สมบัติของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์ที่เรามองเห็นด้วยตาเปล่าเป็นรูปกลุ่มดาว อยู่ห่างจากโลกประมาณ 4 – 1500 ปีแสง นักดาราศาสตร์ทำการศึกษาดาวฤกษ์ได้โดยการวิเคราะห์คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดาวแผ่ออกมา เพื่อให้ได้ทราบสมบัติ ดังนี้

joker123

ระยะห่างของดาว: ใช้กำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์ตรวจวัดมุมแพรัลแลกซ์ เรียกว่า “กระบวนการแอสโตรเมทรี” (Astrometry)
โชติมาตร: บันทึกแสงของดาวด้วย CCD แล้วคำนวณเปรียบเทียบอันดับความสว่าง เรียกว่า
“กระบวนการโฟโตเมทรี” (Photometry)
กำลังส่องสว่าง: แปรผันตรงตามความสว่าง แต่แปรผกผันกับระยะห่างของดาว
สเปกตรัม: แยกแแสงดาวของดาวด้วยสเปกโตรมิเตอร์ เรียกว่า “กระบวนการสเปกโตรสโคปี” (Spectroscopy)
องค์ประกอบทางเคมี: ได้จากการวิเคราะห์เส้นดูดกลืนและเส้นแผ่รังสีของสเปกตรัม
ทิศทางการเคลื่อนที่และความเร็วเชิงเรเดียน: ได้จากการวิเคราะห์ปรากฏการณ์ด็อปเปลอร์
อุณหภูมิ: ได้จากการวิเคราะห์กราฟแสง หาค่าความยาวคลื่นเข้มสุด (λmax) ด้วยกฎการแผ่รังสีของวีน (Wien’s displacement Law)
รัศมีของดาว: ได้จากการแทนค่ากำลังส่องสว่างและอุณหภูมิชองดาว ตามกฏความเข้มพลังงานของสเตฟาน-โบลทซ์มานน์ (Stefan – Boltzmann Law)
มวลของดาว: ได้จากการคำนวณความสัมพันธ์​ระหว่างคาบวงโคจรและระยะห่างระหว่างดาวสองดวงในระบบดาวคู่

สล็อต

ในบทเรียนนี้ จะกล่าวถึงขั้นตอนในการศึกษาคุณสมบัติของดาว โดยอาศัยคุณสมบัติบางประการของแสง ได้แก่ การวัดระยะทางของดาวด้วยวิธีพารัลแล็กซ์ การคำนวณหาความสว่าง กำลังส่องสว่าง แมกนิจูดปรากฏ แมกนิจูดสมบูรณ์ และรัศมีของดาว

การวัดระยะห่างจากโลกถึงดาว ด้วยวิธีพารัลแลกซ์
(ความคิดรวบยอด: ถ้าเราทราบมุมพารัลแลกซ์ของดาว เราจะทราบระยะทางระหว่างโลกถึงดาวดวงนั้น)

หลักการพารัลแลกซ์ (Parallax) คือปรากฏการณ์ที่มองเห็นตำแหน่งของวัตถุเปลี่ยนไปจากตำแหน่ง
เดิม คลิก เพื่อดูภาพเคลื่อนไหว

พารัลแลกซ์ (Parallax) เป็นการวัดระยะห่างระหว่างโลกกับดาวฤกษ์ โดยใช้หลักการของสามเหลี่ยมคล้าย โดยใช้รัศมีวงโคจรโลกรอบดวงอาทิตย์เป็นเส้นฐาน (Base line) ของสามเหลี่ยม ระยะเวลาที่ทำการวัดจะห่างกัน 6 เดือน เพื่อให้โลกโคจรไปอีกด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ ก็จะมองเห็นดาวฤกษ์ที่ต้องการวัด ปรากฏตำแหน่งเปลี่ยนไปเป็นมุมเล็กๆ เมื่อเทียบกับกลุ่มดาวที่อยู่ฉากหลังไกลออกไป

สล็อตออนไลน์

ระยะทางที่ทำให้มุมแพรัลแลกซ์มีค่า 1 อาร์ควินาที (1/3600 องศา) เท่ากับ 1 พาร์เสค “Parsec” ย่อมาจาก Parallax Angle of 1 Arc Second คิดเป็นระยะทางเท่ากับ 206,265 AU หรือ 3.26 ปีแสง (ระยะทาง 1 ปีแสง หมายถึงระยะทางที่แสงเดินทางนาน 1 ปี คิดเป็นระยะทางเท่ากับ 9.5 ล้านล้านกิโลเมตร) อย่างไรก็ตาม หากมุมพารัลแลกซ์เล็กกว่า 0.01 อาร์ควินาที ก็จะขาดความเที่ยงตรง การวัดระยะทางด้วยวิธีพารัลแล็กซ์จึงใช้ได้ไม่เกิน 100 พาร์เซค

สูตรการหาระยะทางด้วยมุมพารัลแลกซ์ d = 1/p

d = ระยะทางถึงดวงดาว (distance) หน่วยเป็นพาร์เสค (pc)
p = มุมพารัลแล็กซ์ (parallax angle) หน่วยเป็นอาร์ควินาที
โดยที่ 1 องศา = 60 อาร์คนาที, 1 อาร์คนาที = 60 อาร์ควินาที

jumboslot

ตัวอย่างที่ 1 : ดาวหัวใจสิงห์ (Regulus) ในกลุ่มดาวสิงโต มีมุมพารัลแลกซ์ 0.04 อาร์ควินาที มีระยะทางห่างจากโลกเท่าไร
d = 1/p = 1/(0.04) อาร์ควินาที
= 25 พาร์เซค
= 25 x 3.26
= 81.5 ปีแสง
การคำนวณหากำลังส่องสว่าง จาก ระยะห่าง และความสว่างปรากฏ
(ความคิดรวบยอด: ถ้าเราทราบระยะห่าง และความสว่างปรากฏ เราจะทราบกำลังส่องสว่างของดาว)

ความสว่าง (Brightness) แปรผกผันกับระยะทางยกกำลังสอง ภาพที่ 2 แสดงให้เห็นว่า ถ้าระยะทาง (d) เพิ่มขึ้นสองเท่า ความสว่าง (b) จะลดลงยกกำลังสอง ตามสูตร

b = L / 4d2 หรือ L = 4d2 b

โดยที่ b = ความสว่างปรากฏของดาว (Apparent Brightness) มีหน่วยเป็น วัตต์/ตารางเมตร
L = กำลังส่องสว่างของดาว (Luminosity) มีหน่วยเป็น วัตต์
d = ระยะทางถึงดาว (distance) มีหน่วยเป็น เมตร

slot

ตัวอย่างที่ 2 : ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลก 1 AU หรือ 149,600,000 km ความสว่างปรากฏของดวงอาทิตย์มีค่าเท่ากับ 1,370 W/m2 จงคำนวณหาว่า ดวงอาทิตย์จะมีกำลังส่องสว่างกี่วัตต์

L = 4d2b
L = 4(1.496 x 1011m)2 (1370 W/m2)
L = 3.9 x 1026 วัตต์

การคำนวณหาระยะห่างของ จาก กำลังส่องสว่าง และความสว่างปรากฏ
(ความคิดรวบยอด: ถ้าเราทราบกำลังส่องสว่าง และความสว่างของดาว เราจะทราบระยะทางถึงดาว)

เมื่อนำค่ากำลังส่องสว่าง ระยะทาง และความสว่างปรากฏของดาว มาเปรียบเทียบกับดวงอาทิตย์ จะได้สูตร

L/LSun = (d/dSun)2 b/bSun หรือ d/dSun =

โดยที่ L/LSun = อัตราส่วนกำลังส่องสว่างของดาว เปรียบเทียบกับดวงอาทิตย์
d/dSun = อัตราส่วนระยะทางของดาว เปรียบเทียบกับดวงอาทิตย์
b/bSun = อัตราส่วนความสว่างของดาว เปรียบเทียบกับดวงอาทิตย์