เราจะศึกษาดวงอาทิตย์ได้อย่างไร?

การคิดอย่างรวดเร็วเกี่ยวกับดาราศาสตร์เชิงแสงจะทำให้คุณจินตนาการได้ว่าส่วนใหญ่เกิดขึ้นในเวลากลางคืน นั่นไม่ใช่เวลาที่ดวงดาวและกาแล็กซีออกมาเล่นใช่ไหม ข้อสันนิษฐานนั้นทำให้เกิดข้อผิดพลาดที่เห็นได้ชัดอย่างน้อยหนึ่งข้อ: โลกอยู่ใกล้กับดาวฤกษ์ที่ควรค่าแก่การศึกษา เรียกว่าดวงอาทิตย์ และปรากฏเฉพาะเวลากลางวันเท่านั้น

เราชอบอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์เพราะมันให้พลังงานที่ให้แสงสว่างแก่เรา แต่พลังงานเดียวกันนั้นสามารถทำลายดวงตาและอุปกรณ์ต่างๆ ได้เช่นกัน ด้านล่างนี้เป็นวิธีที่มือสมัครเล่นและมืออาชีพสังเกตเพื่อนบ้านที่เป็นตัวเอกของเราอย่างปลอดภัย

ดาราศาสตร์สมัครเล่น

วิธีที่ปลอดภัยที่สุดในการสังเกตดวงอาทิตย์คือการฉายแสงลงบนพื้นผิว เมื่อทำเช่นนี้ คุณจะสามารถมองเห็นจุดบนดวงอาทิตย์ขนาดใหญ่ และคุณยังสามารถดูขณะที่ดาวเคลื่อนผ่านสุริยุปราคา หากคุณโชคดีพอที่จะอยู่ในพื้นที่ดังกล่าว

นี่คือวิธีที่ Sky & Telescope แนะนำให้คุณทำ: “เจาะรูเล็กๆ ในการ์ดดัชนีด้วยดินสอชี้ หันหน้าไปทางดวงอาทิตย์ และถือการ์ดใบที่สองไว้ด้านหลัง 3-4 ฟุตในเงามืด รูจะ ฉายภาพขนาดเล็กของดิสก์ของดวงอาทิตย์ลงบนการ์ดด้านล่าง”

หากคุณต้องการดูดวงอาทิตย์โดยตรง คุณต้องปกป้องดวงตาและอุปกรณ์ของคุณ เราจะแนะนำคุณอีกครั้งในบทความเกี่ยวกับท้องฟ้าและกล้องโทรทรรศน์เพื่อความเชี่ยวชาญที่ดีที่สุด แต่โดยทั่วไปแล้ว ให้เข้าใจว่าคุณจะต้องใช้อุปกรณ์พิเศษจึงจะทำได้อย่างปลอดภัย

ดาราศาสตร์มืออาชีพ

มีกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่กว่าจำนวนมากที่ใช้บนภาคพื้นดิน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมีตัวกรองพิเศษเพื่อป้องกันแสงจากดวงอาทิตย์ส่วนที่สร้างความเสียหาย เรามีตัวอย่างบางส่วนด้านล่าง แต่เรามั่นใจว่าคุณจะได้ตัวอย่างเพิ่มเติมจากละแวกใกล้เคียงของคุณเอง!

นักดาราศาสตร์มืออาชีพใช้เครื่องมือหลายอย่างเพื่อดูดวงอาทิตย์ พวกเขาสามารถตรวจสอบดวงอาทิตย์ในความยาวคลื่นแสงต่างๆ เพื่อดูพื้นผิวและโคโรนา พวกเขาสามารถใช้สเปกโทรสโกปีเพื่อดูองค์ประกอบที่เกิดขึ้นในส่วนต่างๆ ของดวงอาทิตย์ พวกเขาสามารถศึกษาการแผ่รังสีโดยใช้เรดาร์หรือภายในโดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น อะคูสติกอินเตอร์เฟอโรเมตรี

หอดูดาวสุริยะแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา: หอดูดาวมีสิ่งอำนวยความสะดวกทางแสงหลักสองแห่ง เรียกว่ากล้องโทรทรรศน์สุริยะดันน์ (แซคราเมนโตพีค) และกล้องโทรทรรศน์แสงอาทิตย์แมคแมธ-เพียร์ซ (คิตต์พีค) โชคดีสำหรับประชาชนทั่วไปที่เปิดให้เข้าชมทั้งสองแห่ง หอดูดาวยังเป็นส่วนหนึ่งของ Global Oscillation Network Group ซึ่งตรวจดูคลื่นเสียงภายในดวงอาทิตย์โดยใช้สถานี 6 แห่งที่กระจายอยู่ทั่วโลก

กล้องโทรทรรศน์สุริยะใหม่ของ Big Bear Solar Observatory สามารถดูลักษณะต่างๆ บนดวงอาทิตย์ที่มีขนาดเล็กถึง 50 ไมล์ (80 กิโลเมตร) มันเห็น “แสงแรก” ในปี 2010 และสำหรับตอนนี้ มันเป็นกล้องโทรทรรศน์สุริยะที่มีรูรับแสงกว้างที่สุดที่ 1.6 เมตร

สำหรับการหล่อในอนาคต ดูที่กล้องโทรทรรศน์สุริยะ Daniel K. Inouye 4.24 เมตร และกล้องโทรทรรศน์พลังงานแสงอาทิตย์ยุโรป 4 เมตร

แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมดที่เรามี นี่คือตัวอย่างบางส่วนของกล้องโทรทรรศน์อวกาศในวงโคจร:

Solar and Heliospheric Observatory (SOHO): เปิดตัวในปี 1995 NASA และ European Space Agency นี้ควรจะศึกษาภายในของดวงอาทิตย์ ค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโคโรนาสุริยะหรือซองจดหมายที่ล้อมรอบดวงอาทิตย์ และทำความเข้าใจว่าลมสุริยะถูกสร้างขึ้นอย่างไร นอกจากนี้ยังเป็นผู้จับและผู้สังเกตการณ์ดาวหางที่มีชื่อเสียงอีกด้วย

STEREO (Solar TERrestrial RElations Observatory): เปิดตัวในปี 2549 ยานอวกาศแฝดเหล่านี้อยู่ในส่วนต่างๆ ของวงโคจรของโลก: ลำหนึ่งอยู่ข้างหน้าและอีกลำอยู่ข้างหลัง เป้าหมายของพวกเขาคือการสร้างภาพสามมิติของดวงอาทิตย์เพื่อปรับปรุงการพยากรณ์อากาศในอวกาศ (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อการปะทุครั้งใหญ่บนดวงอาทิตย์อาจรบกวนการสื่อสารของโลก) ตั้งแต่ต้นปี 2558 STEREO-B ไม่สื่อสารกับ Earth

ดวงอาทิตย์เป็นดาวแคระเหลืองอายุ 4.5 พันล้านปี ซึ่งเป็นลูกบอลไฮโดรเจนและฮีเลียมที่ร้อนระอุ ใจกลางระบบสุริยะของเรา อยู่ห่างจากโลกประมาณ 93 ล้านไมล์ (150 ล้านกิโลเมตร) และเป็นดาวฤกษ์เพียงดวงเดียวในระบบสุริยะของเรา หากไม่มีพลังงานจากดวงอาทิตย์ สิ่งมีชีวิตอย่างที่เราทราบกันดีว่าไม่สามารถดำรงอยู่ได้บนโลกของเรา

จากจุดที่เรามองเห็นบนโลก ดวงอาทิตย์อาจดูเหมือนแหล่งกำเนิดแสงและความร้อนที่ไม่เปลี่ยนแปลงบนท้องฟ้า แต่ดวงอาทิตย์เป็นดาวที่มีพลวัต เปลี่ยนแปลงและส่งพลังงานออกสู่อวกาศตลอดเวลา ศาสตร์แห่งการศึกษาดวงอาทิตย์และอิทธิพลของมันทั่วทั้งระบบสุริยะเรียกว่า เฮลิโอฟิสิกส์

ดวงอาทิตย์เป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะของเรา เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 865,000 ไมล์ (1.4 ล้านกิโลเมตร) แรงโน้มถ่วงของมันยึดระบบสุริยะไว้ด้วยกัน ทำให้ทุกอย่างตั้งแต่ดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดไปจนถึงเศษเล็กเศษน้อยในวงโคจรรอบๆ

แม้ว่าดวงอาทิตย์จะเป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะของเราและจำเป็นต่อการอยู่รอดของเรา แต่มันก็เป็นเพียงดาวฤกษ์ธรรมดาในแง่ของขนาดของมัน พบดาวขนาดใหญ่กว่า 100 เท่า และระบบสุริยะหลายแห่งมีดาวฤกษ์มากกว่าหนึ่งดวง จากการศึกษาดวงอาทิตย์ของเรา นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใจการทำงานของดวงดาวที่อยู่ห่างไกลได้ดีขึ้น

ส่วนที่ร้อนที่สุดของดวงอาทิตย์คือแกนกลางซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 15 ล้าน°C (15 ล้าน°C) ส่วนหนึ่งของดวงอาทิตย์ที่เราเรียกว่าพื้นผิวของมัน – โฟโตสเฟียร์ – มีอุณหภูมิค่อนข้างเย็น 10,000 °F (5,500 °C) หนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของดวงอาทิตย์ ชั้นบรรยากาศรอบนอกของดวงอาทิตย์ซึ่งก็คือโคโรนาจะยิ่งร้อนขึ้นเมื่อมันแผ่ออกไปไกลจากพื้นผิว โคโรนามีอุณหภูมิสูงถึง 3.5 ล้าน°F (2 ล้าน°C) ซึ่งร้อนกว่าโฟโตสเฟียร์มาก

ชื่อ

ดวงอาทิตย์มีชื่อเรียกหลายชื่อ คำภาษาละตินสำหรับดวงอาทิตย์คือ “โซล” ซึ่งเป็นคำคุณศัพท์หลักสำหรับทุกสิ่งที่เกี่ยวข้องกับดวงอาทิตย์: แสงอาทิตย์ เฮลิออส เทพแห่งดวงอาทิตย์ในตำนานเทพเจ้ากรีกโบราณ ยืมชื่อของเขามาใช้กับคำศัพท์ที่เกี่ยวข้องกับดวงอาทิตย์หลายคำเช่นกัน เช่น เฮลิโอสเฟียร์และเฮลิโอสเฟียร์

ศักยภาพสำหรับชีวิต

ดวงอาทิตย์ไม่สามารถปกคลุมสิ่งมีชีวิตอย่างที่เราทราบได้เนื่องจากอุณหภูมิและการแผ่รังสีที่รุนแรง แต่ชีวิตบนโลกเกิดขึ้นได้เพราะแสงและพลังงานจากดวงอาทิตย์เท่านั้น

ขนาดและระยะทาง

ดวงอาทิตย์ของเราเป็นดาวฤกษ์ขนาดกลางที่มีรัศมีประมาณ 435,000 ไมล์ (700,000 กิโลเมตร) ดาวหลายดวงมีขนาดใหญ่กว่ามาก แต่ดวงอาทิตย์มีมวลมากกว่าโลกของเรามาก ต้องใช้โลกมากกว่า 330,000 ดวงจึงจะเท่ากับมวลของดวงอาทิตย์ และต้องใช้โลก 1.3 ล้านดวงจึงจะเติมปริมาตรของดวงอาทิตย์ได้

ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกประมาณ 93 ล้านไมล์ (150 ล้านกิโลเมตร) ดาวฤกษ์เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดคือระบบดาวสามดวงของ Alpha Centauri: ดาวแคระแดง Proxima Centauri อยู่ห่างออกไป 4.24 ปีแสง และ Alpha Centauri A และ B ซึ่งเป็นดาวคล้ายดวงอาทิตย์สองดวงที่โคจรรอบกันและกันอยู่ห่างออกไป 4.37 ปีแสง ปีแสงคือระยะทางที่แสงเดินทางในหนึ่งปี ซึ่งเท่ากับประมาณ 6 ล้านล้านไมล์ (9.5 ล้านล้านกิโลเมตร)

วงโคจรและการหมุน

ดวงอาทิตย์ตั้งอยู่ในดาราจักรทางช้างเผือกในแขนกังหันที่เรียกว่า Orion Spur ซึ่งยื่นออกมาจากแขนของราศีธนู

ดวงอาทิตย์โคจรรอบใจกลางทางช้างเผือก นำดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง และวัตถุอื่นๆ ในระบบสุริยะของเราไปด้วย ระบบสุริยะของเรากำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเฉลี่ย 450,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (720,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) แต่ถึงแม้จะมีความเร็วเท่านี้ ดวงอาทิตย์ก็ใช้เวลาประมาณ 230 ล้านปีในการโคจรรอบทางช้างเผือกครบหนึ่งรอบ

ดวงอาทิตย์หมุนรอบแกนของมันในขณะที่หมุนรอบกาแล็กซี การหมุนของมันมีความเอียง 7.25 องศาเมื่อเทียบกับระนาบวงโคจรของดาวเคราะห์ เนื่องจากดวงอาทิตย์ไม่เป็นของแข็ง ส่วนต่างๆ จึงหมุนด้วยอัตราที่ต่างกัน ที่เส้นศูนย์สูตร ดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเองทุกๆ 25 วันบนโลก แต่ที่ขั้วของมัน ดวงอาทิตย์จะหมุนรอบตัวเองหนึ่งครั้งทุกๆ 36 วันของโลก

ดวงจันทร์

ในฐานะที่เป็นดาวฤกษ์ ดวงอาทิตย์ไม่มีดวงจันทร์ แต่ดาวเคราะห์และดวงจันทร์ของพวกมันโคจรรอบดวงอาทิตย์

แหวน

ดวงอาทิตย์จะถูกล้อมรอบด้วยจานก๊าซและฝุ่นในช่วงต้นของประวัติศาสตร์ เมื่อระบบสุริยะก่อตัวขึ้นเป็นครั้งแรก เมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปีก่อน ฝุ่นบางส่วนนั้นยังคงอยู่รอบๆ ทุกวันนี้ ในวงแหวนฝุ่นหลายๆ วงที่หมุนรอบดวงอาทิตย์ พวกเขาติดตามวงโคจรของดาวเคราะห์ซึ่งแรงโน้มถ่วงดึงฝุ่นเข้ามาแทนที่รอบดวงอาทิตย์

รูปแบบ

ดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปีก่อนในเมฆก๊าซและฝุ่นขนาดยักษ์ที่หมุนรอบตัวเรียกว่าเนบิวลาสุริยะ เมื่อเนบิวลายุบตัวลงภายใต้แรงโน้มถ่วงของมันเอง มันก็หมุนตัวเร็วขึ้นและแบนเป็นแผ่น สสารส่วนใหญ่ของเนบิวลาถูกดึงเข้าหาศูนย์กลางเพื่อก่อตัวเป็นดวงอาทิตย์ ซึ่งคิดเป็น 99.8% ของมวลระบบสุริยะของเรา วัสดุที่เหลือส่วนใหญ่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์และวัตถุอื่น ๆ ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ (ส่วนที่เหลือของก๊าซและฝุ่นที่เหลือถูกพัดพาไปโดยลมสุริยะตอนต้นของดวงอาทิตย์อายุน้อย)

เช่นเดียวกับดวงดาวอื่นๆ ดวงอาทิตย์ของเราจะหมดพลังงานในที่สุด เมื่อมันเริ่มดับลง ดวงอาทิตย์จะขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดง มีขนาดใหญ่จนกลืนดาวพุธและดาวศุกร์ และอาจรวมถึงโลกด้วย นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าดวงอาทิตย์มีอายุน้อยกว่าครึ่งทางเล็กน้อย และจะคงอยู่ต่อไปอีกประมาณ 5 พันล้านปีก่อนที่จะกลายเป็นดาวแคระขาว

โครงสร้าง

ดวงอาทิตย์เป็นลูกบอลไฮโดรเจนและฮีเลียมขนาดใหญ่ที่รวมตัวกันด้วยแรงโน้มถ่วงของตัวเอง

ดวงอาทิตย์มีหลายภูมิภาค บริเวณภายในประกอบด้วยแกนกลาง เขตแผ่รังสี และเขตพาความร้อน เคลื่อนออกไปด้านนอก – พื้นผิวที่มองเห็นได้หรือโฟโตสเฟียร์อยู่ถัดไป จากนั้นเป็นโครโมสเฟียร์ ตามด้วยโซนเปลี่ยนผ่าน และโคโรนา – บรรยากาศรอบนอกที่แผ่ขยายออกของดวงอาทิตย์

เมื่อสสารออกจากโคโรนาด้วยความเร็วเหนือเสียง มันจะกลายเป็นลมสุริยะ ซึ่งก่อตัวเป็น “ฟองสบู่” แม่เหล็กขนาดใหญ่รอบดวงอาทิตย์ เรียกว่า เฮลิโอสเฟียร์ เฮลิโอสเฟียร์ขยายออกไปนอกวงโคจรของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเรา ดังนั้น โลกจึงมีอยู่ในชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ นอกเฮลิโอสเฟียร์เป็นพื้นที่ระหว่างดวงดาว

แกนกลางเป็นส่วนที่ร้อนที่สุดของดวงอาทิตย์ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่นี่ – ที่ซึ่งไฮโดรเจนถูกหลอมรวมเป็นฮีเลียม – ให้พลังงานแก่ความร้อนและแสงของดวงอาทิตย์ อุณหภูมิสูงสุด 27 ล้าน°F (15 ล้าน°C) และหนาประมาณ 86,000 ไมล์ (138,000 กิโลเมตร) ความหนาแน่นของแกนกลางดวงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 150 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (g/cm³) นั่นคือความหนาแน่นประมาณ 8 เท่าของทองคำ (19.3 g/cm³) หรือ 13 เท่าของความหนาแน่นของตะกั่ว (11.3 g/cm³)

พลังงานจากแกนกลางจะถูกส่งออกไปโดยการแผ่รังสี การแผ่รังสีนี้กระดอนไปรอบๆ เขตการแผ่รังสี โดยใช้เวลาประมาณ 170,000 ปีในการเดินทางจากแกนกลางไปยังจุดสูงสุดของเขตการพาความร้อน เมื่อเคลื่อนที่ออกไปด้านนอก ในเขตพาความร้อน อุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่า 3.5 ล้าน°F (2 ล้าน°C) ที่นี่ ฟองอากาศขนาดใหญ่ของพลาสมาร้อน (ซุปของอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออน) เคลื่อนตัวขึ้นไปยังชั้นโฟโตสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นที่เราคิดว่าเป็นพื้นผิวของดวงอาทิตย์

พื้นผิว

ดวงอาทิตย์ไม่มีพื้นผิวแข็งเหมือนโลก ดาวเคราะห์หินและดวงจันทร์อื่นๆ ส่วนของดวงอาทิตย์ที่เรียกกันโดยทั่วไปว่าพื้นผิวของมันคือโฟโตสเฟียร์ คำว่าโฟโตสเฟียร์หมายถึง “ทรงกลมแสง” ซึ่งเหมาะสมเพราะเป็นชั้นที่เปล่งแสงที่มองเห็นได้มากที่สุด เป็นสิ่งที่เรามองเห็นจากโลกด้วยตาของเรา (หวังว่าจะผ่านไปโดยไม่บอก แต่อย่ามองดวงอาทิตย์โดยตรงโดยไม่ปกป้องดวงตาของคุณ)

แม้ว่าเราจะเรียกมันว่าพื้นผิว แต่จริงๆ แล้วโฟโตสเฟียร์เป็นชั้นแรกของบรรยากาศสุริยะ มีความหนาประมาณ 250 ไมล์ มีอุณหภูมิประมาณ 10,000 องศาฟาเรนไฮต์ (5,500 องศาเซลเซียส) มันเย็นกว่าแกนที่ลุกโชนมาก แต่ก็ยังร้อนพอที่จะทำให้คาร์บอน เช่น เพชรและกราไฟต์ ไม่ใช่แค่ละลาย แต่เดือดด้วย รังสีส่วนใหญ่ของดวงอาทิตย์หลุดออกจากโฟโตสเฟียร์ไปสู่อวกาศ

บรรยากาศ

เหนือโฟโตสเฟียร์คือโครโมสเฟียร์ ทรานซิชันโซน และโคโรนา ไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์ทุกคนที่อ้างถึงเขตการเปลี่ยนแปลงว่าเป็นเขตของตัวเอง – มันเป็นเพียงชั้นบาง ๆ ที่โครโมสเฟียร์ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและกลายเป็นโคโรนา โฟโตสเฟียร์ โครโมสเฟียร์ และโคโรนาล้วนเป็นส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ (บางครั้งโคโรนาเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า “ชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์” แต่จริงๆ แล้วมันคือชั้นบรรยากาศชั้นบนสุดของดวงอาทิตย์)

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ marinapaper.com