หน่วยการเรียนรู้ที่ 4 เอกภพ Univers

ความหมายของเอกภพ เอกภพ(Universe) หมายถึง ระบบรวมของดาราจักรที่มีอาณาเขตกว้างใหญ่ ไพศาลมาก เชื่อกันว่าในเอกภพมีดาราจักรรวมอยู่ประมาณ 10,000,000,000 ดาราจักร(หมื่นล้านดาราจักร) ในแต่ละดาราจักรจะประกอบด้วยระบบ ของดาวฤกษ์(Stars) กระจุกดาว (Star clusters) เนบิวลา (Nebulae) หรือ หมอกเพลิง ฝุ่นธุลีคอสมิก (Cosmic dust) ก๊าซ และที่ว่างรวมกันอยู่

ความเป็นมาของเอกภพ นักปราชญ์ในสมัยก่อนมีความเชื่อเกี่ยวกับเอกภพโดยเชื่อว่ามี ความสัมพันธ์กับศาสนา จึงมีการสร้างแบบจำลองของเอกภพเป็น 2 ส่วน โดยจินตนาการด้วยการใช้โดมแบ่งเอกภพด้านนอกเป็นโลกของเทพและ ด้านในเป็นโลกของมนุษย์ และหลังจากคริสต์ศตวรรษที่ 17 เป็นต้นมา ความรู้ทางดาราศาสตร์ได้พัฒนาขึ้นจากการสังเกต การเก็บรวบรวมข้อมูล ของนักดาราศาสตร์ อุปกรณ์ที่ใช้ในการสังเกตดาราศาสตร์ ซึ่งแต่เดิม แนวคิดส่วนใหญ่มาจากการจินตนาการ และการคาดเดาก็ปรากฏชัดขึ้นบน พื้นฐานของดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์

กำเนิดเอกภพ การกำเนิดเอกภพไม่มีใครรู้ว่ากำเนิดมาตั้งแต่เมื่อใดและเริ่มจากอะไร จนกระทั่งศตวรรษที่ 20 หรือ ค.ศ.1927 ได้มีทฤษฎีใช้อธิบายการกำเนิดและความเป็นมาของเอกภพที่มีความชัดเจนและน่าเชื่อถือมากยิ่งขึ้น คือ ทฤษฎีการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ หรือ BigBang ทฤษฎีนี้ทำให้เอกภพมีการขยายตัวออก ซึ่งทฤษฎีนี้กล่าวว่า ก่อนการเกิด BigBang เอกภพเป็นพลังงานล้วน ๆ ซึ่งแสดงออกโดยอุณหภูมิที่สูงยิ่ง จุด BigBang เป็นจุดที่พลังงานเริ่มเปลี่ยนเป็นสสารครั้งแรก เป็นจุดเริ่มต้นนของเวลาและเอกภพ

กำเนิดเอกภพ เอกภพเริ่มต้นเมื่อ 15,000 ล้านปีมาแล้วประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนแสนล้านกาแล็กซีระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่กว้างไกล เอกภพจึงมีขนาดใหญ่มาก โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 13,700 – 15,000 ล้านปีแสง และมีอายุประมาณ 13,700 – 15,000 ล้านปี ภายในกาแล็กซีประกอบด้วย ดาวฤกษ์ รวมทั้งแหล่งกำเนิดดาวฤกษ์ เรียกว่า เนบิวลา (Nebula) ซึ่งโลกของเราเป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกหนึ่งของกาแล็กซี

วิวัฒนาการของเอกภพ เริ่มมาจากปริมาตรที่เล็กมากๆแต่มีสสารอยู่อย่าง อัดแน่น และมีการระเบิดออกอย่างรุนแรง ทำให้ปริมาตรเล็กๆ นั้นขยายตัวออกมาเป็นเอกภพดังเช่นในปัจจุบัน มี ดังนี้ขณะเกิด Bigbang มีสสารเกิดขึ้นในรูปของอนุภาคพื้นฐาน ชื่อ ควาร์ก ( Quark) อิเล็กตรอน ( Electron) นิวทริโน และโฟตอน (Photon) เมื่อเกิดอนุภาคก็มีการเกิดปฏิอนุภาค ที่มีประจุไฟฟ้าตรงข้าม ยกเว้น นิวทริโน และแอนตินิวทริโนไม่มีประจุไฟฟ้า เมื่อปฏิภาคกับอนุภาครวมกันเนื้อสารเกิดเป็นพลังงาน หากอนุภาคเท่ากับปฏิภาคพอดี รวมกันจะไม่เกิดกาแล็กซี ดาวฤกษ์ และระบบสุริยะ

หลังเกิด Bigbang เพียง 10 -6 วินาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นสิบล้านล้านเควิน ควาร์กเกิดการรวมตัว กลายเป็นโปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน) ซึ่งมี ประจุไฟฟ้าบวก 1 หน่วยและนิวตรอนซึ่งเป็นกลาง

หลังเกิด Bigbang 3 นาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็นร้อยล้านเคลวิน ทำให้โปรตอนและนิวตรอนเกิดการรวมตัวเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม ในช่วงแรก ๆ ทำให้เอกภพขยายตัวเร็วมาก

หลังเกิด Bigbang 300,000 ปี อุณหภูมิลดลงเหลือ 10,000 เคลวิน นิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียมดึงอิเล็กตรอนเข้ามาสู่วงโคจร เกิดเป็นอะตอมไฮโดรเจนและฮีเลียม

กาแล็กซีต่างๆเกิด Bigbang อย่างน้อย 1,000 ปี ภายในกาแล็กซีมีธาตุไฮโดรเจน และฮีเลียมเป็นสารเบื้องต้น ทำให้เกิดเป็นดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ ส่วนธาตุที่มีนิวเคลียสใหญ่กว่าคาร์บอนเกิดจากดาวฤกษ์ขนาดใหญ่

บิกแบงและวิวัฒนาการของเอกภพ

ข้อสังเกตที่สนับสนุน Bigbang ประการที่ 1: การขยายตัวของเอกภพ ค.ศ. 1920 เอ็ดวิน พี. ฮับเบิล นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษพบว่า กาแล็กซีที่เคลื่อนที่ห่างออกไปด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามระยะทาง กาแล็กซีที่อยู่ไกลยิ่งเคลื่อนที่ห่างออกไปเร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้ นั่นคือ เอกภพกำลังขยายตัว ทำให้นักดาราศาสตร์คำนวณอายุของเอกภพได้

การเคลื่อนที่ของกาแล็กซี

ข้อสังเกตที่สนับสนุน Bigbang ประการที่ 2 :อุณหภูมิพื้นหลังของอวกาศหรือหรือ อุณหภูมิของเอภพเท่ากับ 2.73 เคลวิน เป็นการค้นพบโดยบังเอิญของนักวิทยาศาสตร์ 2 คน คือ อาร์โน เพนเซียส และโรเบิร์ต วิลสัน ทดลองระบบเครื่องสัญญาณของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ปรากฏว่ามีสัญญาณรบกวน ตลอดเวลา ทั้งกลางวัน กลางคืน หรือฤดูต่างๆ ต่อมาจึงทราบว่าเป็นสัญญาณที่เหลืออยู่ในอวกาศ เทียบกับการแผ่รังสีของวัตถุดำที่มีอุณภูมิ 3 เคลวิน โรเบิร์ต ดิกกี พี.เจ.อี.พีเบิลส์ เดวิด โรลล์ และเดวิด วิลคินสัน ได้ทำนายว่าการแผ่รังสีจากบิกแบงที่เหลืออยู่น่าจะตรวจสอบได้โดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุ

กาแล็กซี

ความหมายของกาแล็กซี กาแล็กซี คือ อาณาจักรหรือระบบของดาวฤกษ์จำนวนนับแสนล้านดวง อยู่รวมกันด้วยแรงโน้มถ่วงระหว่างดวงดาวกับหลุมดำที่มีมวลมหาศาล ซึ่งอยู่ ณ ศูนย์กลางของกาแล็กซี โดยมีเนบิวลาซึ่งเป็นกลุ่มแก๊สและฝุ่นละอองที่เกาะอยู่ในที่ว่างบางแห่งระหว่าดาวฤกษ์

กำเนิดกาแล็กซี กาแล็กซีกำเนิดขึ้นหลังจากบิกแบง 1,000 ล้านปีเกิดจากกลุ่มแก๊สซึ่งยึดเหนี่ยวด้วยแรงโน้มถ่วงแยกเป็นกลุ่มๆ แต่ละกลุ่มก่อกำเนิดเป็นดาวฤกษ์จำนวนมากซึ่งเป็นสมาชิกของกาแล็กซี กาแล็กซีที่ระบบสุริยะสังกัดอยู่ คือ กาแล็กซีทางช้างเผือก นอกจากนี้ยังมีกาแล็กซีอื่น ๆ ได้แก่ กาแล็กซีเอนโดรเมดา กาแล็กซีแมกเจลแลนใหญ่ และกาแล็กซีแมกเจลแลนเล็ก

ค.ศ. 1936 เอ็ดวิน พี ฮับเบิล ได้เสนอทฤษฎีวิวัฒนาการของกาแล็กซี โดยได้พยายามลำดับกาแลกซีที่มีความซับซ้อนน้อยไปยังกาแลกซีที่มีความซับซ้อนมาก ได้เขียนเป็นแผนภาพ ได้ขนานนามว่า แผนภาพส้อมเสียง ของฮับเบิล ( Hubble Tunging Fork)

แผนภาพกาแล็กซี่ตามรูปร่างพื้นฐาน แบบกังหันธรรมดา Sa Sb Sc แบบรีรูปไข่ แบบกังหันมีแกน

1. กาแล็กซีชนิดกังหัน หรือกาแล็กซี่ก้นหอย ( Spiral Galaxy ) กาแล็กซีแบ่งป็น 4 ชนิด 1. กาแล็กซีชนิดกังหัน หรือกาแล็กซี่ก้นหอย ( Spiral Galaxy ) ลักษณะ - บริเวณกลางจะสว่าง เนื่องจากมีกลุ่มดาวอยู่มาก แกนกลางออกเป็นวงแขน 2 วงแขน คล้ายใบพัดของกังหันโค้งออกจากแกนกลาง ตัวย่อ S นักดาราศาสตร์ใช้อักษร a , b และ c ตามหลังอักษร s เช่น แขนที่เหวี่ยงออกมาใกล้ชิดกับทรงกลมบริเวณแกนกลางมากน้อยแค่ไหน เช่น เขียนไว้ว่า Sa แสดงว่าแขนที่เหวี่ยงออกมาอยู่ห่างจากวงกลมบริเวณแขนกลางไม่มากนัก

กาแล็กซีชนิดกังหัน

2. กาแล็กซีรี ( elliptical galaxy) มีรูปร่างแบบกลมรี ซึ่งบางกาแล็กซีอาจกลมมาก บางกาแล็กซีอาจรีมาก  นักดาราศาสตร์ให้ความเห็น กาแล็กซีประเภทนี้จะมีรูปแบบกลมรีมากน้อยเพียงใดนั้นขึ้นอยู่กับอัตราการหมุนของกาแล็กซี ถ้าหมุนเร็วกาแล็กซีจะมีรูปแบบยาวรีมาก

กาแล็กซีรี

3. กาแล็กซี่ก้นหอยคาน (Barred Spiral Galaxy) ลักษณะ คล้ายคลึงกับกาแล็กซี่ก้นหอย แต่ตรงกลางมีลักษณะเป็นคาน และมี แขนแบบกาแล็กซี่ก้นหอยต่อออกมาจาก ปลายคานทั้งสองหรือเรียก อีกชื่อว่า กาแล็กซี่กังหันแบบมีแกน มีอัตราหมุนรอบตัวเองเร็วกว่า กาแล็กซี่ทุกประเภท

กาแล็กซี่ก้นหอยคาน

4. กาแล็กซีไร้รูปทรง หรือไม่มีรูปแบบ ( Irr , Irregular galaxies) ไม่สามารถจัดเข้ากับกาแล็กซีใดได้เลย ไม่มีรูปแบบไร้รูปทรง มีขนาดเล็กจึงสว่างน้อย พบเห็นได้น้อย เช่น กาแลกซีแมกเจลแลนเล็ก และกาแลกซีแมกเจลแลนใหญ่ ห่างจากทางช้างเผือก 200,000 ปีแสง

กาแล็กซีไร้รูปทรง หรือไม่มีรูปแบบ

กาแล็กซีทางช้างเผือก กาแล็กซีทางช้างเผือก คือ ดาวฤกษ์จำนวนมากที่อยู่ไปทางเดียวกันโดยห่างจากโลกต่างกันนักดาราศาสตร์ทราบรูปร่างของทางช้างเผือก โดยศึกษาจากดาวฤกษ์ที่อยู่ในกาแล็กซี เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 14,000 ล้านปีมาแล้ว จากกลุ่มแก๊สขนาดใหญ่

การสังเกตทางช้างเผือก การสังเกตทางช้างเผือก จะสังเกตได้ จะมีดาวฤกษ์บริเวณทางช้างเผือกและ ใกล้เคียง ด้านซ้ายมือจะสังเกตเห็น กลุ่มดาวนายพราน ขวามือบนของกลุ่ม ดาวนายพราน คือ กลุ่มดาววัว ซึ่งมี ดาวลูกไก่อยู่ในกลุ่มนี้ด้วย ด้านซ้ายมือ จะเห็นกาแล็กซีแอนโรเมดา เหนือ กาแล็กซีแอนโดรเมดา คือ กลุ่มดาว ค้างคาว

ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ อยู่ในกาแล็กซีทางช้างเผือก โดยระบบสุริยะอยู่ที่แขนของกาแล็กซีด้านกลุ่มดาวนายพราน อยู่ห่างจากศูนย์กลางกาแล็กซีประมาณ 30,000 ปีแสง ดังนั้น กาแล็กซีทางช้างเผือกจึงมีขนาดใหญ่ มีรูปร่างคล้ายกังหัน มีบริเวณกลางสว่าง มีแขนโค้งรอบนอกหลายแขน ระยะขอบหนึ่งผ่านจุดศูนย์กลางไปยังขอบหนึ่งยาว 100,000 ปีแสง ถ้ามองจากด้านบน จะเห็นเมือกังหัน แต่ดูจากด้านข้างจะคล้ายเลนส์นูนหรือจานข้าวประกบกัน

กาลแล็กซีเพื่อนบ้าน 1. กาแล็กซีแมกเจลแลนใหญ่ : อยู่ห่างจากกาแล็กซีทางช้างเผือก ออกไปประมาณ 163,000 ปีแสง

กาแล็กซีเพื่อนบ้าน 2. กาแล็กซีแมกเจลแลนเล็ก อยู่ห่างจากกาแล็กซีทางช้างเผือกประมาณ 196,000 ปีแสง ทั้งกาแล็กซีแมกเจลแลนใหญ่ กาแล็กซีแมกเจลแลนเล็ก เป็นชื่อที่ตั้งเป็นเกียรติแก่ เฟอร์ดินานด์ แมกเจลแลน นักสำรวจชาวโปรตุเกส กาแล็กซีทั้งสองมีลักษณะคล้ายเมฆ จัดเป็นกาแล็กซีที่ไร้รูปร่าง อยู่ทางขอบฟ้าทางทิศใต้

กาแล็กซี

3. กาแล็กซีแอนโดรเมดา กาแล็กซีเพื่อนบ้าน เส้นผ่าศูนย์กลาง 10 5 ปีแสง มีรูปร่างคล้ายก้นหอยหรือกังหัน เส้นผ่าศูนย์กลาง 10 5 ปีแสง มีดาวฤกษ์รวมกันอยู่ 400,000 ล้านดวง กาแล็กซีแอนโรเมดามีลักษณะกลมขาวมัวๆใจกลางเป็นดาวสีแดง และดาว ที่มีอายุมาก บริเวณมีเนบิวลา สว่าง กลุ่มแก๊สและฝุ่น กระจุกดาวทรงกลมประกอบด้วยดาวสีน้ำเงิน

กาแล็กซีแอนโดรเมดา

ประเภทของกาแล็กซี 1.กาแล็กซีกลมรีแบบรูปไข่ นักดาราศาสตร์แบ่งกาแล็กซีเป็น 4 ประเภท คือ 1.กาแล็กซีกลมรีแบบรูปไข่ - มีรูปร่างหลายแบบตั้งแต่เป็นจานจนถึงกลมรี - รูปร่างของกาแล็กซีแบนมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับการหมุนรอบ ตัวเอง - ถ้าหมุนช้ารูปร่างกลม ถ้าหมุนเร็วรูปร่างแบน

กาแล็กซีกลมรีแบบรูปไข่

2. กาแล็กซีก้นหอยหรือแบบกังหันธรรมดา - รูปทรงเป็นจานแบน ตรงกลางมีส่วนโป่ง มีดาวเป็นจำนวนมาก มีลักษณะตรงกลางสว่างและมีแขนกังหัน แยกเป็น 3 ระดับ - จุดกลางสว่าง มีความหนาแน่นมาก มีแขนหลายแขน ใกล้ชิดกับศูนย์กลาง รูปร่างชัดเจน เรียกว่า สไปรัลเอสเอ - จุดศูนย์กลางไม่สว่างมาก มีแขนหลวม ๆขยายออกเล็กน้อย เรียกว่า สไปรัลเอสบี เช่น กาแล็กซีทางช้างเผือก และกาแล็กซีทางช้างเผือก - จุดกลางไม่เดนชัด ความสว่างและความหนาแน่นกระจายไปทั่วศูนย์กลาง มีแขนกระจายชัดเจน เรียกว่า สไปรัลเอสซี

กาแล็กซีก้นหอยหรือแบบกังหันธรรมดา

3. กาแล็กซีก้นหอยคานหรือกังหันมีแกนหรือกังหันบาร์หรือบาร์สไปรัล เป็นกาแล็กซีที่แกนหรือคาน เป็นศูนย์กลางและแกนสว่าง มีแขนที่อยู่ปลายทั้ง 2 ข้าง แขนที่ต่อออกไปเป็นกังหัน แบ่งเป็น 3 ระดับ - แกนกลางสว่างชัดเจน มีคามหนาแน่นมาก แขนใกล้ชิดศูนย์กลาง การกระจายของแขนน้อย เรียกว่า เอสบีเอ - แกนกลางไม่สว่างมาก มีแขนหลวมๆขยายออกเล็กน้อย เรียกว่า เอสบีบี - แกนกลางไม่ชัด มีแขนหลวมๆที่แยกจากกันชัดเจน เรียกว่า เอสบีซี

กาแล็กซีก้นหอยคานหรือกังหันมีแกนหรือกังหันบาร์หรือบาร์สไปรัล

4. กาแล็กซีไร้รูปร่าง ไม่มีแกนกลาง ไม่มีแขนที่โค้งเป็นก้นหอย ไม่มีระนาบของความสมมาตร เช่น กาแล็กซีแมกเจลแลนใหญ่ กาแล็กซีแมเจลแลนเล็ก ที่มองเห็นด้วยตาเปล่าทางซีกโลกใต้

THE END