ประวัติย่อของกาลเวลา (A Brief History Of Time) โดย สตีเฟน ฮอว์คิง#19 บทที่ 3 จักรวาลที่กำลังขยายตัว : สเปคตรัมแสงของดาวฤกษ์

ดาวฤกษ์อยู่ห่างไกลมากจนดูเหมือนว่าเป็นเพียงจุดแสงเท่านั้น เราไม่สามารถมองเห็นขนาดหรือรูปร่างของมันได้ แล้วเราจะแยกดาวประเภทต่างๆ ออกจากกันได้อย่างไร? 

สำหรับดาวส่วนใหญ่มีลักษณะเฉพาะอย่างเดียวที่เราสามารถสังเกตได้นั่นคือสีของแสงดาว นิวตันค้นพบว่าถ้าแสงจากดวงอาทิตย์ผ่านชิ้นแก้วรูปสามเหลี่ยมที่เรียกว่า “ปริซึม” มันจะแตกออกเป็นสีส่วนประกอบ (สเปกตรัม) เหมือนสีรุ้ง โดยการโฟกัสกล้องโทรทรรศน์ไปที่ดาวฤกษ์หรือกาแล็กซี่แต่ละดวง เราจะสามารถสังเกตสเปกตรัมของแสงจากดาวหรือจักรวาลนั้นได้ในทำนองเดียวกัน ดาวที่แตกต่างกันมีสเปกตรัมแสงที่แตกต่างกัน

แต่ความสว่างสัมพัทธ์ของสีที่ต่างกัน มักจะเป็นสิ่งที่เราคาดหวังว่าจะพบในแสงที่เปล่งออกมาจากวัตถุที่เรืองแสงสีแดงร้อน (อันที่จริงแสงที่ปล่อยออกมาจากวัตถุทึบแสงที่เรืองแสงสีแดงร้อนนั้น มีสเปกตรัมลักษณะเฉพาะที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของมัน นั่นคือสเปกตรัมความร้อน ซึ่งหมายความว่า “เราสามารถบอกอุณหภูมิของดาวได้จากสเปกตรัมแสง”)

เราพบว่าสีที่เฉพาะเจาะจงบางสีหายไปจากสเปกตรัมแสงของดวงฤกษ์และสีที่ขาดหายไปเหล่านี้อาจแตกต่างกันไปในแต่ละดาว โดย “สีที่ขาดหายไปบ่งบอกถึงองค์ประกอบทางเคมีในดาวแต่ละดวง” เนื่องจากเราทราบดีว่าองค์ประกอบทางเคมีแต่ละชนิดดูดซับชุดลักษณะเฉพาะของสีที่เฉพาะเจาะจงมาก โดยการจับคู่สิ่งเหล่านี้กับสีที่หายไปจากสเปกตรัมแสงของดาว เราจึงสามารถระบุได้ว่าองค์ประกอบใดบ้างที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศของดาวนั้น

Cheat Codes – No Promises ft. Demi Lovato (YouTube)

ทำไมดาวถึงมีสีต่างกัน?

livescience.com

เมื่อเรามองขึ้นไปบนท้องฟ้ายามค่ำคืน เราสามารถมองเห็นดาวได้ถึง 4,548 ดวงด้วยตาเปล่า ดวงดาวก็ดูเหมือนกันมาก ทั้งหมดดูเป็นสีขาว ดาวบางดวงสว่างกว่าดวงอื่น แสงจากดาวฤกษ์นั้นเมื่อส่องผ่านชั้นบรรยากาศของโลกส่งผลให้เกิดการวิบวับขึ้น หากมองดูดวงดาวผ่านกล้องโทรทรรศน์ก็จะพบว่ามีสีที่ต่างกัน ส่วนที่น่าประหลาดใจคือสเปกตรัมแสงของดาวมีเฉดสีรุ้งเกือบทั้งหมด สีของดาวฤกษ์มีแตกต่างกันไปตั้งแต่สีส้มจนถึงสีขาวไปจนถึงสีน้ำเงิน สีของดาวเป็นตัวชี้วัดอุณหภูมิพื้นผิวว่าร้อนเพียงใด ดาวที่ร้อนที่สุดมีอุณหภูมิมากกว่า 40,000 K และดาวที่เย็นที่สุดมีอุณหภูมิประมาณ 2,000 K อุณหภูมิพื้นผิวของดวงอาทิตย์ของเราอยู่ที่ประมาณ 6,000 K

เนื่องจากดาวฤกษ์เปล่งแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันจึงมีสีต่างกัน ดาวฤกษ์ไม่ได้เปล่งรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเพียงความยาวคลื่นเดียว มันจะเปล่งแสงซึ่งเป็นการรวมกันของความยาวคลื่นต่างๆ (ช่วงความยาวคลื่น) ดาวที่เย็นกว่าจะเปล่งแสงออกมามากขึ้นในช่วงความยาวคลื่นที่ยาวกว่าและจะปรากฏเป็นสีแดง ดาวที่ร้อนกว่าจะเปล่งแสงออกมามากขึ้นในช่วงความยาวคลื่นที่สั้นกว่าและปรากฏเป็นสีน้ำเงิน ยิ่งไปกว่านั้นสีของดาวสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา ขึ้นอยู่กับมวลเริ่มต้นและระยะของการเผาไหม้ขององค์ประกอบที่เกิดขึ้นในช่วงวิวัฒนาการของดาวฤกษ์

Hertzsprung-Russel Diagram แสดงความสว่าง อุณหภูมิพื้นผิว และสีของดาวฤกษ์ที่รู้จักกันดีหลายดวงในกาแล็กซี่ทางช้างเผือก

สเปกตรัมแสงของดาวฤกษ์

วิธีที่นักดาราศาสตร์ศึกษาดาวฤกษ์โดยการสังเกตจากสเปกตรัมแสงของดาว เรียกว่า “สเปกโตรสโคปี” (Spectroscopy) โดยใช้เครื่องสเปกโตรมิเตอร์ต่อกับกล้องโทรทรรศน์ แสงของดาวฤกษ์ที่ผ่านกล้องดูดาวจะตกลงบนเครื่องสเปกโทรกราฟและแตกออกเป็นแถบสเปกตรัม จากการสังเกตสเปกตรัม นักดาราศาสตร์ตระหนักว่าดาวฤกษ์จำนวนมากมีรูปแบบที่แตกต่างกันเล็กน้อยในแถบสเปกตรัมของพวกมัน เส้นสเปกตรัมเปรียบเสมือนลายนิ้วมือที่สามารถใช้เพื่อระบุอะตอม โมเลกุล หรือองค์ประกอบทางเคมีที่มีอยู่ในดาว

เมื่อสังเกตแถบสเปกตรัมแสงของดาวฤกษ์อย่างละเอียด จะพบว่าสีไม่ได้กระจายออกอย่างสม่ำเสมอ แต่บางช่วงของสีหายไปปรากฏเป็นเส้นสีดำในสเปกตรัม เส้นสีดำเหล่านี้เกิดจากการดูดซับแสงที่แผ่ออกมาจากดาวฤกษ์โดยอะตอมของธาตุต่างๆ ที่อยู่ในชั้นบรรยากาศของดาวฤกษ์นั้นๆ ดังนั้นเส้นสีดำของสเปกตรัมจะบอกถึงองค์ประกอบทางเคมีที่มีอยู่ในบรรยากาศของดาวฤกษ์ องค์ประกอบที่แตกต่างกันของดวงดาว จะดูดซับชุดสีที่แตกต่างกัน จึงแสดงเส้นสีดำที่แตกต่างกัน 

ดาวสามารถแบ่งออกเป็น Spectrum class ต่อไปนี้ โดยเรียงตามลำดับจากร้อนไปเย็น:

O – น้ำเงิน                           > 30,000 K
B – น้ำเงิน / ขาว                   10,000–30,000 K
A – สีขาว                            7,500–10,000 K
F – ขาว / เหลือง                   6,000–7,500 K
G – สีเหลือง                        5,200–6,000 K
K – สีส้ม                            3,700–5,200 K
M – ส้ม / แดง                     2,400–3,700 K

คำย่อนี้จะช่วยให้คุณจำลำดับสเปกตรัมของดาวได้ง่ายขึ้น “Oh Be A Fine Girl, Kiss Me (เป็นเด็กดีก็จูบฉัน)” ดวงอาทิตย์ของเราเป็นดาวแคระสีเหลือง (yellow dwarfs) จัดอยู่ในคลาส G

ประมาณ 88% ของดาวฤกษ์ในจักรวาลอยู่ในคลาส K และ M ดาวคลาส G เช่น ดวงอาทิตย์ มีเพียง 8% ของดาวที่รู้จักทั้งหมด ในขณะที่ดาวคลาส O ประกอบด้วยดาวเพียง 1 ใน 3 ล้านดวง

Taylor Swift – ME! (feat. Brendon Urie of Panic! At The Disco) 

• Facebook
• Twitter
• Line