3.1. ความนำ
มนุษย์ให้ความสนใจต่อวัตถุท้องฟ้าและปรากฏการณ์บนฟากฟ้ามาเป็นเวลาช้านานแล้ว สิ่งเหล่านี้กระตุ้นให้มนุษย์สนใจค้นคว้าหาความจริงในธรรมชาติของสิ่งเหล่านั้น ด้วยความคิดอันเป็นระบบของมนุษย์ ทำให้มนุษย์พยายามจัดแบ่งดาวที่มีจำนวนมากมายมหาศาลบนท้องฟ้าออกเป็นกลุ่ม ๆ เพื่อความสะดวกในการค้นหาและสังเกตการณ์
กลุ่มดาวทั้งหมดบนท้องฟ้าจึงถูกแบ่งออกทั้งหมดเป็น 88 กลุ่ม โดยแต่ละกลุ่มกำหนดไว้ในรูปของตัวบุคคล เครื่องมือสัตว์ต่าง ๆ ในเทพนิยาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเทพนิยายกรีก ซึ่งเป็นนิยายปรัมปราที่มีการเล่าขานสืบต่อมาตั้งแต่ครั้งอดีตกาล และยังเป็นที่รู้จักกันดีในปัจจุบัน การกำหนดเช่นนี้ทำให้การจดจำกลุ่มดาวต่าง ๆ ง่ายขึ้นเป็นอย่างมาก อีกยังทำให้การดูดาวมีความสนุกสนานเพลิดเพลิน
ในช่วงฤดูหนาวตอนหัวค่ำ เราอาจสังเกตกลุ่มดาวนายพราน (Orion) กลุ่มดาวม้าปีก (Pegasus) กลุ่มดาวสารถี (Auriga) และกลุ่มดาววัว (Taurus) เป็นต้น ส่วนในช่วงฤดูร้อนตอนหัวค่ำ เราอาจสังเกตกลุ่มดาวหมีใหญ่ (Ursa Major) กลุ่มดาวสิงโต (Leo) เป็นต้น นอกจากนี้ยังอาจเห็นดาวเคราะห์ (Planets) บางดวงปรากฏอยู่ในกลุ่มดาวจักราศี (Zodiac) อีกด้วย และด้วยความช่างสังเกตของมนุษย์ ทำให้มนุษย์ทราบว่าการขึ้น – ตกของดาวต่าง ๆ รวมทั้งดวงอาทิตย์และดวงจันทร์นั้นเกิดขึ้นเนื่องจากการหมุนรอบตัวเองของโลกในแต่ละวัน
และนอกจากจะสังเกตเห็นว่า ดาวฤกษ์บนท้องฟ้ามีความสว่างแตกต่างกันแล้ว ยังพบว่าดาวฤกษ์แต่ละดวงยังมีสีหลากหลายแตกต่างกันไป บ้างก็เป็นสีน้ำเงิน บ้างก็เป็นสีขาว บ้างก็เป็นสีแดง ซึ่งนักดาราศาสตร์ก็ได้ข้อสรุปในภายหลังว่าสีของดาวนั้นขึ้นกับอุณหภูมิของดาวแต่ละดวงนั่นเอง ถ้าดาวร้อนมากสีที่ปรากฏจะเป็นสีน้ำเงิน ถ้าร้อนน้อยลงก็จะเริ่มกลายเป็นสีขาว และถ้าไม่ร้อนมากก็จะกลายเป็นสีส้มหรือสีแดง
เมื่อมีการสร้างกล้องโทรทรรศน์หรือกล้องดูดาวขึ้นมาในครั้งแรกตั้งแต่สมัยกาลิเลโอ (Galileo) โลกทัศน์ทางดาราศาสตร์และความลี้ลับต่าง ๆ ของเอกภพก็มีความชัดเจนขึ้น
นักดาราศาสตร์พบว่าในเอกภพมีดาวฤกษ์และวัตถุท้องฟ้าอื่น ๆ จำนวนมากมายมหาศาลที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และด้วยอำนาจการรวมแสง การแยกภาพและกำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์ นักดาราศาสตร์พบว่าบางบริเวณบนท้องฟ้า มีดาวฤกษ์อยู่รวมกันเป็นกระจุก (Cluster) ดาวฤกษ์แต่ละดวงที่เป็นสมาชิกของกระจุกดาวมีแรงดึงดูดระหว่างกัน บางกลุ่มก็มีสมาชิกเป็นจำนวนมาก บางกลุ่มก็มีสมาชิกเป็นจำนวนน้อยแตกต่างกันไป
นักดาราศาสตร์พบว่าบางบริเวณบนท้องฟ้า มีดาวฤกษ์อยู่รวมกันเป็นกระจุก (Cluster) ดาวฤกษ์แต่ละดวงที่เป็นสมาชิกของกระจุกดาวมีแรงดึงดูดระหว่างกัน บางกลุ่มก็มีสมาชิกเป็นจำนวนมาก บางกลุ่มก็มีสมาชิกเป็นจำนวนน้อยแตกต่างกันไป นักดาราศาสตร์แบ่งกระจุกดาวออกเป็น 2 ชนิด คือ
กระจุกดาวทรงกลมหรือกระจุกดาวปิด (Globular Cluster) ตัวอย่างเช่น กระจุกดาวในกลุ่มดาวเฮอร์คิวลีส(Hercules Cluster) เป็นต้น
กระจุกดาวกาแลกติก หรือ กระจุกดาวเปิด (Galactic Cluster หรือ Open - Cluster) ตัวอย่างเช่น กระจุกดาวลูกไก่ (Pleiades) เป็นต้น
ดาวฤกษ์จำนวนนับแสนล้านดวงอาจมาอยู่ร่วมกัน ภายใต้แรงโน้มถ่วงระหว่างกัน เป็นอาณาจักรดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ เรียกว่า “ดาราจักร (Galaxy)” ดาราจักรมีขนาดและรูปร่างแตกต่างกันไป บ้างก็เป็นทรงรี (Elliptical) บางก็เป็นก้นหอย (Spiral) และบ้างก็ไร้รูปร่าง (Irregular) ระบบสุริยะของเราเป็นสมาชิกในดาราจักรที่มีชื่อเรียกว่า “ทางช้างเผือก (Milky Way)” มีรูปร่างเป็นก้นหอย ดาราจักรเพื่อนบ้านของเราที่มีรูปร่างคล้ายดาราจักรทางช้างเผือก มีชื่อว่าดาราจักร “แอนโดรเมดา (Andromeda) อยู่ห่างจากเราประมาณ 2.2 ล้านปีแสง
หลังจากที่สหรัฐอเมริกาส่งกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) นักดาราศาสตร์พบว่า มีดาราจักรจำนวนมากมายมหาศาล จนไม่อาจนับจำนวนได้ครบ แสดงถึงความกว้างใหญ่ของเอกภพที่ไม่สามารถกำหนดขอบเขตได้
3.2. กิจกรรมที่ 1
กิจกรรมที่ 1 : รู้จักท้องฟ้า
เมื่อเรายืนอยู่ในที่โล่งแจ้ง เช่น ทุ่งโล่งหรือชายทะเล และสังเกตท้องฟ้าเราจะเห็นว่าท้องฟ้ารูปครึ่งทรงกลมครอบเราอยู่ เรียกว่า “ทรงกลมท้องฟ้า (Celestial Sphere))” โดยเราจะอยู่ที่จุดศูนย์กลางเสนอพื้นดินที่เรายืนอยู่ เป็นระนาบขนาดใหญ่ ที่เราเรียกว่า “ระนาบขอบฟ้า (Horizontal Plane)” เส้นขอบฟ้า (Horizontal line) จะเป็นเส้นรอบวงที่ล้อมรอบผู้สังเกตที่อยู่ไกลลิบ มองเห็นเป็นรอยต่อระหว่างทรงกลมท้องฟ้ากับพื้นดิน นอกจากนี้ยังมีตำแหน่งสำคัญบนทรงกลมท้องฟ้า ที่เราควรรู้จัก คือ “จุดเหนือศีรษะ (Zenith)” ดังแสดงในภาพที่ 1
ภาพที่ 1 ทรงกลมท้องฟ้าและระนาบขอบฟ้าโดยมีผู้สังเกตการณ์อยู่ที่จุดศูนย์กลางเสมอ
สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ ก็คือ การรู้จักทิศบนโลก เราใช้หลักเกณฑ์อย่างใดในการกำหนดทิศบนโลกพร้อมให้เหตุผลประกอบ
การที่โลกหมุนรอบตัวเองไปทางทิศเดียวกับการโคจรรอบดวงอาทิตย์นักวิทยาศาสตร์จึงได้กำหนดให้ทิศที่โลกหมุนไปเป็นทิศตะวันออก ส่วนทิศที่อยู่ตรงข้ามกับการหมุนของโลกเป็นทิศตะวันตก ดังนั้นขณะที่โลกหมุนรอบตัวเองทิศจึงติดไปกับโลกตลอดเวลา ภาพที่ 2 แสดงทิศเมื่อเทียบกับผู้สังเกต ณ ตำแหน่งต่าง ๆ จงตอบคำถามต่อไปนี้
เมื่อโลกหมุนพาสังเกตไปอยู่ ณ ตำแหน่ง 1 และ 3 ผู้สังเกตจะเห็นดวงอาทิตย์อยู่ทิศเดียวกันหรือไม่ เพราะเหตุใด
เมื่อผู้สังเกตมาอยู่ ณ ตำแหน่งที่ 1 2 3 และ 4 จะเป็นเวลาประมาณเท่าใด
เราจะบอกทิศเหนือ และทิศใต้ได้อย่างไร
ภาพที่ 2 ทิศเมื่อเทียบกับผู้สังเกต ณ ตำแหน่งต่าง ๆ
เมื่อเรามีความเข้าใจในเรื่องทรงกลมท้องฟ้าและระนาบขอบฟ้า รวมทั้งหลักเกณฑ์การกำหนดทิศบนโลกแล้ว ให้เรากำหนด เหนือ-ใต้ ตะวันออก-ตะวันตก ณ ตำแหน่งที่เรายืนอยู่ จากนี้ ให้เราสังเกตการเคลื่อนที่ของวัตถุท้องฟ้า เช่น ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดวงดาวต่าง ๆ เป็นต้น
วัตถุท้องฟ้ามีการเคลื่อนที่อย่างไร ทำไมเราจึงสังเกตเห็นวัตถุท้องฟ้ามีการเคลื่อนที่ในแต่ละวัน
ทำไมเราจึงมองไม่เห็นดาวในเวลากลางวัน
ขณะที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ โลกหมุนรอบตัวเองด้วย โดยแกนหมุนของโลกเอียงทำมุมประมาณ 23.5 องศากับแนวตั้งฉากกับระนาบวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์นอกจากนี้ นักดาราศาสตร์ยังพบว่า แกนของโลกมีการส่ายอย่างช้า ๆ ไปทางทิศตะวันตก โดยใช้เวลาในการส่ายครบ 1 รอบประมาณ 26,000 ปี
ลองสร้างมโนภาพว่า เราต่อแกนหมุนของโลกออกไปทั้ง 2 ข้างจนไปตัดกับทรงกลมท้องฟ้าดังแสดงในภาพที่ 3 แกนหมุนของโลกจะตัดกับทรงกลมท้องฟ้าที่ “ขั้วท้องฟ้าเหนือ ( North Celestial Pole, NCP)” และ “ขั้วท้องฟ้าใต้ (South Celestial Pole, SCP)” และถ้าขยายระนาบศูนย์สูตรของโลกออกไปจนตัดกับทรงกลมท้องฟ้าก็จะได้ “ ระนาบศูนย์สูตรท้องฟ้า ( Celestial Equator )”
การหมุนรอบตัวเองของโลก ทำให้ผู้สังเกตบนโลกมองเห็นดาวต่าง ๆ เคลื่อนที่บนทรงกลมท้องฟ้ารอบแกนหมุนของท้องฟ้า ดังนั้นถ้าหากมีดาวอยู่ที่ขั้วท้องฟ้าเหนือหรือขั้วท้องฟ้าใต้ ผู้สังเกตจะเห็นว่าดาวดังกล่าวจะไม่มีการเคลื่อนที่
ดาวเหนือ (Polaris) เป็นดาวที่อยู่บริเวณขั้วท้องฟ้าเหนือพอดี ถ้าเราสังเกตดาวเหนือตลอดคืน เราจะเห็นดาวเหนือเคลื่อนที่อย่างไร ผู้สังเกตบนโลกที่อยู่ในซีกโลกเหนือจะเห็นเหนือมีมุมเงยเท่ากับละติจูด (Latitude,f) ณ ตำแหน่งที่สังเกตการณ์พอดี กล่าวคือ มุมเงยของขั้วท้องฟ้าเหนือ สามารถบอกค่าละติจูดของผู้สังเกตที่อยู่ในซีกโลกเหนือได้ ดังแสดงในภาพที่ 4
ผู้สังเกตที่หอดูดาวสิรินธร มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ วัดค่ามุมเงยของดาวเหนือมีค่าประมาณ 18.5 องศา ค่าละติจูดของตำแหน่งที่ตั้งหอดูดาวสิรินธร มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ มีค่าเท่าใด
ลองใช้แบบจำลองทรงกลมท้องฟ้าศึกษาการเคลื่อนที่ของดาวที่อยู่บนทรงกลมท้องฟ้ารอบแกนหมุนของท้องฟ้า
เราสังเกตเห็นหรือไม่ว่า มีดาวบางดวงบนทรงกลมท้องฟ้าไม่เคยตกลับขอบฟ้าเลย และดาวบางดวงบนทรงกลมท้องฟ้า ไม่เคยขึ้นเหนือขอบฟ้าเลย
ถ้าผู้สังเกตอยู่ที่บริเวณขั้วโลกเหนือ ผู้สังเกตจะเห็นดาวเคลื่อนทีอย่างไรและถ้า ผู้สังเกตอยู่บริเวณศูนย์สูตร ผู้สังเกตจะเห็นดาวเคลื่อนที่อย่างไร
ภาพที่ 3 ระนาบศูนย์สูตรท้องฟ้า ขั้วท้องฟ้าเหนือและขั้วท้องฟ้าใต้
ภาพที่ 4 แกนหมุนของท้องฟ้าและมุมเงยของขั้วท้องฟ้าเหนือ
3.3. กิจกรรมที่ 2
กิจกรรมที่ 2 : ระบบพิกัดของวัตถุท้องฟ้า
ตำแหน่งของวัตถุท้องฟ้าทำให้เราทราบว่า ณ เวลาใด ๆ วัตถุท้องฟ้าที่เราต้องการสังเกตอยู่ที่ไหนบนท้องฟ้า การบอกตำแหน่งของวัตถุท้องฟ้า กำหนดในรูปของ “พิกัด” ระบบพิกัดของวัตถุท้องฟ้ามีหลายแบบแต่ที่นิยมใช้ทั่วไปมี 2 แบบ คือ
(1) ระบบแนวขอบฟ้า (Horizontal System)
(2) ระบบศูนย์สูตรท้องฟ้า (Equatorial System)
ระบบแนวขอบฟ้า กำหนดโดยปริมาณ 2 ปริมาณคือ มุมเงย (Altitude) และมุมอาซิมุท (Azimuth) ของวัตถุ ภาพที่ 5 แสดงพิกัดของดาว ในระบบแนวขอบฟ้า ซึ่งค่ามุมเงยของดาวเป็นค่ามุม ที่วัดจากแนวขอบฟ้าถึงดาวตามแนววงกลมตั้งซึ่งผ่านดาว มุมเงยของดาวมีช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 90 องศาสำหรับดาวที่อยู่ทางซีกบนของทรงกลมท้องฟ้าและมีช่วงตั้งแต่ 0 ถึง -90 องศาสำหรับดาวที่อยู่ทางซีกล่างของทรงกลมท้องฟ้า
มุมจากจุดเซนิทถึงดาวตามแนววงกลมตั้งแต่ที่ผ่านดาว เรียกว่า “ระยะเซนิท (Zenith Distance)” โดยมีความสัมพันธ์กับมุมเงยดังนี้
ระยะเซนิท = 900 - มุมเงย
ส่วนค่ามุมอาซิมุทของดาวคือ มุมซึ่งเริ่มวัดจากทิศเหนือไปทางตะวันออก ตามแนวขอบฟ้าถึงวงกลมตั้งซึ่งผ่านดาว มีช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 360 องศา
ภาพที่ 5 ระบบแนวขอบฟ้า
ในการบอกตำแหน่งของวัตถุด้วยค่าละติจูดและลองจิจูดนั้น เราใช้บอกตำแหน่งของวัตถุที่อยู่บนพื้นโลกเท่านั้น แต่ในกรณีที่วัตถุอยู่สูงกว่าระดับพื้นโลกเช่น ยอดเขา ยอดเสาธง เป็นต้น เราจะบอกตำแหน่งของวัตถุเหล่านี้อย่างไร
ถ้าดาวอยู่ที่จุดเซนิทพอดี ค่ามุมเงยและค่าระยะเซนิทของดาวมีค่าเท่าใด
ขณะที่ดาวตกทางทิศตะวันตกพอดี ค่ามุมอาซิมุทของดาวมีค่าเท่าใด
การบอกตำแหน่งวัตถุท้องฟ้าในระบบแนวขอบฟ้า เราอาจใช้เครื่องมือที่เรียกว่า “เครื่องแอสโตรเลบ (Astrolabe)” เครื่องมือดังกล่าวประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ 2 ส่วนคือส่วนที่เป็นเครื่องวัดมุมเงย และเครื่องวัดมุมอาซิมุท ดังแสดงในภาพที่ 6 เครื่องวัดมุมเงย ประกอบด้วย
ก. กล้องเล็งวัตถุท้องฟ้า
ข. มาตราส่วนสำหรับค่ามุมเงยเป็นองศาติดกับกล้องเล็ง
ค. เข็มโลหะสำหรับชี้อ่านค่ามุมเงย
ง. แกนซึ่งหมุนได้รอบตัว ตั้งบนฐานและติดกับกล้องเล็ง
ภาพที่ 6 เครื่องแอสโตรเลป
เครื่องวัดมุมอาซิมุท ประกอบด้วย
จ. เข็มที่ติดกับแกนหมุนที่ฐาน
ฉ. ฐานที่ตั้งมีมาตราส่วนสำหรับวัดค่ามุมอาซิมุทเป็นองศาและบอกทิศด้วย
ในการใช้เครื่องแอสโตรเลบ ในการวัดค่ามุมเงยและมุมอาซิมุท เราจะตั้งเครื่องมือดังกล่าว ในแนวเหนือ – ใต้ ได้อย่างไร
ลองหาดาวสว่างบนท้องฟ้า แล้ววัดค่ามุมเงยและมุมอาซิมุทของดาว ณ เวลาต่างกันประมาณครึ่งชั่วโมง ค่ามุมเงยและมุมอาซิมุทของดาว ณ เวลาต่างกันมีค่าเท่ากับหรือไม่ จงให้เหตุผลประกอบ
ค่ามุมเงยและมุมอาซิมุท จะมีค่าเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นค่ามุมในระบบแนวขอบฟ้าดังกล่าวจึงใช้บอกค่าพิกัดของดาว ณ เวลาขณะใด ๆ เท่านั้น และด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องหาระบบพิกัดใหม่ที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา ในการสังเกตการณ์แต่ละคืน ระบบพิกัดดังกล่าวนี้ มีชื่อเรียกว่า “ระบบศูนย์สูตรท้องฟ้า”
ระบบศูนย์สูตรท้องฟ้า กำหนดโดยปริมาณ 2 ปริมาณคือ เดคลิเนชัน (Declination) และไรท์ แอสเซนชัน (Right Ascension)
ลองนึกมโนภาพว่า ระนาบอิเควเตอร์ของโลก สามารถขยายให้ใหญ่ออกไปจนตัดกับทรงกลมท้องฟ้า ที่เรียกว่า “ระนาบศูนย์สูตรท้องฟ้า (Celestial Equator)” ดังแสดงแล้วในภาพที่ 3 เราอาจกำหนดค่าเคคริเนชันของดาว โดยใช้ระนาบศูนย์สูตรท้องฟ้าเป็นหลักว่าเป็นมุมที่วัดจากระนาบศูนย์สูตรท้องฟ้า ถึงตำแหน่งของดาวตามแนววงกลมใหญ่ เมื่อสังเกตจากจุด O ซึ่งก็คือมุม AOS ดังแสดงในภาพที่ 7
ภาพที่ 7 ระบบศูนย์สูตรท้องฟ้า
สำหรับค่าไรท์ แอสเซนชัน นั้นกำหนดว่า เป็นค่ามุมที่วัดจากจุดคงที่จุดหนึ่งบนท้องฟ้า ที่อยู่บนระนาบศูนย์สูตร ท้องฟ้าที่เรียกว่าจุด “ วสันตวิษุวัต ( Vernal Equinox ,g)” จนถึงจุดตัดของวงกลมใหญ่กับเส้นศูนย์สูตรท้องฟ้า (จุด A) เมื่อสังเกตจากจุด 0 ซึ่งก็คือมุม gOA อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์นิยมบอกค่าไรท์ แอสเซนชันเป็น “ชั่วโมง นาที วินาที” มากกว่า “องศา ลิปดา ฟิลิปดา” โดยมีความสัมพันธ์ดังนี้
1 ชั่วโมง = 15 องศา
1 นาที = 15 ลิปดา
1 วินาที = 15 ฟิลิปดา
ตัวอย่างเช่น ถ้าวัดค่ามุม gOA ได้ 30 องศา ค่าไรท์ แอสเซนชันจะมีค่า 2 ชั่วโมง เป็นต้น
ดาวดวงหนึ่งอยู่ที่ตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างขั้วเหนือท้องฟ้า (NCP) และระนาบศูนย์สูตรท้องฟ้า ดาวดวงนี้ค่าเดคลิเนชันกี่องศา
ค่าพิกัดเดคลิเนชันและไรท์ แอสเซนชัน นิยมใช้บอกตำแหน่งของดาวบนท้องฟ้าและบนแผนที่ดาว เนื่องจากค่าพิกัดทั้ง 2 ค่านี้ไม่เปลี่ยนแปลงในการสังเกตการณ์แต่ละคืน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแกนหมุนของโลกมีการส่าย ประมาณรอบละ 26,000 ปี เมื่อเวลาผ่านไปนาน ๆ ค่าเดคลิเนชันและไรท์ แอสเซนชันของดาวจะเปลี่ยนแปลงไป
3.4. กิจกรรมที่ 3
กิจกรรมที่ 3 : การอ่านแผนที่ดาว
การอ่านแผนที่ดาวเป็น จะทำให้เราดูดาวหรือกลุ่มดาวที่ปรากฏบนท้องฟ้า ณ วัน – เวลาใดได้อย่างถูกต้อง ก่อนอ่านแผนที่ดาวเพื่อเปรียบเทียบกับดาวที่ปรากฏบนท้องฟ้า ผู้สังเกตต้องรู้ทิศเหนือ – ใต้ ตะวันออก – ตะวันตก ของที่นั้น ๆ ก่อน
ให้ลองคะเนมุมเงยและมุมอาซิมุทของดาวเหนือ
เราทราบหรือไม่ อย่างไรว่า อาจหาดาวเหนือได้โดยอาศัยกลุ่มดาวหมีใหญ่ (Ursa Major) หรือกลุ่มดาวค้างคาว (Cassiopeia)
แผนที่ดาวที่นิยมใช้กันในปัจจุบัน จะเป็นแผนที่ดาวแบบหมุน โดยเป็นกระดาษแข็ง 2 แผ่นตรึงติดกันตรงกลาง โดยแผ่นหนึ่งจะเป็นภาพของกลุ่มดาวและดาวสว่าง เขียนอยู่ในวงกลม โดยที่ขอบของวงกลมจะระบุ “วัน – เดือน” ไว้โดยรอบ ส่ายแผ่นติดอยู่ด้านบน จะระบุ “เวลา” ไว้โดยรอบ การใช้แผนที่ดาวก็เพียงแต่หมุนวัน – เดือนของแผ่นล่างให้ตรงกับเวลา ที่ต้องการสังเกตการณ์ของแผ่นบน กลุ่มดาวที่ปรากฏบนแผนที่ดาวจะเป็นกลุ่มดาวจริงที่ปรากฏจริงบนท้องฟ้า ณ ขณะนั้น ดังแสดงในภาพที่ 8
ภาพที่ 8 แผนที่ดาว
การใช้แผนที่ดาว ณ สถานที่สังเกตการณ์จริง ให้เราหันหน้าไปทางทิศเหนือ แล้วยกแผนที่ดาวขึ้นเหนือศีรษะ โดยให้ทิศในแผนที่ดาว ตรงกับทิศจริง โดยที่แผนที่ดาวดังกล่าวหมุนวัน – เดือน ให้ตรงกับ เวลา ณ ขณะนั้น
ในแผนที่ดาวมีการบอกตำแหน่งดวงจันทร์และดาวเคราะห์หรือไม่ เพราะเหตุใด
ให้สังเกตกลุ่มดาวต่าง ๆ ที่ปรากฏบนท้องฟ้า โดยใช้แผนที่ดาว แล้วระบุว่าเห็นกลุ่มดาวอะไรบ้างอยู่ทางซีกฟ้าด้านตะวันออก ตะวันตก กลางศีรษะและมีกลุ่มดาวในจักราศีกลุ่มใดบ้างปรากฏบนท้องฟ้า ณ ขณะนั้น
3.5. กิจกรรมที่ 4
กิจกรรมที่ 4 : ความสว่างและสีของดาว
เมื่อเราสังเกตดาวบนท้องฟ้า นอกจากกลุ่มดาวแล้ว สิ่งที่น่าสังเกตและน่าสนใจอีกสิ่งหนึ่งก็คือ เราจะเห็นว่าดาวแต่ละดวงมีความสว่างและสีไม่เหมือนกัน ตัวอย่างเช่น ดาวซิริอุส (Sirius) ในกลุ่มดาวสุนัขใหญ่ (Canis Major) เป็นดาวฤกษ์ที่เราเห็นว่ามีความสว่างที่สุดบนท้องฟ้าในตอนกลางคืนและมีสีขาว ส่วนดาวเหนือ (Polaris) ในกลุ่มดาวหมีเล็ก (Ursa Minor) เป็นดาวฤกษ์ที่ไม่ค่อยสว่าง และมีสีเหลืองแกมเขียว เป็นต้น
ความสว่างของดาวฤกษ์บนท้องฟ้า เป็นความสว่างปรากฏแก่ตาของเรา ความจริงแล้ว ดาวที่ปรากฏไม่สว่างมาก อาจมีความจริงมากก็ได้ แต่เนื่องจากดาวดังกล่าวอยู่ไกลจากเรามากจึงปรากฏไม่ค่อยสว่าง ดังนั้นถ้าจะเปรียบเทียบความสว่างของดาวฤกษ์กันจริง ๆ แล้ว จะต้องเปรียบเทียบดาวที่ระยะทางเดียวกันหมด
นักดาราศาสตร์นิยมกำหนดความสว่างของดาวในเทอมของ “โชติมาตร (Magnitude)” ซึ่งเป็นค่าระดับความสว่าง โดยกำหนดว่า ดาวที่มีโชติมาตร 1 จะมีความสว่างปรากฏมากกว่าดาวที่มีโชติมาตร 6 ประมาณ 100 เท่า และดาวที่มีโชติมาตร 6 จะเป็นดาวที่มีความสว่างปรากฏที่น้อยที่สุดที่ตาของคนปกติสามารถมองเห็นได้ โดยไม่ใช้กล้องสองตาหรือกล้องดูดาวช่วย จากข้อกำหนดดังกล่าว จึงพบว่าถ้าดาว 2 ดวงมีค่าโชติมาตรต่างกัน 1 แล้วความสว่างของดาวทั้ง 2 ดวงนี้จะต่างกัน 2.512 เท่า ตัวอย่างเช่น ดาวโชติมาตร 2 จะสว่างกว่าดาวโชติมาตร 3 ประมาณ 2.512 เท่า เป็นต้น
ดาววีกา (Vega) ซึ่งเป็นดาวที่มีค่าโชติมาตร 0 จะสว่างกว่า ดาวเหนือ ซึ่งเป็นดาวที่มีโชติมาตร 2 กี่เท่า
ถ้าจะเปรียบเทียบความสว่างที่แท้จริงของดาวแล้ว จะต้องพิจารณาเปรียบเทียบดาวทุกดวงที่ระยะทางเท่ากันหมด นักดาราศาสตร์พิจารณาค่าความสว่างหรือโชติมาตรที่แท้จริงของดาวโดยจะพิจารณาดาวทุดดวงอยู่ที่ระยะมาตรฐาน 10 พาร์เซค (Parsec) โดยระยะทาง 1 พาร์เซค มีค่าเท่ากับ 3.26 ปีแสง หรือประมาณ 30 ล้านล้านกิโลเมตร และเรียกค่าโชติมาตรของดาว เมื่อพิจารณาระยะ 10 พาร์เซค นี้ว่า “โชติมาตรสัมบูรณ์ (Absolute Magnitude, m)
ส่วนค่าโชติมาตรของดาว ณ ระยะทางที่แท้จริง (d) ของดาว เรียกว่า “โชติมาตรปรากฏ (Apparent Magnitude , m) โดยค่าทั้ง 3 สัมพันธ์กับตามสมการต่อไปนี้
M = m – 5 log d + 5
โดยระยะทาง d มีหน่วยเป็นพาร์เซค
ดาวฤกษ์ดวงหนึ่งมีค่าโชติมาตรสัมบูรณ์เท่ากับ 0 อยู่ห่างจากโลก 100 พาร์เซคเราสามารถมองเห็นดาวฤกษ์ดวงนี้ได้ด้วยตาเปล่าหรือไม่ จงให้เหตุผลประกอบ
เมื่อถ่ายภาพดาวฤกษ์ พบว่า ดาวฤกษ์แต่ละดวงจะมีขนาดแตกต่างกันไป ขนาดของดาวฤกษ์ที่ปรากฏอยู่บนภาพถ่ายจะสัมพันธ์กับความสว่างของดาวฤกษ์ เราอาจถ่ายภาพของดาวฤกษ์ได้โดยใช้กล้องถ่ายภาพแบบเลนส์เดี่ยวธรรมดาหรือกล้องถ่ายภาพ ซี ซี ดี ติดเข้ากับกล้องดูดาว
จากภาพถ่ายของดาวฤกษ์จะเห็นว่าดาวสว่างจะมีขนาดใหญ่ และดาวหรี่จะมีขนาดเล็ก ภาพที่ 9 แสดงภาพของกระจุกดาวฮายเอเดส (Hyades) ซึ่งเป็นกระจุกดาวที่อยู่ในกลุ่มดาวราศีพฤษภ (Taurus) และภาพที่ 10 แสดงภาพวาดของกระจุดดาวฮายเอเดส ซึ่งวงกลมแต่ละวงจะมีขนาดเท่ากับดาวแต่ละดวงในภาพที่ 9 และในภาพดังกล่าวจะมีดาวมาตรฐาน (Standard Stars) ที่เราทราบค่าโชติมาตรปรากฏที่แน่นอน ดังแสดงในตารางที่ 2-1
ตารางที่ 2-1 ค่าโชติมาตรปรากฏของดาวฤกษ์บางดวงในกระจุกดาวฮายเอเดสที่ใช้เป็นดาวมาตรฐาน
จากภาพที่ 10 ลองวัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง (d) ของดาวมาตรฐานทุกดวงที่ระบุในตารางที่ 1 โดยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวจะแปรผันโดยตรงกับค่าความสว่าง (L) ของดาวนั้น อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์พบว่าค่าโชติมาตรปรากฏ (m) จะแปรผันกับค่าลอการิทึมของค่าความสว่างของดาว กล่าวคือ
m a L ดังนั้น m a log d
จากความสัมพันธ์ดังกล่าวข้างต้น ถ้าเขียนกราฟความสัมพันธ์ระหว่างค่าโชติมาตรปรากฏในตารางที่ 2-1 กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวแต่ละดวง ก็จะได้กราฟเส้นตรงและกราฟเส้นตรงดังกล่าวจะใช้เป็น กราฟมาตรฐานที่จะใช้หาค่าโชติมาตรปรากฏของดาวดวงอื่น ๆ ที่อยู่ในภาพที่ 10 ได้
จงเลือกดาวในภาพที่ 10 จำนวนหนึ่ง แล้ววัดเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวเหล่านั้นและหาค่าโชติมาตรปรากฏของดาวดังกล่าว โดยใช้กราฟมาตรฐานที่สร้างจากดาวมาตรฐาน
ดังได้เคยกล่าวมาแล้วว่า ดาวฤกษ์แต่ละดวงมีสีแตกต่างกันไป ดาวฤกษ์อาจมีสีน้ำเงิน สีขาว สีเหลือง สีส้ม หรือสีแดง สีของดาวฤกษ์จะเป็นอย่างไรนั้น ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของดาวฤกษ์
สังเกตเปลวไฟสีน้ำเงิน และเปลวไฟสีแดง เราพอคาดคะเนได้หรือไม่ว่าเปลวไฟสีใดมีอุณหภูมิสูงกว่ากัน จงให้เหตุผลประกอบ
สังเกตดาวฤกษ์สว่างต่าง ๆ เช่น ไรเจล วีกา ซิริอุส โปรซิออน คาเพลลา อาร์คตูรุส แอนทารีส บีเทลจูล เป็นต้นแล้วลองประมาณค่าอุณหภูมิของดาวฤกษ์เหล่านี้
ภาพที่ 9 กระจุกดาวฮายเอเดสในกลุ่มดาวราศีพฤษภ
ภาพที่ 10 ภาพวาดของกระจุกดาวฮายเอเดส
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น