กำเนิดระบบสุริยะ

หน้าที่ 1 - กำเนิดระบบสุริยะ

ขอขอบคุณโครงการการเรียนรู้ในเรื่องวิทยา ศาสจร์โลกและดาราศาสตร์
ภายใต้ความร่วมมือระหว่าง LESA โครงการวิจัยโดยหอดูดาวเกิดแก้ว , สำนักงานกองทุนกองทุนสนับสนุนการวิจัย(สกว.),
จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และวิชาการดอทคอม
https://203.114.105.84/virtual/lesa/index1.htm

          ระบบสุริยะเกิดจากกลุ่มฝุ่นและก๊าซในอวกาศซึ่งเรียกว่า “โซลาร์เนบิวลา” (Solar Nebula) รวมตัวกันเมื่อประมาณ 4,600 ล้านปีมาแล้ว  (นักวิทยาศาสตร์คำนวณจากอัตราการหลอมรวมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมภายในดวง อาทิตย์)  เมื่อสสารมากขึ้น แรงโน้มถ่วงระหว่างมวลสารมากขึ้นตามไปด้วย กลุ่มฝุ่นก๊าซยุบตัวหมุนเป็นรูปจานตามหลักอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ดังภาพที่1 แรงโน้มถ่วงที่ใจกลางสร้างแรงกดดันมากทำให้ก๊าซมีอุณหภูมิสูงพอ ที่จุดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน หลอมรวมอะตอมของไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม  ดวงอาทิตย์จึงถือกำเนิดเป็นดาวฤกษ์  

ภาพที่ 1  กำเนิดระบบสุริยะ

          วัสดุชั้นรอบนอกของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิต่ำกว่า ยังโคจรไปตามโมเมนตัมที่มีอยู่เดิม รอบดวงอาทิตย์เป็นชั้นๆ   มวลสารของแต่ละชั้นพยายามรวมตัวกันด้วยแรงโน้มถ่วง  ด้วยเหตุนี้ดาวเคราะห์จึงถือกำเนิดขึ้นเป็นรูปทรงกลม เนื่องจากมวลสารพุ่งใส่กันจากทุกทิศทาง   
          อิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงทำให้วัสดุที่อยู่รอบๆ พยายามพุ่งเข้าหาดาวเคราะห์  ถ้าทิศทางของการเคลื่อนที่มีมุมลึกพอ ก็จะพุ่งชนดาวเคราะห์ทำให้ดาวเคราะห์นั้นมีขนาดใหญ่ขึ้น เนื่องจากมวลรวมกัน  แต่ถ้ามุมของการพุ่งชนตื้นเกินไป ก็จะทำให้แฉลบเข้าสู่วงโคจร และเกิดการรวมตัวต่างหากกลายเป็นดวงจันทร์บริวาร  ดังเราจะเห็นได้ว่า ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ เช่น ดาวพฤหัสบดี จะมีดวงจันทร์บริวารหลายดวงและมีวงโคจรหลายชั้น เนื่องจากมีมวลสารมากและแรงโน้มถ่วงมหาศาลต่างกับดาวพุธซึ่งมีขนาดเล็กมีแรง โน้มถ่วงน้อย ไม่มีดวงจันทร์บริวารเลย   วัสดุที่อยู่โดยรอบจะพุ่งเข้าหาดวงอาทิตย์เพราะมีแรงโน้มถ่วงมากกว่าเยอะ
องค์ประกอบของระบบ สุริยะ 

          • ดวงอาทิตย์(The Sun)  เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ตรงตำแหน่งศูนย์กลางของระบบสุริยะและเป็นศูนย์กลางของแรง โน้มถ่วง ทำให้ดาวเคราะห์และบริวารทั้งหลายโคจรล้อมรอบ

ภาพที่ 2  ระบบสุริยะ (ที่มา: NASA, JPL)

          • ดาวเคราะห์ชั้นใน(Inner Planets)  เป็นดาวเคราะห์ขนาดเล็กมีความหนาแน่นสูงและพื้นผิวเป็นของแข็ง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นธาตุหนัก มีบรรยากาศอยู่เบาบาง ทั้งนี้เนื่องจากอิทธิพลจากความร้อนของดวงอาทิตย์และลมสุริยะ ทำให้ธาตุเบาเสียประจุไม่สามารถดำรงสถานะอยู่ได้   ดาวเคราะห์ชั้นในบางครั้งเรียกว่า ดาวเคราะห์พื้นแข็ง “Terrestrial Planets” เนื่องจากมีพื้นผิวเป็นของแข็งคล้ายคลึงกับโลก  ดาวเคราะห์ชั้นในมี 4 ดวง คือ ดาวพุธ  ดาวศุกร์  โลก  และดาวอังคาร
          • ดาวเคราะห์ชั้นนอก(Outer Planets)  เป็นดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ แต่มีความหนาแน่นต่ำ  เกิดจากการสะสมตัวของธาตุเบาอย่างช้าๆ  ทำนองเดียวกับการก่อตัวของก้อนหิมะ  เนื่องจากได้รับอิทธิพลของความร้อนและลมสุริยะจากดวงอาทิตย์เพียงเล็กน้อย  ดาวเคราะห์พวกนี้จึงมีแก่นขนาดเล็กห่อหุ้มด้วยก๊าซจำนวนมหาสาร  บางครั้งเราเรียกดาวเคราะห์ประเภทนี้ว่า ดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ (Gas Giants) หรือ  Jovian Planets  ซึ่งหมายถึงดาวเคราะห์ที่มีคุณสมบัติคล้ายดาวพฤหัสบดี  ดาวเคราะห์ชั้นนอกมี 4 ดวงคือ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน  
          • ดวงจันทร์บริวาร(Satellites)  โลกมิใช่ดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่มีดวงจันทร์บริวาร  โลกมีบริวารชื่อว่า “ดวงจันทร์” (The Moon)  ขณะที่ดาวเคราะห์ดวงอื่นก็มีบริวารเช่นกัน  เช่น  ดาวพฤหัสบดีมีดวงจันทร์ขนาดใหญ่ 4 ดวงชื่อ ไอโอ (Io), ยูโรปา(Europa), กันนีมีด(ganymede) และคัลลิสโต(Callisto)  ดาวเคราะห์และดวงจันทร์ถือกำเนิดขึ้นพร้อมๆ กัน เพียงแต่ดวงจันทร์มิได้รวมตัวกับดาวเคราะห์โดยตรง แต่ก่อตัวขึ้นภายในวงโคจรของดาวเคราะห์  เราจะสังเกตได้ว่า หากมองจากด้านบนของระบบสุริยะ  จะเห็นได้ว่า ทั้งดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์และดวงจันทร์ส่วนใหญ่  จะหมุนรอบตัวเองในทิศทวนเข็มนาฬิกา  และโคจรรอบดวงทิตย์ในทิศทวนเข็มนาฬิกาเช่นกัน   หากมองจากด้านข้างของระบบสุริยะ ก็จะพบว่า ทั้งดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ และดวงจันทร์บริวาร จะอยู่ในระนาบที่ใกล้เคียงกับสุริยะวิถีมาก  ทั้งนี้ก็เนื่องมาจากระบบสุริยะทั้งระบบ ก็กำเนิดขึ้นพร้อมๆ กัน โดยการยุบและหมุนตัวของจานฝุ่น  
          • 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 (เส้นผ่านศูนย์กลาง900 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  ระบบสุริยะของเราห่อหุ้มด้วยวัสดุก๊าซแข็ง ซึ่งหากมีแรงโน้มถ่วงจากภายนอกมากระทบกระเทือน ก๊าซแข็งเหล่านี้ก็จะหลุดเข้าสู่วงโคจรรอบดวงอาทิตย์ กลายเป็นดาวหางวงโคจรคาบยาว(Long-period comets) 

ภาพที่ 6 ตำแหน่งของแถบไคเปอร์และเมฆออร์ท (ที่มา: NASA, JPL)

ข้อมูลที่น่ารู้
          • ระบบสุริยะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 12,000 ล้านกิโลเมตร
          • 99% ของเนื้อสารทั้งหมดของระบบสุริยะ รวมอยู่ที่ดวงอาทิตย์
          • ในปัจจุบันถือว่า ดาวเคราะห์มี 8 ดวง  ดาวพลูโต   ดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่ เช่น ซีรีส จูโน พัลลาส เวสตา  และวัตถุไคเปอร์ที่มีขนาดใหญ่ เช่น อีรีส เซดนา  ถูกจัดประเภทใหม่ว่าเป็น ดาวเคราะห์แคระ 
          • ดาวศุกร์มีอุณหภูมิพื้นผิวที่สูงสุดในระบบสุริยะ (ร้อนกว่าดาวพุธ) เนื่องจากมีภาวะเรือนกระจก
          • ดวงจันทร์บริวารขนาดใหญ่ที่โคจรรอบดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ที่ถูกค้นพบแล้ว มีจำนวนไม่น้อยกว่า 130 ดวง 
          • นักดาราศาสตร์ค้นพบดาวเคราะห์น้อยจำนวนมากกว่า 300,000 ดวง  ส่วนใหญ่อยู่ในแถบดาวเคราะห์น้อย ระหว่างวงโคจรของดาวอังคาร และดาวพฤหัสบดี  นอกจากนั้นยังมีกลุ่มดาวเคราะห์น้อยโทรจัน ซึ่งอยู่ร่วมวงโคจรกับดาวพฤหัสบดี  และยังมีดาวเคราะห์น้อยบางดวงโคจรเข้าใกล้โลกมากกว่าดวงจันทร์ 
          • ดาวเคราะห์น้อยบางดวงมีดวงจันทร์บริวารด้วย เช่น ดาวเคราะห์น้อยไอดา(Ida) ขนาด 28 x 13 กิโลเมตร มีดวงจันทร์แดคทิล(Dactyl)ขนาด 1 กม. โดยมีรัศมีวงโคจร 100 กิโลเมตร
          • ดาวพลูโตที่จัดว่าเป็นดาวเคราะห์แคระ มีดวงจันทร์บริวารที่ค้นพบแล้ว 3 ดวง