พลังงานจากดวงอาทิตย์

ภาวะโลกร้อน

เกิดอะไรขึ้นกับโลกใบนี้Iภาวะโลกร้อนI โลกร้อนได้อย่างไรIการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลกIเอลนีโญ/ลานีญาIภาวะเรือนกระจกIพลังจากดวงอาทิตย์IการลดลงของโอโซนIผลกระทบระดับโลกIผลกระทบระดับประเทศIการแก้ปัญหาโลกร้อน

พลังงานจากดวงอาทิตย์

ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด และเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดของโลก ดวงอาทิตย์มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.4 ล้านกิโลเมตร อยู่ห่างจากโลก 150 ล้านกิโลเมตร มีองค์ประกอบเป็นไฮโดรเจน 74% ฮีเลียม 25% และธาตุชนิดอื่น 1% โครงสร้างของดวงอาทิตย์แบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือ

image แก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (Nuclear burning core) มีขนาดประมาณ 25% ของรัศมี เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิวชัน เผาไหม้ไฮโดรเจนให้กลายเป็นฮีเลียม มวลบางส่วนได้เปลี่ยนเป็นพลังงาน มีอุณหภูมิสูงถึง 15 ล้านเคลวิน

image โซนการแผ่รังสี (Radiative zone) อยู่ที่ระยะ 25-70% ของรัศมี พลังงานที่เกิดขึ้นจากแก่นปฏิกรณ์นิวเคลียร์ถูกนำขึ้นสู่ชั้นบนโดยการแผ่รังสีด้วยอนุภาคโฟตอน

image โซนการพาความร้อน (Convection zone) อยู่ที่ระยะ 70-100% ของรัศมี พลังงานจากภายในถูกพาออกสู่พื้นผิว ด้วยการหมุนวนของก๊าซร้อน

image
ภาพที่ 1 โครงสร้างของดวงอาทิตย์

อย่างไรก็ตาม พลังงานที่ถูกผลิตขึ้นจากแก่นปฏิกรณ์นิว เคลียร์ต้องใช้เวลาเดินทางนานถึง 170,000 ปี กว่าจะขึ้นสู่พื้นผิวของดวงอาทิตย์ และจะต้องใช้เวลาเดินทางอีก 8 นาที (ด้วยความเร็วแสง 300,000 กิโลเมตร/วินาที) กว่าจะถึงโลก

ใจกลางของดวงอาทิตย์
อุณหภูมิ ณ ใจกลางของดวงอาทิตย์สูงหลายล้านเคลวิน ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่โปรตอน-โปรตอน (P-P chain) โดยโปร ตอนของไฮโดรเจน 6 ตัว รวมตัวกันเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม 1 ตัว และโปรตอนของไฮโดรเจนอีก 2 ตัว (6 mp = 1 mHe + 2 mp ดูภาพที่ 2 ประกอบ) มวลสารส่วนหนึ่งเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานจำนวนมหาศาล ตามสมการ มวล-พลังงาน ของ อัลเบิร์ต ไอสไตน์ (Albert Einstein)

image
ภาพที่ 2 ปฏิกิริยาแบบลูกโซ่โปรตอน-โปรตอน (P-P chain)

สมการ มวล-พลังงาน ของไอสไตน์ (Einsteins mass-energy equation)

E = mc^2

E = จำนวนพลังงานซึ่งเปลี่ยนรูปมาจากมวลสาร มีหน่วยเป็นจูล (J)

m = มวลสาร มีหน่วยเป็นกิโลกรัม (kg)

C = ความเร็วแสง = 300,000,000 เมตรต่อวินาที (m/s)

ในปัจจุบันดวงอาทิตย์มีกำลังส่องสว่าง 3.9 x 10^26 ล้านวัตต์ ทำให้ทราบว่า ทุกๆ 1 วินาที ดวงอาทิตย์เผาไหม้ไฮโดรเจน จำนวน 600,000 ล้านกิโลกรัม นักวิทยาศาสตร์คำนวณอัตราการเผาไหม้ กับปริมาณไฮโดรเจนและฮีเลียมที่มีอยู่บนดวงอาทิตย์ ทำให้ทราบว่า ดวงอาทิตย์มีอายุประมาณ 4,600 ล้านปีมาแล้ว และยังคงเหลือไฮโดรเจนให้เผาไหม้ได้ต่อไปอีก 5,000 ล้านปี

โฟโตสเฟียร์

โฟโตสเฟียร์ (Photosphere) เป็นส่วนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ที่เรามองเห็น มีสถานะเป็นก๊าซร้อน โฟโต แปลว่า แสง สเฟียร์ แปลว่า ทรงกลม ดังนั้น โฟโตสเฟียร์ จึงแปลว่า ทรงกลมแสง ใต้ชั้นโฟโตสเฟียร์ลงไปก๊าซอัดตัวกันแน่น จนแสงไม่สามารถโผล่ขึ้นมาได้ แสงอาทิตย์ที่เรามองเห็นมาจากชั้นโฟโตสเฟียร์ซึ่งมีความหนาเพียง 400 กิโลเมตร มีอุณหภูมิประมาณ 5,800 เคลวิน (0 เคลวิน = -273°C) โฟโตสเฟียร์ประกอบด้วย แกรนูล (Granule) ซึ่งเป็นเซลล์ของก๊าซร้อนหมุนวนพาความร้อน (convection) จากเบื้องล่างขึ้นมา แล้วเย็นตัวจมลง แกรนูลแต่ละเซลล์มีขนาดประมาณ 1,000 กิโลเมตร มีอายุนานประมาณ 15 นาที ถ้าเราสังเกตดวงอาทิตย์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ติดตั้งแผ่นกรองแสง เราจะสังเกตเห็นว่า ผิวของดวงอาทิตย์นั้นไม่ราบเรียบ แต่ประกอบด้วยเซลล์เล็กๆ จำนวนมากคล้ายกับผิวของลูกบาสเกตบอล

image
ภาพที่ 3 จุดดวงอาทิตย์ แกรนูล บนชั้นโฟโตสเฟียร์

จุดดวงอาทิตย์

เมื่อดูดวงอาทิตย์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ติดตั้งแผ่นกรองแสง เราจะมองเห็นจุดสีคล้ำบนโฟโตสเฟียร์ซึ่งเรียกว่า จุดดวงอาทิตย์ (Sunspots) มีมากมายหลายจุด มากบ้าง น้อยบ้าง เปลี่ยนแปลงไป บางครั้งก็เกิดขึ้นนานนับเดือน จุดเหล่านี้มีขนาดประมาณโลกของเราหรือใหญ่กว่า จุดเหล่านี้มิได้มืด แต่มีความสว่างประมาณ 10 เท่าของดวงจันทร์เต็มดวง มีอุณหภูมิประมาณ 4,500 เคลวิน

image
ภาพที่ 4 การหมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วที่แตกต่าง ทำให้เกิดจุดบนดวงอาทิตย์

จุดดวงอาทิตย์เกิดจากการที่สนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์บิดเบือน เนื่องจากดวงอาทิตย์มีสถานะเป็นก๊าซ แต่ละส่วนหมุนรอบตัวเองด้วยความเร็วไม่เท่ากัน (Differential rotation) กล่าวคือ ในการหมุนหนึ่งรอบ บริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตรจะใช้เวลา 25 วัน ในขณะที่บริเวณใกล้ขั้วทั้งสองใช้เวลานานถึง 36 วัน ความแตกต่างในการหมุนรอบตัวเองเช่นนี้ มีผลทำให้สนามแม่เหล็กบิดเบือน ในบริเวณที่สนามแม่เหล็กมีกำลังสูง เส้นแรงแม่เหล็กจะกักอนุภาคก๊าซร้อนที่พุ่งขึ้นมาไว้ มิให้ออกนอกเขตของเส้นแรง เมื่อก๊าซร้อนเย็นตัวลงก็จะจมลง ณ ตำแหน่งเดิม ทำให้เรามองเห็นเป็นสีคล้ำ เพราะบริเวณนั้นจะมีอุณหภูมิต่ำกว่าบริเวณโดยรอบ

image
ภาพที่ 5 กราฟแสดงวัฎจักรของจุดดวงอาทิตย์ทุกๆ 11 ปี

จุดดวงอาทิตย์มักปรากฏให้เห็นในบริเวณละติจูดที่ 30 องศาเหนือและใต้ และมักปรากฏให้เห็นเป็นคู่เช่นเดียวกับขั้วแม่เหล็ก จุดดวงอาทิตย์มีปรากฏให้เห็นมากเป็นวัฏจักรทุกๆ 11 ปี ดังที่แสดงในกราฟในภาพที่ 5

พวยก๊าซ และการประทุจ้า

ก๊าซร้อนบนดวงอาทิตย์พุ่งตัวสูงเหนือชั้นโฟโตสเฟียร์ขึ้นมาหลายหมื่นกิโลเมตร เรียกว่า พวยก๊าซ (Prominences) มันเคลื่อนที่เข้าสู่อวกาศด้วยความเร็ว 1,000 กิโลเมตร/วินาที หรือ 3.6 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ในบางครั้งมีการระเบิดใหญ่กว่าเรียกว่า การประทุจ้า (Solar flare) ทำให้เกิดประจุอนุภาค (ion) พลังงานสูง แผ่รังสีเอ็กซ์ และอุลตราไวโอเล็ต ซึ่งเรียกว่า พายุสุริยะ เข้าสู่บรรยากาศชั้นบนของโลก และทำความเสียหายให้แก่ระบบโทรคมนาคม เช่น การสื่อสารผ่านดาวเทียม

โครโมสเฟียร์

โคโมสเฟียร์ (Chromosphere) เป็นบรรยากาศชั้นกลางของดวงอาทิตย์ โคโมสเฟียร์แปลว่า ทรงกลมสี เพราะเราสามารถมองเห็นมันได้เป็นสีแดงตามขอบของดวงอาทิตย์ ขณะที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง หรือมองดูด้วยกล้องโทรทรรศน์ติดตั้งแผ่นกรองแสงไฮโดรเจน-อัลฟา โครโมสเฟียร์มีความหนาประมาณ 2,000 กิโลเมตร และมีอุณหภูมิเกือบ 25,000 เคลวิน

image
ภาพที่ 6 การประทุจ้า (มุมบนซ้าย) พวยก๊าซ เหนือชั้นโครโมสเฟียร์ [ที่มา: NASA]

คอโรนา (Corona) เป็นบรรยากาศชั้นบนสุด สามารถมองเห็นได้เป็นแสงสีขาว เฉพาะเวลาที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวงมาก โดยมีรูปทรงสอดคล้องกับสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ คอโรนามีอุณหภูมิสูงกว่า 1 ล้านเคลวิน ทำให้อะตอมเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงมาก อย่างไรก็ตามบริเวณคอโรนามิได้มีความร้อนสูง เนื่องจากมีก๊าซอยู่เบาบางมาก

image
ภาพที่ 7 โคโรนา

ลมสุริยะ

ลมสุริยะ (Solar wind) มิใช่เป็นลมซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของมวลอากาศดังเช่น บนโลกของเรา หากแต่เป็นอนุภาคพลัง งานสูง ซึ่งเกิดจากสูญเสียก๊าซร้อนของดวงอาทิตย์สู่ห้วงอวกาศ ในรูปของโปรตรอน อิเล็กตรอน และอนุภาคอื่นๆ ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 450 กิโลเมตร/วินาที ซึ่งใช้เวลาในการเดินทางถึงโลกประมาณ 4 วัน อนุภาคพลังงานสูงพวกนี้ บางครั้งทำความเสียหายให้แก่ ยานอวกาศ ดาวเทียม และระบบโทรคมนา คม ดังนั้นการเฝ้าสังเกตจุดดวงอาทิตย์ พวยก๊าซ และการประทุจ้าบนดวงอาทิตย์ จึงเป็นการพยากรณ์สภาพอวกาศ (space weather) และแจ้งเตือนล่วงหน้าได้

image
ภาพที่ 7 แกนแม่เหล็กโลก

สนามแม่เหล็กโลก

โครงสร้างของโลกประกอบขึ้นเป็นชั้นหลายชั้น บางชั้นที่มีสถานะเป็นของแข็ง และบางชั้นมีสถานะเป็นของเหลว แก่นใจกลางของโลกมี 2 ชั้น คือ แก่นชั้นในและแก่นชั้นนอก แก่นชั้นใน (Inner core) เป็นของแข็งมีองค์ประกอบเป็นเหล็ก นิเกิล มีอุณหภูมิ 6,500 เคลวิน แก่นชั้นนอก (Outer core) มีอุณหภูมิต่ำกว่าและมีสถานะเป็นของเหลวหนืด ดังนั้นพลังงานความร้อนถูกถ่ายเทขึ้นสู่แก่นชั้นนอก (Outer core) ด้วยการพาความร้อน โดยโลหะหลอมละลายที่หมุนวนไปอย่างช้าๆ การเคลื่อนตัวเช่นนี้ก่อให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า และเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็ก (The Earths magnetic field)

image
ภาพที่ 8 สนามแม่เหล็กโลก

แกนแม่เหล็กของโลกมีขั้วเหนือ-ใต้ เอียงทำมุม 12 องศา กับแกนเหนือ-ใต้ทางภูมิศาสตร์ซึ่งโลกหมุนรอบตัวเอง สนามแม่เหล็กของโลกมิได้มีลักษณะเป็นทรงกลมสมมาตร เนื่องจากอิทธิพลของลมสุริยะ (Solar wind) ซึ่งประกอบด้วยอนุภาคโปรตอน อิเล็กตรอน และอนุภาคชนิดอื่น เคลื่อนที่จากดวงอาทิตย์เข้าหาโลกด้วยความเร็ว 450 กิโลเมตร/ชั่วโมง อนุภาคเหล่านี้มีความเร็วเหนือเสียง เมื่อกระทบเข้ากับสนามแม่เหล็กโลก ก็จะเกิดช็อคเวฟ (Shock wave) และลดความเร็วลง การปะทะกันเช่นนี้ทำให้เกิดการไหลเวียนของอนุภาคตามเส้นแรงแม่เหล็กซึ่งล้อมรอบโลก (Magnetosphere) อนุภาคบางส่วนถูกกักขังไว้ในเส้นแรงแม่เหล็ก ใน แถบ ฟาน อัลเลน (Van Allen belts) สองชั้นซึ่งอยู่สูงเหนือพื้นผิวโลกประมาณ 2,000 5,000 กิโลเมตร และ 13,000 19,000 กิโลเมตร แถบชั้นในเต็มไปด้วยอนุภาคโปรตอนพลังงานสูง ส่วนแถบชั้นนอกเป็นอนุภาคโปรตอนและอิเล็กตรอนพลังงานต่ำ ลมสุริยะมีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม เมื่อมันเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กโลก จะทำให้เกิดอนุภาคโปรตอนและอิเล็กตรอนความเร็วสูง เคลื่อนที่ในแนวเหนือ-ใต้ และเมื่ออนุภาคเหล่านี้พุ่งชนบรรยากาศชั้นบนของโลก อะตอมของก๊าซจะปลดปล่อยแสงสว่างออกมา เกิดเป็น แสงเหนือ หรือ แสงใต้ (Aurora) ในบริเวณรอบขั้วแม่เหล็กโลก

image
ภาพที่ 9 ออโรรา [ที่มา: University of Alaska]

สนามแม่เหล็กโลกไม่ใช่สิ่งคงที่ แต่มีการเปลี่ยนแปลงความเข้มของสนามแม่เหล็ก และสลับขั้วเหนือ-ใต้ ทุกๆ หนึ่งหมื่นปี ในปัจจุบันสนามแม่เหล็กโลกอยู่ในช่วงที่มีกำลังอ่อน สนามแม่เหล็กโลกเป็นสิ่งที่จำเป็นที่เอื้ออำนวยในการดำรงชีวิต หากปราศจากสนามแม่เหล็กโลกแล้ว อนุภาคพลังงานสูงจะพุ่งชนพื้นผิวโลก สิ่งมีชีวิตจะไม่สามารถดำรงอยู่ได้ นอกจากนั้นสิ่งมีชีวิตบางประเภท เช่น นก ยังใช้สนามแม่เหล็กโลก ในระบบการหาทิศทาง

เกร็ดความรู้: ทิศเหนือที่อ่านได้จากเข็มทิศแม่เหล็ก อาจจะไม่ตรงกับทิศเหนือจริง ด้วยเหตุผล 2 ประการคือ1. ขั้วแม่เหล็กโลก และขั้วโลก มิใช่จุดเดียวกัน 2. ในบางพื้นที่ของโลก เส้นแรงแม่เหล็กมีความเบี่ยงเบน (Deviation) มิได้ขนานกับเส้นลองจิจูด (เส้นแวง) ทางภูมิศาสตร์ แต่โชคดีที่บริเวณประเทศไทย มีค่าความเบี่ยงเบน = 0 ดังนั้นจึงถือว่า ทิศเหนือแม่เหล็ก เป็นทิศเหนือจริงได้

เกิดอะไรขึ้นกับโลกใบนี้Iภาวะโลกร้อนI โลกร้อนได้อย่างไรIการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศโลกIเอลนีโญ/ลานีญาIภาวะเรือนกระจกIพลังจากดวงอาทิตย์IการลดลงของโอโซนIผลกระทบระดับโลกIผลกระทบระดับประเทศIการแก้ปัญหาโลกร้อน

ขอขอบคุณข้อมูลจาก LESAPROJECT www.lesaproject.com

- 2007-11-6 2:30:36 โพสต์โดย : admin คนอ่าน 2,519 คน
หน้าแรก Tlcthai.comหน้าแรก Tlcthai.com close Trainning CenterTrainning Center Clip VDOClip VDO เกมส์เกมส์ GameGame ฟังเพลง Onlineฟังเพลง Online Pic PostPic Post TV OnlineTV Online Edu parkEdu park ผู้หญิงผู้หญิง โปรโมทเว็บไซต์โปรโมทเว็บไซต์ สาวสวย เซ็กซี่สาวสวย เซ็กซี่ การ์ตูนการ์ตูน ละครย้อนหลังละครย้อนหลัง ท่องเที่ยวท่องเที่ยว รายการทีวีย้อนหลังรายการทีวีย้อนหลัง ข่าวบันเทิง เกาหลีข่าวบันเทิง เกาหลี ข่าวเด่นข่าวเด่น ตรวจสลากกินแบ่งรัฐบาลตรวจสลากกินแบ่งรัฐบาล