า ดาวแคระขาวไม่ได้มีแหล่งพลังงานความร้อนอีกแล้ว ดังนั้นมันจึงมีอุณหภูมิลดลงเรื่อยๆ อย่างต่อเนื่อง ในระหว่างที่อุณหภูมิลดลงนั้น สิ่งที่เกิดขึ้น (พิจารณาจากภาพที่ 4-6) คือ ค่าความเข้มสูงสุดก็จะลดลงด้วยกราฟการแผ่รังสีความร้อนของมันจะเลื่อนมาทางซ้าย (กราฟจะเบ้ซ้าย) เข้าสู่ช่วงที่ตามนุษย์มองเห็นได้จากสีม่วงไปยังสีแดงและอินฟาเรด ขณะนี้เราคงต้องเปลี่ยนชื่อของแกนเปลือยเปล่าจากเดิมที่เรียกว่าดาวแคระขาวเป็นดาวแคระดำ (Black Dwarf) ที่มีอุณหภูมิต่ำมากก่อนที่จะมืดหายไปในอวกาศชั่วนิรันดร์

จากข้อมูลที่กล่าวมาข้างต้นเป็นเพียงส่วนหนึ่งของเนื้อหาของเรื่องการแผ่รังสีของดาวฤกษ์ ยังมีวัตถุท้องฟ้าอีกมากมายหลายชนิดที่แผ่รังสีออกมา แล้วสายตามนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้อาจจะใช้เครื่องมือวิทยาศาสตร์ชนิดอื่นที่มีความทันสมัยในการตรวจจับค่าพลังงานที่ถูกแผ่ออกมา เช่น กล้องโทรทรรศน์วิทยุ เครื่องตรวจวัดนิวตรอน กล้องโทรทรรศน์ที่สังเกตการณ์ในย่านอินฟาเรดเป็นต้น ทั้งนี้ผู้อ่านสามารถหาข้อมูลและศึกษาต่อได้จากหนังสือดาราศาสตร์ทั่วไปที่มีอยู่ในท้องตลาด รวมถึงจากบทความที่เจ้าหน้าที่สารสนเทศดาราศาสตร์ สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) ได้เรียบเรียงข้อมูลเอาไว้โดยผู้เรียบเรียงจะใส่ลิงค์ข้อมูลเหล่านี้ไว้ในแหล่งอ้างอิงเพื่อเป็นแนวทางในการศึกษาข้อมูลเพิ่มเติม

 

ุ6.3 ความส่องสว่างของโชติมาตรของดาวฤกษ์

ความสว่าง (brightness) ของดาวฤกษ์เป็นพลังงานแสงจากดาวฤกษ์ดวงนั้นใน 1 วินาทีต่อ 1 หน่วยพื้นที่ ความสว่างของดาวฤกษ์จะบอกในรูปของอันดับความสว่าง (magnitude) ซึ่งไม่มีหน่วยอันดับความสว่าง เป็นเพียงตัวเลขที่กำหนดขึ้นเพื่อแสดงการรับรู้ความสว่างของผู้สังเกตดาวฤกษ์ด้วยตาเปล่า ดาวที่มีความสว่างมาก อันดับความสว่างยิ่งน้อย ส่วนดาวที่มีความสว่างน้อย อันดับความสว่างจะมีค่ามาก โดยกำหนดว่าดังนี้
-ดาวฤกษ์ที่ริบหรี่ที่สุดจะมีอันดับความสว่าง 6
-ดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดจะมีอันดับความสว่าง 1
-อันดับความสว่างสามารถนำไปใช้กับดวงจันทร์และดาวเคราะห์ได้

-ถ้าอันดับความสว่างของดาวต่างกัน n แสดงว่าดาวทั้งสองดวงจะสว่างต่างกัน (2.512)n เท่า ดังตาราง
นดับความสว่างของดาวฤกษ์แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ
1. อันดับความสว่างปรากฏ เป็นอันดับความสว่างของดาวฤกษ์ที่สังเกตได้จากโลกที่มองเห็นด้วย ตาเปล่า แต่ไม่สามารถเปรียบเทียบความสว่างจริงของดาวแต่ละดวงได้ เนื่องจากระยะทางระหว่างโลกและดวงดาวมีผลต่อการมองเห็นความสว่าง ดาวที่มีความสว่างเท่ากันแต่อยู่ห่างจากโลกต่างกัน คนบนโลกจะมองเห็น ดาวที่อยู่ใกล้สว่างกว่าดาวที่อยู่ไกล
2. อันดับความสว่างที่แท้จริง เป็นความสว่างจริงของดวงดาว การบอกอันดับความสว่างที่แท้จริงของดวงดาวจึงเป็นค่าความสว่างปรากฏของดาวในตำแหน่งที่ดาวดวงนั้นอยู่ห่างจากโลกเท่ากัน คือ กำหนดระยะทาง เป็น 10 พาร์เซก หรือ 32.61 ปีแสง เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบความสว่างจริงของดาวได้
อันดับความสว่างปรากฏและอันดับความสว่างแท้จริงมีค่าไม่เท่ากัน เช่น ดาวพรอกซิมาเซนเทารีในกลุ่มดาวเซนทอร์มีอันดับความสว่างปรากฏเป็น 10.7 แต่มีอันดับความสว่างแท้จริงเป็น 14.9 เป็นต้น

6.2 กำเนิดวิวัฒนาการของดวงอาทิตย์

ดวงอาทิตย์ทรงกลมขนาดใหญ่นี้ เกิดขึ้นเมื่อราว 5 ล้านล้านปีที่ผ่านมา

เริ่มต้นก่อกำเนิดจากองค์ประกอบสำคัญ คือ ไฮโดรเจน 71% และฮีเลียม 27% ส่วนอีก 2% เป็นธาตุอื่นๆ

เช่น ออกซิเจน, คาร์บอน, ไนโตรเจน, ซิลิคอนและแมกนีเซียม เป็นต้น

ดวงอาทิตย์มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากับ 1.392 x 106 กิโลเมตร

ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าโลกของเราถึง 109 เท่า และมีปริมาตรเป็น 1.41 x 1018 ลูกบาศก์กิโลเมตร

ใหญ่กว่าโลกของเรามากมายหลายเท่าทีเดียว (1.3 ล้านเท่า)

ดวงอาทิตย์อยู่ห่างไกลจากโลกมาก ประมาณ 1.496 x 108 กิโลเมตร

เราทบทวนถึงความรู้เกี่ยวกับดวงอาทิตย์กันพอสังเขปแล้ว เพื่อให้มองเห็นภาพได้ชัดเจนยิ่งขึ้น

เราจะขออธิบายถึง “โครงสร้างของดวงอาทิตย์” ต่อไป

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้โลกของเรามากที่สุด มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นก๊าซไฮโดรเจน ที่ใจกลาง ของดวงอาทิตย์ มีอุณหภูมิและแรงดันสูงมาก จนทำให้ก๊าซไฮโดรเจนหลอมรวมกันเป็นก๊าซฮีเลียม และแผ่พลังงาน ออกมาอย่างมหาศาล เป็นความร้อนและแสงสว่าง เราเรียกปฏิกิริยานี้ว่า ” ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน ” พลังงานความร้อน และแสงสว่างจากดวงอาทิตย์นี้เอง ที่เอื้อให้เกิดสิ่งมีฃีวิตบนโลกของเรา

โครงสร้างภายในของดวงอาทิตย์ ประกอบไปด้วย 

1. แกนกลาง มีอุณหภูมิสูงกว่า 15 ล้านองศาเซลเซียส
2. โชนการแผ่รังสี พลังงานความร้อนถ่ายทอดออกสู่ส่วนนอกในรูปแบบคลื่น
3. โซนการพารังสี อยู่เหนือโซนการแผ่รังสีพลังงานความร้อนในโซนนี้ถูกถ่ายทอด ออกสู่ ส่วนนอก โดยการเคลื่อนที่ของก๊าซ

4. โฟโตสเฟียร์ เป็นพื้นผิวของดวงอาทิตย์ อยู่เหนือโซนการพารังสี เราสังเกตพื้นผิวส่วนนี้ได้ในช่วงคลื่นแสง มีอุณหภูมิประมาณ 5,500 องศาเซลเซียส

5. โครโมสเฟียร์ เป็นบริเวณที่อยู่เหนือขึ้นมาจากชั้นโฟโตสเฟียร์ มีอุณหภูมิสูงประมาณ10,000 องศาเซลเซียส

6. คอโรนา เป็นบรรยากาศชั้นนอกสุดของดวงอาทิตย์แผ่ออกไปในอวกาศหลายล้านกิโลเมตร มีอุณหภูมิสูงมากกว่า 1 ล้านองศาเซลเซียส

หากลองเอาโลกของเราไปวางไว้ข้างๆ ดวงอาทิตย์ เพียงไม่กี่วินาที มันก็จะระเหยเป็นไอเปลวไฮโดรเจน

ภาพการปะทุของดวงอาทิตย์ เมื่อวันที่ 21 พฤศจิกายน 2553

ภาพการปะทุของดวงอาทิตย์ เมื่อเดือนกันยายน

ดวงอาทิตย์เป็นส่วนสำคัญที่สุดของระบบสุริยะ เป็นผู้ดึงดูดให้ดาวเคราะห์ทั้งเก้าดวงอยู่ในตำแหน่งที่เป็นอยู่และดวงอาทิตย์ยังให้แสงและความร้อนกับดาวเคราะห์นั้นด้วย

เมื่อวันที่ 22 พฤศจิกายนที่ผ่านมา ยานสังเกตการณ์สุริยพลวัต (Solar Dynamics Observatory) ของนาซ่า ได้เปิดเผยภาพการปะทุของดวงอาทิตย์ภาพล่าสุด ที่เกิดขึ้นในช่วงค่ำของวันที่ 21 พฤศจิกายนที่ผ่านมาตามเวลาในประเทศไทย

โดยการปะทุของดวงอาทิตย์ในครั้งนี้ เกิดขึ้นบริเวณตะวันตกเฉียงเหนือของดวงอาทิตย์ แต่ไม่ได้สร้างผลกระทบต่อระบบสนามแม่เหล็กของโลกแต่อย่างใด เพราะโลกไม่ได้อยู่ในแนวการปะทุของดวงอาทิตย์ และการปะทุดังกล่าวก็ไม่ได้เป็นการปะทุครั้งใหญ่ เหมือนกับการปะทุที่เคยเกิดขึ้นเมื่อเดือนเมษายนที่ผ่านมา ซึ่งการปะทุในครั้งนั้นได้ถูกระบุว่าเป็นการปะทุครั้งใหญ่ที่สุดในรอบ 15 ปีเลยทีเดียว

ดวงอาทิตย์มีกลุ่มความร้อนพุ่งขึ้นและตกลงมา ซึ่งแต่ละลูกนั้นมีขนาดใหญ่เท่ากับรัฐเท็กซัส

และมีความยาวถึง 1,600 กิโลเมตร ที่ใจกลางของนิวเคลียร์ อุณหภูมิสูงเท่ากับ 30 ล้านองศาฟาเรนไฮท์
แต่โลกของเราอยู่ระยะห่างราว 150 ล้านกิโลเมตร ตั้งอยู่ในระยะพอเหมาะ
ขณะที่ดาวเคราะห์ดวงอื่นอาจจะเย็นจัดหรือร้อนจัดจนเกินไป หากว่าโลกของเรานั้นตั้งอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์กว่านี้
มีผลทำให้น้ำในมหาสมุทรเหือดแห้งไป และหากไกลกว่านี้ โลกก็จะกลายเป็นเพียงดินแดนน้ำแข็งที่ไร้ร้างและไม่มีมนุษย์อาศัยอยู่ได้

ดวงอาทิตย์หล่อเลี้ยงทุกชีวิตบนโลกความอบอุ่นช่วยสร้างสภาพอากาศ ทำให้น้ำลอยขึ้นจากมหาสมุทร

แล้วเคลื่อนตัวไปเหนือทวีปต่างๆ

แดด ฝนและหิมะทำให้ผืนแผ่นดินเหมาะสมต่อการยังชีพ

แต่ดวงอาทิตย์ของเราไม่ได้มีแต่เพียงความอบอุ่น หากยังมีแสงสว่าง ปาฏิหาริย์ของพืชพรรณก็คือความสามารถในการใช้แสงอาทิตย์ช่วยในการเจริญเติบโต ด้วยวิธีสังเคราะห์แสง พืชจะเปลี่ยนน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ให้กลายเป็นคาร์โบไฮเดรต และปล่อยออกซิเจนออกมา ส่วนสัตว์นั้นจะเก็บเกี่ยวพลังงานจากแสงอาทิตย์ด้วยเช่นกัน

ในด้านความอบอุ่น ถ้าปราศจากความอบอุ่น สัตว์เช่นจระเข้ ก็จะไม่มีพลังงานในการย่อยอาหาร หรือโหนกบนหลังของอัลลิเกเตอร์ มีวิวัฒนาการขึ้นมาเพื่อดูดซับแสงอาทิตย์ พวกมันดูดซับความร้อนผ่านผิวหนัง และส่งผ่านไปยังกระแสเลือด เพื่ออาหารที่มันกินจะเน่าเปื่อยภายในกระเพาะของอัลลิเกเตอร์ พวกมันจึงจำเป็นต้องนอนอาบแดด

บนดวงอาทิตย์นั้น มีจุดกลมขนาดเล็กซึ่งเป็นบริเวณที่เย็นและเรียกว่า “จุดดับบนดวงอาทิตย์” มันเกิดขึ้นบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ที่ลุกโชน จุดบนดวงอาทิตย์นั้น เป็นที่ๆ สนามแม่เหล็กจะรุนแรง ในแต่ละวันสนามแม่เหล็กที่ออกมาจากจุดดับบนดวงอาทิตย์นั้น เหมือนกับน้ำพุที่พุ่งขึ้นมาตรงกลาง แรงและกระจายไปทั่ว สนามแม่เหล็กจะออกมาจากจุดดับบนดวงอาทิตย์เพียงหนึ่งจุดอาจจะที่ขั้วเหนือเหมือนกับแม่เหล็ก แล้วพุ่งลงไปที่จุดดับอีกจุดหนึ่งที่อยู่ขั้วใต้ภายในแม่เหล็กดวงอาทิตย์ขนาดใหญ่ พลาสมาบนดวงอาทิตย์ช่วยบอกถึงเส้นสนามแม่เหล็กระหว่างขั้วเหนือกับขั้วใต้

เมื่อดวงอาทิตย์มีการเปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กก็จะทวีความซับซ้อนขึ้น นั่นคือสิ่งที่ทำให้เกิดจุดดับบนดวงอาทิตย์มากยิ่งขึ้น

ในระบบสุริยะมีการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอทุก 11 ปีหรือประมาณนั้นเมื่อปี 1985 พื้นที่สนามแม่เหล็กส่วนใหญ่เป็นสีเทาและดูเงียบสงบ แต่ในปี 1991 กลับกลายเป็นความโกลาหลทางแม่เหล็กครั้งใหญ่ จากนั้นทุกอย่างก็เริ่มสงบลง และพายุครั้งยิ่งใหญ่ในช่วงปี 2000 ก็กลับเริ่มขึ้นอีกครั้ง ช่วงเวลาที่กิจกรรมบนดวงอาทิตย์ทวีความรุนแรงถึงขีดสุด และทำให้เราเห็นถึงลักษณะของดวงอาทิตย์มากกว่าที่เคยเห็นในอดีต อีกทั้งมีแรงรบกวนส่งผ่านจากดวงอาทิตย์มาสู่โลกของเรา

จุดจบของดวงอาทิตย์นั้นเร็วมาก ภายในเวลา 3 พันล้านปี ทุกชีวิตบนโลกก็จะถูกแผดเผา ดวงอาทิตย์จะสูญเสียสมดุล และทุกอย่างก็จะเปลี่ยนไปมาระหว่างการหลอมละลายและแรงโน้มถ่วง ไฮโดรเจนที่เหลือจะเคลื่อนไปที่ริมขอบดวงอาทิตย์และระเบิดออกไป ขณะที่แกนในของฮีเลียมจะเผาผลาญ ดวงอาทิตย์จะมีขนาดใหญ่ขึ้น ดาวเคราะห์ชั้นในก็จะถูกดูดกลืน ขั้วน้ำแข็งบนดาวอังคารหลอมละลาย พายุลมร้อนจะโหมกระหน่ำใส่ดาวเคราะห์ชั้นนอก ดาวเสาร์จะถูกพัดจนเหลือแต่แกน วงแหวนน้ำแข็งละลายจนระเหยกลายเป็นไอ ดาวพฤหัสบดีที่เคยยิ่งใหญ่ จะต้องหมดความสำคัญลงไปเพราะว่าดวงจันทร์บริวารจะทำให้แผ่นน้ำแข็งละลายลงแล้วก่อให้เกิดน้ำท่วมอย่างรุนแรง

ระบบสุริยะของเรานี้จะไม่เหมือนเดิม ถ้าตอนนี้ดวงอาทิตย์กำลังกินตัวเองและอีกไม่นาน ก็จะหดตัวเล็กลงจนเหลือเป็นเพียง “ดาวแคระขาว” (white dwarf) เท่านั้น และสิ้นสุดชีวิตดาวฤกษ์ กลายเป็นดาวที่ตายดับไปในที่สุด และในขั้นสุดท้ายมันก็จะเหลือเพียงผงธุลี และความตายก็จะมาเยือนดาวเคราะห์ทุกดวง

เวลาใกล้หมดลงแล้วสำหรับระบบสุริยะนี้ ดวงอาทิตย์ที่ครั้งหนึ่งเคยหล่อเลี้ยงให้ชีวิต กำลังจะกลืนกินเราเข้าไป

มันจะปล่อยเถ้าธุลี ออกมาตามกระแสลมสุริยะ และจับตัวกันเป็นก้อน

แต่อีกไม่นานก็จะรวมตัวกันจนกลายเป็นดาวฤกษ์ดวงใหม่ ดาวเคราะห์ดวงใหม่และการถือกำเนิดชีวิตใหม่

 

ุุ6.1 วิวัฒนาการของดาวฤกษ์

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

       

หมายเหตุ    นิวเคลียร์ฟิวชัน คือปฏิกิริยาทางนิวเคลียร์ระหว่างนิวเคลียสเบาสองตัวมารวมกัน ซึ่งหลังจากการรวมแล้ว จะได้นิวเคลียสใหม่ซึ่งไม่เสถียร นิวเคลียสนี้จะแตกตัวออก และให้พลังงานที่สูงออกมา กระบวนการนี้เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลาในดวงอาทิตย์ และดาวฤกษ์ต่างๆ

           ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย เช่น ดวงอาทิตย์มีแสงสว่างไม่มากใช้เชื้อเพลิงในอัตราที่น้อยจึงมีชีวิตยาว และจบลงด้วยการไม่ระเบิด แต่จะกลายเป็นดาวแคระขาว สำหรับดาวฤกษ์ ที่มีมวลพอๆกับดวงอาทิตย์ จะมีช่วงชีวิตและการเปลี่ยนแปลงแบบเดียวกับดวงอาทิตย์

           

            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 1 วินาทีต่อ 1 หน่วยพื้นที่ ความสว่างของดาวฤกษ์จะบอกในรูปของอันดับความสว่าง (magnitude) ซึ่งไม่มีหน่วย อันดับความสว่างเป็นเพียงตัวเลขที่กำหนดขึ้นเพื่อแสดงการรับรู้ความสว่างของผู้สังเกตดาวฤกษ์ด้วยตาเปล่า ดาวที่มีความสว่างมาก อันดับความสว่างยิ่งน้อย ส่วนดาวที่มีความสว่างน้อย อันดับความสว่างจะมีค่ามาก โดยกำหนดว่า

ดาวฤกษ์ที่ริบหรี่ที่สุดจะมีอันดับความสว่าง 6

ดาวฤกษ์ที่สว่างที่สุดจะมีอันดับความสว่าง 1

อันดับความสว่างสามารถนำไปใช้กับดวงจันทร์และดาวเคราะห์ได้

ถ้าอันดับความสว่างของดาวต่างกัน n แสดงว่าดาวทั้งสองดวงจะสว่างต่างกัน (2.512)nเท่า

อันดับความสว่างของดาวฤกษ์

แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ

อันดับความสว่างปรากฏ เป็นอันดับความสว่างของดาวฤกษ์ที่สังเกตได้จากโลกที่มองเห็นด้วย ตาเปล่า แต่ไม่สามารถเปรียบเทียบความสว่างจริงของดาวแต่ละดวงได้ เนื่องจากระยะทางระหว่างโลกและดวงดาวมีผลต่อการมองเห็นความสว่าง ดาวที่มีความสว่างเท่ากันแต่อยู่ห่างจากโลกต่างกัน คนบนโลกจะมองเห็น ดาวที่อยู่ใกล้สว่างกว่าดาวที่อยู่ไกล

อันดับความสว่างที่แท้จริง เป็นความสว่างจริงของดวงดาว การบอกอันดับความสว่างที่แท้จริงของดวงดาวจึงเป็นค่าความสว่างปรากฏของดาวในตำแหน่งที่ดาวดวงนั้นอยู่ห่างจากโลกเท่ากัน คือ กำหนดระยะทาง เป็น 10 พาร์เซก หรือ 32.61 ปีแสง เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบความสว่างจริงของดาวได้
จากข้อความข้างต้นทำให้ทราบว่า อันดับความสว่างปรากฏและอันดับความสว่างแท้จริงมีค่าไม่เท่ากัน เช่น ดาวพรอกซิมาเซนเทารีในกลุ่มดาวเซนทอร์มีอันดับความสว่างปรากฏเป็น 10.7 แต่มีอันดับความสว่างแท้จริงเป็น 14.9

สีและอุณหภูมิของดาวฤกษ์

            ถ้าเราดูให้ดีแล้วจะเห็นว่าดาวฤกษ์แต่ละดวงนั้นมีสีไม่เหมือนกันแต่เดิมนั้นมีการจำแนกสีดาวฤกษ์ออกเป็น 4 ประเภท คือ แดง ส้ม เหลือง และขาว แต่ละสีแทน อุณหภูมิของดาวฤกษ์ สีขาวแทนดาวฤกษ์ที่ร้อนจัดที่สุด ส่วนสีแดงแทนดาวฤกษ์ที่ร้อนน้อยที่สุด การให้สีอย่างนี้ก็คล้ายกับสีของชิ้นเหล็กที่กำลังถูกไฟเผา ในตอนแรกมันจะร้อนแดงก่อน ต่อมาเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นสีของมันก็จะเปลี่ยนไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งเป็นสีขาวแกมน้ำเงินในที่สุด แต่นักดาราศาสตร์ปัจจุบันได้จำแนกสีของดาวฤกษ์ตามอุณหภูมิของมันเป็น 7 ประเภทใหญ่ๆ

            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

         

วิธีวัดระยะห่างระหว่างดวงดาว

ดาวฤกษ์อยู่ห่างจากโลกมาก และระยะระหว่างดาวฤกษ์ด้วยกันเองก็ห่างไกลกันมากเช่นกัน การบอกระยะทางของดาวฤกษ์จึงใช้หน่วยของระยะทางต่างไปจากระยะทางบนโลก ดังนี้

ปีแสง (lightyear หรือ Ly.) คือ ระยะทางที่แสงเดินทางในเวลา 1 ปี อัตราเร็วของแสงมีค่า33108 เมตร/วินาที ดังนั้นระยะทาง 1 ปีแสงจึงมีค่าประมาณ 931012 กิโลเมตร เช่น ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลก 8.3 นาทีแสง หรือประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร ดาวแอลฟาเซนเทารีในกลุ่มดาวเซนทอร์อยู่ห่างจากโลก 4.26 ปีแสง หรือ 4031012 กิโลเมตร เป็นต้น

หน่วยดาราศาสตร์ (astronomical unit หรือ A.U) คือ ระยะทางระหว่างโลกและดวงอาทิตย์ ระยะทาง 1 A.U มีค่า 150 ล้านกิโลเมตร

พาร์เซก (parsec) เป็นระยะทางที่ได้จากการหาแพรัลแลกซ์ (parallax) คือการย้ายตำแหน่งปรากฏ ของวัตถุเมื่อผู้สังเกตอยู่ในตำแหน่งต่างกันของดาวดวงนั้น ซึ่งเป็นวิธีวัดระยะห่างของดาวฤกษ์ที่อยู่ค่อนข้างใกล้โลกได้อย่างแม่นยำกว่าดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลมาก

           หลักการของแพรัลแลกซ์คือ การเห็นดาวฤกษ์เปลี่ยนตำแหน่ง เมื่อสังเกตจากโลกในเวลาที่ห่างกัน 6 เดือน เพราะจุดสังเกตดาวฤกษ์ทั้ง 2 ครั้งอยู่ห่างกันเป็นระยะทาง 2 เท่าของระยะทางระหว่างโลกและดวงอาทิตย์ 1 พาร์เซกมีค่า 3.26 ปีแสงดาวฤกษ์แต่ละดวงอยู่ห่างกันมาก ระบบดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ระบบสุริยะที่สุดคือ อัลฟา เซนทอรี ในกลุ่มดาวม้าครึ่งคน ซึ่งอยู่ห่าง 4.26 ปีแสง การวัดระยะห่างจากโลกถึงดาวฤกษ์ ทำได้หลายวิธี คือ การหาแพรัลแลกซ์ คือการย้ายตำแหน่งปรากฏ ของวัตถุเมื่อผู้สังเกตุอยู่ในตำแหน่งต่างกันของดาวดวงนั้น 

คือ มุมแพรัลแลกซ์ของดาวฤกษ์ที่ต้องการวัดระยะห่าง มีหน่วยเป็นฟิลิปดา และแปลงค่าเป็นหน่วยเรเดียน

           

            จากวิวัฒนาการทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นการเกิดของดาวฤทธิ์ หรือความแตกต่างระหว่างสี อุณหภูมิ ขนาด ไม่ว่าจะเป็นสิ่งใดก็มักเกิดจากความเป็นธรรมชาติของสิ่งเหล่านั้นเอง ซึ่งหากเราศึกษาให้มากก็จะสามารถคิดและวิเคราะห์สิ่งเหล่านี้ได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ.