ที่มาของระบบสุริยะ

(Origin of the Solar System)

เราอยู่ที่ไหนในเอกภพ?

สมัยก่อนเราคิดว่าโลกมนุษย์เป็นศูนย์กลางของเอกภพ (Universe) ต่อมานิโครัส โคเปอร์นิคัส (Nicholas Copernicas) ได้พิสูจน์ให้เห็นว่า โลกของเราและดาวเคราะห์ต่างๆ ที่เราเห็นล้วนแล้วแต่โคจรรอบๆ ดวงอาทิตย์ ภายหลังก็พบอีกว่าดวงอาทิตย์เป็นแค่ดาวฤกษ์หนึ่งในแสนล้านดวงของดาราจักรทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) และดาราจักรทางช้างเผือกก็มิได้เป็นที่ที่พิเศษแต่อย่างใดในเอกภพ ดังนั้น เราจึงเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของเอกภพเท่านั้น

รูปตำแหน่งของโลกและระบบสุริยะในเอกภพ

Image credit:  http://www.astro.columbia.edu/~archung/labs/fall2001/lec01_fall01.html

การศึกษาเอกภพของเราจะต้องเริ่มต้นที่สิ่งใกล้ตัวก่อน ซึ่งก็คือ ระบบสุริยะของเราเอง ระบบสุริยะของเราประกอบไปด้วย

1. ดวงอาทิตย์ (Sun)

2. ดาวเคราะห์ซึ่งแบ่งเป็นดาวเคราะห์ที่คล้ายโลก (Terrestrial planets) กับดาวเคราะห์ยักษ์ (Giant planets)

3. ดาวเคราะห์น้อย (Asteroids)

4. วัตถุในแถบ Kuiper (ซึ่งรวมทั้งดาวพลูโตด้วย) (KBOs)

5. ดาวบริวาร (ดาวจันทร์) (Satellites)

6. ดาวหาง (Comet)

7. ฝุ่น (Dust)

8. แก็ส (Gas)

กำเนิดของระบบสุริยะเริ่มต้นจากกลุ่มแก๊สขนาดใหญ่ (Nebula) ในอวกาศซึ่งส่วนมากประกอบไปด้วยธาตุไฮโดรเจนและฮีเลียม มีเพียงอัตราส่วนน้อยเท่านั้นที่เป็นธาตุหนัก โดยธาตุหนักเหล่านี้เกิดขึ้นจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันของดาวฤกษ์ดวงก่อนๆ ทุกๆ อย่างในระบบสุริยะที่เราอยู่รวมทั้งตัวเราเองล้วนมาจากเศษซากของดาวฤกษ์ที่ดับไปก่อนหน้าที่ดวงอาทิตย์จะเกิดขึ้น กลุ่มแก๊สขนาดใหญ่นี้ค่อยๆ เคลื่อนที่อย่างช้าเข้ามารวมตัวกันเนื่องจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วง กลุ่มแก๊สจะเริ่มก่อรูปร่างเป็นแผ่นกลมหรือรีก่อน จากนั้นแก็สแทบทั้งหมดจะไปรวมตัวกันบริเวณใจกลางของแผ่นโดยเหลือแก๊สเพียงบางส่วนหมุนเท่านั้นที่ยังวนอยู่บนแผ่น (protostellar disk) ซึ่งในภายหลังจะกลายเป็นดาวเคราะห์ ในช่วงนี้กลุ่มแก๊สจะร้อนขึ้นและเคลื่อนที่แบบหมุนรอบจุดศูนย์กลางเร็วขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากกฎการอนุรักษ์พลังงานและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม ใจกลางของแผ่นซึ่งมีความหนาแน่นสูงมากจะเริ่มก่อตัวเป็นดาวฤกษ์โดยเราเรียกดาวฤกษ์ที่กำลังก่อตัวนี้ว่า protostar

การเกิดระบบสุริยะ ตรงกลางเป็น protostar

Image credit: http://www.centauri-dreams.org/?p=554

หลังจากที่ protostar ได้รวบรวมมวลจำนวนมากพอที่จะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่ใจกลางได้ protostar ก็จะกลายเป็นดาวฤกษ์ดวงใหม่ซึ่งก็คือดวงอาทิตย์ของเรานั่นเอง

หลังจากที่ดาวอาทิตย์ถือกำเนิดขึ้นแล้ว ดาวเคราะห์ต่างๆ จึงเริ่มก่อตัวขึ้นบนแผ่นกลุ่มแก๊ส โดยปัจจัยสำคัญที่ส่งผลให้ดาวเคราะห์ถูกแบ่งเป็นสองประเภทคือ ปัจจัยของอุณหภูมิ บริเวณใกล้ดวงอาทิตย์จะเป็นบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง ส่วนบริเวณที่ไกลออกไปจะมีอุณหภูมิต่ำลงเรื่อยๆ ปัจจัยเรื่องอุณหภูมิมีความสำคัญเนื่องจากการก่อตัวของสารชนิดต่างๆ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยสารประกอบของไฮโดรเจนเช่นน้ำหรือแอมโมเนียจะเกิดขึ้นได้ในอุณหภูมิต่ำเท่านั้น (น้อยกว่า 150 องศาเคลวิน) ส่วนพวกของแข็งและเหล็กจะเกิดในบริเวณที่อุณหภูมิสูงได้ (ประมาณต่ำกว่า 1000 องศาเคลวิน) สำหรับบริเวณใกล้ดวงอาทิตย์ซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณไกลๆ สารจำพวกของแข็งจะค่อยๆรวมตัวกันเป็นของแข็งก้อนเล็กๆ เต็มไปหมด จากนั้นจึงมาชนกันจนกลายเป็นดาวเคราะห์ที่เราเห็นในปัจจุบัน โดยดาวเคราะห์เหล่านี้จะมีการสะสมมวลมากพอที่จะมีแรงดึงดูดเอาแก็สที่อยู่ในบริเวณนั้นเข้ามาเป็นชั้นบรรยากาศของตัวเองด้วย ดาวเคราะห์ที่ประกอบไปด้วยของแข็งเราเรียกว่า ดาวเคราะห์ที่เหมือนโลก (Terrestrial planets) ซึ่งมีดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก และดาวอังคารตามลำดับระยะห่างจากดวงอาทิตย์ สำหรับบริเวณที่ห่างจากดวงอาทิตย์มากพอที่สารจำพวกน้ำแข็งและสารประกอบของไฮโดรเจนเริ่มก่อตัวได้ สารเหล่านั้นจะเริ่มเกาะกลุ่มกันจนมีมวลมากพอ กลุ่มของน้ำแข็งเหล่านี้ก็จะทำเหมือนกับดาวเคราะห์ที่เหมือนโลกคือจับเอาแก๊สที่ลอยอยู่รอบๆซึ่งหลงเหลืออยู่จากการกำเนิดของดวงอาทิตย์มาเป็นบรรยากาศ ต่างกันตรงที่บริเวณที่ห่างไกลจากดวงอาทิตย์จะมีแก๊สมากกว่าบริเวณที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์อันเนื่องมาจากขณะที่ดวงอาทิตย์ถือกำเนิดนั้น ดวงอาทิตย์จะปลดปล่อยลมสุริยะซึ่งพัดพาแก๊สส่วนมากออกไปไกลจากดวงอาทิตย์ ด้วยเหตุนี้ดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลจากดวงอาทิตย์จึงมีขนาดและมวลมากกว่าดาวเคราะห์ที่เหมือนโลกมาก เรามักจะเรียกดาวเคราะห์ขนาดใหญ่เหล่านี้ว่า "ดาวเคราะห์ยักษ์ (Giant planets)" ซึ่งมีดาวพฤหัส ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน

อ้างอิง

-     Jeffrey Bennett, Megan Donahue, Nicholas Schneider and Mark Voit, The essential COSMIC PERSPECTIVE, 3rd edition, Addison Wesley, USA, 2005

-     John A. Wood, The Solar System, 2nd edition, Prentice-Hall, Inc., USA, 2000