1 กว่าจะได้กลายมาเป็นดวงดาว ...

มวลสารในจักรวาล(Interstellar Medium) 

   แม้เนื้อที่ส่วนใหญ่ในจักรวาลนั้น ดูเหมือนจะเป็นที่ว่างเปล่ามากมาย หากเปรียบเทียบกับโลกของเรา แต่มันหาได้เป็นที่ว่างเปล่าที่ปราศจากสิ่งใดทั้งสิ้นไม่ ที่จริงแล้ว ช่องว่างระหว่างดวงดาว ยังมีมวลสารล่องลอยอยู่อย่างเจือจาง อันประกอบด้วย ก๊าซ ซึ่งส่วนใหญ่แล้วก็คือ ก๊าซไฮโดรเจน กับก๊าซฮีเลียมอีกเล็กน้อย และฝุ่นผงละเอียดยิบ ที่มีขนาดประมาณ ๑๐๐-๑๐๐๐ นาโนเมตร (๑ นาโนเมตร = 10^-9 เมตร) ฝุ่นเหล่านี้ บ้างก็ประกอบด้วยคาร์บอน บ้างก็เป็นสารจำพวก ซิลิเคต คือคล้ายๆกับทราย หรือบางทีก็มีนำ้แข็ง หรือโมเลกุลต่างชนิด เกาะรวมตัวกันอยู่ผสมกันหลายๆอย่าง ดังภาพประกอบ 

(ภาพที่ 2) ตัวอย่างผงธุลีระหว่างดวงดาว ภาพโดย Dr Nick Strobel

กลุ่มก๊าซและฝุ่นนี้มีความเจือจางมากๆ อย่างในกาแล็กซี่ของเรานั้น จะนับความหนาแน่นของวัสดุเหล่านี้ได้ประมาณ 10^-21 กก ต่อลูกบาศก์เมตร แต่หากจะเทียบกันแล้ว ความหนาแน่นนี้ก็เพียงเท่ากับหนึ่งใน พันล้าน ล้าน ล้าน ส่วนของความหนาแน่นของบรรยากาศโลกที่ระดับนำ้ทะเลเท่านั้น ซึ่งดูแล้วก็เจือจางบางเบาจนไม่น่าจะนับว่ามีอะไร เพราะมันว่างเปล่ายิ่งกว่าห้องสุญญากาศ ที่มนุษย์เรามีปัญญาสร้างขึ้นบนพื้นโลกเป็นไหนๆ แต่ถ้าเราเอา "ความว่างเปล่าของอวกาศ" นี้ มาเทียบกันด้วยอัตราของอะตอมแล้ว ก็จะได้เท่ากับ ๑ ไฮโดรเจนอะตอมต่อหนึ่งลูกบาศก์เซ็นติเมตร ซึ่งก็เห็นได้ว่า มันไม่ได้ว่างเปล่าเป็นสุญญากาศทีเดียวนัก แต่นั่นเป็นเพียงอัตราเฉลี่ยเท่านั้น ที่จริงแล้ว กลุ่มก๊าซและฝุ่นเหล่านี้ จะเกาะตัวกันเป็นก้อนเล็กก้อนน้อยอยู่ทั่วไปในจักรวาล ต่างก้อนต่างก็มีความหนาแน่นมากน้อยต่างกันไป กลุ่มก๊าซเหล่านี้มีความหนาแน่นกว่า เนื้อที่ระหว่างกลุ่มนับร้อยๆเท่า และบางก้อนที่ดึงตัวเองเข้ามาเกาะตัวกันหนาแน่นมากเข้า ก็อาจจะมีความหนาแน่นมากกว่า ก้อนฝุ่นและก๊าซทั่วไปนับแสนนับล้านเท่า กลุ่มก้อนที่เป็นตัวเป็นตนหนาแน่นเหล่านี้นี่แหละ คือที่มาของดวงดาว 

กลุ่มก้อนมวลสารระหว่างดวงดาวนี้ เรียกว่า เนบิวล่า (Nebula อันเป็นคำที่มาจากภาษากรีกซึ่งแปลว่า เมฆ) 

เนื่องจากเมฆก๊าซและฝุ่นเหล่านี้มีอุณหภูมิค่อนข้างตำ่ ประมาณเพียงสิบองศาเคลวิน(K) ซึ่งก็เท่ากับ -163 เซลเซียส(C) หรืออย่างมากก็ไม่เกิน 100 K (-173 C) เท่านั้น จึงไม่มีพลังงานอะไรมากมายนัก แต่ก็ยังมีการแผ่รังสีระดับตำ่ออกมาเป็นคลื่นวิทยุ ที่มีพลังงานต่ำมากๆ ก้อนเมฆก๊าซและฝุ่นเหล่านี้ เมื่อดูด้วยสายตา จึงมืดมิดเช่นเดียวกับความมืดของความว่างเปล่าในอวกาศ ทั้งๆที่แท้แล้ว มวลสารที่นอกเหนือจากที่ประกอบเป็นดวงดาวในจักรวาล ก็มารวมอยู่ในเมฆก๊าซและฝุ่นเหล่านี้ นักดาราศาสตร์เรียกมันว่า เนบิวล่ามืด (Dark Nebula) ซึ่งเราจะมองเห็นมันได้ก็ต่อเมื่อมันไปบังอยู่ข้างหน้าสิ่งที่มีแสง หรือมีดาวส่องแสงมาให้เห็นเป็นรูปเป็นร่างได้ ดังภาพที่ ๓ 

(ภาพที่ 3) เนบิวล่าหัวม้า ซึ่งเป็นเนบิวล่ามืด ที่อยู่ใกล้ดาว Alnitak หรือ Zeta Orionis อันเป็นดาวที่อยู่ริมตะวันออกของ "เข็มขัดนายพราน" ในกลุ่มดาวนายพราน (Orion Constellation) ภาพโดย David Malin

แต่แรกนั้น นักดาราศาสตร์จะทราบได้ว่ามีกลุ่มก๊าซและฝุ่นระหว่างดวงดาวได้ ก็จากการสังเกตกลุ่มที่เห็นได้ง่ายที่สุด คือกลุ่มที่มีแสงสว่างจากที่มันเปล่งออกมาเองด้วยพลังงานที่เริ่มก่อตัวขึ้นภายใน เรียกว่า เนบิวล่าส่องแสง (Emission Nebula) ซึ่งเป็นสีแดงด้วยพลังงานจากอะตอมของไฮโดรเจน ที่ดูดซับพลังงานจากดาวที่กำลังก่อตัวใจใจกลางของมันเอง แล้วคายพลังงานออกมาเป็นแสงสีแดง หรือด้วยแสงสว่างจากดาวที่เกิดแล้ว ในใจกลางของ เนบิวล่า อย่างที่เรียกว่า เนบิวล่าสะท้อนแสง (Refection Nebula) ซึ่งเรามักจะเห็นเป็นสีฟ้า เพราะคลื่นแสงที่มองเห็นได้ที่สั้นกว่าคือ สีฟ้า จากดาวอายุน้อยที่มีความร้อนแรง แสงสีฟ้าจะสะท้อนออกจากฝุ่นพวกนี้ได้ดีกว่า เพราะมันมีความยาวคลื่นพอๆกับขนาดของผงฝุ่นใน เนบิวล่า สีฟ้าของเนบิวล่า จึงบอกให้เราทราบได้ว่า มีดวงดาวแรกเกิดเพิ่งโผล่ตัวออกมาชมจักรวาล  ส่องแสงให้สะท้อนออกมาจาก เนบิวล่า นั้น

เมื่อ เนบิวล่า พัฒนามาถึงระดับที่มองเห็นได้ หรือกลายเป็น เนบิวล่าส่องแสง นั้น พลังงานส่วนใหญ่ที่เปล่งออกมาจากภายในใจกลางกลุ่มก้อน อันเป็นส่วนที่กำลังฟักตัวจะเป็นดวงดาว จะเป็นพลังงานในระดับคลื่นอุลตร้าไวโอเล็ตเป็นส่วนใหญ่  รังสีอุลตร้าไวโอเล็ตที่แผ่ออกจากใจกลางของ เนบิวล่า ก็จะถูกดูดซับโดยอะตอมของก็าซไฮโดรเจนที่อยู่ส่วนนอกของ เนบิวล่า ก๊าซไฮโดรเจนที่่เป็นส่วนประกอบหลักของเนบิวล่านี้ มีอีเลคตรอนที่วนรอบนิวเคลียส ที่จะดูดซับพลังงานนี้ไป ทำให้วงโคจรของอีเลคตรอนรอบนิวเคลียส ห่างจากนิวเคลียสหรือแกนอะตอมขึ้นจากเดิม ซึ่งจะทำให้มันไม่เสถียร อีเลคตรอนนี้จึงคายพลังงานออกมา ในรูปของการเปล่งแสงที่เรามองเห็นได้ แล้วตัวอีเลคตรอนนี้ ก็จะตกกลับไปยังรัศมีโคจรเดิมที่เสถียรกว่า เราจึงมองเห็นว่า เนบิวล่า ส่วนนี้ส่องแสงสว่างออกมา ด้วยคลื่นขนาด 656.3 nm จึงมีสีแดง อันเป็นคลื่นแสงเอกลักษณ์จากอีเลคตรอนในไฮโดรเจนอะตอม ที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของเนบิวล่า แสงสีแดงที่ปล่อยออกมา มีมากมายจนกลบสีอื่นจากมวลสารส่วนน้อยสีอื่นหมด  จึงทำให้เราเห็นเป็นสีแดง

(ภาพ ๔) ภาพแสดงการเปลี่ยนวงโคจรของอีเลคตรอน เมื่อแรก อีเลคตรอนอยู่ในวงโคจรตำ่(E1)ตามปกติ ต่อมาได้ดูดซับพลังงาน(จำนวน = E2 - E1) ก็ไต่ขึ้นไปอยู่วงโคจรสูง(E2) ด้วยพลังงานที่สูงขึ้น แล้วมันก็ตกกลับลงมายังวงโคจรเดิม(E1) ซึ่งเสถียรกว่า พร้อมกับคายพลังงานออกมา เป็น โฟตอน หรือคลื่นแสงที่มีพลังงาน = E2 - E1 เมื่อศึกษาเส้นสเป๊คตรัม ก็จะบอกได้ว่าเป็นธาตุอะไร เพราะความถี่ของโฟตอนจะเป็นเอกลักษณ์ของธาตุนั้นๆ แปลเป็นภาษาไทยจากภาพของ Dr. Nick Strobel

เมื่อเราดูเนบิวล่ากลุ่มใด ที่มีสีแดง ก็จะทราบได้ทันทีว่า เป็นเนบิวล่าที่จะมีโอกาสไปเกิดเป็นดาว ดุจดังเห็นสตรีมีครรภ์ แต่การมีครรภ์ก็ใช่ว่าจะประกันให้มีการกำเนิดชีวิตใหม่เสมอไป ซึ่งก็เป็นอุปมาเดียวกันกับการเกิดของดวงดาว ที่ใช่ว่า เนบิวล่าที่พัฒนามาจนถึงขั้นนี้แล้ว จะได้ถือกำเนิดเป็นดาวทุกรายไปก็หาได้ไม่ เนบิวล่าที่เปล่งแสงออกมาได้ด้วยตัวเอง (emission nebula) ก็นับเป็นเพียงส่วนน้อยของมวลสารทั้งหมดในจักรวาลเท่านั้น มวลสารส่วนใหญ่แล้วเรายังไม่สามารถมองเห็นได้ เพราะมันอยู่ในส่วนที่เป็น เนบิวล่ามืด

สี ของดวงดาวหรือ เนบิวล่า นั้น จึงให้เงื่อนงำคำตอบแก่เราได้มากมาย ว่ามีกำลังเกิดอะไรขึ้นภายในสิ่งนั้นอยู่ ในตอนต่อไปข้างหน้า จะคุยเพิ่มเติมในข้อที่ว่า สี ของดวงดาว ยังช่วยให้เรารู้ ขนาด และอุณหภูมิของดวงดาวได้อย่างไร

เนบิวล่ามืด ที่เราสังเกตได้ ก็เพราะมันบังแสงหรือพรางแสงจากดาวเบื้องหลัง ดัง เนบิวล่า Antares Rho Ohiuchus (อันทาเรส โร โอฟีอุสคุส) ในภาพที่ ๕    เราจะเห็น เนบิวล่ามืด มาคั่นพาดกลางระหว่าง เนบิวล่าเรืองแสงด้านล่างซ้าย กับด้านบนซึ่งเป็นแสงสีฟ้าจาก เนบิวล่าสะท้อนแสง ที่สะท้อนออกจากดาวเยาว์วัย (Rho Ophiuchi จากกลุ่มดาว Ophiuchus)  ที่ร้อนแรงสีขาวตรงกลางเมฆควันสีฟ้า ส่วนด้านล่างขวาที่โผล่ออกมาจากเงามืด เป็นดาว Sigma Scorpii ในกลุ่มดาวแมงป่อง  Antares คือ ดาวดวงใหญ่สีิเหลือง  เป็นดาวยักษ์แดงใหญ่ (Red Supergiant) ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ของเราถึง ๙๐๐ เท่า  Antares เป็นดาวเอกในกลุ่มดาวแมงป่อง ชื่อทางดาราศาสตร์คือ Alpha Scorpii หรือตามตำนานจะเรียกว่า "Le Coeur de Scorpion" ซึ่งก็คือ "ดาวหัวใจแมงป่อง" อยู่ห่างจากโลก ๕๒๐ ปีแสง  จะเห็นได้ว่า เรายังพอจะมองเห็นแสงดาวจาก กระจุกดาว M4 (ซึ่งอยู่ห่างจากโลกถึง ๗๕๐๐ ปีแสง) ทะลุผ่าน เนบิวล่ามืด บางส่วนได้อยู่ แม้จะแสงจะจางลงไปมากจากการถูกพราง

(ภาพที่ ๕) บริเวณที่มีกลุ่ม เนบิวล่ามืด (ส่วนที่เป็นปื้นดำ) คละคลุ้งท่ามกลางหมู่ดาว Antares และ Rho Ophiuchi ที่นับว่าเป็นบริเวณที่สวยงามที่สุดแห่งหนึ่งในจักรวาล โดย David Malin จาก UK Schmidt plates ร่วมกับ Anglo-Australian Observatory

(ภาพที่ ๖) ผังหมู่ดาวที่ปรากฏใน ภาพที่ ๔ โดย Bill Arnett

ข้ามไปอ่านหน้า [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]