โครงสร้างของกาแล็กซีทางช้างเผือก

สารบัญ Show

สังเกตทางช้างเผือก
โครงสร้างใดที่อยู่นอกสุดของกาแล็กซี่ทางช้างเผือก
ทางช้างเผือกเป็นดาราจักรกาแล็กซี่ที่มีรูปร่างแบบใด
กาเเล็กซีของเรามีรูปร่างเเละโครงสร้างเป็นอย่างไร
กาแล็กซี่ทางช้างเผือกมีรูปทรงอย่างไร

กาแล็กซี (Galaxy) หรือ ดาราจักร หมายถึง อาณาจักรของดาว กาแล็กซีหนึ่งๆ ประกอบด้วยก๊าซ ฝุ่น และดาวฤกษ์หลายพันล้านดวง กาแล็กซีมีขนาดใหญ่หมื่นล้านถึงแสนล้านปีแสง “ทางช้างเผือก” เป็นกาแล็กซีของเรามีขนาดประมาณหนึ่งแสนปีแสง เนื่องจากโลกของเราอยู่ภายในทางช้างเผือก 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

นักวิทยาศาสตร์ได้จาแนกกาแล็กซี่ออกเป็น 4 ประเภท ตามลักษณะรูปร่าง ดังนี้

1. กาแล็กซี่กลมรี ( Elliptical Galaxy ) มีรูปร่างกลมรี ซึ่ง บางกาแล็กซี่อาจกลมมาก บางกาแล็กซี่อาจรีมาก นักดาราศาสตร์ให้ ความเห็นว่า กาแล็กซี่ประเภทนี้จะมีรูปร่างกลมรีมากน้อยเพียงใดนั่น ขึ้นอยู่กับอัตราการหมุนของกาแล็กซี่ ถ้าหมุนเร็วกาแล็กซี่จะมีรูปร่าง ยาวรีมาก

2. กาแล็กซี่ก้นหอย ( Spiral Galaxy ) มีรูปร่างแบบก้นหอย มีแขนโค้งเหมือนลายก้นหอยหรือกังหัน บางทีจึงเรียกว่า กาแล็กซี่ กังหัน ตัวอย่างเช่น กาแล็กซี่ทางช้างเผือก กาแล็กซี่แอนโดรเมดา กา แล็กซี่ส่วนใหญ่ที่พบในเอกภพจะเป็นกาแล็กซี่ประเภทนี้

3. กาแล็กซี่ก้นหอยคาน (Barred Spiral Galaxy) มีลักษณะ คล้ายคลึงกับกาแล็กซี่ก้นหอย แต่ตรงกลางมีลักษณะเป็นคาน และมี แขนแบบกาแล็กซี่ก้นหอยต่อออกมาจาก ปลายคานทั้งสองหรือเรียก อีกชื่อว่า กาแล็กซี่กังหันแบบมีแกน มีอัตราหมุนรอบตัวเองเร็วกว่า กาแล็กซี่ทุกประเภท

4. กาแล็กซี่ไร้รูปร่าง (Irregular Galaxy) เป็นกาแล็กซี่ที่มี รูปร่างลักษณะต่างออกไปจากกาแล็กซี่ทั้ง 3 ประเภทที่กล่าวมาแล้ว เป็นกาแล็กซี่ส่วนน้อย มีรูปร่างที่ไม่แน่นอน หรือเรียกว่า กาแล็กซี่อ สัณฐาน มักจะเป็นกาแล็กซี่ขนาดเล็ก เช่น กาแล็กซี่แมกเจลแลนใหญ่ และกาแล็กซี่แมกเจลแลนเล็ก

ที่มา : https://sites.google.com/site/universethailand/03-ka-laek-si-thang-chang-pheuxk

กาแล็กซีทางช้างเผือก

กาแล็กซี (Galaxy) หรือ ดาราจักร หมายถึง อาณาจักรของดาว กาแล็กซีหนึ่งๆ ประกอบด้วยแก๊ส ฝุ่น และดาวฤกษ์และดาวเคราะห์หลายแสนล้านดวง กาแล็กซีมีขนาดประมาณหมื่นล้านถึงแสนล้านปีแสง กาแลกซีของเราชื่อ “ทางช้างเผือก” (The Milky Way Galaxy) ที่มีชื่อเช่นนี้เป็นเพราะ คนไทยถือว่ากษัตริย์เป็นเทวดาซึ่งอวตารมาจากสรวงสวรรค์ ช้างเผือกเป็นสัตว์คู่บุญบารมีของกษัตริย์ ทางช้างเผือกจึงปรากฎอยู่บนท้องฟ้าซึ่งเป็นที่อยู่ของเทวดาและนางฟ้า ส่วนชาวตะวันตกก็มีตำนานเกี่ยวกับเทพเจ้าเช่นกัน จึงมองเห็นเป็นทางน้ำนมไหลพาดผ่านท้องฟ้า ปัจจุบันเราอนุมานว่า กาแล็กซีทางช้างเผือกมีขนาดประมาณหนึ่งแสนปีแสง เนื่องจากโลกของเราอยู่ภายในทางช้างเผือก

จึงมองเห็นทางช้างเผือกเป็นทางสว่างพาดผ่านท้องฟ้าเป็นฝ้าสีขาวดังภาพที่ 1 การศึกษาโครงสร้างของทางช้างเผือก จำเป็นต้องศึกษาจากภายในออกมา จึงทำให้มองเห็นภาพรวมได้ยาก ดังนั้นการศึกษากาแล็กซีอื่นๆ ซึ่งอยู่ภายนอก จึงช่วยให้เราเข้าใจกาแล็กซีของตัวเองมากขึ้น

ทางช้างเผือก

แต่โบราณกาลมนุษย์เข้าใจว่า ทางช้างเผือกเป็นปรากฏการณ์ภายในบรรยากาศโลกเช่นเดียวกับเมฆ หมอก และรุ้งกินน้ำ จนกระทั่งคริสตศตวรรษที่ 18 ได้มีการสร้างกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่จึงทราบว่า ทางช้างเผือกประกอบด้วยดวงดาวจำนวนมากมายมหาศาล เซอร์วิลเลียม เฮอร์เชล (Sir William Herschel) นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ ผู้ค้นพบดาวยูเรนัส ได้ทำการสำรวจความหนาแน่นของดาวบนท้องฟ้าและวาดภาพว่า ดวงอาทิตย์อยู่ตรงใจกลางของทางช้างเผือก ดังตำแหน่งสามเหลี่ยมในภาพที่ 2

ภาพวาดทางช้างเผือกของเฮอร์เชล

หนึ่งศตวรรษต่อมา ฮาร์โลว์ แชพลีย์ (Harlow Shapley) ทำการวัดระยะทางของ กระจุกดาวทรงกลมซึ่งห่อหุ้มกาแล็กซี โดยใช้ความสัมพันธ์คาบ-กำลังส่องสว่างของดาวแปรแสงแบบ RR Lyrae ที่อยู่ในกระจุกดาวทรงกลมทั้งหลาย เขาพบว่ากระจุกดาวเหล่านี้อยู่ห่างไปจากโลกนับหมื่นปีแสง กระจายตัวอยู่รอบล้อมส่วนป่องของกาแล็กซี ดังนั้นดวงอาทิตย์ไม่น่าจะอยู่ตรงใจกลางของทางช้างเผือก แต่อยู่ที่ระยะห่าง 3 ใน 5 ของรัศมีกาแล็กซี ดังแสดงในภาพที่ 3

โครงสร้างของกาแล็กซีทางช้างเผือก

กาแล็กซีทางช้างเผือก เป็นกาแล็กซีแบบกังหัน มีดาวฤกษ์ประมาณแสนล้านดวง มีมวลรวมประมาณ 9 หมื่นล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ แบ่งเป็น 3 ส่วน ดังนี้

จาน (Disk) ประกอบด้วยแขนของกาแล็กซี มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100,000 ปีแสง ความหนา 1,000 – 2,000 ปีแสง มีดาวฤกษ์ประมาณ 400,000 ล้านดวง องค์ประกอบหลักเป็นฝุ่น แก๊สและประชากรดาวประเภทหนึ่ง (Population I) ซึ่งมีสเปคตรัมของโลหะอยู่มาก
ส่วนโป่ง (Bulge) คือบริเวณใจกลางของกาแล็กซี มีขนาดประมาณ 6,000 ปีแสง มีฝุ่นและแก๊สเพียงเล็กน้อย องค์ประกอบหลักเป็นประชากรดาวประเภทหนึ่งที่เก่าแก่ และประชากรดาวประเภทสอง (Population II) ซึ่งเป็นดาวเก่าแก่แต่มีโลหะเพียงเล็กน้อย
เฮโล (Halo) อยู่ล้อมรอบส่วนโป่งของกาแล็กซี มีองค์ประกอบหลักเป็น “กระจุกดาวทรงกลม” (Global Cluster) ดังในภาพที่ 4 อยู่เป็นจำนวนมาก กระจุกดาวทรงกลมแต่ละกระจุกประกอบด้วยดาวฤกษ์นับล้านดวง ซึ่งล้วนเป็นประชากรดาวประเภทสองซึ่งมีอายุมาก นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่า กระจุกดาวทรงกลมเป็นโครงสร้างเก่าแก่ของกาแล็กซี โคจรขึ้นลงผ่านส่วนโป่งของกาแล็กซี

กระจุกดาวทรงกลม

การศึกษาทางช้างเผือกทำจากด้านในออกไป จึงยากที่จะเข้าใจภาพรวมว่า กาแล็กซีของเรามีรูปร่างหน้าตาอย่างไร นอกจากนั้นระนาบของทางช้างเผือกยังหนาแน่นไปด้วยดาว ฝุ่น และแก๊ส เป็นอุปสรรคกีดขวางการสังเกตการณ์ว่า อีกด้านหนึ่งของกาแล็กซีเป็นอย่างไร อุปกรณ์ที่ใช้ศึกษาโครงสร้างของกาแล็กซีได้ดีที่สุดก็คือ กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด (ภาพที่ 5) เนื่องจากเป็นคลื่นยาวซึ่งสามารถเดินทางผ่านกลุ่มแก๊สและฝุ่นได้

ภาพถ่ายอินฟราเรดของกาแล็กซีทางช้างเผือก

ปัจจุบันเชื่อกันว่า ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากศูนย์กลางของกาแล็กซีประมาณ 30,000 ปีแสง และหมุนรอบศูนย์กลางไปตามแขนนายพราน ด้วยความเร็ว 220 กิโลเมตรต่อวินาที หนึ่งรอบใช้เวลา 240 ล้านปี ดวงอาทิตย์มีอายุ 4,600 ล้านปี จึงโคจรรอบกาแล็กซีมาแล้วเกือบ 20 รอบ นักดาราศาสตร์ใช้กฎเคปเลอร์ข้อที่ 3 คำนวณหามวลรวมของทางช้างเผือกภายในวงโคจรของดวงอาทิตย์ได้ 9 x 1010 เท่าของดวงอาทิตย์ จากนั้นทำการตรวจวัดมวลของกาแล็กซีด้านนอกของวงโคจรดวงอาทิตย์เพิ่มเติม โดยใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุพบว่า มวลทั้งหมดของกาแล็กซีทางช้างเผือกควรจะเป็น 7.75 x 1011 เท่าของดวงอาทิตย์ ในจำนวนนี้เป็นดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ แก๊ส และฝุ่น ที่สังเกตได้โดยตรงด้วยแสงเพียง 10% ฉะนั้นมวลสารส่วนใหญ่ของกาแล็กซีอีก 90% เป็นสิ่งที่ไม่สามารถมองเห็นได้ซึ่งอาจจะเป็นหลุมดำขนาดเล็ก ดาวที่เย็นมาก หรืออนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก นักดาราศาสตร์จึงเรียกวัตถุเหล่านี้โดยรวมว่า “สสารมืด” (Dark Matter)
ภาพที่ 6 อธิบายว่าแขนกังหันของกาแล็กซีทางช้างเผือกประกอบด้วยฝุ่น แก๊ส และดาวอายุน้อยอุณหภูมิสูง สเปกตรัม O และ B ซึ่งทำให้มองดูสว่างเป็นสีน้ำเงินกว่าบริเวณโดยรอบ แขนกังหันทำหน้าที่เหมือนไม้กวาด ปัดรวบรวมดาว ฝุ่น และแก๊สไว้ด้วยกัน ทำให้เกิดคลื่นความหนาแน่น กระตุ้นให้เกิดการก่อตัวของดาวดวงใหม่ ดังที่แสดงในภาพที่ 6

การเคลื่อนที่ของแขนกังหันของกาแล็กซี

สังเกตทางช้างเผือก

ในคืนที่ฟ้ามืดไร้เมฆและปราศจากแสงรบกวน เราจะมองเห็นแถบฝ้าสีขาวคล้ายเมฆพาดยาวข้ามขอบฟ้า มิว่าลมจะพัดแรงเพียงใดแถบฝ้าขาวก็ยังคงอยู่ คนโบราณเรียกแถบฝ้าสว่างนี้ว่า "ทางช้างเผือก" หรือ "ทางน้ำนม" ปัจจุบันเป็นที่ทราบดีกันแล้วว่า แถบฝ้าสว่างที่เห็นแท้จริงคือ อาณาจักรของดาวจำนวนมหาศาลซึ่งเรียกว่า "กาแล็กซี" (Galaxy) กาแล็กซีของเรามีชื่อว่า "กาแล็กซีทางช้างเผือก" (The Milky Way galaxy) ที่เรียกเช่นนี้เป็นเพราะ คนไทยในสมัยโบราณเชื่อว่า พระมหากษัตริย์เป็นโอรสของสวรรค์อวตารลงมาเกิดยังโลกมนุษย์ และมีช้างเผือกเป็นสัตว์คู่บารมี จึงมีความเชื่อว่ามีทางช้างเผือกอยู่บนสวรรค์ กาแล็กซีทางช้างเผือกประกอบด้วย ดาวฤกษ์จำนวนหลายแสนล้านดวง ดาวฤกษ์แต่ละดวงอาจจะมีดาวเคราะห์อีกหลายดวง และระบบสุริยะของเราก็เป็นสมาชิกหนึ่งในนั้น หากส่องกล้องมองไปที่ทางช้างเผือก เราจะเห็นดวงดาวจำนวนมหาศาลมากมายเต็มไปหมดจนนับไม่ถ้วน ดั่งจำนวนเม็ดทรายบนชายหาด

ทางช้างเผือกบริเวณกลุ่มดาวแมงป่อง

ทางช้างเผือกพาดเป็นทางสว่างข้ามขอบฟ้าผ่านกลุ่มดาวสว่างดังนี้ กลุ่มดาวแคสสิโอเปีย (ค้างคาว) เพอร์เซอุส สารถี คนคู่ กางเขนใต้ แมงป่อง คนยิงธนู นกอินทรี และกลุ่มดาวหงส์ (ดูแผนที่ดาววงกลมประกอบ) หากมองดูทางช้างเผือกด้วยตาเปล่าจากสถานที่ปราศจากแสงรบกวนเลย จะเห็นทางช้างเผือกเป็นแถบสว่างสองแถบขนาดกันโดยมีแถบสีดำขั้นระหว่างกลาง แถบสีดำนั้นไม่ใช่ช่องว่างของอวกาศ หากแต่บริเวณนั้นเป็นแนวระนาบของกาแล็กซี ซึ่งมีฝุ่นและแก๊สซึ่งมีอุณหภูมิต่ำอยู่อย่างหนาแน่น (Dust lane) จึงมีลักษณะคล้ายเนบิวลามืดบดบังแสงสว่างจากดาวฤกษ์ในทางช้างเผือกซึ่งอยู่ด้านหลัง และหากสังเกตทางช้างเผือกที่บริเวณระหว่างกลุ่มดาวคนยิงธนูและกลุ่มดาวแมงป่อง จะมีความกว้างใหญ่และมีดวงดาวอยู่หนาแน่นสว่างเป็นพิเศษดังในภาพที่ 1 และ 2 ทั้งนี้เนื่องจากเป็นบริเวณที่เรามองตรงไปยังจุดศูนย์กลางของกาแล็กซีทางช้างเผือก และหากส่องดูด้วยกล้องโทรทรรศน์จะพบกระจุกดาวทรงกลมจำนวนมากรายล้อมอยู่บริเวณนั้น

เนื่องจากทางช้างเผือกประกอบด้วยประชากรดาวซึ่งมีทั้งใหม่ เก่า กำเนิดใหม่และแตกสลาย หากเราส่องกล้องไปตามระนาบของทางช้างเผือก จะพบวัตถุในอวกาศลึก (Deep Sky Objects) หลากหลายชนิดจำนวนมาก ได้แก่ เนบิวลาสว่าง เนบิวลาสะท้อนแสง เนบิวลามืด กระจุกดาวเปิด เนบิวลาดาวเคราะห์ ซากซูเปอร์โนวา เป็นต้น และหากส่องกล้องไปยังทิศทางอื่นที่ไม่ใช่ระนาบของทางช้างเผือกก็จะพบกาแล็กซีอื่นๆ ซึ่งอยู่ไกลห่างออกไป การศึกษากาแล็กซีอื่นๆ ช่วยให้เราเข้าใจลักษณะทางกายภาพของกาแล็กซีของเราเองมากขึ้น

ความหนาแน่นของดาวในทางช้างเผือก

ถ้าหากแกนหมุนของโลกตั้งฉากกับระนาบของกาแล็กซี เราจะมองเห็นทางช้างเผือกเป็นทางยาวคาดท้องฟ้าในแนวตะวันออก-ตะวันตก ทว่าความเป็นจริง แกนหมุนของโลกทำมุมเอียงกับระนาบของกาแล็กซีประมาณ 60 องศา ประกอบกับการที่โลกหมุนรอบตัวเองอยู่ตลอดเวลา จึงทำให้เรามองเห็นทางช้างเผือกพาดยาวข้ามขอบฟ้า โดยมีทิศทางการวางตัวบนท้องฟ้าเปลี่ยนแปลงไปอย่างช้าๆ ตลอดเวลา บางเวลาอยู่ในแนวทิศเหนือทิศใต้ บางเวลาอยู่ในแนวทะแยงในมุมต่างๆ กัน

การสังเกตการณ์ทางช้างเผือก จะทำได้ต่อเมื่ออยู่ในที่มืดสนิด ในชนบท หรือ ป่าเขา ท้องทะเล ในคืนที่ไม่มีแสงจันทร์รบกวนเท่านั้น ดังนั้นในการดูทางช้างเผือกจะต้องมีการเตรียมการวางแผน ศึกษาเวลาการขึ้น-ตกของดวงจันทร์ ซึ่งสามารถคำนวณได้จากปฏิทิน (ดวงจันทร์ขึ้นช้าวันละ 50 นาที) หรือซอฟต์แวร์แผนที่ดาวมาก่อน

โครงสร้างใดที่อยู่นอกสุดของกาแล็กซี่ทางช้างเผือก

เฮโล (Halo) อยู่ล้อมรอบส่วนโป่งของกาแล็กซี มีองค์ประกอบหลักเป็น “กระจุกดาวทรงกลม” (Global Cluster) จำนวนมาก แต่ละกระจุกประกอบด้วยดาวฤกษ์นับล้านดวง ล้วนเป็นประชากรดาวประเภทสอง นักดาราศาสตร์สันนิษฐานว่า กระจุกดาวทรงกลมเป็นโครงสร้างเก่าของกาแล็กซี เพราะมันโคจรขึ้นลงผ่านส่วนโป่งของกาแล็กซี

ทางช้างเผือกเป็นดาราจักรกาแล็กซี่ที่มีรูปร่างแบบใด

จากการจำแนกประเภทของกาแล็กซีแล้ว จะพบว่ากาแล็กซีทางช้างเผือกนั้น จัดอยู่ในประเภทกาแล็กซีกังหันแบบมีคาน ( SBb ) ซึ่งจะได้ศึกษารายละเอียดในหัวข้อต่อไป กาแล็กซีทางช้างเผือก

กาเเล็กซีของเรามีรูปร่างเเละโครงสร้างเป็นอย่างไร

กาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) มีรูปร่างแบบก้นหอยคาน หรือแบบกังหันมีคาน มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100,000 ปีแสง หนาประมาณ 10,000 ปีแสง มีอายุประมาณ 14,000 ล้านปี ประกอบด้วยดาวฤกษ์ประมาณ 100,000 ล้านดวง ทั้งดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ดาวบริวารของดาวเคราะห์ดาวหาง อุกกาบาต ฝุ่นผงและแก๊สในอวกาศเป็นส่วนหนึ่ง ...

กาแล็กซี่ทางช้างเผือกมีรูปทรงอย่างไร

แผนที่สามมิติล่าสุดของกาแล็กซีทางช้างเผือก ซึ่งมีความแม่นยำมากที่สุดในบรรดาแผนที่ของดาราจักรแห่งนี้ที่เคยจัดทำมา เผยให้เห็นว่ากาแล็กซีที่เราอาศัยอยู่นั้น ไม่ได้มีรูปทรงเป็นจานแบนเรียบเหมือนขนมแพนเค้กตามที่เคยเข้าใจกัน แต่มีสภาพโค้งงอบิดเบี้ยวที่บริเวณแถบริมขอบ จนดูคล้ายกับตัวอักษรเอส (S) ที่ถูกยืดให้ขยายตัวออก