ฝนดาวตกเกิดจากอะไร

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

ฝนดาวตกเกิดจากอะไร
ที่มา เว็ป atcloud
โดยคุณ alaska

ปรากฏการณ์ฝนดาวตกนั้นเกิดจากธารฝุ่นอุกกาบาต
ที่ดาวหางปล่อยทิ้งไว้ตามทางโคจร ประกอบด้วยแร่ธาตุหลายชนิด
จับตัวกันอย่างโปร่งๆเหมือนแป้งอัดเม็ด ไม่ได้มีโครงสร้างแข็งแกร่งอย่างก้อนหิน

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

ตลอดเวลาที่ผ่านมา ยังไม่มีใครทราบองค์ประกอบของดาวหาง จึงยังไม่มีใครทราบว่าปรากฏการฝนดาวตกหรือพายุดาวตกมีความสัมพันธ์กับดาวหางจริงหรือไม่ จนในปี ค.ศ. 1949 เฟรด วิปเพิล นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันได้เสนอทฤษฎีส่วนประกอบของดาวหางขึ้น โดยกล่าวว่าดาวหางนั้นประกอบด้วยน้ำแข็ง กลุ่มแก๊สต่างๆ และธุลีในอวกาศ โดยที่ส่วนหัวของดาวหางนั้นจะมีใจกลางอยู่ข้างในหรือที่เรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ซึ่งมีส่วนประกอบต่างๆเหล่านี้อัดตัวรวมกัน สรุปแล้วดาวหางก็คือก้อนหิมะสกปรกนั่นเอง ซึ่งความรู้นี้เองที่ต่อมาทำให้สามารถไขปริศนาความสัมพันธ์ระหว่างดาวหางและฝนดาวตกได้

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

ในปี ค.ศ. 1966 พายุดาวตกเลโอนิดกลับมาอีกครั้งพร้อมกับการปรากฏตัวของดาวหางเทมเพล-ทัตเทล การค้นพบดาวหางในปีนั้นเดิมทีนักดาราศาสตร์คิดว่าเป็นดาวหางดวงใหม่ แต่เมื่อคำนวณวงโคจรแล้วจึงได้ทราบในภายหลังว่าเป็นดาวหางเทมเพล-ทัตเทลที่ไม่ได้ปรากฏตัวให้เห็นมาเกือบร้อยปีแล้วนั่นเอง




พายุดาวตกเลโอนิดที่เกิดขึ้นในปี
ค.ศ. 1966 ที่เห็นเป็นเส้นสว่าง
หลายสิบเส้นคือดาวตกแต่ละดวง
ส่วนที่เห็นเป็นจุดสว่างคือดวงดาว
ในท้องฟ้า

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

พายุดาวตกในปี ค.ศ. 1966 นั้นตกหนักมาก นักสังเกตการณ์บางรายระบุว่าสามารถเห็นดาวตกถึงวินาทีละ 40 ดวง ซึ่งนั่นหมายความว่าพายุดาวตกในครั้งนั้นมีปริมาณดาวตกถึง 150,000 ดวงต่อชั่วโมงทีเดียว แต่หลายปีต่อมา นักดาราศาสตร์นำข้อมูลจากผู้สังเกตการณ์พายุดาวตกในที่ต่างๆมาประมวลใหม่อีกครั้ง แล้วประเมินเป็นค่าเฉลี่ยว่าพายุดาวตกในครั้งนั้นเฉลี่ยแล้วมีปริมาณดาวตกราว 15,000 ดวงต่อชั่วโมง


ลูกไฟที่เกิดขึ้นในปรากฏการณ์
พายุดาวตกเลโอนิดปี ค.ศ. 1966

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

ฝนดาวตกเกิดจากอะไร
เมื่อนักดาราศาสตร์ทราบองค์ประกอบของดาวหาง ในที่สุดก็สามารถทำความเข้าใจกับปรากฏการณ์ฝนดาวตกได้ ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ทราบกันดีแล้วว่าปรากฏการณ์ฝนดาวตกนั้นเกิดจากธารฝุ่นอุกกาบาตที่ดาวหางปล่อยทิ้งไว้ตามทางโคจรนั่นเอง

ฝุ่นอุกกาบาต (meteoroid) ประกอบด้วยแร่ธาตุหลายชนิด จับตัวกันอย่างโปร่งๆเหมือนแป้งอัดเม็ด ไม่ได้มีโครงสร้างแข็งแกร่งอย่างก้อนหิน ฝุ่นอุกกาบาตมีหลายขนาด ส่วนใหญ่จะมีขนาดเล็กราวเม็ดทรายละเอียด ส่วนน้อยจะมีขนาดที่ใหญ่ขึ้น คือมีขนาดราวก้อนกรวด

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วว่าดาวหางก็มีการโคจรรอบดวงอาทิตย์และทิ้งธารฝุ่นอุกกาบาตเอาไว้เบื้องหลัง และโลกก็มีการโคจรรอบดวงอาทิตย์เช่นกัน ดังนั้นหากวงโคจรของโลกและดาวหางมีโอกาสมาอยู่ใกล้ชิดกันหรือตัดกัน โลกก็มีโอกาสที่จะโคจรฝ่าเข้าไปในธารฝุ่นอุกกาบาตของดาวหางได้


แผนภาพแสดงการโคจรของโลกและดาวหาง เมื่อโลกโคจรเข้ามาใกล้แนวโคจรของดาวหางก็จะฝ่าธารฝุ่นอุกกาบาตที่ดาวหางทิ้งไว้ ทำให้เกิดฝนดาวตกขึ้นในโลก หากฝุ่นอุกกาบาตมีความหนาแน่นสูงก็จะทำให้เกิดฝนดาวตกเป็นจำนวนมากและกลายเป็นพายุดาวตก

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

ฝนดาวตกเกิดจากการที่โลก
เข้าไปใกล้เส้นทางการโคจร
ของดาวหาง (ไม่ใช่เข้าใกล้
ตัวดาวหาง) และโคจรฝ่า
เข้าไปในธารฝุ่นอุกกาบาตที่
ดาวหางทิ้งไว้



เมื่อฝุ่นอุกกาบาตพุ่งฝ่าชั้นบรรยากาศของโลกก็จะเปล่งแสงออกมา ทำให้ผู้ที่สังเกตอยู่บนผิวโลกเห็นเป็น ดาวตก นั่นเอง การเปล่งแสงของฝุ่นอุกกาบาตนี้หากอธิบายด้วยภาษาง่ายๆก็คือ เมื่อฝุ่นอุกกาบาตเสียดสีกับบรรยากาศของโลกก็จะลุกไหม้และเปล่งแสงออกมา

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

ดาวตกเปล่งแสงได้อย่างไร
การเปล่งแสงของดาวตกนั้น หากจะอธิบายอย่างเป็นวิทยาศาสตร์แล้วจะอธิบายได้ว่า เมื่อฝุ่นอุกกาบาตพุ่งฝ่าเข้ามาในบรรยากาศของโลก พลังงานจลน์อันเกิดจากความเร็วที่ฝุ่นเหล่านี้ชนกับโมเลกุลของแก๊สออกซิเจนในบรรยากาศชั้นบนจะทำให้อะตอมของแก๊สออกซิเจนและอะตอมของฝุ่นอุกกาบาตเสียอิเล็กตรอนไป กลายเป็นไอออน (ion, โดยเฉพาะแก๊สที่กลายเป็นไอออนจะเรียกว่าพลาสมา) เมื่อไอออนเหล่านี้เสียอิเล็กตรอนไปก็พยายามชิงอิเล็กตรอนมาเพื่อทำให้ตนเองกลายเป็นอะตอมที่เสถียรเหมือนเดิม และเมื่อไอออนได้อิเล็กตรอนคืนมาก็จะเกิดการคายพลังงานขึ้น โดยพลังงานที่ปลดปล่อยออกมานั้นอยู่ในรูปของพลังงานแสง ดังนั้นเราจึงเห็นฝุ่นอุกกาบาตเปล่งแสงให้เห็นเป็นดาวตกเมื่อฝ่าเข้ามาในบรรยากาศของโลก

หากเราถ่ายภาพดาวตกด้วยฟิล์มสีก็จะพบว่าแสงที่ดาวตกเปล่งออกมานั้นมีได้หลายสี นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาองค์ประกอบของฝุ่นอุกกาบาตได้จากสีของแสงที่เปล่งออกมานี่เอง เรียกว่าการศึกษาสเปกตรัม (spectrum) ของฝุ่นอุกกาบาต สเปกตรัมที่ฝุ่นอุกกาบาตเปล่งออกมาเมื่อผ่านชั้นบรรยากาศของโลกจะบอกถึงธาตุที่เป็นส่วนประกอบ






ดาวตกที่เกิดจากฝนดาวตกเพอร์เซอิด จะสังเกตเห็นว่าแสงที่เปล่งจากดาวตกมีหลายสี นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาองค์ประกอบของฝุ่นอุกกาบาตได้จากสเปกตรัมของแสงที่ดาวตกเปล่งออกมา

สีของแสง                    ธาตุที่เป็นส่วนประกอบ
แสงสีส้มเหลือง                 โซเดียม
เหลือง                               เหล็ก
เขียวแกมน้ำเงิน                  แมกนีเซียม
ม่วง                                    แคลเซียม
แดง                                  ซิลิคอน
เขียว                                ออกซิเจน

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

บางครั้งเราอาจพบจากภาพถ่ายดาวตกว่ามีรอยทาง (persistent train) สว่างคล้ายควันเกิดขึ้นตามทางที่ดาวตกพุ่งผ่านไปและเป็นสีเขียว แสงสีเขียวที่เปล่งจากรอยทางนั้นไม่ได้เกิดจากธาตุของฝุ่นอุกกาบาต แต่เป็นบริเวณที่อากาศกลายเป็นพลาสมา

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

รอยทาง (persistent train)
คล้ายควันที่เกิดจากการพุ่ง
ฝ่าบรรยากาศของดาวตก
รอยทางที่เปล่งแสงสว่างนี้
เกิดจากอะตอมของแก๊ส
ออกซิเจนในบรรยากาศที่
ถูกฝุ่นอุกกาบาตพุ่งชนและ
กลายเป็นพลาสมา พลาสมา
ของออกซิเจนจะปลดปล่อย
พลังงานออกมาในรูปแสงสี
เขียว รอยทางที่เห็นนี้คงอยู่
นานถึง 30 นาที ภายนี้ถ่ายจาก
ปรากฏการณ์ฝนดาวตกใน
คืนวันที่ 17 พฤศจิกายน ปี
ค.ศ. 1996 
 
 

โดยทั่วไปแล้วฝุ่นอุกกาบาตที่จะสามารถเปล่งแสงให้คนบนผิวโลกเป็นเป็น ดาวตก ได้ต้องมีขนาดใหญ่พอควร กล่าวคือ ฝุ่นอุกกาบาตที่มีขนาดราว 0.5 มิลลิเมตรจะทำให้เกิดดาวตกเป็นเส้นจางๆที่พอมองเห็นได้ แต่หากขนาดต่ำกว่านี้ก็จะมองไม่เห็นแล้ว ฝุ่นอุกกาบาตที่ก่อให้เกิดดาวตกที่เห็นได้ชัดจะมีขนาดอยู่ในช่วง 1 มิลลิเมตรถึง 1 เซนติเมตร ซึ่งฝุ่นอุกกาบาตขนาดประมาณ 1 เซนติเมตรจะทำให้เห็นเป็นดาวตกดวงใหญ่หรือที่เรียกกันว่า ลูกไฟ (fireball) นั่นเอง

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

ภาพเคลื่อนไหวแสดง
การตกของลูกไฟ

[สุวัฒน์ หนูคีรี นักศึกษาวิศวอิเล็ก ผู้ดูแลระบบเว็บบอร์ด]

ดาวตกหรือฝุ่นอุกกาบาตที่ตกเข้ามาในโลกมักจะจะเผาไหม้ไปหมดในชั้นบรรยากาศที่ระดับความสูงราว 80-120 กิโลเมตรเหนือผิวโลก หากฝุ่นอุกกาบาตมีขนาดใหญ่กว่า 1 เซนติเมตรก็อาจเผาไหม้ไม่หมดและมีเศษซากตกลงมาถึงผิวโลกได้ ชิ้นส่วนที่เหลือจากการเผาไหม้และตกลงมาถึงพื้นโลกนี้เราเรียกว่า อุกกาบาต (meteorite) นั่นเอง

ผู้ที่ชมฝนดาวตกบางครั้งอาจได้ยินเสียงฟ้าร้องดังครืนครันมาแต่ไกล เสียงนี้ไม่ใช่เสียงฝนฟ้าคะนองแต่อย่างใด แต่เป็นเสียงจากฝนดาวตกนั่นเอง กล่าวคือ เมื่อฝุ่นอุกกาบาตที่มีขนาดไม่เล็กละเอียดนัก เมื่อพุ่งเข้ามาในโลกนั้นจะเผาไหม้ได้ช้ากว่าฝุ่นอุกกาบาตที่เล็กละเอียด และจะพุ่งตกลงมาในชั้นบรรยากาศได้ลึกกว่า และด้วยความเร็วเหนือเสียงหลายเท่า ฝุ่นอุกกาบาตที่มีความเร็วเหนือเสียงเหล่านี้จะทำให้เกิดคลื่นกระแทก (shock wave) ขึ้นในชั้นบรรยากาศ บางครั้งผู้ที่อยู่ที่พื้นโลกจึงได้ยินเสียงฝนดาวตกดังครืนครันเหมือนฟ้าร้อง

เมื่อเราทราบเกี่ยวกับธารฝุ่นอุกกาบาตและการเกิดดาวตกแล้ว มาถึงตอนนี้ก็คงพอสันนิษฐานได้ว่าฝนดาวตกนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไร เมื่อโลกโคจรฝ่าเข้าไปในธารฝุ่นอุกกาบาตก็จะทำให้เกิดดาวตกเข้ามาในโลกหลายดวง เราก็เรียกว่า ฝนดาวตก (meteor shower) ปริมาณของฝนดาวตกที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของธารฝุ่นอุกกาบาต หากธารฝุ่นอุกกาบาตมีฝุ่นหนาแน่นมากก็จะก่อให้เกิดฝนดาวตกอย่างถี่ยิบ หากฝนดาวตกนี้มีปริมาณกว่า 1,000 ดวง/ชั่วโมง เราจะจัดฝนดาวตกนี้ว่าเป็น พายุดาวตก (meteor storm)