กำเนิดระบบสุริยะ

ตั้งแต่อดีตกาล มนุษย์มีความสงสัยใคร่รู้เกี่ยวกับที่มาของตน รวมทั้งที่มาของธรรมชาติที่อยู่รอบตัวไม่ว่าจะเป็นโลก ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ ดวงดาวต่างๆ แม้กระทั่งดาวหาง ในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 16 เป็นต้นมา การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ ได้ถูกพัฒนาขึ้นมา ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทำการสังเกตการณ์ระบบสุริยะของเราได้อย่างละเอียดมากขึ้น ทฤษฎีเกี่ยวกับการกำเนิดของระบบสุริยะได้มีการเสนอขึ้นมาเป็นจำนวนมาก ในช่วงกลางคริสต์ศตวรรษที่ 16 ได้มีการเสนอทฤษฎีโดยนักปราชญ์และนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ชื่อ เรเน เดสคาตีส (Rene Descartes)
ทฤษฎีนี้บอกไว้ว่า สสารในตอนเริ่มต้นของระบบสุริยะนั้นหมุนวนรอบศูนย์กลางคล้ายกับน้ำวน สสารนี้ทำให้เกิดดาวที่หมุนรอบตัวเองและอาจทำให้เกิดดาวเคราะห์ได้ด้วย 
อีกประมาณ 100 ปีต่อมา นักปราชญ์ชาวเยอรมัน อิมมานูเอล คานท์ (Immanuel Kant) คิดว่า กลุ่มก๊าซที่หมุนวนจะยุบตัวที่บริเวณใจกลาง ส่วนก๊าซที่เหลืออยู่รอบนอกจะแบนลงเป็นแผ่น
ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 18 ปิแอร์ ลาปราส (Pierre Laplace) นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้เสนอขึ้นมาว่า กลุ่มเมฆที่กำลังยุบตัวและเย็นตัวลงนี้ น่าจะทิ้งสสารไว้เป็นวงแหวน ซึ่งอาจทำให้เกิดดาวเคราะห์ได้

แต่ในขณะเดียวกัน จอร์จ บัฟฟอน (Georges Buffon) นักธรรมชาติวิทยาชาวฝรั่งเศส ได้เสนอทฤษฎีที่แตกต่างออกไปว่า ดวงอาทิตย์นั้นเกิดขึ้นก่อนอยู่แล้ว และถูกดาวหางวิ่งเข้าชน ทำให้บางส่วนของดวงอาทิตย์หลุดออกมากลายเป็นดาวเคราะห์ 
ในช่วงประมาณปี ค.ศ. 1900 ฟอเรสท์ มอลตัน (Forest Moulton) และ โทมัส แชมเบอร์เลน(Thomas Chamberlain) ได้เสนอทฤษฎีว่า ดาวเคราะห์กำเนิดขึ้นมาจากการที่ดวงดาวที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์หลายสิบเท่าได้ผ่านเข้ามาใกล้กับดวงอาทิตย์ ทำให้สสารบางส่วนหลุดออกมาจากดวงอาทิตย์ และสสารเหล่านี้เองที่เป็นต้นกำเนิดของดาวเคราะห์
ทฤษฎีเหล่านี้สามารถอธิบายเกี่ยวกับการกำเนิดของระบบสุริยะได้ในระดับหนึ่งเท่านั้น ทั้งนี้เนื่องจากเมื่อมีการสังเกตการณ์ที่ละเอียดและดีมากขึ้น ก็จะพบความไม่สอดคล้องระหว่างผลที่ได้จากทฤษฎีและสิ่งที่ได้จากการสังเกตการณ์มากขึ้นเรื่อยๆ
ประมาณกลางคริสต์ศตวรรษที่ 20 ทฤษฎีเกี่ยวกับการกำเนิดของระบบสุริยะได้ถูกเสนอขึ้นมาใหม่ ด้วยข้อมูลที่ได้มาจากการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของอุกกาบาต โดย ฮาโรลด์ ยูเรย์ (Harold Urey) ซึ่งถือได้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงไปน้อยมากจากช่วงที่ระบบสุริยะเพิ่งถือกำเนิดขึ้น จากข้อมูลที่ได้มาเหล่านี้ ได้นำไปสู่ทฤษฎีเกี่ยวกับการกำเนิดระบบสุริยะที่ใช้ในปัจจุบัน 

กำเนิดดวงอาทิตย์
ระบบสุริยะถือกำเนิดขึ้นจากกลุ่มก๊าซเมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีมาแล้ว กลุ่มก๊าซนี้ประกอบไปด้วยไฮโดรเจน ฮีเลียม และธาตุหนักอีกเล็กน้อย แรงโน้มถ่วงจะทำให้กลุ่มก๊าซนี้ยุบตัวลง ทำให้อะตอมต่างๆอยู่ใกล้กันและก๊าซมีความหนาแน่นมากขึ้น จนท้ายที่สุดในบริเวณใจกลางที่มีความหนาแน่นสูงนี้จะอัดแน่นและร้อนขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งสามารถเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์กลายเป็นดาวหรือดวงอาทิตย์ ส่วนก๊าซที่อยู่โดยรอบจะยุบตัวลงเป็นแผ่นเหมือนกับจาน



ภาพถ่าย Orion Nebula ซึ่งเป็นบริเวณที่มีดาวกำลังเกิดใหม่อยู่

กำเนิดดาวเคราะห์ 
กลุ่มฝุ่นก๊าซที่อยู่โดยรอบดาวที่กำลังเกิดใหม่นี้จะรวมกันเป็นก้อนโคจรรอบดาวเกิดใหม่ จากนั้นแรงดึงดูดระหว่างมวลจะดึงดูดก้อนเหล่านี้เข้าด้วยกันจนกลายเป็นวัตถุที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งจะรวมกันกลายเป็นดาวเคราะห์ โดยก้อนฝุ่นที่รวมกันที่บริเวณด้านในของระบบสุริยะ จะประกอบไปด้วยหินแข็งเป็นส่วนมาก เมื่อก้อนฝุ่นเหล่านี้รวมตัวกันมากขึ้นเรื่อยๆจะทำให้เกิดดาวเคราะห์วงใน อันได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก และดาวอังคาร ซึ่งระหว่างที่เกิดนี้ ก็จะยังคงมีการรวมเข้ามาของก้อนฝุ่นเรื่อยๆ ทำให้ภายในดาวเคราะห์มีการแบ่งออกเป็นชั้นๆ ได้แก่ แก่น 
แก่น แมนเทิล และเปลือก โดยสสารที่หนักที่สุด เช่น เหล็ก จะจมลงสู่ใจกลางกลายเป็นแก่น ส่วนธาตุที่เบาลงมา เช่น ซิลิเกต และออกไซด์ของเหล็กและแมกนีเซียมจะอยู่รอบๆแก่นในชั้นของแมนเทิล ส่วนสสารที่เบาจะอยู่ด้านบนสุดและแข็งตัวกลายเป็นเปลือก ชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์จะเกิดขึ้นระหว่างและหลังจากการกำเนิดของดาวเคราะห์เนื่องจากการชนของอุกกาบาตและกลไกการเย็นตัวของดาวเคราะห์ ซึ่งกลไกการเย็นตัวนี้จะใช้เวลาขึ้นกับขนาดของดาวเคราะห์ โดยดาวเคราะห์ที่มีขนาดเล็ก เช่น ดวงจันทร์ จะใช้เวลาสั้นเพียงแค่ 3 พันล้านปี ในขณะที่ดาวเคราะห์ที่มีขนาดใหญ่จะใช้เวลาในการเย็นตัวนานขึ้น

ส่วนก้อนฝุ่นที่อยู่ในบริเวณส่วนนอกของระบบสุริยะ จะมีกลไกการเกิดดาวเคราะห์ที่แตกต่างออกไป ทั้งนี้เนื่องจากอุณหภูมิที่ต่ำกว่า ทำให้ที่บริเวณนี้มีน้ำที่อยู่ในสภาพน้ำแข็งสะสมอยู่รวมกับหินแข็ง และในบริเวณที่ไกลออกไปเรื่อยๆ อุณหภูมิจะลดต่ำลงต่อไป จนสารอื่นๆ เช่น แอมโมเนีย มีเทน ก็จะอยู่ในสภาพน้ำแข็งเช่นกัน ทำให้ก้อนฝุ่นที่อยู่ในบริเวณนี้เป็นก้อนฝุ่นประกอบไปด้วยน้ำ แอมโมเนีย และมีเทนในสภาพที่เป็นของแข็งรวมกับหินแข็งอีกเล็กน้อย ก้อนฝุ่นเหล่านี้จะรวมตัวกันจนมีขนาดประมาณโลก
ก้อนฝุ่นนี้จะดึงดูดก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียมจากกลุ่มก๊าซที่อยู่โดยรอบเข้าไป โดยก้อนฝุ่นที่มีมวลมาก เช่น ดาวพฤหัส และดาวเสาร์ จะสามารถดึงดูดก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียมเข้าไว้ได้มาก จนมีอัตราส่วนเทียบกับธาตุอื่นๆในอัตราที่ใกล้เคียงกับอัตราส่วนของธาตุในดวงอาทิตย์ ส่วนดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนนั้นมีมวลไม่มาก ดังนั้นปริมาณของไฮโดรเจนและฮีเลียมที่ดึงดูดไว้จึงมีไม่มากนัก เมื่อเทียบกับปริมาณธาตุชนิดอื่น อันได้แก่ คาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ซิลิกอน และเหล็ก

ดวงจันทร์ของดาวเคราะห์บางดวง เช่นดวงจันทร์ของดาวพฤหัสและดาวเสาร์ ถือกำเนิดขึ้นด้วยกระบวนการเดียวกันกับดาวเคราะห์ แต่มีขนาดเล็กกว่า แต่บางดวง เช่นดวงจันทร์ของโลก เกิดขึ้นภายหลัง โดยหลุดออกมาจากดาวเคราะห์ 

ในบางบริเวณ ก้อนฝุ่นในระบบสุริยะไม่สามารถรวมกันจนมีขนาดใหญ่พอที่จะเป็นดาวเคราะห์หรือดวงจันทร์ของดาวเคราะห์ได้ เช่น ในบริเวณที่ไกลออกไปมากๆจากดวงอาทิตย์ ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำมาก ทำให้ก้อนฝุ่นเหล่านี้เป็นเหมือนกับน้ำแข็งก้อนเล็กๆ ซึ่งแบ่งออกเป็นสองบริเวณได้แก่ แถบคิวเปอร์(Kuiper Belt) ที่อยู่เลยวงโคจรของดาวเนปจูนออกไป และกลุ่มเมฆออร์ท (Oort Cloud)ที่อยู่ไกลออกไปถึงขอบของระบบสุริยะ ในบางครั้ง ก้อนน้ำแข็งที่อยู่ในกลุ่มเมฆออร์ทเหล่านี้อาจหลุดเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์เกิดเป็นดาวหาง (Comet)

นอกจากนี้ยังมีบริเวณที่ก้อนฝุ่นไม่รวมกันอยู่ระหว่างดาวอังคารและดาวพฤหัส โดยก้อนฝุ่นในบริเวณนี้จะมีองค์ประกอบหลักเป็นหินแข็ง เรียกก้อนฝุ่นเหล่านี้ว่า ดาวเคราะห์น้อย (Asteroids) ดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้ไม่สามารถรวมกันได้เนื่องจากแรงดึงดูดจากดาวพฤหัส อย่างไรก็ดีในปัจจุบันบางส่วนของดาวเคราะห์น้อยไม่อยู่ในแถบดาวเคราะห์น้อย (Asteroid Belt) แต่กระจัดกระจายอยู่ทั่วไปในระบบสุริยะ


เวลาที่ใช้ในการก่อตัวของดาวเคราะห์ต่างๆในระบบสุริยะ

วาระสุดท้ายของระบบสุริยะ
อีกประมาณ 5 ถึง 6 พันล้านปีหลังจากนี้ ปริมาณไฮโดรเจนในดวงอาทิตย์จะเริ่มลดน้อยลง จนไม่เพียงพอที่จะเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ต่อไป ในระหว่างนี้บริเวณใจกลางของดวงอาทิตย์จะเริ่มยุบตัวและร้อนขึ้นเรื่อยๆ ในขณะที่บริเวณรอบนอกจะขยายออกและเย็นลง ดวงอาทิตย์จะขยายออกเป็นหลายเท่าโดยอาจจะขยายขนาดจนถึงวงโคจรโลก กลายเป็นดาวยักษ์แดง (Red Giant) หลังจากนั้น ส่วนนอกของดาวจะเกิดการระเบิดออกกลายเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์ (Planetary Nebula) ส่วนบริเวณใจกลางจะเหลือซากของดาวเป็นดาวแคระขาว (White Dwarf) กลุ่มก๊าซที่ออกมาจากการระเบิดออกของดาวนี้ จะนำไปสู่การก่อตัวของดาวฤกษ์ดวงใหม่ โดยมีองค์ประกอบเป็นธาตุหนัก เช่น ไนโตรเจน ออกซิเจน

 


หน้าแรก

 

กลับหน้าแรกโฮมเพจฟิสิกส์ราชมงคล