ดวงอาทิตย์ของโลก: ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับอายุ ขนาด และประวัติของดวงอาทิตย์
หนึ่งในภาพถ่ายแรกๆ ที่ถ่ายโดย ESA/NASA Solar Orbiter ระหว่างโคจรใกล้ดวงอาทิตย์ครั้งแรกในปี 2020 (เครดิตรูปภาพ: Solar Orbiter/EUI Team/ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL)
ข้ามไปที่:
- การก่อตัวและวิวัฒนาการ
- โครงสร้างภายในและบรรยากาศ
- สนามแม่เหล็ก
- องค์ประกอบทางเคมี
- จุดดับและวัฏจักรสุริยะ
- ประวัติการสังเกตดวงอาทิตย์
ดวงอาทิตย์อยู่ที่ใจกลางของระบบสุริยะ ซึ่งเป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุด มันมีมวล 99.8% ของระบบสุริยะและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 109 เท่าของโลก – ประมาณหนึ่งล้านโลกสามารถบรรจุภายในดวงอาทิตย์ได้
พื้นผิวของดวงอาทิตย์ร้อนประมาณ 10,000 องศาฟาเรนไฮต์ (5,500 องศาเซลเซียส) ในขณะที่อุณหภูมิในแกนกลางถึงมากกว่า 27 ล้าน F (15 ล้าน C) ซึ่งขับเคลื่อนโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์ หนึ่งจะต้องระเบิดไดนาไมต์ 100 พันล้านตันทุกวินาทีเพื่อให้ตรงกับพลังงานที่ผลิตโดยดวงอาทิตย์ NASA .
ดวงอาทิตย์เป็นหนึ่งในมากกว่า 100 พันล้าน ดาวในทางช้างเผือก . มันโคจรรอบ 25,000 ปีแสงจากแกนดาราจักร เสร็จสิ้นการปฏิวัติทุกๆ 250 ล้านปีหรือมากกว่านั้น ดวงอาทิตย์อายุยังน้อย ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของรุ่นดาวที่เรียกว่า Population I ซึ่งมีธาตุที่หนักกว่าฮีเลียมค่อนข้างมาก ดาวฤกษ์รุ่นก่อนๆ เรียกว่า Population II และอาจมี Population III รุ่นก่อนๆ อยู่ แม้ว่าจะยังไม่ทราบสมาชิกของยุคนี้ก็ตาม
ที่เกี่ยวข้อง: แดดร้อนแค่ไหน?
ดวงอาทิตย์ก่อตัวอย่างไร
ดวงอาทิตย์เกิดเมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปีก่อน นักวิทยาศาสตร์หลายคนคิดว่าดวงอาทิตย์และส่วนที่เหลือของระบบสุริยะก่อตัวขึ้นจากเมฆก๊าซและฝุ่นขนาดยักษ์ที่หมุนรอบที่เรียกว่าเนบิวลาสุริยะ เมื่อเนบิวลายุบตัวลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของมัน มันหมุนเร็วขึ้นและแบนเป็นดิสก์ วัสดุส่วนใหญ่ถูกดึงเข้าหาศูนย์กลางเพื่อสร้างดวงอาทิตย์
ที่เกี่ยวข้อง: ดวงอาทิตย์ก่อตัวอย่างไร?
ดวงอาทิตย์มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพียงพอที่จะคงอยู่ได้มากเท่ากับตอนนี้อีก 5 พันล้านปี หลังจากนั้นจะบวมเป็น ยักษ์แดง . ในที่สุด มันจะสลายชั้นนอก และแกนที่เหลือจะยุบตัวกลายเป็นดาวแคระขาว ดาวแคระขาวจะค่อยๆ จางลง และจะเข้าสู่ระยะสุดท้ายเป็นวัตถุทางทฤษฎีที่เย็นและสลัว ซึ่งบางครั้งเรียกว่า ดาวแคระดำ .
ที่เกี่ยวข้อง: เมื่อไหร่พระอาทิตย์จะตาย?
แผนภาพแสดงดวงอาทิตย์ที่ศูนย์กลางของระบบสุริยะของเรา (ไม่ใช่ขนาด)(เครดิตรูปภาพ: NASA/JPL-Caltech)
โครงสร้างภายในและบรรยากาศของดวงอาทิตย์
ดวงอาทิตย์และ บรรยากาศพระอาทิตย์ แบ่งออกเป็นหลายโซนและหลายชั้น การตกแต่งภายในของพลังงานแสงอาทิตย์จากภายในสู่ภายนอกประกอบด้วยแกนกลาง เขตแผ่รังสี และเขตพาความร้อน ชั้นบรรยากาศสุริยะด้านบนซึ่งประกอบด้วยโฟโตสเฟียร์ โครโมสเฟียร์ บริเวณการเปลี่ยนแปลง และโคโรนา ยิ่งไปกว่านั้นคือ ลมสุริยะ , การไหลออกของก๊าซจากโคโรนา
แกนกลางขยายจากจุดศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ไปประมาณหนึ่งในสี่ของพื้นผิว แม้ว่าจะมีปริมาตรเพียง 2% ของดวงอาทิตย์ แต่ก็มีความหนาแน่นเกือบ 15 เท่าของตะกั่วและเก็บมวลเกือบครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ ถัดไปคือเขตแผ่รังสีซึ่งขยายจากแกนกลางถึง 70% ของทางไปยังพื้นผิวของดวงอาทิตย์ ซึ่งคิดเป็น 32% ของปริมาตรของดวงอาทิตย์และ 48% ของมวลดวงอาทิตย์ แสงจากแกนกลางกระจัดกระจายในโซนนี้ ดังนั้นโฟตอนเดียวมักใช้เวลานับล้านปีกว่าจะผ่านไป
เขตพาความร้อนขึ้นไปถึงพื้นผิวของดวงอาทิตย์ และคิดเป็น 66% ของปริมาตรของดวงอาทิตย์ แต่มีมากกว่า 2% ของมวลเพียงเล็กน้อยเท่านั้น 'เซลล์พาความร้อน' ของ Roiling ครองโซนนี้ มีเซลล์พาความร้อนด้วยสุริยะสองประเภทหลัก — เซลล์แกรนูลที่มีความกว้างประมาณ 600 ไมล์ (1,000 กิโลเมตร) และเซลล์ซุปเปอร์แกรนูลเลชันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 20,000 ไมล์ (30,000 กม.)
โฟโตสเฟียร์เป็นชั้นบรรยากาศต่ำสุดของดวงอาทิตย์ และปล่อยแสงที่เราเห็น มีความหนาประมาณ 300 ไมล์ (500 กม.) แม้ว่าแสงส่วนใหญ่มาจากจุดต่ำสุดที่สาม อุณหภูมิในโฟโตสเฟียร์อยู่ในช่วงตั้งแต่ 11,000 F (6,125 C) ที่ด้านล่างถึง 7,460 F (4,125 C) ที่ด้านบน ถัดลงมาคือโครโมสเฟียร์ซึ่งร้อนกว่าถึง 35,500 F (19,725 C) และเห็นได้ชัดว่าประกอบด้วยโครงสร้างที่แหลมคมทั้งหมดที่เรียกว่า spicules โดยทั่วไปจะยาวประมาณ 600 ไมล์ (1,000 กม.) และสูงถึง 6,000 ไมล์ (10,000 กม.) .
หลังจากนั้นเป็นบริเวณการเปลี่ยนแปลงที่มีความหนาไม่กี่ร้อยถึงสองสามพันไมล์ ซึ่งได้รับความร้อนจากโคโรนาที่อยู่เหนือมัน และส่องแสงสว่างส่วนใหญ่ออกมาในรูปของรังสีอัลตราไวโอเลต ที่ด้านบนสุดคือโคโรนาที่ร้อนจัด ซึ่งทำจากโครงสร้างต่างๆ เช่น ลูปและลำธารของก๊าซไอออไนซ์ โคโรนาโดยทั่วไปมีตั้งแต่ 900,000 F (500,000 C) ถึง 10.8 ล้าน F (6 ล้าน C) และสามารถเข้าถึงได้ถึงหลายสิบล้านองศาเมื่อเกิดเปลวไฟจากแสงอาทิตย์ สสารจากโคโรนาปลิวไปตามลมสุริยะ
ที่เกี่ยวข้อง: สภาพอากาศในอวกาศ: จุดดับ เปลวสุริยะ และการปล่อยมวลโคโรนาล
สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์
โดยปกติสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์จะมีความเข้มเพียงสองเท่าของสนามแม่เหล็กโลกเท่านั้น อย่างไรก็ตาม มีความเข้มข้นสูงในพื้นที่ขนาดเล็ก แข็งแกร่งกว่าปกติถึง 3,000 เท่า การบิดเบี้ยวของสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นเนื่องจากดวงอาทิตย์หมุนที่เส้นศูนย์สูตรเร็วกว่าที่ละติจูดสูง และเนื่องจากส่วนด้านในของดวงอาทิตย์หมุนเร็วกว่าพื้นผิว
ที่เกี่ยวข้อง: 'เชือก' แม่เหล็กขนาดใหญ่ทำให้เกิดการระเบิดของดวงอาทิตย์ที่ทรงพลัง
การบิดเบือนเหล่านี้สร้างลักษณะเฉพาะตั้งแต่จุดดับบนดวงอาทิตย์ไปจนถึงการปะทุอันน่าทึ่งที่เรียกว่า พลุ และการปล่อยมวลโคโรนา พลุเป็นการปะทุที่รุนแรงที่สุดในระบบสุริยะ ในขณะที่การปล่อยมวลโคโรนามีความรุนแรงน้อยกว่า แต่เกี่ยวข้องกับสสารจำนวนมาก การดีดเพียงครั้งเดียวสามารถพ่นสสารออกสู่อวกาศได้ประมาณ 20 พันล้านตัน (18 พันล้านเมตริกตัน)
องค์ประกอบทางเคมีของดวงอาทิตย์
เช่นเดียวกับดาวฤกษ์อื่นๆ ดวงอาทิตย์ประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ รองลงมาคือฮีเลียม สสารที่เหลือเกือบทั้งหมดประกอบด้วยธาตุอื่นๆ อีก 7 ธาตุ ได้แก่ ออกซิเจน คาร์บอน นีออน ไนโตรเจน แมกนีเซียม เหล็ก และซิลิกอน สำหรับไฮโดรเจนทุกๆ 1 ล้านอะตอมในดวงอาทิตย์ จะมีฮีเลียม 98,000 ตัว ออกซิเจน 850 ตัว คาร์บอน 360 ตัว นีออน 120 ตัว ไนโตรเจน 110 ตัว แมกนีเซียม 40 ตัว ธาตุเหล็ก 35 ตัว และซิลิกอน 35 ตัว อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุดในบรรดาธาตุทั้งหมด ดังนั้นจึงมีสัดส่วนเพียง 72% ของมวลดวงอาทิตย์ ในขณะที่ฮีเลียมมีสัดส่วนประมาณ 26%
ที่เกี่ยวข้อง: ดวงอาทิตย์ทำมาจากอะไร?
ดูว่าเปลวสุริยะ พายุดวงอาทิตย์ และการปะทุครั้งใหญ่จากดวงอาทิตย์ทำงานอย่างไรในอินโฟกราฟิก guesswhozoo.com นี้ ดูอินโฟกราฟิกพายุสุริยะแบบเต็มได้ที่นี่ .(เครดิตรูปภาพ: Karl Tate/guesswhozoo.com)
จุดดับและวัฏจักรสุริยะ
จุดดับบนดวงอาทิตย์มีลักษณะค่อนข้างเย็นและมีสีเข้มบนพื้นผิวดวงอาทิตย์ซึ่งมักจะมีลักษณะเป็นวงกลมอย่างคร่าวๆ พวกมันโผล่ออกมาโดยที่กลุ่มสนามแม่เหล็กหนาแน่นจากภายในของดวงอาทิตย์ทะลุผ่านพื้นผิว
จำนวนจุดบอดบนดวงอาทิตย์จะแปรผันตามกิจกรรมแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ การเปลี่ยนแปลงในจำนวนนี้ จากจุดต่ำสุดที่ไม่มีจุดต่ำสุดถึงสูงสุดประมาณ 250 จุดบนดวงอาทิตย์หรือกลุ่มของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ จากนั้นย้อนกลับไปยังค่าต่ำสุด เรียกว่าวัฏจักรสุริยะ และค่าเฉลี่ยประมาณ นาน 11 ปี. เมื่อสิ้นสุดรอบ สนามแม่เหล็กจะกลับขั้วอย่างรวดเร็ว
ที่เกี่ยวข้อง: จุดบอดที่ใหญ่ที่สุดในรอบ 24 ปีทำให้นักวิทยาศาสตร์รู้สึกทึ่ง แต่ยังทำให้เข้าใจผิด
ประวัติการสังเกตดวงอาทิตย์
ESA-NASA Solar Orbiter และ Parker Solar Probe ของ NASA กำลังศึกษาดวงอาทิตย์ในรายละเอียดที่ไม่เคยปรากฏมาก่อนจากระยะทางที่ใกล้กว่ายานอวกาศใดๆ ก่อนหน้านี้(เครดิตรูปภาพ: Solar Orbiter: ESA/ATG medialab; Parker Solar Probe: NASA/Johns Hopkins APL)
วัฒนธรรมโบราณมักปรับเปลี่ยนการก่อตัวของหินตามธรรมชาติหรือสร้างอนุสาวรีย์หินเพื่อระบุการเคลื่อนไหวของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ แผนภูมิฤดูกาล สร้างปฏิทิน และเฝ้าสังเกตสุริยุปราคา หลายคนเชื่อว่าดวงอาทิตย์โคจรรอบโลก โดยปโตเลมีปราชญ์ชาวกรีกโบราณได้สร้างแบบจำลอง 'ศูนย์กลางทางภูมิศาสตร์' นี้ขึ้นในปี 150 ก่อนคริสตกาล จากนั้นในปี ค.ศ. 1543 Nicolaus Copernicus อธิบายแบบจำลองระบบสุริยะที่มีศูนย์สุริยะ (ศูนย์กลางดวงอาทิตย์) ของระบบสุริยะ และในปี ค.ศ. 1610 กาลิเลโอ กาลิเลอี การค้นพบดวงจันทร์ของดาวพฤหัสยืนยันว่าไม่ใช่เทห์ฟากฟ้าทุกดวงที่โคจรรอบโลก
เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ หลังจากการสังเกตการณ์ครั้งแรกโดยใช้จรวด นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มศึกษาดวงอาทิตย์จากวงโคจรของโลก นาซ่าเปิดตัวหอดูดาว 8 แห่งที่โคจรรอบเรียกว่า หอดูดาวพลังงานแสงอาทิตย์โคจร ระหว่างปีพ.ศ. 2505 ถึง พ.ศ. 2514 มีเจ็ดคนที่ประสบความสำเร็จ และวิเคราะห์ดวงอาทิตย์ที่ความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตและรังสีเอกซ์ และถ่ายภาพโคโรนาที่ร้อนจัด ท่ามกลางความสำเร็จอื่นๆ
ในปี 1990 NASA และ European Space Agency ได้เปิดตัวโพรบ Ulysses เพื่อทำการสังเกตการณ์บริเวณขั้วโลกครั้งแรก ในปี 2547 ยานอวกาศ Genesis ของ NASA ได้ส่งตัวอย่างลมสุริยะกลับมายังโลกเพื่อการศึกษา ในปี 2550 ยานอวกาศคู่ของนาซ่า หอดูดาวความสัมพันธ์บนบกพลังงานแสงอาทิตย์ (STEREO) ภารกิจคืนภาพสามมิติแรกของดวงอาทิตย์ NASA ขาดการติดต่อกับ STEREO-B ในปี 2014 ซึ่งยังคงติดต่อไม่ได้ ยกเว้นช่วงสั้นๆ ในปี 2016 STEREO-A ยังคงทำงานได้อย่างสมบูรณ์
NS หอดูดาวสุริยะและเฮลิโอสเฟียร์ (SOHO) ซึ่งเมื่อปีที่แล้วฉลองครบรอบ 25 ปีในอวกาศ เป็นหนึ่งในภารกิจด้านสุริยะที่สำคัญที่สุดในปัจจุบัน ออกแบบมาเพื่อศึกษาลมสุริยะ ตลอดจนชั้นนอกและโครงสร้างภายในของดวงอาทิตย์ โดยได้ถ่ายภาพโครงสร้างของจุดบอดบนดวงอาทิตย์ใต้พื้นผิว วัดความเร่งของลมสุริยะ ค้นพบคลื่นโคโรนาและพายุทอร์นาโดสุริยะ พบดาวหางมากกว่า 1,000 ดวง และปฏิวัติความสามารถของเราในการพยากรณ์อากาศในอวกาศ
Solar Dynamics Observatory (SDO) ซึ่งเปิดตัวในปี 2010 ได้ส่งคืนรายละเอียดที่ไม่เคยเห็นมาก่อนของวัสดุที่ไหลออกด้านนอกและอยู่ห่างจากจุดมืดบนดวงอาทิตย์ รวมถึงกิจกรรมระยะใกล้สุดขีดบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์และการวัดความละเอียดสูงครั้งแรกของ เปลวสุริยะในช่วงความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลตที่รุนแรง
ยานสำรวจดวงอาทิตย์ที่เพิ่มเข้ามาใหม่ล่าสุดคือ Parker Solar Probe ของ NASA ซึ่งเปิดตัวในปี 2018 และ ESA/NASA Solar Orbiter ซึ่งเปิดตัวในปี 2020 ยานอวกาศทั้งสองนี้โคจรรอบดวงอาทิตย์ใกล้กว่ายานอวกาศใดๆ ก่อนหน้านี้ โดยใช้การวัดสภาพแวดล้อมเพิ่มเติมใน บริเวณใกล้เคียงของดาว
ในระหว่างการเคลื่อนตัวผ่านในระยะใกล้ Parker Solar Probe จะดำดิ่งสู่ชั้นบรรยากาศภายนอกของดวงอาทิตย์ นั่นคือโคโรนา โดยต้องทนต่ออุณหภูมิที่ร้อนกว่าหนึ่งล้านองศาฟาเรนไฮต์ ที่จุดที่ใกล้ที่สุด Parker Solar Probe จะบินไปยังพื้นผิวดวงอาทิตย์เพียง 4 ล้านไมล์ (6.5 ล้านกม.) (ระยะห่างระหว่างดวงอาทิตย์กับโลกคือ 93 ล้านไมล์ (150 ล้านกม.)) การวัดช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่พลังงานไหลผ่านดวงอาทิตย์ โครงสร้างของลมสุริยะ และการเร่งและขนส่งอนุภาคที่มีพลัง
ที่เกี่ยวข้อง: NASA Parker Solar Probe เล็บใกล้ดวงอาทิตย์ขณะที่วัฏจักรสภาพอากาศในอวกาศเพิ่มขึ้น
แม้ว่า Solar Orbiter จะไม่บินได้ใกล้เท่า Parker Solar Probe แต่ก็มีกล้องและกล้องโทรทรรศน์ไฮเทคที่ถ่ายภาพพื้นผิวของดวงอาทิตย์จากระยะใกล้ที่สุดเท่าที่เคยมีมา ในทางเทคนิคเป็นไปไม่ได้ที่ Parker Solar Probe จะพกกล้องที่จะมองตรงไปยังพื้นผิวของดวงอาทิตย์
ที่จุดที่ใกล้ที่สุด Solar Orbiter จะผ่านห่างจากดาวฤกษ์ประมาณ 26 ล้านไมล์ (43 ล้านกิโลเมตร) ซึ่งใกล้กว่าดาวพุธประมาณ 25% ระหว่างจุดใกล้ขอบฟ้าครั้งแรก จุดในวงโคจรวงรีใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด ยานอวกาศเข้าใกล้ดวงอาทิตย์โดยห่างจากโลกประมาณครึ่งหนึ่ง ภาพถ่ายที่ได้ในช่วงใกล้ดวงอาทิตย์ขึ้นช่วงแรกซึ่งเผยแพร่เมื่อเดือนมิถุนายนปีที่แล้ว เป็นภาพดวงอาทิตย์ที่อยู่ใกล้ที่สุดและเผยให้เห็นลักษณะที่ไม่เคยเห็นมาก่อนบนพื้นผิวของดาว ซึ่งเป็นแสงแฟลร์ขนาดจิ๋วที่ขนานนามว่า แคมป์ไฟ
หลังจาก Solar Orbiter ผ่านในระยะประชิดเพียงไม่กี่ครั้ง ผู้ควบคุมภารกิจจะเริ่มยกวงโคจรของมันออกจากระนาบสุริยุปราคาที่ดาวเคราะห์โคจรอยู่ เพื่อให้กล้องของยานอวกาศสามารถถ่ายภาพเสาของดวงอาทิตย์ในระยะใกล้ได้เป็นครั้งแรก การทำแผนที่กิจกรรมในบริเวณขั้วโลกจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ได้ดีขึ้น ซึ่งขับเคลื่อนวัฏจักรสุริยะ 11 ปี
บทความนี้ได้รับการอัปเดตเมื่อวันที่ 9 มิถุนายน พ.ศ. 2564 โดย Tereza Pultarova นักเขียนอาวุโสของ guesswhozoo.com
