เว็บเพจการศึกษา ความรู้เรื่อง นวัตกรรมใหม่ วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีล้ำยุคล้ำสมัย เทคโนโลยีอนาคต เทคโนโลยีใหม่ วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า โลกอนาคต อวกาศ จักรวาล
  หน้าแรกเว็บไซต์ สถาบันนวัตกรรม วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี ศูนย์ฝึกอบรมวิชาอาชีพ คอร์สเรียน โลกแห่งอนาคต วิทยาศาสตร์ล้ำยุค  

เว็บเพจการเรียนรู้นวัตกรรม วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยีล้ำสมัยแห่งโลกอนาคต


ตอน ดวงอาทิตย์ พลังงานแสงอาทิตย์

นำเสนอโดย เอกสิริกุล
AKE Innovation Center

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ดวงใหญ่ เป็นเพียงสมาชิกหนึ่งในบรรดาดาวฤกษ์หนึ่งแสนล้านดวง ในกาแล๊กซี่ของจักรวาล


 

ดวงอาทิตย์ พระอาทิตย์ แสงอาทิตย์ส่องสว่างมาจากดวงอาทิตย์ คือลูกไฟขนาดมหึมามีขนาด 1.392x10^6 กิโลเมตร พลังงานของดวงอาทิตย์ได้มาจากปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น ก๊าซไฮโดรเจนรวมตัวเป็น ฮีเลียมและปลดปล่อยพลังงาน) ที่แกนกลาง(core) ในเวลา 1 วินาที ดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนเนื้อสารของมันประมาณ 610 เมกกะตัน เป็นฮีเลียมประมาณ 606 เมกกะตันและเนื้อสาร 4 เมกกะตันจะสลายตัวไปในเวลาอีก 5000 ล้านปี

 ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ดวงใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะของเรา  มีอายุประมาณ 4500 ล้านปี  อยู่ห่างจากโลกประมาณ  150 ล้านกิโลเมตร  แสงจากดวงอาทิตย์ใช้เวลาเดินทางมายังโลกเพียง  8.3  นาที  พลังงานมหาศาลของดวงอาทิตย์มาจากการเปลี่ยนก๊าซไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมที่ อุณหภูมิประมาณ  15  ล้านเคลวิน   ดวงอาทิตย์มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่มากกว่าโลกของเรา109  เท่าและมีมวลมากกว่าประมาณ  333,434 เท่า

 กาลิเลโอ  เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่พิสูจน์ให้เห็นว่า  ดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเอง  และจากการศึกษาของนักดาราศาสตร์ต่อมา  พบว่า  การหมุนรอบตัวเองของดวงอาทิตย์ในบริเวณเส้นศูนย์สูตรจะมีความร้อนมากกว่า ที่ขั้วเหนือและขั้วใต้  

ดังนั้นจึงเห็นดวงอาทิตย์มีรูปร่างเป็นทรงรีรูปไข่  บริเวณผิวของดวงอาทิตย์จะมีความสว่างสามารถมองเห็นได้  เราเรียกบริเวณโฟโตสเฟียร์  (Photosphere) เป็นชั้นที่มีธาตุที่พบทั้งหมดแต่จะไม่อยู่ในสภาพที่เป็นของแข็ง  ซึ่งอาจจะรวมกันเป็นกลุ่มอนุภาคของเหลว

 ชั้นนี้เป็นชั้นแผ่พลังงานของดวงอาทิตย์สู่อวกาศเป็นชั้นบางๆ  แต่ค่อนข้างทึบแสง  ที่บริเวณส่วนบนสุด  ถัดออกมาประมาณ 19,200  กิโลเมตร  จะเป็นชั้นโครโมสเฟียร์ (Chromosphere) เป็นชั้นค่อนข้างโปร่งแสง  อุณหภูมิของชั้นนี้จะเพิ่มขึ้นตามระยะทางที่ห่างออกไป  ดังนั้นชั้นบนสุดจะเป็นบริเวณที่มีปรากฏการณ์รุนแรงมาก  ส่วนประกอบชั้นนอกสุด  เรียกว่า  โคโรนา  (Corona) คือ  ส่วนที่เป็นก๊าซที่ส่งแสงสว่างหุ้มอยู่รอบๆ ดวงอาทิตย์  มีลักษณะปรากฏเป็นแสงเรือง  มีรัศมีสีนวลสุกใส  เห็นได้ช่วงที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง  เป็นชั้นที่มีอุณหภูมิสูงเพราะเกิดจากการระเหยของก๊าซออกไปอย่างต่อเนื่อง  และทำให้เกิดอุณหภูมิประจุไฟฟ้า  เรียกว่า  ลมสุริยะ (Solar  wind) แพร่กระจายออกมาลักษณะพื้นผิวของดวงอาทิตย์  จะเห็นภาพปรากฏที่เรียกว่า  จุดดำบนดวงอาทิตย์  (Sunsports) เป็นบริเวณสีคล้ำบนดวงอาทิตย์ในชั้นโฟโตสเฟียร์  โดยมีส่วนกลางดำคล้ำ  เรียกว่า  เงามืด  ส่วนบริเวณรอบๆมีสีจางกว่า  เรียก  เงาสลัว

พลังงาน ที่เกิดจากดวงอาทิตย์นั้นเป็นพลังงานนิวเคลียร์ที่เรียกว่า "พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชัน" ซึ่งเป็นพลังงานที่เกิดจากการรวมตัวของธาตุไฮโดรเจน (H) สองตัวแล้วกลายเป็นฮีเลียม (He) และจะมีมวลบางส่วนหายไปกลายเป็นพลังงานตามสมการ E=mc^2 ของอัลเบิร์ด ไอน์สไตน์ ในปัจจุบันเราพบว่า มวลของดวงอาทิตย์กำลังลดลงครับ เนื่องจากมวลถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานนั่นเอง บริเวณภายในแกนกลางของดวงอาทิตย์คาดกันว่าน่าจะมีอุณหภูมิประมาณ 15,000,000 องศาเซลเซียส

ลักษณะนี้ยืนยันว่าดวงอาทิตย์มิใช่ของแข็ง  แต่เป็นกลุ่มก๊าซที่แผ่รังสีออกมาได้ไม่เท่ากัน 

ดวงอาทิตย์ ต้นกำเนิดพลังงานแสงอาทิตย์ Solar Cell Energy พลังงาานความร้อนจากดวงอาทิตย์ แสงแดด รังสีความร้อน พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชั่น ก๊าซไฮโดรเจน

 

 

ดวงอาทิตย์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง : 1,390,000 ก.ม. มีมวลก๊าซทั้งสิ้น : 1.989 x 1030 ก.ก.
อุณหภูมิสูงสุดระดับ : 5800 เคลวิน ที่พื้นผิว
และใจกลาง แกน ของดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิสูงถึง 15.6 ล้านเคลวิน
และมีความกดดัน 250 พันล้าน หน่วยบรรยากาศ
แก๊สที่แกนกลางถูกอัดตัวให้มีความหนาแน่นมากกว่าน้ำถึง 150 เท่า

พลังงานของดวง อาทิตย์ ผลิตโดยปฏิกิริยา นิวเคลียร์ฟิวชั่น ทุก ๆ หนึ่งวินาที ดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนไฮโดรเจน 700,000,000 ตัน ให้กลายเป็นฮีเลียม 695,000,000 ตัน และพลังงานในรูปของรังสีแกมม่าอีกจำนวน 5,000,000 ตัน พุ่งตรงมายังพื้นผิว จากนั้นพลังงานถูกดูดกลืนเข้าไปและเปล่งออกอีก ทำให้อุณหภูมิลดต่ำลงเมื่อถึงพื้นผิว กลายเป็นแสงที่เรามองเห็นได้; ณ ข่วง 20% สุดท้ายก่อนที่จะถึงพื้นผิว พลังงานส่วนใหญ่ม้วนตัวกลับ ( convection ) มากกว่าที่จะแผ่รังสีออก

ดวง อาทิตย์ เป็นเทหวัตถุ ที่ใหญ่ที่สุด ในระบบสุริยะ คิดเป็นมวลมากกว่า 99.8% ของมวลทั้งระบบ (ที่เหลือเกือบทั้งหมดเป็นเป็ดาวพฤหัสบดี )ดวงอาทิตย์ มีชื่อเรียกหลายชื่อในเทพนิยาย : กรีกเรียกว่า เฮลลิเอส โรมันเรียกว่า ซอล ในปัจจุบันดวงอาทิตย์ประกอบ ด้วยไฮโดรเจน 75% และ ฮีเลียม 25% นับ โดยมวล (ไฮโดรเจน 92.1% และฮีเลียม 7.8% นับโดยจำนวนอะตอม) ที่เหลือจำนวน 0.1% เป็น "โลหะ" สัดส่วนเหล่านี้เปลี่ยนแปลงอย่างช้า ๆ โดยดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนไฮโดรเจนในแกนของมันให้กลายเป็นฮีเลียม ชั้นนอกของดวงอาทิตย์มีการเคลื่อนที่แบบ differential rotation กล่าวคือ ณ บริเวณ เส้นศูนย์สูตร หมุนรอบตัวเองหนึ่งรอบใช้ เวลา 25.4 วัน แต่บริเวณขั้ว หมุนหนึ่งรอบใช้เวลาถึง 36 วัน พฤติกรรมเช่นนี้แสดงว่าดวงอาทิตย์มิได้เป็นของแข็ง (solid body) เฉกเข่นโลก แต่คล้ายกับดาวเคราะห์แก๊ส ลักษณะการหมุนเช่นนี้เกิดขึ้นในแนวลึกลงไปด้วย ยกเว้นตรงแกนของดวงอาทิตย์ หมุนรอบตัวในลักษณะแบบของแข็ง

....พื้น ผิวของดวงอาทิตย์เรียกว่า ชั้นโฟโตสเฟียร์ มีอุณหภมิประมาณ 5,800 เคลวิน; จุดบนดวงอาทิตย์ (Sunspots) เป็นย่านที่อุณหภูมิต่ำเพียง 3,800 เคลวิน (มันดูมืดเมื่อเปรียบเทียบกับบริเวณรอบ ๆ) จุดบนดวงอาทิตย์อาจมีขนาดใหญ่ถึง 50,000 ก.ม. มันเกิดขึ้นด้วยสาเหตุที่สลับซับซ้อน และยังไม่เข้าใจดีนัก ว่าเกี่ยวข้องสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์อย่างไร

....เหนือ ขึ้นมาจากชั้นโฟโตสเฟียร์ มีชั้นเล็ก ๆ เรียกว่า โครโมสเฟียร์ ชั้นที่อยู่เหนือโครโมสเฟียร์ เราเรียกว่า โคโรน่า มันแผ่ออกไปในอวกาศหลายล้านกิโลเมตร แต่จะมองเห็นได้เฉพาะเวลาที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวงเท่านั้น โคโคน่ามีอุณหภูมิสูงมากกว่า 1,000,000 เคลวิน

....สนาม แม่เหล็กของดวงอาทิตย์มีความเข้มและซับซ้อนมาก เขต แมกเนโตสเฟียร์ แผ่ขยายออกไปไกลกว่า ดาวพลูโต นอกเหนือจากความร้อนและแสง ดวงอาทิตย์แพร่อนุภาคความหนาแน่นต่ำ (ส่วนมากเป็นอิเล็กตรอนและโปรตอน) ซึ่งรู้จักกันในนามของลมสุริยะ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 450 ก.ม./วินาที ลมสุริยะและอนุภาคซึ่งมีขนาดใหญ่กว่า ถูกพ่นออกโดย solar flares สามารถรบกวนสายไฟฟ้าแรงสูง คลื่นวิทยุะ และทำให้เกิดปรากฏการณ์แสงเหนือแสงใต้ที่งดงาม

....ดวง อาทิตย์มีอายุประมาณ 4.5 ล้านปี นับตั้งแต่กำเนิดมามันได้เผาผลาญไฮโดรเจนในแกนของมันไปประมาณครึ่งหนึ่ง
มันยังคงแผ่รังสีอย่างสงบต่อไปอีกประมาณ 5 ล้านปี ความสว่างจะมากขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อถึงเวลานั้น
และเมื่อมันเผาไหม้ก๊าซไฮโดรเจนหมดลง ขนาดของดวงอาทิตย์จะใหญ่โตมากขึ้นจนขยายตัวมาถึงโลกได้

 ดวงอาทิตย์ ที่ได้สร้างความฉงนให้กับบรรดานักวิทยาศาสตร์เป็นเวลาช้านานแล้ว ก่อนหน้าปี พ.ศ. 2481 นักวิทยาศาสตร์ต่างก็คิดกันว่าดวงอาทิตย์ประกอบด้วยถ่านหิน (หรือสารที่คล้ายคลึงกัน) ที่กำลังลุกไหม้ การลุกไหม้ของถ่านหินดังกล่าวเป็นแหล่งกำเนิดพลังงานความร้อนในดวงอาทิตย์ นั่นเอง ในทำนองเดียวกับการลุกไหม้ที่เกิดขึ้นบนโลก แต่พอนักวิทยาศาสตร์ทราบขนาดมวลของดวงอาทิตย์ เขาก็สามารถคำนวณได้ว่า ถ้าดวงอาทิตย์ประกอบด้วยถ่านหินดังกล่าวจริง ถ่านหินขนาดมวลของดวงอาทิตย์ก็จะเผาไหม้หมดภายในเวลา 200 หรือ 300 ปีเท่านั้นเอง ผลของการคำนวณนี้จึงขัดแย้งกับความเป็นจริงที่ว่า ดวงอาทิตย์ได้เผาไหม้มานานกว่าเวลาดังกล่าวอย่างมากมาย อย่างไรก็ตาม ขบวนการการเกิดพลังงานในดวงอาทิตย์ก็ยังคงเป็นปริศนาอยู่ ตราบจนกระทั่งนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบขบวนการทางนิวเคลียร์ รวมทั้งเรื่องรางของอัตราเร็ซของปฏิกิริยาที่ให้พลังงานนิวเคลียร์ออกมา ความมืดมนดังกล่าวจึงกระจ่างขึ้น

เนื่องจากขบวนการการเกิดพลังงานของดวงอาทิตย์ ต้องมีการสูญเสียมวลบางส่วนไป จึงทำให้มวลของดวงอาทิตย์ลดน้อยลงไปเรื่อย ๆ จนในที่สุดวาระสุดท้ายของดวงอาทิตย์ก็ต้องมาถึง อย่างไรก็ตาม จากอัตราการใช้ไฮโดรเจนในปัจจุบันของดวงอาทิตย์ นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถคำนวณออกมาได้ว่า กว่าที่ดวงอาทิตย์จะใช้มวลของมันหมดไป ประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ก็ต้องกินเวลานานถึง 1,000 พันล้านปี ดังนั้นดวงอาทิตย์ของเราจึงยังให้ความร้อน และแสงสว่างไปอีกนานแสนนาน

         ขบวนการฟิวชัน นอกจากจะเป็นขบวนการการเกิดพลังงานบนดวงอาทิตย์แล้ว ก็ยังเป็นขบวนการเกิดพลังงานของดาวฤกษ์ต่าง ๆ ด้วย โดยขบวนการฟิวชันที่เกิดขึ้นบนดาวฤกษ์อาจจะเหมือนกันหรือต่างกันก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของขบวนการฟิวชันบนดาวฤกษ์แต่ละดวงนั้น ส่วนช่วงเวลาที่ดาวฤกษ์แต่ละดวงใช้มวลของมันจนหมดหรือที่เรียกว่าช่วงชีวิต ทั้งหมดของดาวฤกษ์แต่ละดวง ขึ้นอยู่กับขนาดตอนเริ่มต้นและชนิดของขบวนการฟิวชันของดาวฤกษ์นั้น ๆ

         ขบวนการฟิวชันในดวงอาทิตย์ในดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ คล้ายคลึงกับขบวนการฟิวชันที่เกิดขึ้นในระเบิดไฮโดรเจน จะมีความแตกต่างกันบ้างก็ตรงอัตราเร็วของการเกิดฟิวชัน สำหรับดาวฤกษ์ การเกิดฟิวชันกว่าจะสำเร็จได้ก็ต้องใช้เวลาอย่างน้อยที่สุดประมาณ 1,000 ล้านปี ส่วนการเกิดฟิวชันของระเบิดไฮโดรเจนรวดเร็วมากเพียงในเวลาประมาณ 1 ในล้านของวินาทีเท่านั้น

 

 


ข้อมูลได้จากการสืบค้นความรู้จากระบบในอินเตอร์เน็ต
หากท่านสงสัยต้องการสอบถามข้อมูลเพิ่มเติม ติดต่อผู้เขียนได้ทาง Line ID : ake007online


สงวนลิขสิทธิ์ ตามพรบ กฏหมายลิขสิทธิ์

สงวนลิขสิทธิ์ การออกแบบหน้าเว็บเพจเว็บไซต์สไตล์หน้าแรก index โดยAKE เอกสิริกุล ผู้ออกแบบ และเจ้าของลิขสิทธิ์ ห้ามคัดลอกเรียนแบบ ห้ามดัดแปลงใดๆในรูปแบบของหน้า Index