ชุดที่ 13 ดาราศาสตร์และเทคโนโลยีอวกาศ

ชุดนี้ครอบคลุมสาระที่ 3 วิทยาศาสตร์โลกและอวกาศ มาตรฐาน ว 3.1 ทั้งเอกภพ กาแล็กซี ดาวฤกษ์ ดวงอาทิตย์ ระบบสุริยะ ปรากฏการณ์โลก–ดวงจันทร์–ดวงอาทิตย์ ทรงกลมฟ้า กล้องโทรทรรศน์ และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอวกาศ (ดาวเทียม GNSS การสำรวจข้อมูลระยะไกล จรวด สภาพไร้น้ำหนัก และภารกิจสำรวจอวกาศสำคัญในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา) เชื่อมโยงกับกฎการเคลื่อนที่ในมาตรฐาน ว 2.2

ซีรีส์ติวสอบครูผู้ช่วย เอกวิทยาศาสตร์ทั่วไป 2569 • exammvp.com

สรุปเนื้อหาสำคัญ

เอกภพและกาแล็กซี

• ทฤษฎีบิกแบง: เอกภพเริ่มจากสภาวะร้อนและหนาแน่นมากเมื่อประมาณ 13,800 ล้านปีก่อน แล้วปริภูมิขยายตัวทุกแห่งพร้อมกัน จึง ไม่มีศูนย์กลาง
• หลักฐานหลัก 3 ข้อ: (1) รังสีไมโครเวฟพื้นหลัง (CMB) ประมาณ 2.7 K มาจากทุกทิศ (2) การเลื่อนไปทางแดงของกาแล็กซีและกฎฮับเบิล (3) สัดส่วนธาตุเบา H ประมาณ 75% He ประมาณ 25% โดยมวล
• การเลื่อนดอปเพลอร์: $v \approx \frac{\Delta\lambda}{\lambda_0}c$ ความยาวคลื่นยาวขึ้น = ถอยห่าง (redshift) สั้นลง = เข้าหา (blueshift)
• กฎฮับเบิล $v = H_0 d$ ค่า $H_0$ ประมาณ 70 km/s/Mpc อายุเอกภพโดยประมาณ $t \approx 1/H_0$
• ทางช้างเผือก: กังหันมีคาน กว้างประมาณ 100,000 ปีแสง ระบบสุริยะอยู่บนแขนนายพราน ห่างใจกลางประมาณ 26,000 ปีแสง

ดาวฤกษ์: กำเนิด สมบัติ และวิวัฒนาการ

• เนบิวลายุบตัว → โปรโตสตาร์ → เริ่มฟิวชันไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมที่แกน = เข้าสู่แถบลำดับหลัก (แรงดันสมดุลกับแรงโน้มถ่วง)
• มวลน้อยถึงปานกลาง: ดาวยักษ์แดง → เนบิวลาดาวเคราะห์ → ดาวแคระขาว
• มวลมาก: ดาวยักษ์ใหญ่แดง → ซูเปอร์โนวา → ดาวนิวตรอน (รัศมีราว 10 km, พัลซาร์) หรือหลุมดำ
• ดาวยิ่งมวลมาก ยิ่งร้อน สว่าง และ อายุสั้น โดยประมาณ $t \propto M/L$ และ $L \propto M^{3.5}$
• กฎของวีน $\lambda_{max}T = 2.9\times10^{-3}$ m·K สีจากเย็นไปร้อน: แดง → ส้ม → เหลือง → ขาว → น้ำเงิน
• แผนภาพ H–R: แกนนอนอุณหภูมิ (ร้อนอยู่ซ้าย) แกนตั้งกำลังส่องสว่าง $L \propto R^{2}T^{4}$ ขวาบน = ยักษ์ใหญ่ ซ้ายล่าง = แคระขาว
• โชติมาตร: ยิ่งน้อยยิ่งสว่าง ต่างกัน 5 โชติมาตร = สว่างต่างกัน 100 เท่า, โชติมาตรสัมบูรณ์ = โชติมาตรที่ระยะ 10 พาร์เซก, $m - M = 5\log_{10} d - 5$
• ระยะทาง: 1 AU ≈ $1.5\times10^{8}$ km, 1 พาร์เซก ≈ 3.26 ปีแสง, แพรัลแลกซ์ $d(\text{pc}) = 1/p(\text{พิลิปดา})$

ดวงอาทิตย์และลมฟ้าอากาศอวกาศ

• ชั้นจากในออกนอก: แก่น → เขตการแผ่รังสี → เขตการพาความร้อน → โฟโตสเฟียร์ (ประมาณ 5,800 K) → โครโมสเฟียร์ → คอโรนา (ร้อนนับล้านเคลวิน)
• พลังงานมาจากฟิวชัน 4 H → 1 He มวลพร่องราว 0.7% เปลี่ยนเป็นพลังงานตาม $E = mc^{2}$
• จุดมืด: เย็นกว่าบริเวณรอบข้าง เพราะสนามแม่เหล็กเข้มยับยั้งการพาความร้อน วัฏจักรประมาณ 11 ปี
• เปลวสุริยะ (แสงถึงโลกราว 8 นาที) ต่างจาก CME (มวลพลาสมาถึงโลกราว 1–3 วัน) → พายุแม่เหล็กโลก รบกวนดาวเทียม GNSS วิทยุ และสายส่งไฟฟ้า
• ออโรรา: อนุภาคจากลมสุริยะถูกสนามแม่เหล็กโลกนำลงใกล้ขั้วแม่เหล็ก ชนแก๊สในบรรยากาศแล้วเปล่งแสง

ระบบสุริยะและกฎของเคปเลอร์

• ดาวเคราะห์ตามเกณฑ์ IAU 2006: โคจรรอบดวงอาทิตย์ + รูปร่างเกือบกลม + กวาดวงโคจรให้ปลอดวัตถุอื่น (ดาวเคราะห์แคระขาดข้อสุดท้าย)
• ดาวหาง: หางชี้ออกจากดวงอาทิตย์เสมอ (ลมสุริยะและความดันการแผ่รังสี)
• สะเก็ดดาว (ในอวกาศ) → ดาวตก (แสงในบรรยากาศ) → อุกกาบาต (ตกถึงพื้น) ฝนดาวตกประจำปี = โลกผ่านแนวเศษฝุ่นของดาวหาง
• เคปเลอร์: (1) วงโคจรวงรี (2) กวาดพื้นที่เท่ากันในเวลาเท่ากัน → ใกล้เร็ว ไกลช้า (3) $T^{2} = a^{3}$ (ปี, AU)

ปรากฏการณ์โลก–ดวงจันทร์–ดวงอาทิตย์

• ฤดูกาลเกิดจากแกนโลกเอียงประมาณ 23.5° (มุมตกกระทบของแสงและความยาวกลางวัน) ไม่ใช่ระยะทาง โลกใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดช่วงต้นมกราคม
• มุมเงยดวงอาทิตย์ตอนเที่ยง = 90° − |ละติจูดผู้สังเกต − ละติจูดที่ดวงอาทิตย์ตั้งฉาก|
• ข้างขึ้นสว่างด้านตะวันตก เห็นหัวค่ำ ข้างแรมสว่างด้านตะวันออก เห็นช่วงดึกถึงเช้า
• อุปราคาเกิดเมื่อดิถีเหมาะ (เดือนดับ/เพ็ญ) และดวงจันทร์อยู่ใกล้จุดโหนด เพราะวงโคจรดวงจันทร์เอียงราว 5°
• สุริยุปราคาเต็มดวงเห็นได้แนวแคบ, วงแหวนเกิดเมื่อดวงจันทร์อยู่ไกลโลก, จันทรุปราคาเต็มดวงเห็นดวงจันทร์สีแดงอิฐ
• น้ำเกิดช่วงวันเพ็ญและเดือนดับ น้ำตายช่วง 7–8 ค่ำ แรงไทดัล $\propto M/d^{3}$ ดวงจันทร์มีผลมากกว่าดวงอาทิตย์ราว 2 เท่า
• ปฏิทินจันทรคติไทย: 12 เดือนจันทรคติราว 354 วัน จึงต้องมีอธิกมาส (เดือน 8 สองหน) ให้ตรงฤดูกาล ส่วนอธิกวาร (เดือน 7 มี 30 วัน) ใช้ปรับให้วันตรงดิถีของดวงจันทร์

ทรงกลมฟ้าและกล้องโทรทรรศน์

• มุมเงยของดาวเหนือ = ละติจูดผู้สังเกต ดาวรอบขั้วฟ้าคือดาวที่มีเดคลิเนชันมากกว่า 90° − ละติจูด
• ทรงกลมฟ้าปรากฏหมุน 15° ต่อชั่วโมง หันทิศเหนือเห็นดาวหมุนทวนเข็มนาฬิกา
• กลุ่มดาวจักรราศีอยู่ตามแนวสุริยวิถี กลุ่มที่อยู่ทิศเดียวกับดวงอาทิตย์มองไม่เห็น ตอนเที่ยงคืนเห็นกลุ่มที่อยู่ฝั่งตรงข้าม
• ความสามารถรวมแสง $\propto D^{2}$ กำลังแยกภาพ $\theta \approx 1.22\lambda/D$ (θ เล็ก = ละเอียด)
• หน้าต่างบรรยากาศ: แสงที่ตามองเห็นและคลื่นวิทยุผ่านได้ ส่วนรังสีแกมมา รังสีเอกซ์ UV ส่วนใหญ่ และอินฟราเรดหลายช่วงต้องสังเกตจากอวกาศ
• สดร. (NARIT): กล้องโทรทรรศน์แห่งชาติ 2.4 m บนดอยอินทนนท์ และกล้องโทรทรรศน์วิทยุ 40 m ที่ดอยสะเก็ด เชียงใหม่

เทคโนโลยีอวกาศและภารกิจสำรวจ

• วงโคจร: LEO (ไม่กี่ร้อยถึงประมาณ 2,000 km คาบราว 90–130 นาที เช่น ISS ที่ราว 400 km คาบประมาณ 92 นาที), MEO (GNSS ประมาณ 20,000 km), GEO (ประมาณ 36,000 km เหนือเส้นศูนย์สูตร คาบ 1 วัน) ยิ่งสูง ยิ่งช้า คาบยิ่งยาว
• GNSS หาตำแหน่งจาก $d = ct$ ต้องใช้ดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวง (x, y, z และค่าคลาดเคลื่อนของนาฬิกา)
• รีโมตเซนซิง: $NDVI = \frac{NIR - Red}{NIR + Red}$ ใกล้ 1 = พืชหนาแน่น ใกล้ 0 = ดิน/เมือง ติดลบ = น้ำ
• ดาวเทียมไทย: ไทยโชต (THEOS-1, ปี 2551) และ THEOS-2 (ตุลาคม 2566, รายละเอียด 50 cm, วงโคจรสัมพันธ์กับดวงอาทิตย์) ดูแลโดย GISTDA
• จรวด: กฎข้อ 3 ของนิวตัน แรงขับ = อัตราการพ่นมวล × อัตราเร็วแก๊ส แรงลัพธ์ = แรงขับ − น้ำหนัก
• สภาพไร้น้ำหนักบนสถานีอวกาศ = การตกอย่างอิสระ ไม่ใช่ไร้แรงโน้มถ่วง (g ที่ 400 km ยังเหลือราว 89%)
• ภารกิจเด่น: Chang'e 6 (2567) นำตัวอย่างจากด้านไกลของดวงจันทร์กลับโลกเป็นครั้งแรก, Artemis II (เมษายน 2569) ลูกเรือ 4 คนบินอ้อมดวงจันทร์แล้วกลับโลกโดยไม่ลงจอด, 3I/ATLAS (2568) วัตถุจากนอกระบบสุริยะดวงที่ 3 ที่ค้นพบ วงโคจรไฮเพอร์โบลา