เนบิวลาดาวเคราะห์

เนบิวลาดาวเคราะห์ (อังกฤษ: planetary nebula) คือส่วนที่เคยเป็นแก๊สและฝุ่นผงชั้นผิวนอกของดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย เมื่อดาวฤกษ์ดวงนั้นได้เปลี่ยนสภาพเป็นดาวยักษ์แดง และเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้หมดลงแล้ว แกนกลางของดาวก็จะยุบลงกลายเป็นดาวแคระขาว สังเกตได้จากจุดสีขาวตรงกลางภาพ และส่วนนอกนั้นเองที่แผ่กระจายออกไปในอวกาศ เรียกว่า เนบิวลาดาวเคราะห์ ซึ่งจะกลายเป็นวัตถุดิบในการสร้างดาวฤกษ์และระบบสุริยะรุ่นถัดไป และทำให้เอกภพมีธาตุอื่น ๆ เพิ่มขึ้น นอกเหนือจากไฮโดรเจนและฮีเลียม
แท้จริงแล้วเนบิวลาดาวเคราะห์ไม่ได้เกี่ยวข้องกับดาวเคราะห์แต่อย่างใด เพียงแต่ว่านักดาราศาสตร์ในสมัยก่อนมองเห็นเนบิวลาดาวเคราะห์มีลักษณะคล้ายดาวเคราะห์แก๊ส เนบิวลาดาวเคราะห์จัดเป็นช่วงชีวิตของดาวที่สั้นมาก คือประมาณสิบปีหรือพันปี เมื่อเทียบกับอายุขัยของดาวที่มีมากเป็นพันล้านปี
ในปัจจุบันเราค้นพบเนบิวลาดาวเคราะห์แล้วประมาณ 1500 ดวง ส่วนมากพบใกล้ศูนย์กลางดาราจักรทางช้างเผือก

การสังเกตและศึกษา

เนบิวลาดาวเคราะห์จัดเป็นวัตถุท้องฟ้าที่จางมาก มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า คนแรกที่ค้นพบเนบิวลาดาวเคราะห์คือ ชาลส์ เมสสิเยร์ (Charles Messier) นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ซึ่งเนบิวลานั้นมีชื่อว่า เนบิวลาดัมเบล ค้นพบเมื่อปี พ.ศ. 2307 ในขณะนั้นเทคโนโลยีทางดาราศาสตร์ยังไม่ก้าวหน้า และมีการค้นพบเนบิวลาดาวเคราะห์ที่คล้ายกับดาวเคราะห์แก๊ส จึงมีการเรียกชื่อวัตถุท้องฟ้าชนิดนี้ว่าเนบิวลาดาวเคราะห์
ในเวลาต่อมา วิลเลียม ฮักกิน (William Huggin) นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ ได้ทำการศึกษาธรรมชาติของเนบิวลาดาวเคราะห์ โดยการใช้การแยกแสงของวัตถุท้องฟ้าผ่านปริซึม เขาค้นพบว่าเมื่อเขาสังเกตดาราจักรแอนโดรเมดา พบว่าในแถบสเปกตรัมมีเส้นดูดกลืนอยู่มาก ต่อมาก็ค้นพบเช่นนี้กับวัตถุท้องฟ้าอื่น ๆ ซึ่งในเวลาต่อมาวัตถุท้องฟ้าเหล่านั้นเรียกว่าดาราจักร พอเขาสังเกตเนบิวลาตาแมว เขาได้ผลที่เปลี่ยนไปคือ พบเส้นสเปกตรัมเปล่งแสงออกมาเป็นจำนวนน้อย ในชั้นแรกก็สงสัยว่าเป็นธาตุปริศนาคล้ายฮีเลียม จนถูกตั้งชื่อว่า เนบิวเลียม (nebulium)
ครั้นต่อมาได้มีการศึกษาสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ พบว่ามีฮีเลียม แต่ไม่พบเนบิวเลียม จนเฮนรี นอร์ริส รัสเซล (Henry Norris Russel) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน เสนอว่า "เนบิวเลียม" เป็นธาตุที่เราคุ้นเคยกันดี แต่อยู่ในสภาวะที่เราไม่ทราบ ต่อมาค้นพบว่าใจกลางของเนบิวลาดาวเคราะห์ (คือดาวแคระขาว) มีอุณหภูมิสูงมากแต่มีแสงจางมาก ขณะที่ชั้นนอกของดาวยักษ์แดงดวงเดิมขยายตัวออกสู่อวกาศเสมอ จนเกิดแนวคิดว่าเนบิวลาดาวเคราะห์เป็นจุดจบของดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อย (ต่างกับซูเปอร์โนวาที่เป็นจุดจบของดาวฤกษ์ที่มีมวลมาก)
ทุกวันนี้เทคโนโลยีทางดาราศาสตร์ก้าวหน้ามาก ทำให้นักดาราศาสตร์ได้ศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เปล่งออกจากวัตถุท้องฟ้า ไม่เฉพาะแต่แสงที่มองเห็นและคลื่นวิทยุดังเช่นในอดีต การศึกษาเนบิวลาดาวเคราะห์ผ่านทางรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีอินฟราเรด ทำให้ทราบรายละเอียดต่าง ๆ ของเนบิวลา เช่น อุณหภูมิ ความหนาแน่น ฯลฯเป็นต้น

การเกิดเนบิวลาดาวเคราะห์

เนบิวลาดาวเคราะห์ เกิดเมื่อดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยหรือมวลปานกลาง เช่นดวงอาทิตย์ ได้เข้าสู่ระยะสุดท้ายที่จะเปล่งแสง สำหรับดาวฤกษ์ที่มวลมากกว่านี้ก็จะเกิดการระเบิด ซึ่งเรียกว่า มหานวดารา หรือซูเปอร์โนวา แทน
ช่วงชีวิตส่วนใหญ่ของดาวฤกษ์ก็คือ การส่องแสงสว่างอันเป็นพลังงานจากปฏิกิริยาฟิวชันในแกนกลางดาว ซึ่งหลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม พลังงานที่ได้นี้ยังช่วยต้านทานแรงโน้มถ่วงภายในดาว ทำให้ดาวทรงรูปอยู่ได้ พอเวลาผ่านไปหลายพันล้านปี เชื้อเพลิงของดาว คือไฮโดรเจน มีปริมาณลดลงเรื่อย ๆ จนหมดในที่สุด ทำให้ไม่มีพลังงานที่สามารถทานแรงโน้มถ่วงได้ ดาวจึงยุบตัวลงและมีอุณหภูมิสูงขึ้นมาก ในเวลาปกติ อุณหภูมิที่แกนของดาวฤกษ์โดยประมาณคือ 15 ล้านเคลวิน แต่เมื่อเกิดการยุบตัว อุณหภูมิภายในแกนอาจสูงถึง 100 ล้านเคลวิน เพื่อให้ดาวอยู่ในสภาพสมดุลอีกครั้ง เปลือกนอกของดาวก็ขยายตัวออกไปเช่นเดียวกับการขยายตัวของวัตถุเมื่อถูกความร้อน จากนั้นอุณหภูมิดาวก็จะลดลงเป็นอย่างมาก เรียกดาวฤกษ์ในระยะนี้ว่า ดาวยักษ์แดง (red giant) ทว่าแกนของดาวยังคงยุบตัวต่อไปและมีอุณหภูมิสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งฮีเลียมหลอมตัวได้คาร์บอนกับออกซิเจน ในที่สุดแกนของดาวก็หยุดการยุบตัว
ปฏิกิริยาฟิวชันของฮีเลียมจัดเป็นปฏิกิริยาที่ไวต่ออุณหภูมิมาก นั่นคือ หากอัตราการเพิ่มของอุณหภูมิเพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่าของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพียงร้อยละสอง ก็จะเกิดการปลดปล่อยพลังงานมาก ทำให้แกนของดาวเกิดการหดตัวและขยายตัวสลับกัน จนในที่สุดพลังงานที่ได้นี้ก็จะทำให้ผิวนอกของดาวหลุดออกไปในอวกาศ และรังสีอัลตราไวโอเลตที่ปลดปล่อยออกมาจากแกนดาว ก็จะทำให้แก๊สที่หลุดไปนั้นแตกตัวเป็นพลาสมาและเปล่งแสงสีสันสวยงามออกมา

ความสำคัญ

เนบิวลาดาวเคราะห์ เป็นเครื่องจักรสังเคราะห์ธาตุที่สำคัญในจักรวาล นั่นคือ เนบิวลาดาวเคราะห์ช่วยสังเคราะห์ไฮโดรเจนและฮีเลียมให้เป็นธาตุหนักนานาชนิด เช่น คาร์บอน ไนโตรเจน หรือแม้แต่โลหะ ซึ่งสิ่งนี้เองที่กลายเป็นดาวฤกษ์และระบบสุริยะรุ่นถัดไป ตลอดจนเป็นพื้นฐานของการดำรงชีวิตของสัตว์บนโลกในเวลาต่อมา