หน่วยทางดาราศาสตร์
และความคลาดเคลื่อนที่สุดจะพรรณนา
(ตอนที่ 1)
เมื่อครั้งผมยังเด็ก ผมได้ลองส่องกล้องดูดาวทีไร ก็มักจะร้องขอคุณพ่อให้ช่วยซื้อให้ซักตัว ซึ่งเมื่อพูดถึงราคากล้องดูดาวแล้วหละก็.. แพงอย่าบอกใครเลยหละครับ แต่เมื่อผมโตขึ้นได้ลองศึกษาดูกล้องชนิดต่าง ๆ มากขึ้น ทำให้ผมได้พบถึงความจริงที่กล้องชนิดเดียวกัน ขนาดเท่ากัน มีขาตั้งกล้องเหมือน ๆ กัน แต่กลับมีราคาแตกต่างกันมาก และเมื่อสังเกตดูรายละเอียดจึงพบว่ากล้องเหล่านั้นจะมีความแม่นยำที่ต่างกันอย่างสิ้นเชิง กล้องดูดาวแบบนิวโตเนียนที่มีกระจกทำด้วยแก้วธรรมดา จะมีความสามารถในการยืด หด เมื่อเจออุณหภูมิที่ร้อน และเย็น ที่มากกว่ากล้องที่ใช้กระจกที่ทำด้วยแก้วทนไฟถึง 3 เท่า ซึ่งแน่นอนเมื่อส่องกับดวงดาว ความแม่นยำในการวัดดาวของนักดาราศาสตร์ก็จะลดลงเพราะความยืด หดของกระจกตัวนี้เอง เมื่อลองเทียบราคาเนื้อแก้วอย่างเดียวก็ราคาต่างกันเกือบ 2 เท่าแล้วครับ และดูเหมือนว่าความแม่นยำกับราคามักจะไปด้วยกันเสมอ ยิ่งความแม่นยำของกล้องมากขึ้นเท่าใด ราคากล้องดูดาวก็ดูจะสูงขึ้นเท่านั้น เจ้าความแม่นยำนี้เนี่ย มันสำคัญอะไรกันนักกันหนานะ! และความแม่นยำขนาดไหนหละที่จะยอมรับได้สำหรับเราๆ ท่าน ๆ ในการเลือกกล้องดูดาว แต่ก่อนที่จะเข้าใจเรื่องความแม่นยำต่างๆ เราต้องมาทำความเข้าใจถึงหน่วยต่าง ๆ ในการวัดขนาดและระยะทางกันก่อนนะครับ
หน่วยที่ใช้ในการวัดระยะทาง และขนาดในโลกนี้มีอยู่สองแบบหลักๆ คือ หน่วยเมตริก อันได้แก่ (เซนติเมตร, เมตร, กิโลเมตร ฯลฯ) ซึ่งใช้กันอยู่ในบ้านเรา และหน่วยแบบ อังกฤษที่เรามักจะได้ยินคือ (นิ้ว, ฟุต, ไมล์ ฯลฯ) ก็แน่นอนครับใช้ในที่อังกฤษ ส่วนใครที่อยากใช้ทั้งสองหน่วยนี้สลับกันไป ๆ มา ๆ ก็ต้องไปอยู่ที่อเมริกาครับ เค้าใช้กันทั้งสองหน่วยเลย ซึ่งเมื่อพูดถึงที่มาที่ไปของหน่วยทั้งสองนั้น ต่างก็มีมาตรฐานที่แตกต่างกัน ซึ่งผมจะขอเริ่มเปรียบเทียบจากหน่วยที่มีใช้ในประเทศไทยก่อนเลยนะครับ
“เมตร” ว่าไปแล้วหน่วยที่ใช้วัดความยาวมีอยู่หน่วยเดียวนะครับ ก็เจ้าเมตรเนี่ยแหละ เพียงแต่ว่าเราใช้คำนำหน้าในการบอกสัดส่วนที่ย่อย หรือจำนวนเท่าที่เพิ่มขึ้นของเมตรนั่นเอง 1ต้นกำเนิดของหน่วยเมตรเกิดขึ้นจากการพยายามบรรเทาปัญหาความสับสนในการใช้หน่วยการวัดต่าง ๆ ซึ่งมีอยู่อย่างมากมายในประเทศต่าง ๆ ดังนั้นประเทศฝรั่งเศส ได้คิดค้นหน่วยเมตริกขึ้นในราวปี ค.ศ. 1790 (ราว ๆ ต้นสมัยกรุงรัตนโกสินทร์นี่เอง) ซึ่งทำให้หน่วยต่าง ๆ อยู่ในรูปเลขฐาน 10 เช่น 10 มิลลิเมตร เท่ากับ 1 เซนติเมตร 100 เซนติเมตร เท่ากับ 1 เมตร ซึ่งสะดวกแก่การใช้งานและการประมาณมากกว่าหน่วยวัดของอังกฤษ 8 หุน (1/8 นิ้ว) เป็น 1 นิ้ว 12 นิ้วเป็น 1 ฟุต 5,280 ฟุตเป็น 1 ไมล์ และเมื่อในปี 1,960 หน่วยเมตริกนี้จึงได้ถูกเรียกว่าหน่วย SI(Système International d'Unités)
จากใหญ่ไปเล็ก
“เมตร, meter” 1 เมตร
เราต้องจำความยาวประมาณ 1 เมตรไว้ให้แม่นนะครับ ต้องลองหาตลับเมตรมาลองประมาณกันดูนะครับ ก็อาจจะประมาณได้กับความสูงของนักเรียนชั้น ป. 2 ได้นะครับ
“เซนติเมตร, centimeter” 0.01 เมตร
เมื่อแบ่งความยาวเมตรนึงออกเป็น 100 ส่วนเท่า ๆ กันเราจะได้หน่วยความยาวใหม่คือ 1 เซนติเมตร ซึ่งก็ประมาณขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเหรียญ 50 สตางค์นี่เอง ถ้าสมมุติให้กล้องดูดาวมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางหน้ากล้องเท่ากับ 6 เซนติเมตร การที่เราเพิ่มขนาดหน้ากล้องให้ใหญ่ขึ้นอีก 1 เซนติเมตร (เป็นหน้ากล้องขนาด 7 เซนติเมตร) จะมีความหมายอย่างมากครับเพราะมันจะทำให้พื้นที่การรับแสงเพิ่มขึ้นกว่าร้อยละ 36 ซึ่งจะทำให้เห็นดาวในท้องฟ้าได้มากขึ้นกว่ากล้องขนาดเดิมอย่างแน่นอน
“มิลลิเมตร, millimeter” 0.001 เมตร
ถ้าเราซอยเจ้า 1 เซนติเมตรออกเป็นอีก 10 ส่วน ความยาวที่เกิดขึ้นจึงจะเรียกว่า มิลลิเมตร ซึ่งเจ้ามิลลิเมตรที่ดูเล็ก ๆ เนี่ย ถ้าเพิ่มเข้าไปในขนาดของเพชรซักเม็ดนึง ราคามันจะต่างกัน... เพิ่มขึ้นจนสามารถเลี้ยงข้าวแกงกันได้เป็นปีเลยหละครับ
“ไมโครเมตร (ไมครอน), micrometer (micron)” 0.000001 เมตร
ถ้าท่านชอบนาฬิกายี่ห้อดีๆ ที่เป็นแบบชุบ หรือเคลือบทอง แล้วหละก็ จงรู้ไว้เลยว่าเขาใช้ความหนาในการเคลือบอยู่ประมาณ 5 ไมครอน (5 ส่วนใน 1000 ส่วนของมิลลิเมตร ว้าว! บางสุด ๆ) ถ้าเคลือบหนาหน่อยก็ 10 ไมครอน และความเล็กขนาดนี้สำคัญเป็นอย่างยิ่งในการผลิตเลนส์ หรือกระจกสำหรับทำกล้องดูดาว ซึ่งสารที่ใช้สำหรับขัดเลนส์หรือกระจกให้ใสนั้นจะมีขนาดเล็กแค่ 3 ไมครอนเอง
“นาโนเมตร, nanometer” 0.000000001 เมตร
ยังครับ ยังเล็กไม่พอ จับเจ้าหน่วย 1 ไมครอนนี้มาหั่นออกเป็นอีก 1000 ส่วน เราจะได้ความละเอียดในหน่วย นาโนเมตร ซึ่งเป็นระดับซึ่งเข้าใกล้อะตอมแล้วครับ หน่วยนี้สำคัญสำหรับการวัดความยาวของคลื่นแสง เมื่อแบ่งตามแม่สี แสงสีแดงจะมีความยาวคลื่นแสงอยู่ที่ 656 นาโนเมตร ถ้าแสงสีเขียวจะมีความยาวคลื่นทีสั้นลงเหลือ 546 นาโนเมตร และแสงสีน้ำเงินจะมีความยาวคลื่นอยู่แค่ 480 นาโนเมตร
0 0 0 และ 0 0
โอย!! มีแต่ 0.001, 0.0000001 ใส่ศูนย์ขาดๆ เกินๆ หรือถ้าใส่ไว้มากๆ คงนับกันงงแน่ เพื่อความสะดวกของการทดศูนย์ไว้ นักดาราศาสตร์เลยใช้เลขยกกำลังมาช่วย
| 10 (มี 0 หนึ่งตัว) |
= 1x 10 |
= 101 (สิบยกกำลัง 1) |
| 100 (มี 0 สองตัว) |
= 1x 10x10 |
= 102 (สิบยกกำลัง 2) |
| 1,000 |
= 1x 10x10x10 |
= 103 |
| 1,000,000 |
= 1x 10x10x10x10x10x10 |
= 106 |
ดังนั้นถ้า 100 จึงเท่ากับ 1x .. = 1
เมื่อเลขยกกำลังดังกล่าวจำเป็นต้องไปเป็นส่วนหารกับเลขใดๆ กำลังของเลขตัวนั้นจะแทนด้วยค่าติดลบ ดังนั้น
1 เซนติเมตร (0.01 เมตร) = 1/102 = 1x10-2 เมตร
1 มิลลิเมตร (0.001 เมตร) = 1/103 = 1x10-3 เมตร
1 ไมโครเมตร (0.000001 เมตร) = 1/106 = 1x10-6 เมตร
1 นาโนเมตร (0.000000001 เมตร) = 1/109 = 1x10-9 เมตร
จากเล็กไปใหญ่
“กิโลเมตร, kilometer” 103 เมตร
พันเท่าของเมตร ก็ยาวพอที่จะทำให้เหนื่อยได้ ไม่ว่าจะเดินหรือวิ่ง เพราะเทียบไปแล้วมันเกือบเท่ากับการวิ่งรอบสนามกีฬาถึง 3 รอบเต็ม ๆ
น่าเสียดายที่หน่วยที่ใหญ่กว่านี้มักไม่นิยมใช้กันเช่น เมกะเมตร 1ล้าน เมตร หรือ 1,000 กิโลเมตร แต่อย่างไรก็ตาม เรายังไม่หยุดเปรียบเทียบจากเล็กไปใหญ่
“1 พันกิโลเมตร” 10 6 เมตร
ถ้าคุณเป็นคนกรุงเทพฯ ระยะทาง 1 พันกิโลเมตร เท่ากับระยะทางไปเกาะภูเก็ตได้เลยทีเดียว ระยะทางขนาดนี้เดินทางด้วยเท้า คงจะใช้เวลาเดินซัก เดือนนึงคงจะไหวมั้ง ถ้าขับรถก็ 1 วัน ถ้านั่งเครื่องบินก็ใช้เวลาเดินทางซัก 2 ชั่วโมงได้ แต่ท่านผู้รักการเดินทางไปแล้วกลับ กรุงเทพฯ – ภูเก็ต อยู่บ่อยครั้ง จงจำไว้ว่าการเดินทางของท่าน ทุก 8 รอบ (16,000 กิโลเมตร) จะเทียบเท่ากับท่านเดินทางผ่านแกนกลางของโลกไปทะลุซีกโลกอีกด้านหนึ่งได้ทีเดียว! เพราะมันเท่ากับระยะทางของเส้นผ่านศูนย์กลางของโลกเลยนะครับ
“Astronomical Unit (AU)” 150 x 106 เมตร
ถ้าท่านอยากเดินทางไปยังพระอาทิตย์ ท่านจะต้องใช้ระยะทางในการเดินทาง หนึ่งร้อย ห้าสิบ ล้าน กิโลเมตร (ไปกลับ กรุงเทพฯ – ภูเก็ต แค่ 75,000 รอบเอง) แต่ระยะทางนี้มีความสำคัญคือ นักดาราศาสตร์ใช้ระยะทางนี้ในการอ้างอิงระยะห่างของดาวเคราะห์ในระบบสุริยจักรวาลดวงอื่น ๆ ต่อไปอีก ยกตัวอย่างเช่น ดาวเนปจูน อยู่ห่างออกไปจากดวงอาทิตย์เป็นระยะทาง 30AU ซึ่งก็หมายถึงเป็นระยะทาง 150x30 = 4,500 ล้านกิโลเมตร ดังนั้น ดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าโลกก็จะมีระยะทางเป็นจุดทศนิยม ไม่ถึง 1 AU นั่นเอง
8.33 นาที (โดยประมาณ) ก่อนหน้านั้น ทั้ง ๆ ที่แสงเป็นสิ่งที่เดินทางได้เร็วที่สุด โดยประมาณ 3x105 เมตร ต่อวินาทีแต่ท่านเชื่อหรือไม่ สิ่งที่ท่านเห็นบนท้องฟ้าในยามค่ำคืนที่มืดสนิท เป็นความยากเย็นแสนเข็นของเจ้าแสงน้อยที่เดินทางมาถึงตัวท่าน “ดาวซิริอุส” ดาวฤกษ์ที่ใกล้โลกและเห็นได้ชัดที่สุด มีระยะทางห่างจากโลกประมาณ 2 ปีแสง
สำหรับท่านที่เคยเห็นภาพดวงอาทิตย์ที่ฉายจากกล้องดูดาวลงบนฉากรับภาพ ภาพที่ท่านเห็นในขณะนั้นเป็นภาพซึ่งเกิดขึ้นมาแล้วเมื่อ
"ปีแสง, light year"9.47 x 1012 เมตร
ปีแสงคืออะไร?? อันที่จริงแล้วสามารถทำความเข้าใจอย่างง่ายได้คือ “ระยะทางที่แสงเดินทางโดยใช้ระยะเวลา 1 ปี” นั่นก็คือ ใน 1 นาที มี 60 วินาที, 60 นาทีเป็น 1 ชั่วโมง, 24 ชั่วโมงเป็น 1 วัน, 365.25 วันเป็นหนึ่งปี ดังนั้น 1 ปีมีทั้งหมด
60 x 60 x 24 x 365.25 = 31,557,600 วินาที
แสงเดินทางได้เฉลี่ย 300,000 เมตร ต่อวินาที ดังนั้น ระยะทางที่แสงเดินทางได้ทั้งหมดในระยะเวลา 1 ปีคือ
31,557,600 วินาที x 300,000 เมตร ต่อวินาที
= 9,467,280,000,000 เมตร
หรือ =9.47 x 1012 เมตร นั่นเอง
2ดาวฤกษ์ทั้งหลายรวมถึงดวงอาทิตย์ของเราด้วยเมื่ออยู่กันเป็นกลุ่ม ซึ่งมีจำนวนนับ แสนล้านดวง เราจะเรียกว่า แกแลกซี่ (Galaxy) ซึ่งแกแลกซี่ที่เราอยู่นี้เรียกว่าแกแลกซี่ทางช้างเผือกมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางกว่า 1 แสนปีแสง
แกแลกซี่แอนโดรเมด้า ซึ่งอยู่ในกลุ่มของแกแลกซี่ที่รวมกันอยู่ใกล้ๆ (Local Group) มีระยะห่างจากทางช้างเผือกอยู่ที่ 2.2 ล้านปีแสง และในขณะที่ ซุปเปอร์คลัสเตอร์ (Super Cluster) ซึ่งเป็นการรวมตัวกันของกลุ่มของแกแลกซี่ หลายๆ อันเข้าด้วยกันซึ่งเห็นได้ในกลุ่มดาวสิงห์ มีระยะห่างออกไปกว่า 450 ล้านปีแสง
รูปแกแลกซี่ แอนโดรเมดา
Leo super cluster
และที่สุดของขอบเขตจักรวาลที่มนุษย์สามารถสำรวจได้ด้วยเครื่องมือในปัจจุบันนั้นสามารถสำรวจได้ห่างออกไปที่ 13 พันล้านปีแสง
การแนะนำถึงหน่วยต่าง ๆ ทางดาราศาสตร์คงจะเพียงพอที่เท่านี้ก่อน ซึ่งสิ่งที่ตามมากับความเป็นจริงที่ซ่อนเร้นสำหรับความผิดพลาดซึ่งไม่อาจรับได้ในการคำนวณทางดาราศาสตร์ ผลจากความผิดพลาดอันเนื่องมาจากระบบทศนิยม, ความจำเป็นสำหรับความแม่นยำในเครื่องมือต่าง ๆ จะสามารถติดตามได้ใน “หน่วยทางดาราศาสตร์ และความคลาดเคลื่อนที่สุดจะพรรณนาตอนที่ 2”
เอกสารอ้างอิง
1 http://www.visionlearning.com
2 http://www.discoveryschool.com
3 http://www.atlasoftheuniverse.com/superc/leo.html
|
ขณะนี้มีผู้เข้าใช้
ผู้เข้าชมในวันนี้
