นาย ภาณุวัฒน์ เอกธรรมสุทธิ์ 48400813 เทคโนโลยีพลังงาน

The Future of Sun

วิวัฒนาการของดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์มีความเป็นไปอย่างไร? Sackmann, Boothroyd, & Kraemer (1993), paper in the Astrophysical Journal (1993, Vol. 418, 457): โปรแกรมการวิวัฒนาการสถานะของดาว แบบจำลองรายละเอียดโครงสร้างของดวงดาว การสูญเสียมวลของดวงอาทิตย์ แบบจำลองตามข้อมูลเหล่านี้สามารถแกะรอยการวิวัฒนาการของดวง อาทิตย์ได้

ดวงอาทิตย์ในปัจจุบัน คุณสมบัติ: อายุ = 4.55 พันล้านปี มวล = 1 M sun = 1.99x1033 กรัม รัศมี= 1 R sun = 700,000 กิโลเมตร ความสว่าง = 1 L sun = 3.83x1026 วัตต์ อุณหภูมิ = 5779 เคลวิน ประมาณร้อยละ50ของไฮโดรเจนหลอมเป็นฮีเลียมที่ใจกลาง

"ค่อยๆเติบโตอย่างเงียบๆ" ดวงอาทิตย์ใช้เวลาประมาณ50ล้านปีในการก่อรูปร่างและเข้าไปอยู่ในแถบลำดับหลัก(Main Sequence) เมื่อประมาณ 4,500 ล้านปีที่ผ่านมา ความสว่าง 0.70 L sun รัศมี 0.897 R sun อุณหภูมิ 5586 เคลวิน กระบวนการหลอมไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมที่ใจกลางดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่อง ช้าๆ และค่อยๆร้อนขึ้นพร้อมกับค่อยๆสว่างขึ้นด้วย

วัยกลางชีวิตของดวงอาทิตย์ที่ก่อวิกฤตกาลสำหรับโลก 5.6 พันล้านปี (1.1 พันล้านปีจากปัจจุบัน): ดวงอาทิตย์ สว่างขึ้นประมาณ 10% : ~1.1 L sun เป็นสาเหตุให้โลกร้อนและไอน้ำก็ระเหยสู่เบื้องบนบรรยากาศ 9 พันล้านปี (3.5 พันล้านปีจากปัจจุบัน): ดวงอาทิตย์สว่างขึ้นประมาณ 40%: ~1.4 L sun มหาสมุทรจะระเหยไอน้ำสู่บรรยากาศจากปรากฏการณ์โลกร้อน: โลกจะมีสภาพเหมือนดาวศุกร์ในทุกวันนี้.

สิ้นสุดของช่วงชีวิตแถบลำดับหลัก 11 พันล้านปี ไฮโดรเจนถูกใช้หมดที่ใจกลาง แกนฮีเลียมเฉื่อยเริ่มยุบลง ไฮโดรเจนที่ถูหลอมเคลื่อนไปยังชั้นด้านนอก อุณหภูมิ = 5517 เคลวิน รัศมี = 1.575 R sun ความสว่าง = 2.21 L sun ดวงอาทิตย์ออกจากแถบลำดับหลัก

"เข้าสู่ดวงอาทิตย์วัยชรา" 700ล้านปีถัดไป: ดวงอาทิตย์สว่างขึ้นจนถึงค่า L ~2.2 L sun ไปยังฐานของกิ่งเรดไจแอนท์ ขนาดของดวงอาทิตย์พองขึ้น จาก 1.58 R sun ไปเป็น 2.3 R sun อุณหภูมิเย็นลงจาก 5517 เคลวิน เป็น 4902 เคลวิน การสูญเสียมวลที่ปล่อยออกไปในปรากฏการณ์ลมดวงดาวเริ่มช้าลง: โดยลมนี้เป็นตัวนำดวงอาทิตย์ให้เข้าสู่ฐานของกิ่งเรดไจแอนท์

"เข้าสู่ดวงอาทิตย์วัยชรา" การขึ้นสู่กิ่งดาวยักษ์แดงใช้เวลาประมาณ600ล้านปีในการเข้าสู่ กิ่งเรดไจแอนท์ สูญเสียมวลไป 28 % ในลมดวงดาวอันหนักหน่วง เป็นสาเหตุให้ดาวเคราะห์เคลื่อนที่ถอยออกไป ดาวศุกร์อยู่ที่ประมาณ 1 หน่วยดาราศาสตร์(AU), ส่วนโลกอยู่ที่ประมาณ 1.4 หน่วยดาราศาสตร์

"เข้าสู่ดวงอาทิตย์วัยชรา" ที่ตำแหน่งสูงสุดของกิ่งเรดไจแอนท์ก่อนเกิดการวาบของฮีเลียมหรือ Helium Flash: อุณหภูมิ = 3107 เคลวิน (เรียกว่าดาว M0 III ) ความสว่าง = 2350 L sun รัศมี = 166 R sun (0.775 AU) และกลืนกินท่วมทับดาวพุธ

การวาบของฮีเลียม การวาบของฮีเลียมเกิดขึ้นที่ตำแหน่งสูงสุดของกิ่งเรดไจแอนท์: แกนฮีเลียมหลอมไปเป็นคาร์บอนและออกซิเจนอะตอม ส่วนไฮโดรเจนนั้นหลอมรวมอยู่ที่ผิวชั้นนอก และใช้เวลา1ล้านปีเคลื่อนลงมาที่กิ่งฮอริซันทอล ดวงอาทิตย์หดตัวอย่างรวดเร็ว R=9.5 R sun อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 4724 K ความสว่างลดลงเป็น 41 L sun

กิ่งฮอริซันทอล ฮีเลียมหลอมรวมเป็นคาร์บอนและออกซิเจนที่แกนกลางใช้เวลา ประมาณ 100ล้านปี: ชั้นฮีเลียมเริ่มเคลื่อนออกไป แกนคาร์บอน-ออกซิเจนหดตัวและร้อนขึ้น ดาวพองตัวขึ้นเล็กน้อยและสว่างขึ้น รัศมี = 18 R sun อุณหภูมิ = 4450 เคลวิน ความสว่าง = 110 L sun

การขึ้นสู่กิ่งอะซิมพโทติกไจแอนท์ ใช้เวลาประมาณ 20 ล้านปี แกนคาร์บอน-ไฮโดรเจนยุบตัวลง ฮีเลียมและไฮโดรเจนเลื่อนไปหลอมอยู่ที่ชั้นนอก ดาวพองขยายตัว อุณหภูมิเย็นลงและสว่างขึ้น: รัศมี = 180 R sun (0.84 AU) อุณหภูมิ = 3160 เคลวิน ความสว่าง = 3000 L sun

การสูญเสียมวลในสถานะกิ่งอะซิมโทติกไจแอนท์ การขึ้นสู่กิ่งอะซิมโทติกไจแอนท์นั้นเกิดขึ้นพร้อมกับการสูญเสียมวลใน รูปแบบของลมดวงดาว: มวลของดวงอาทิตย์ลดลงเหลือ 0.6 M sun ดาวเคราะห์ยังคงเคลื่อนออกไป: ดาวศุกร์อยู่ที่ 1.22 AU โลกอยู่ที่ 1.69 AU ใกล้จุดสูงสุดของกิ่ง: การสั่นขยายของความร้อนเริ่มต้นขึ้น

การปลดปล่อยที่ผิวนอก ที่จุดสูงสุดของกิงอะซิมโทติกไจแอนท์ ความร้อนที่ไม่สมดุลเริ่มปล่อย คลื่นความร้อนในชั้นหลอมฮีเลียม: แบบจำลองทำนายว่าจะมี 4 คลื่นทุกๆ 100,000 ปี ดาวขยายตัวจนถึง 213 R sun (~1 AU) คลื่นพลังงานสูงสุดคือครั้งที่ 4 ด้วยความสว่าง L ประมาณ 5200 L sun คลื่นจะถูกปลดปล่อยออกมามากที่ผิวนอก การสูญเสียมวลในการปลดปล่อยคลื่นนั้นจะเคลื่อนดาวเคราะห์ออกไป

ช่วงพลาเน็ตทารีเนบิวล่า(Planetary Nebula) หลังคลื่นกระแทกลูกสุดท้ายที่ผิวถูกพัดออกไปในช่วงเวลา100,000 ปี อุณหภูมิเพิ่มจาก 4,000 เคลวินไปยัง 120,000 เคลวิน ความสว่างคงที่ที่ประมาณ 3500 L sun อนุภาคแสงยูวีจากแกนกลางจะแตกตัวและปลดปล่อยแก๊สที่ผิวห่อหุ้ม เพื่อสร้างรูปแบบของพลาเน็ตทารีเนบิวล่า

รูปแบบสัณฐานสุดท้าย แกนกลางตอนนี้มีมวลประมาณ 0.54 M sun อุณหภูมิค่อยๆเย็นลง อย่างช้าๆเป็นดาวแคระขาว( White Dwarf )และมีรัศมีประมาณรัศมี โลกในปัจจุบัน ในตอนนี้การสูญเสียมวลก็สิ้นสุดลงและดาวเคราะห์ยังคงวางตัวอยู่ในวงโคจรของพวกมัน ดาวศุกร์อยู่ที่ 1.34 AU โลกอยู่ที่ 1.85 AU ดาวอังคารอยู่ที่ 2.8 AU

สรุป 7 ยุคของดวงอาทิตย์ 1 M sun Main-Sequence Star: 11 Gyr Red Giant Branch Ascent: 1.3 Gyr Horizontal Branch: 100 Myr Asymptotic Giant Branch Ascent: 20 Myr Thermal Pulse Phase: 400,000 yr Envelope Ejection: < 100,000 yr 0.54 M sun White Dwarf: …

Referent Sackmann, Boothroyd, & Kraemer (1993), paper in the Astrophysical Journal (1993, Vol. 418, 457) Copyright ฉ 1997, Richard W. Pogge., Reserved. A public lecture given on 1997 June 12 at the Perkins Observatory in Delaware, Ohio, as part of the 1997 New Vistas inAstronomy lecture series. http://www.schoolsobservatory.org.uk The National Schools' Observatory (NSO) offers UK schools

The End Thank you