ระบบสุริยะและจักรวาล ฉบับเจาะลึก
อะตอมเหล็กในเลือดของเราและแคลเซียมในกระดูก เคยอยู่ในใจกลางดาวฤกษ์มาก่อน บทนี้พาไปดูว่าดวงอาทิตย์ส่องแสงได้อย่างไร ทำไมดาวเคราะห์ไม่ตกลงไปในดวงอาทิตย์ ทำไมดวงจันทร์เปลี่ยนรูปทุกคืน ดาวเกิดและตายอย่างไร แสงใช้เวลากี่ปีกว่าจะถึงตาเรา และนักวิทยาศาสตร์รู้ได้อย่างไรว่าจักรวาลมีอายุราว 13,800 ล้านปี
ดวงอาทิตย์ส่องแสงได้อย่างไร
ดวงอาทิตย์ไม่ได้ลุกไหม้แบบกองไฟ ที่ใจกลางของมัน ความร้อนและแรงกดมหาศาลบีบนิวเคลียสไฮโดรเจนให้หลอมรวมกันเป็นฮีเลียม มวลส่วนเล็กๆ ที่หายไประหว่างนั้นกลายเป็นพลังงาน ตามสมการที่มีชื่อเสียงที่สุดของไอน์สไตน์ E เท่ากับ mc กำลังสอง แตะที่แต่ละชั้นเพื่อดูว่ามันทำอะไร
ใหญ่แค่ไหน
ถ้าวางโลกเรียงกันข้ามดวงอาทิตย์ ต้องใช้โลกราว 109 ใบ และถ้าเทโลกลงไปในดวงอาทิตย์ จะใส่ได้ราว 1.3 ล้านใบ มวลของดวงอาทิตย์คิดเป็นราว 99.86 เปอร์เซ็นต์ของมวลทั้งระบบสุริยะ ดาวเคราะห์ทุกดวงรวมกันจึงเป็นแค่เศษเล็กๆ ที่โคจรรอบมัน
เผาผลาญวินาทีละเท่าไร
ทุกวินาที ดวงอาทิตย์เปลี่ยนมวลราว 4 ล้านตันให้เป็นพลังงาน ฟังดูมาก แต่มันมีมวลมากจนใช้แบบนี้ได้อีกราว 5,000 ล้านปี ตอนนี้ดวงอาทิตย์อายุราว 4,600 ล้านปี อยู่ช่วงกลางชีวิตพอดี
รู้จักดาวเคราะห์ทีละดวง
สี่ดวงในเป็นดาวเคราะห์หิน สี่ดวงนอกเป็นดาวเคราะห์ยักษ์ที่ส่วนใหญ่เป็นแก๊สและน้ำแข็ง ระหว่างสองกลุ่มมีแถบดาวเคราะห์น้อยคั่นอยู่ แตะเลือกทีละดวง
ทดลอง: ย่อระบบสุริยะให้เท่าสนามโรงเรียน
สมมติดวงอาทิตย์เป็นลูกบอลกว้าง 30 เซนติเมตร วางไว้กลางสนาม ดาวเคราะห์แต่ละดวงจะเล็กและอยู่ไกลแค่ไหน
ทดลอง: ถ้าเอาตาชั่งไปชั่งบนดาวดวงอื่น
มวลของเราเท่าเดิมทุกที่ แต่แรงโน้มถ่วงต่างกัน ตาชั่งจึงชี้ต่างกัน ใส่ตัวเลขที่ตาชั่งบนโลกชี้ได้เลย
ทำไมดาวพลูโตไม่ใช่ดาวเคราะห์แล้ว
ในปี 2006 นักดาราศาสตร์ทั่วโลกตกลงนิยามว่า ดาวเคราะห์ต้องมีสามข้อ หนึ่ง โคจรรอบดวงอาทิตย์ สอง ใหญ่พอให้แรงโน้มถ่วงของตัวเองปั้นร่างเป็นทรงกลม และสาม ต้องกวาดวงโคจรของตัวเองจนโล่ง คือเป็นเจ้าของเส้นทางนั้น พลูโตผ่านสองข้อแรก แต่มันโคจรปะปนอยู่กับวัตถุน้ำแข็งอีกนับพันในแถบไคเปอร์ จึงถูกจัดเป็นดาวเคราะห์แคระ นี่เป็นตัวอย่างที่ดีว่าวิทยาศาสตร์ปรับนิยามได้เมื่อรู้ข้อมูลมากขึ้น
ทำไมดาวเคราะห์ไม่ตกใส่ดวงอาทิตย์
ไอแซก นิวตัน อธิบายไว้ในปี 1687 ว่าทุกสิ่งที่มีมวลดึงดูดกัน ยิ่งมวลมากยิ่งดึงแรง และถ้าห่างออกไปสองเท่า แรงจะเหลือแค่หนึ่งในสี่ ดาวเคราะห์จริงๆ แล้วกำลังตกเข้าหาดวงอาทิตย์ตลอดเวลา แต่มันเคลื่อนที่ไปด้านข้างเร็วมาก จนตกพลาดไปทุกครั้ง นี่แหละคือวงโคจร ลองยิงปืนใหญ่ของนิวตันดู
ลองเริ่มจาก 7.9 กิโลเมตรต่อวินาที แล้วค่อยๆ ลดหรือเพิ่ม
ทำไมนักบินอวกาศลอยได้
สถานีอวกาศนานาชาติอยู่สูงแค่ราว 400 กิโลเมตร แรงโน้มถ่วงที่นั่นยังเหลือราว 90 เปอร์เซ็นต์ของบนพื้นโลก นักบินอวกาศลอยเพราะทั้งคนทั้งสถานีกำลังตกลงมาพร้อมกันตลอดเวลา แต่พุ่งไปด้านข้างด้วยความเร็วราว 28,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง จึงตกเลยโลกไปเรื่อยๆ เหมือนกระสุนที่ความเร็ว 7.9 ในภาพจำลอง
กฎสามข้อของเคปเลอร์
| ดาว | ระยะ a | คาบ T ปี | T² ÷ a³ |
|---|
ระยะ a วัดเป็นหน่วยดาราศาสตร์ คือระยะโลกถึงดวงอาทิตย์เท่ากับ 1 ลองดูคอลัมน์สุดท้าย ทุกดวงได้เกือบ 1 เท่ากันหมด นี่คือกฎที่เคปเลอร์ค้นพบจากตัวเลขล้วนๆ ก่อนที่นิวตันจะอธิบายได้ว่าทำไม
ไอน์สไตน์: อวกาศโค้งได้
ในปี 1915 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ว่าแรงโน้มถ่วงไม่ใช่แรงดึงที่มองไม่เห็น แต่เป็นการที่มวลทำให้อวกาศและเวลาโค้ง เหมือนลูกโบว์ลิ่งวางบนแทรมโพลีน ลูกแก้วที่กลิ้งผ่านจะวนเข้าหาเพราะพื้นยุบ ไม่ใช่เพราะมีเชือกดึง ทฤษฎีนี้ทำนายว่าแสงดาวจะเลี้ยวเมื่อผ่านใกล้ดวงอาทิตย์ ซึ่งวัดได้จริงระหว่างสุริยุปราคาปี 1919 และทำนายคลื่นความโน้มถ่วงที่ตรวจพบครั้งแรกในปี 2015
ทำไมดวงจันทร์เปลี่ยนรูปทุกคืน
ดวงจันทร์ครึ่งหนึ่งโดนแสงอาทิตย์เสมอ สิ่งที่เปลี่ยนคือมุมที่เรามองเห็นครึ่งที่สว่างนั้น ไม่ใช่เงาของโลกบัง ความเข้าใจผิดนี้พบบ่อยมากแม้ในผู้ใหญ่ ลากดูตลอดหนึ่งเดือน ซึ่งยาวราว 29.5 วัน
ทำไมไม่เกิดคราสทุกเดือน
วงโคจรของดวงจันทร์เอียงราว 5 องศาเทียบกับวงโคจรของโลก ส่วนใหญ่ดวงจันทร์จึงผ่านเหนือหรือใต้เส้นตรงระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ไป คราสเกิดได้เฉพาะช่วงที่แนวทั้งสามตรงกันพอดี ซึ่งมาถึงราวปีละสองช่วง
หน้าเดิมเสมอ และค่อยๆ ห่างออกไป
ดวงจันทร์หมุนรอบตัวเองหนึ่งรอบพอดีกับที่โคจรรอบโลกหนึ่งรอบ เราจึงเห็นแต่หน้าเดิม ด้านหลังไม่ได้มืด มันโดนแดดตอนคืนเดือนดับ แรงดึงของดวงจันทร์ทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงวันละสองรอบ และดวงจันทร์ค่อยๆ ถอยห่างจากโลกปีละราว 3.8 เซนติเมตร เท่ากับเล็บงอกยาว
ชีวิตของดาวฤกษ์ และเราทำมาจากดาว
ดาวฤกษ์ทุกดวงเกิดจากกลุ่มแก๊สและฝุ่นที่ยุบตัวลงด้วยแรงโน้มถ่วงของตัวเอง แต่จุดจบขึ้นกับว่ามันเกิดมาหนักแค่ไหน ดาวยิ่งหนักยิ่งร้อน ยิ่งสว่าง และยิ่งอายุสั้น
ทดลอง: สีของดาวบอกอุณหภูมิ
เคลวินเป็นหน่วยอุณหภูมิที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ ศูนย์เคลวินคือเย็นที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ลบเลข 273 จะได้องศาเซลเซียส ดาวสีแดงเย็นที่สุด ดาวสีฟ้าขาวร้อนที่สุด ตรงข้ามกับก๊อกน้ำร้อนน้ำเย็นที่เราคุ้น
ทดลอง: ดาวที่เกิดมาหนักต่างกัน
ปีแสงคือระยะทาง ไม่ใช่เวลา
แสงวิ่งเร็วราว 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที วนรอบโลกได้เจ็ดรอบครึ่งในหนึ่งวินาที ระยะที่แสงเดินทางได้ในหนึ่งปีเรียกว่าหนึ่งปีแสง ยาวราว 9.46 ล้านล้านกิโลเมตร และเพราะแสงต้องใช้เวลาเดินทาง ทุกครั้งที่เรามองออกไปไกลๆ เรากำลังมองภาพในอดีต เลือกจุดหมายแล้วเทียบเวลาเดินทาง
ดาวที่เห็นคืนนี้ อาจเป็นภาพตั้งแต่สมัยอยุธยา
แสงจากดาวบีเทลจุสที่เข้าตาเราคืนนี้ ออกเดินทางมาราว 500 กว่าปีก่อน ตรงกับสมัยกรุงศรีอยุธยา ถ้ามันระเบิดไปแล้วเมื่อวาน เราจะยังไม่รู้ไปอีกหลายร้อยปี ส่วนแสงจากกาแล็กซีแอนดรอเมดาที่มองเห็นด้วยตาเปล่าในที่มืดสนิท ออกเดินทางมาราว 2.5 ล้านปีก่อน ก่อนมนุษย์สายพันธุ์ของเราจะเกิดเสียอีก
บ้านของเราในทางช้างเผือก
ทางช้างเผือกเป็นกาแล็กซีรูปกังหันกว้างราว 100,000 ปีแสง มีดาวฤกษ์หลายแสนล้านดวง ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากใจกลางราว 26,000 ปีแสง และโคจรรอบใจกลางหนึ่งรอบใช้เวลาราว 230 ล้านปี รอบที่แล้วตอนเราอยู่ตรงนี้ ไดโนเสาร์รุ่นแรกเพิ่งเริ่มปรากฏบนโลก
จักรวาลเริ่มต้นอย่างไร
นักวิทยาศาสตร์พบว่าจักรวาลกำลังขยายตัว ถ้าย้อนเวลากลับไป ทุกสิ่งต้องเคยอัดแน่นและร้อนจัดอยู่ด้วยกันเมื่อราว 13,800 ล้านปีก่อน เราเรียกเหตุการณ์นั้นว่าบิ๊กแบง แต่ชื่อนี้ชวนให้เข้าใจผิด มันไม่ใช่ระเบิดที่พุ่งออกไปในอวกาศว่างๆ มันคืออวกาศเองที่ยืดขยายออก ลองเป่าลูกโป่งดู
สังเกตจากกาแล็กซีบ้านเรา
ทุกจุดห่างจากกันหมด ไม่มีจุดไหนเป็นศูนย์กลาง และจุดที่ไกลกว่าจะถอยห่างเร็วกว่า นี่คือสิ่งที่เอ็ดวิน ฮับเบิล เห็นจากแสงของกาแล็กซีจริงในปี 1929
ไทม์ไลน์จักรวาล
หลักฐานสามชิ้น
จักรวาลทำมาจากอะไร
สสารธรรมดาที่ประกอบเป็นดาว ดาวเคราะห์ และตัวเรา มีแค่ราว 5 เปอร์เซ็นต์ อีกราว 27 เปอร์เซ็นต์เป็นสสารมืดที่มองไม่เห็นแต่มีแรงโน้มถ่วง และราว 68 เปอร์เซ็นต์เป็นพลังงานมืดที่ทำให้จักรวาลขยายเร็วขึ้นเรื่อยๆ ทั้งสองอย่างยังไม่มีใครรู้ว่าคืออะไร
เราสำรวจอวกาศอย่างไร และร่างกายเปลี่ยนไปแค่ไหน
กล้องโทรทรรศน์พาสายตาเราไปไกลหลายพันล้านปีแสง ยานสำรวจไปถึงดาวเคราะห์ทุกดวง และมนุษย์อยู่บนสถานีอวกาศต่อเนื่องมาตั้งแต่ปี 2000 ประเทศไทยก็มีส่วนร่วม
คนไทยกับอวกาศ
สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ หรือ NARIT มีหอดูดาวแห่งชาติบนดอยอินทนนท์ ใช้กล้องโทรทรรศน์กระจกกว้าง 2.4 เมตร และประเทศไทยมีดาวเทียมสำรวจโลกของตัวเองชื่อธีออส-2 ที่ส่งขึ้นไปเมื่อปี 2023 ถ่ายภาพช่วยวางแผนเรื่องน้ำ ป่าไม้ และภัยพิบัติ
ดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ
นักดาราศาสตร์ยืนยันดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวดวงอื่นแล้วมากกว่า 6,000 ดวง บางดวงอยู่ในเขตที่ไม่ร้อนและไม่เย็นเกินไป น้ำจึงอาจเป็นของเหลวได้ เรียกว่าเขตเอื้อต่อชีวิต แต่จนถึงวันนี้ ยังไม่พบหลักฐานของสิ่งมีชีวิตนอกโลกเลย
ร่างกายของเราในอวกาศ
นักบินอวกาศบนสถานีจึงต้องออกกำลังกายราววันละสองชั่วโมง และหมออวกาศคอยตรวจร่างกายตลอดภารกิจ การแพทย์อวกาศเป็นอีกอาชีพที่เด็กที่ชอบทั้งร่างกายและดวงดาวเลือกได้
เกม: จัดวัตถุในอวกาศให้ถูกกลุ่ม
อ่านชื่อแล้วเลือกว่าเป็นอะไร ตอบถูกติดกันได้แต้มเพิ่ม มีเวลา 45 วินาที
ทดสอบตัวเอง
อยากลองเล่นเกมทบทวนบทนี้ไหม
คำถามทั้งหมดของบทนี้อยู่ในสนามแข่ง Body 101 เลือกได้ว่าจะแข่งกับเวลา ปะทะกับคนที่บ้าน ช่วยกันเล่นเป็นทีม ล้มบอส หรือฝึกซ้อมแบบไม่จับเวลา