8,435 Views
Favorite
ก๊าซใน "โฟโตสเฟียร์" ของดวงอาทิตย์ แผ่รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดที่เป็นคลื่นวิทยุ รังสี ความร้อน หรืออินฟราเรด แสงสว่างธรรมดา และรังสีอัลตราไวโอเลต แต่รังสีส่วนใหญ่เป็นแสงสว่าง และความร้อน โฟโตสเฟียร์แผ่รังสี ซึ่งเป็นแสงสว่างธรรมดาทุกขนาดคลื่น ซึ่งเมื่อนำแสงจากดวงอาทิตย์มาผ่านอุปกรณ์แยกแสงสีหรือ "สเปกโทรกราฟ"(spectrograph) แล้วจะได้ "สเปกตรัมชนิดสืบเนื่อง" (continuous spectrum) ซึ่งมีแสงเฉพาะบางขนาดคลื่นลดน้อยไปเป็นแห่ง ๆ ทำให้ปรากฏมีเส้นมืด (dark line หรือ absorption line) อยู่เป็นแห่ง ๆ บนสเปกตรัมสืบเนื่องนั้นเราเรียกเส้นมืดเหล่านี้อีกชื่อหนึ่งว่า "เส้นฟรอนโฮเฟอร์" (fraunhofer line) โดยใช้ชื่อของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมนี (Joseph von Fraunhofer) ผู้ได้ทำการสำรวจเส้นเหล่านี้อย่างละเอียดถี่ถ้วนเป็นคนแรก
"การสำรวจโฟโตสเฟียร์" ทำได้โดยการใช้กล้องโทรทรรศน์ธรรมดาด้วยวิธีการซึ่งลดความแรงจ้าของแสงอาทิตย์ โดยไม่ลดขนาดของเลนส์หน้ากล้องที่รับแสงให้เล็กลง เพราะจะทำให้ความละเอียดชัดเจนของภาพลดลงด้วย การนี้อาจใช้กระจกกรองแสงสีดำ (neutral filters) หรือมีวิธีการอื่น ๆ อีก อนึ่งใน "การถ่ายภาพโฟโตสเฟียร์" นั้น อาจใช้แก้วกรองแสงสีต่าง ๆ เช่น แดง เหลือง หรือน้ำเงิน เลือกเอาแต่คลื่นแสง ช่วงที่มีขนาดคลื่นเฉพาะบางส่วน เพื่อความชัดเจนเป็นพิเศษ เพราะลักษณะต่าง ๆ บนดวงอาทิตย์มีความชัดเจนแตกต่างกันเมื่อสำรวจในแสงที่มีขนาดคลื่นแตกต่างกัน อย่างไรก็ตามแสงอาทิตย์ที่ผ่านแก้วกรองแสงสีเช่นนี้มาแล้ว ก็ยังประกอบด้วยแสงที่มี ความยาวคลื่นต่าง ๆ จำนวนมากปนกันอยู่ เราเรียกแสงสว่างสีขาว และสีต่าง ๆ เช่นนี้ว่า "แสงสว่างรวม" (integrated light) หรือ "แสงคอนตินูอัม" (continuum light) ของดวงอาทิตย์
๑. มืดคล้ำ
๒. เป็น
๓. การ
๔. แฟ
จากแผนภาพแสดงภายในดวงอาทิตย์ แสดงลักษณะบางประการดังกล่าวอย่างชัดเจน ในภาพนี้ดวงอาทิตย์ปรากฏสว่างที่กลางดวง และความสว่างนั้นลดน้อยลงที่ใกล้ขอบ ลักษณะเช่นนี้ของดวงอาทิตย์เป็นหลักฐานยืนยันว่า ดวงอาทิตย์ไม่ใช่ก้อนทรงกลมที่เป็นของแข็งหรือของเหลวที่ทึบต่อรังสี แต่เป็นก้อนก๊าซซึ่งมีความโปร่งต่อรังสีพอประมาณ ก๊าซในโฟโตสเฟียร์มีอุณหภูมิสูงขึ้นในระดับลึกลงไป เมื่อเรามองดูตรงกลางดวงอาทิตย์นั้น ลำแสงจากดวงอาทิตย์จะผ่านโฟโตสเฟียร์ขึ้นมาในแนวตั้งฉาก แต่เมื่อเรามองดูตรงขอบดวงลำแสงจะต้องเดินเฉียงผ่านบรรยากาศ นับว่าต้องเคลื่อนที่ผ่านโฟโตสเฟียร์แต่ละชั้นเป็นระยะทางมากกว่าแสงสว่างที่กลางดวง จึงออกมาจากระดับที่ลึกกว่าและร้อนกว่าแสงสว่างที่มาจากบริเวณใกล้ขอบดวง ดังนั้นกลางดวงจึงปรากฏแสงสว่างกว่าที่ขอบดวง
______________________________________________
ในภาพถ่ายกลุ่มจุดเมื่อพิจารณาดูบริเวณนอกกลุ่มจุด จะเห็นพื้นผิวโฟโตสเฟียร์มีลักษณะเป็นดอกดวงคล้ายเม็ดสาคู ในปัจจุบันมีการติดตามศึกษาธรรมชาติของดอกดวง (granules) ในโฟโตสเฟียร์อย่างละเอียดถี่ถ้วน โดยการถ่ายภาพยนตร์ ทั้งด้วยกล้องโทรทรรศน์ซึ่งตั้งอยู่บนภาคพื้นดิน และกล้องโทรทรรศน์ซึ่งส่งขึ้นไปกับบอลลูน เพื่อให้อยู่สูง พ้นจากการรบกวนของบรรยากาศส่วนใหญ่ที่ห่อหุ้มพื้นผิวโลก ดอกดวงเหล่านี้ มีขนาดเล็กใหญ่แตกต่างกันตั้งแต่ ๓๕๐ กิโลเมตร ถึง ๑,๘๐๐ กิโลเมตร คิดว่าเฉลี่ยประมาณ ๑,๐๐๐ กิโลเมตร ปรากฏขึ้นในโฟโตสเฟียร์ แล้วก็ค่อย ๆ เปลี่ยนแปลงลักษณะไปและสลายตัวเลือนลางหายไปในที่สุด แล้วดอกดวงใหม่ก็ปรากฏขึ้นแทนที่ ผลัดเปลี่ยนเวียนกันไปไม่หยุดนิ่ง วัดอายุเฉลี่ยได้ประมาณ ๖ นาที ถ้านับจำนวนในภาพถ่ายหนึ่งๆ แล้วคำนวณดู จะได้ปริมาณดอกดวงทั้งพื้นผิวดวงอาทิตย์ในขณะใดขณะหนึ่งประมาณสามล้านเม็ดในปีที่มีจุดบนดวงอาทิตย์มากที่สุด และเข้าใจว่าลดลงเป็นราวสองล้านเม็ดในปีที่ดวงอาทิตย์มีจุดน้อยที่สุด
บริเวณกลางดวงมีความสว่างประมาณ ๑.๓ เท่าของขอบเขตระหว่างดอกดวง จากนี้คำนวณได้ว่าอุณหภูมิสูงกว่ากันประมาณ ๓๐๐ องศาเซลเซียส ที่ตรงกลางดอกดวงปรากฏว่าเนื้อสารพลุ่งขึ้นมาด้วยความเร็วเฉลี่ย ๙๐๐ เมตรต่อวินาที ลักษณะดังกล่าวข้างบนทำให้มีผู้สันนิษฐานว่าดอกดวงเหล่านี้ คือ ส่วนยอดของลำก๊าซร้อนซึ่งพลุ่งขึ้นมาคายความร้อน โดยการแผ่รังสีออกไปในอวกาศ เมื่อเย็นตัวลงแล้วก็กลับจมลงสู่ภายในดวงอาทิตย์อีกในบริเวณรอบๆ ดอกดวง ซึ่งปรากฏเห็นเป็นขอบเขตที่มืดกว่า ดังนั้นปรากฏการณ์นี้จึงเป็นหลักฐานแสดงว่าดวงอาทิตย์มีการถ่ายเทพลังงานจากระดับลึกภายในออกมาสู่ระดับสูงกว่าในโฟโตสเฟียร์ โดยการพาความร้อน (convection) นั่นเอง
______________________________________________
ในการสำรวจโฟโตสเฟียร์ของดวงอาทิตย์นั้น จำเป็นต้องมีวิธีการลดความสว่างลง เป็นต้นว่าโดยการใช้กระจกกรองแสงสีดำ หรือฉายภาพจากกล้องโทรทรรศน์ออกมาติดจอเป็นดวงใหญ่ ในการนี้เราจะได้เห็นว่าในบางบริเวณบนตัวดวงอาทิตย์นั้นมีความสว่างน้อยกว่าพื้นผิวดวง หรือโฟโตสเฟียร์โดยทั่วไป อาณาบริเวณเหล่านี้ปรากฏเป็นจุดมืดและเขตมัวมักรวมตัวกันอยู่เป็นหย่อม ๆ นี่คือ 'กลุ่มจุดของดวงอาทิตย์' (sunspot groups) ซึ่งตามเหตุผลที่กล่าวมานี้จะเห็นได้ว่าไม่ใช่บริเวณที่ดวงอาทิตย์มืดดับไป หากแต่สว่างน้อยกว่าโฟโตสเฟียร์ทั่วไป
จุดของดวงอาทิตย์ (sunspot) ขนาดปานกลางมีองค์ประกอบสองส่วน กล่าวคือบริเวณกลางซึ่งปรากฏคล้ายมืดทีเดียว เรียกว่า "บริเวณมืด" (umbra) มีความสว่างราว ๒๗ เปอร์เซ็นต์ของโฟโตสเฟียร์ รอบ ๆ บริเวณมืดนี้ มีอาณาเขตที่ไม่มืดทีเดียวล้อมอยู่ เรียกว่า บริเวณมัว (penumbra) มีความสว่าง ๗๘ เปอร์เซ็นต์ของผิวโฟโตสเฟียร์ เมื่อพิจารณาดูโดยละเอียดเห็นได้ว่าบริเวณมัวนั้นจะมีโครงสร้างเป็นเส้นบาง ๆ เรียงเป็นแถว และแผ่กระจายจากบริเวณมืดซึ่งอยู่ตรงกลางออกมาโดยรอบ ในขณะที่จุดขนาดเล็กบางจุด มีแต่บริเวณมืดไม่มีบริเวณมัว ส่วนกลุ่มจุดซึ่งมีทั้งบริเวณมืดขนาดต่าง ๆ อยู่ ใกล้ชิดรวมกันเป็นกระจุกนั้นมักจะมีบริเวณมัวร่วมกัน
ความแตกต่างในความสว่างของลักษณะบนดวงอาทิตย์นี้ เกิดขึ้นเพราะความแตกต่างของอุณหภูมิ ดังที่กล่าวมาแล้วว่าโฟโตสเฟียร์ มีอุณหภูมิเฉลี่ย ๖,๐๐๐ องศาสัมบูรณ์ บริเวณมืดจะมีอุณหภูมิ ๔,๔๐๐ องศาสัมบูรณ์ และบริเวณมัวมีอุณหภูมิ ๕,๗๐๐ องศาสัมบูรณ์
จุดและกลุ่มจุดไม่ใช่สิ่งที่ปรากฏอยู่คงที่บนดวงอาทิตย์ ดังเช่นที่หลุมบ่อและภูเขาที่ปรากฏอยู่บนพื้นผิวดวงจันทร์ ความจริงจุดและกลุ่มจุดเหล่านี้เปลี่ยนรูปร่าง ขนาด ลักษณะและจำนวนอยู่ทุกขณะ จึงเป็นปรากฏการณ์ซึ่งเกิดขึ้นแล้วมีการเปลี่ยนแปลงไปสู่ความเสื่อมสลาย มีจุดใหม่ กลุ่มใหม่ เกิดขึ้นในตำแหน่งใหม่ วนเวียน เปลี่ยนกันอยู่เสมอ
ในปัจจุบันนักดาราศาสตร์สามารถทำการวัดความเข้มของสนามแม่เหล็กของวัตถุซึ่งแผ่รังสีให้แสงสว่าง เช่น ดวงอาทิตย์ ได้โดยการวิเคราะห์แสงที่มาจากวัตถุนั้น ในการนี้เขาจึงสามารถวัดความเข้มของสนามแม่เหล็กในโฟโตสเฟียร์ของดวงอาทิตย์ได้ และก็ได้พบว่าบริเวณมืดของจุดแต่ละจุด ทำตัวเหมือนขั้วแม่เหล็กซึ่งหันออกมาตั้งฉากกับพื้นผิวดวงอาทิตย์ มีความเข้มหรือความแรงมากน้อยตามขนาด หมายความว่าพื้นที่ของบริเวณมืดนั้นในกลุ่มจุดหนึ่ง ๆ จะประกอบด้วยจุดซึ่งมีทั้งขั้วเหนือและขั้วใต้ของแม่เหล็ก และอาจมีความเข้มตั้งแต่ ๑,๓๐๐ เกาส์ถึง ๓,๕๐๐ เกาส์ หรือในบางกรณีอาจมากกว่านั้น การค้นพบสนามแม่เหล็กในบริเวณจุดและกลุ่มจุดของดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดข้อสันนิษฐานในปัจจุบันว่า เส้นแรงแม่เหล็กซึ่งพุ่งผ่านโฟโตสเฟียร์นี้มีอำนาจกีดกัน การถ่ายเทพลังงานความร้อนจากภายในขึ้นมายังระดับพื้นผิว จึงทำให้อุณหภูมิและความสว่างในบริเวณนั้นลดลง ปรากฏให้เห็นเป็นจุดและกลุ่มจุดขึ้น
กลุ่มจุดบนดวงอาทิตย์เป็นแหล่งเกิดปรากฏการณ์น่าสนใจหลายประการ ทั้งในโฟโตสเฟียร์ โครโมสเฟียร์ และคอโรนาของดวงอาทิตย์ การลุกจ้า หรือการระเบิด (flare) บนดวงอาทิตย์ก็เกิดขึ้นในบริเวณกลุ่มจุด เชื่อว่าสนามแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญในการก่อให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆ ของกลุ่มจุด และโดยทั่วไปบนดวงอาทิตย์
______________________________________________
ในบริเวณกลุ่มจุดซึ่งอยู่ใกล้ขอบดวงอาทิตย์ดังเช่นในภาพด้านล่าง เราจะสังเกตเห็นเกล็ดสว่างกระจัดกระจายอยู่รวมกันเป็นหย่อมๆ สิ่งนี้มีชื่อเรียกว่า "แฟคิวเล" เกล็ดสว่างของแฟคิวเล มีอุณหภูมิสูงกว่าโฟโตสเฟียร์ประมาณ ๙๐๐ องศา และมีขนาดเฉลี่ยใหญ่กว่าขนาดของดอกดวงเล็กน้อย คือ ประมาณ ๑,๒๐๐ กิโลเมตร กลุ่มจุดทุกกลุ่มมีแฟคิวเล เกิดอยู่ด้วยเสมอไป แต่เมื่อกลุ่มจุดอยู่ในบริเวณกลางดวงจะมองเห็นแฟคิวเลไม่ชัดเจน เพราะโฟโตสเฟียร์สว่างขึ้น ลักษณะปรากฏของแฟคิวเลมีขอบดวง ทำให้น่าสันนิษฐานว่ามันลอยอยู่ในระดับสูงกว่าโฟโตสเฟียร์เล็กน้อย ได้มีการวัดพื้นที่บนดวงอาทิตย์ที่ปกคลุมด้วยแฟคิวเล พบว่าโดยเฉลี่ยแล้วแฟคิวเลคลุมพื้นที่ ประมาณ ๔ เท่าของกลุ่มจุดซึ่งมันล้อมรอบเกี่ยวข้องอยู่
