วิธีหาระยะทางดาวบนท้องฟ้า

เชื่อว่าหลายคนคงสงสัยมานานแล้วเขารู้ได้อย่างไรว่าดวงดาวต่างๆบนท้องฟ้าอยู่ห่างจากเรามากแค่ไหน ทั้งๆที่คงไม่มีใครใช้ตลับเมตรไปขึงวัดระยะได้แน่ๆ หรือจะยิงคลื่นเสียงโซนาไปกระทบและจับเวลาที่จะสะท้อนกลับมาเหมือนที่วัดความลึกในทะเล แต่ดาวซึ่งในบทความนี้จะหมายถึงดาวกฤษ์ทั่วไปบนท้องฟ้านั้น ดาวเพื่อนบ้านที่ใกล้ดวงอาทิตย์เรามากที่สุดก็อยู่ห่างออกไปมากกว่า 4 ปีแสงเลยทีเดียว ซึ่งแสงนั้นเดินทางด้วยความเร็ว 3 แสนกิโลเมตรต่อวินาที แล้ว 4 ปีจะไปได้ไกลเท่าไหร่ถ้าว่างก็คำนวณเล่นๆกันดูก็ได้ครับ และการใช้คลื่นโซน่านั้นเป็นคลื่นเสียง ด้วยความเร็วเสียงที่เชื่องช้ามากเมื่อเทียบกับความเร็วแสงก็คงไม่ต้องพูดถึง

         สิ่งแรกที่ต้องเข้าใจกันก่อนคือหน่วยวัดระยะทางดาราศาสตร์นั้นหน่วยดั้งเดิมมีหน่วยเป็น AU หรือหน่วยดาราศาสตร์ โดยที่ 1 AU มีค่าเท่ากับระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ คิดเป็นกิโลเมตรก็ประมาณเกือบๆ 150 ล้านกิโลเมตร   และอีกหน่วยวัดระยะทางอีกแบบคือ Parsec ซึ่งที่จริงมันย่อมาจาก "Parallax Angle of 1 Arc Second" หรือ ระยะทางน้อยสุดที่ทำให้เรามองเห็นตำแหน่งดาวบนท้องฟ้าขยับจากที่เดิมไป 1 อาร์ควินาที ซึ่งเท่ากับ 206,265 AU ถ้าเป็นปีแสงก็เท่ากับ 3.26 ปีแสง

         อะไรคือ "อาร์ควินาที"  มันเป็นเส้นสมมุติบนท้องฟ้าที่เราไว้ใช้ระบุการเปลี่ยนตำแหน่งไปมาของดาวบนท้องฟ้า ที่เราแบ่งเส้นสมมุตินี้พาดผ่านทั้งท้องฟ้าครึ่งวงกลมที่เราเห็นเป็น "องศา" เช่นที่ขอบฟ้าคือ 0 องศา และเหนือหัวเราพอดีคือ 90 องศา  และในช่องว่างระหว่าง 1 องศานั้นก็แยกย่อยซอยออกไปเป็น 60 อาร์คนาที และใน 1 อาร์คนาทีก็ซอยถี่ยิบย่อยลงไปอีกเป็น 1 อาร์ควินาที ทีนี้เราก็ได้เส้นระบุพิกัดพื่นที่บนท้องฟ้าแล้ว เราก็จะสามารถทราบตำแหน่งที่เปลี่ยนไปของดาวกฤษ์ได้แม้จะเพียงเล็กน้อยก็ตาม.............อ้าว บางคนแย้งว่า ดาวกฤษ์มันจะอยู่นิ่งไม่เคลื่อนที่เลยไม่ใช่เหรอ เราออกมาเห็นมันวันไหนเวลาไหนมันก็ยังอยู่ตรงเดิมเหมือนเดิม ณ เวลาที่เราสังเกตทุกครั้ง ไม่เหมือนดวงจันทร์หรือดาวเคราะห์อื่นๆ ที่เดี๋ยวมาเดี๋ยวไปตรงนั้นตรงนี้ที  .........!!! แต่ความจริงตำแหน่งของดาวฤกษ์ที่เรามองเห็นจากโลกนั้นจะมีการขยับเล็กน้อย แบบน้อยมากจนเราไม่รู้สึกถ้าไม่ได้มีการจดบันทึกโดยอ้างอิงตำแหน่งของมันกับดาวข้างเคียงและเส้นสมมุติที่เรากำหนดขึ้น
         แต่จริงๆแล้วไม่ใช่ดาวกฤษ์มันขยับ แต่เป็นเราเองต่างห่างที่มีการเปลี่ยนจุดสังเกตไป เพราะเราเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์อยู่นั่นเอง ดังนั้นไม่ว่ายังไงสิ่งที่เราสังเกตเห็นจากโลกก็ต้องมีการเปลี่ยนตำแหน่งบนท้องฟ้าไปบ้างล่ะ และสิ่งที่ได้คือปรากฎการณ์ที่เรียกว่า "พารัลแลกซ์"  
 

 
 
   พารัลแลกซ์ คืออะไร มันเป็นเรื่องง่ายๆ ที่เกิดขึ้นเราจ้องมองวัตถุหนึ่งและหลับตาข้างซ้ายและขวาสลับกันจะพบว่าสิ่งที่เรามองอยู่นั้นขยับตำแหน่งไป และการสังเกตดาวกฤษ์จุดสังเกตของเราก็เปลี่ยนไปโดยจุดที่แตกต่างหรือไกลกันมากที่สุดคือระยะเวลา 6 เดือน ก็คือเมื่อโลกย้ายไปอยู่อีกด้านหนึ่งของอาทิตย์ เนื่องจากโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์หนึ่งรอบใช้เวลา 1 ปี ดังนั้นถ้าอยากทราบระยะทางไปถึงดาวดวงสังเกตอยู่ เราก็ต้องจดตำแหน่งของมันไว้และรอไปอีก 6 เดือน กลับมาจดตำแหน่งมันอีกครั้ง จะพบว่ามันเคลื่อนจากที่เดิมเมื่อ 6 เดือนก่อนเล็กน้อย ตามหลักการแล้วดาวที่อยู่ใกล้จะมีมุมพารัลแลกซ์หรือการเคลื่อนมากกว่าดาวที่อยู่ไกล  อย่างไรก็ตามดาวเพื่อนบ้านที่อยู่ใกล้ที่สุดอย่างดาวอัลฟ่าเซนจูรี่นั้นก็มีมุมพารัลแลกซ์เพียง 0.7 อาร์ควินาทีเท่านั้น และมันมีสูตรคำนวณดังนี้
 
                                         d = 1/p
 
โดยที่ d = Distance หรือระยะทางจากดาวกฤษณ์ถึงดวงอาทิตย์ มีหน่วยเป็น พาร์เซค
           p = ค่ามุมพารัลแลกซ์ที่ัวัดได้จากการสังเกตเมื่อผ่านไปหกเดือน
 
ตัวอย่างการคำนวณหาระยะห่างของดาวอัลฟ่าเซนจูรี่ อย่างทราบแล้วว่ามีมุมพารัลแลกซ์คือ 0.7 อาร์ควินาที   เมื่อนำมาแทนค่าในสูตรก็จะเป็น 
 
                                    d = 1/(0.7)
                                    d = 1.43  
                                ดังนั้นระยะทางจากดวงอาทิตย์ถึงอัลฟ่าเซนจูรี่เท่ากับ 1.43 พาร์เซค
                                แต่ถ้าอย่างเปลี่ยนหน่วยปีแสงก็ นำ 1.43 x 3.26 = 4.66 ปีแสง
 
  อย่างไรก็ตามวิธีพารัลแลกซ์นี้ใช้ได้ผลกับดาวที่มีระยะไม่เกิน 1,000 ปีแสง เพราะถ้าห่างมากกว่านี้มุมพารัลแลกซ์ของดาวนั้นจะแทบสังเกตไม่เห็นจนขาดความเที่ยงตรงไป   และบทความต่อไปจะมาดูวิธีการหาระยะทางของดาวกฤษ์ที่อยู่ไกลกว่าวิธีพารัลแลกซ์นี้จะหาได้แถมยังทราบองค์ประกอบและขนาดของมันได้อีกด้วย แต่บทความนี้เชื่อว่าหลายท่านที่เห็นวิธีคำนวณแบบนี้แล้วคงจะหายสงสัยกันแล้วว่าตำราเขาไม่ได้โม้ เขาวัดได้จริงๆ ของเพียงเราใส่ใจในเลขาคณิต แล้วพบกันใหม่ตอนต่อไปครับ















วิทยาลัยบัณฑิตเอเซีย
สถาบันในเครือ
เป็นสถาบันด้านการศึกษาและมูลนิธิ ศ.ดร.นพ.กระแส ชนะวงศ์ ก่อตั้งขึั้น สำหรับบริการด้านการเรียน ทั้งระดับประถม มัธยม และอุดมศึกษา รวมไปถึงศูนย์ฝึกอบรม ด้านการศึกษา มูลนิธิหมอกระแส ชนะวงศ์และสถาบันกระแสภิวัฒน์ เพื่อเป็นแหล่งเรียนแก่คนรุ่นหลัง