กาแล็กซีทางช้างเผือก
กาแล็กซี (Galaxy) หรือ ดาราจักร หมายถึง อาณาจักรของดาว กาแล็กซีหนึ่งๆ ประกอบด้วยก๊าซ ฝุ่น และดาวฤกษ์หลายพันล้านดวง กาแล็กซีมีขนาดใหญ่หมื่นล้านถึงแสนล้านปีแสง “ทางช้างเผือก” เป็นกาแล็กซีของเรามีขนาดประมาณหนึ่งแสนปีแสง เนื่องจากโลกของเราอยู่ภายในทางช้างเผือก (ภาพที่ 1) การศึกษาโครงสร้างของทางช้างเผือก จำต้องศึกษาจากภายในออกมา การศึกษากาแล็กซีอื่นๆ จึงช่วยให้เราเข้าใจกาแล็กซีของตัวเองมากขึ้น
แต่โบราณมนุษย์เข้าใจว่า ทางช้างเผือกเป็นปรากฏการณ์ภายในบรรยากาศโลกเช่นเดียวกับเมฆ หมอก รุ้งกินน้ำ จนกระทั่งคริสต์ศตวรรษที่ 18 ได้มีการสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่จึงทราบว่า ทางช้างเผือกประกอบด้วยดวงดาวมากมาย เซอร์ วิลเลียม เฮอร์เชล (ผู้ค้นพบดาวยูเรนัส) ทำการสำรวจความหนาแน่นของดาวบนท้องฟ้าและให้ความเห็นว่า ดวงอาทิตย์อยู่ตรงใจกลางของทางช้างเผือก ศตวรรษต่อมา ฮาร์โลว์ แชพลีย์ ทำการวัดระยะทางของ กระจุกดาวทรงกลมซึ่งห่อหุ้มกาแล็กซี โดยใช้ความสัมพันธ์คาบ-กำลังส่องสว่างของดาวแปรแสงแบบ RR Lyrae ที่อยู่ในกระจุกดาวทรงกลมทั้งหลาย เขาพบว่ากระจุกดาวเหล่านี้อยู่ห่างจากโลกนับหมื่นปีแสง รอบล้อมส่วนป่องของกาแล็กซี ดังนั้นดวงอาทิตย์ไม่น่าจะอยู่ตรงใจกลางของทางช้างเผือก
กาแล็กซีทางช้างเผือก (The Milky Way Galaxy) เป็นกาแล็กซีแบบกังหัน มีดาวประมาณแสนล้านดวง มวลรวมประมาณ 9 หมื่นล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ แบ่งเป็น 3 ส่วน ดังนี้
1.จาน (Disk) ประกอบด้วยแขนของกาแล็กซี มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100,000 ปีแสง หนาประมาณ 1,000 – 2,000 ปีแสง มีดาวฤกษ์ประมาณ 400,000 ล้านดวง องค์ประกอบหลักเป็นฝุ่น ก๊าซ และประชากรดาวประเภทหนึ่ง (Population I) ซึ่งมีสเปคตรัมของโลหะอยู่มาก
2.ส่วนโป่ง (Bulge) คือบริเวณใจกลางของกาแล็กซี มีขนาดประมาณ 6,000 ปีแสง มีฝุ่นและก๊าซเพียงเล็กน้อย องค์ประกอบหลัก เป็นประชากรดาวประเภทหนึ่งที่เก่าแก่ และประชากรดาวประเภทสอง (Population II) ซึ่งเป็นดาวเก่าแก่แต่มีโลหะเพียงเล็กน้อย
3.เฮโล (Halo) อยู่ล้อมรอบส่วนโป่งของกาแล็กซี มีองค์ประกอบหลักเป็น “กระจุกดาวทรงกลม” (Global Cluster) จำนวนมาก แต่ละกระจุกประกอบด้วยดาวฤกษ์นับล้านดวง ล้วนเป็นประชากรดาวประเภทสอง นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่า กระจุกดาวทรงกลมเป็นโครงสร้างเก่าของกาแล็กซี เพราะมันโคจรขึ้นลงผ่านส่วนโป่งของกาแล็กซี
การศึกษาทางช้างเผือกทำจากด้านในออกไป จึงยากที่จะเข้าใจภาพรวมว่า กาแล็กซีของเรามีรูปร่างหน้าตาอย่างไร ประกอบกับระนาบของทางช้างเผือกหนาแน่นไปด้วยดาว ฝุ่น และก๊าซ เป็นอุปสรรคกีดขวางการสังเกตการณ์ว่า อีกด้านหนึ่งของกาแล็กซีเป็นอย่างไร อุปกรณ์ที่ใช้ศึกษาโครงสร้างของกาแล็กซีได้ดีที่สุดก็คือ กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด (ภาพที่ 3) เพราะว่าใช้คลื่นยาวซึ่งสามารถเดินทางผ่านกลุ่มก๊าซและฝุ่นได้
ปัจจุบันเชื่อกันว่า ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากศูนย์กลางของกาแล็กซีประมาณ 30,000 ปีแสง และหมุนรอบศูนย์กลางไปตามแขนนายพราน ด้วยความเร็ว 220 km ต่อวินาที หนึ่งรอบใช้เวลา 240 ล้านปี ดวงอาทิตย์มีอายุ 4,600 ล้านปี จึงโคจรรอบกาแล็กซีมาแล้วเกือบ 20 รอบ นักดาราศาสตร์ใช้กฎเคปเลอร์ข้อที่ 3 คำนวณหามวลรวมของทางช้างเผือกภายในวงโคจรของดวงอาทิตย์ได้ 9 x 1010 เท่าของดวงอาทิตย์ จากนั้นทำการตรวจวัดมวลของกาแล็กซีด้านนอกของวงโคจรดวงอาทิตย์เพิ่มเติม
โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุ พบว่า มวลทั้งหมดของกาแล็กซีทางช้างเผือกควรจะเป็น 6 x 1011 เท่าของดวงอาทิตย์ ในจำนวนนี้เป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ ก๊าซ และฝุ่น ที่สังเกตได้โดยตรงด้วยแสงเพียง 10% ฉะนั้นมวลสารส่วนใหญ่ของกาแล็กซีอีก 90% เป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้ซึ่งอาจจะเป็น หลุมดำขนาดเล็ก ดาวที่เย็นมาก หรืออนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก นักดาราศาสตร์จึงเรียกวัตถุเหล่านี้โดยรวมว่า “สสารมืด” (Dark Matter)
แขนกังหันของกาแล็กซีทางช้างเผือกประกอบด้วย ฝุ่น ก๊าซ และดาวอายุน้อยอุณหภูมิสูง สเปกตรัม O และ B ซึ่งทำให้มองดูสว่างเป็นสีน้ำเงินกว่าบริเวณโดยรอบ แขนกังหันของมันทำหน้าที่เหมือนไม้กวาด ปัดรวบรวม ดาว ฝุ่น และก๊าซ ไว้ด้วยกัน ทำให้เกิดคลื่นความหนาแน่น กระตุ้นให้เกิดการก่อตัวของดาวดวงใหม่
กาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way) เป็นกาแล็กซีที่พวกเราอาศัยอยู่ แต่เนื่องจากดวงอาทิตย์ก็อยู่ภายในกาแล็กซี่แห่งนี้ เราจึงไม่สามารถมองเห็นได้ว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกมีรูปร่างเป็นอย่างไร สิ่งที่เราเห็นได้คือแถบขาวจางๆที่เหยียดตัวพาดผ่านท้องฟ้ายามค่ำคืน ชื่อ Milky Way มาจากคำว่า Via Lactea ในภาษาละติน ซึ่งแปลตรงตัวว่า “ทางน้ำนม” เมื่อเราสำรวจแถบนี้อย่างละเอียดแล้ว จะพบว่าแถบทางช้างเผือกประกอบไปด้วยดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างไกลนับพันล้านดวง แต่แสงจากดาวฤกษ์เหล่านี้ส่วนใหญ่ ถูกลดทอนด้วยฝุ่นแก๊สที่อยู่ในระนาบของกาแล็กซี
ผลจากการสังเกตการณ์บ่งชี้ว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นกาแล็กซีแบบกังหันมีคาน ที่มีดาวฤกษ์อยู่อย่างน้อย 2 แสนล้านดวง มีเส้นผ่านศูนย์กลางราว 100,000 ปีแสง และมีความหนาเฉลี่ยประมาณ 1,000 ปีแสง ดวงอาทิตย์จะอยู่ในบริเวณค่อนข้างมืดมิด (มีดาวฤกษ์ค่อนข้างน้อย) ที่อยู่ห่างออกไปจากใจกลางกาแล็กซีไปราว 2/3 ของขนาดรัศมีกาแล็กซี
ระนาบของกาแล็กซีทางช้างเผือกเอียงทำมุมราว 60 องศาจากระนาบสุริยวิถี (ระนาบของระบบสุริยะ) ซึ่งใจกลางของกาแล็กซีทางช้างเผือกจะปรากฏอยู่ในทิศทางของกลุ่มดาวคนยิงธนู
ดวงอาทิตย์โคจรรอบใจกลางทางช้างเผือก เช่นเดียวกับโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ โดยอัตราเร็วในการโคจรของดวงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 220 กิโลเมตร/วินาที อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวงโคจรของดวงอาทิตย์รอบใจกลางทางช้างเผือกเป็นระยะทางที่ยาวมาก ดวงอาทิตย์จึงต้องใช้เวลาถึง 225 ล้านปีในการโคจรครบรอบ
ทางช้างเผือก (อังกฤษ: Milky Way) คือดาราจักรที่เป็นที่ตั้งของระบบสุริยะและโลกของเรา ชื่อภาษาอังกฤษของทางช้างเผือก (Milky Way) มาจากคำภาษากรีกว่า γαλαξίας κύκλος (กาลาซิอัส คูคลอส, “วงกลมสีน้ำนม”) โดยเมื่อมองบนท้องฟ้าจะปรากฏเป็นแถบขมุกขมัวคล้ายเมฆของแสงสว่างสีขาว ซึ่งเกิดจากดาวฤกษ์จำนวนมากภายในดาราจักรที่มีรูปร่างเป็นแผ่นจาน แต่เดิมนั้นนักดาราศาสตร์คิดว่าดาราจักรทางช้างเผือกมีลักษณะเป็นดาราจักรชนิดก้นหอยธรรมดา แต่หลังจากผ่านการประเมินครั้งใหม่ในปี พ.ศ. 2548 พบว่าทางช้างเผือกน่าจะเป็นดาราจักรชนิดก้นหอยมีคานเสียมากกว่า. เส้นผ่าศูนย์กลางของดาราจักรทางช้างเผือกมีระยะทางระหว่าง 150,000 ถึง 200,000 ปีแสง และมีจำนวนดาวฤกษ์ประมาณ 1 แสนล้าน ถึง 4 แสนล้านดวง ส่วนที่สว่างที่สุดของทางช้างเผือกอยู่บริเวณกลุ่มดาวคนยิงธนู ซึ่งเป็นทิศทางไปสู่ใจกลางดาราจักร ณ จุดศุนย์กลางของดาราจักรทางช้างเผือกเป็นแหล่งคลื่นวิทยุที่มีความเข้มข้นสูง เรียกว่า ซากิตทาเรียส A โดยจุดที่สัญญาณเข้มข้นที่สุดเรียกว่า ซากิตทาเรียส A* ซึ่งคาดว่าจะเป็นหลุมดำมวลยิ่งยวด ที่มีขนาดมวลราว 4.100 (± 0.034) ล้านเท่าของมวลสุริยะ
ระบบสุริยะอยู่ห่างจากใจกลางดาราจักรออกมาราว 26,490 (± 100) ปีแสง โดยตั้งอยู่ตรงขอบด้านในของแขนนายพราน (Orion Arm) เมื่อเทียบกับเส้นศูนย์สูตรฟ้า ทางช้างเผือกขึ้นไปเหนือสุดที่กลุ่มดาวแคสซิโอเปีย และลงไปใต้สุดบริเวณกลุ่มดาวกางเขนใต้ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าระนาบศูนย์สูตรของโลก ทำมุมเอียงกับระนาบดาราจักรอยู่มาก คนในเมืองใหญ่ไม่มีโอกาสมองเห็นทางช้างเผือกเนื่องจากมลภาวะทางแสงและฝุ่นควันในตัวเมือง แถบชานเมืองและในที่ห่างไกลสามารถมองเห็นทางช้างเผือกได้ แต่บางคนอาจนึกว่าเป็นก้อนเมฆในบรรยากาศ
