นักดาราศาสตร์หลายชั่วอายุคนได้เปิดม่านที่ปกคลุมความลึกลับของเอกภพและเปิดเผยความลับที่ลึกที่สุดของเอกภพ การค้นพบนั้นน่าทึ่งมาก เขาแสดงให้เห็นว่ามีดาวเคราะห์จำนวนนับไม่ถ้วนที่หมุนรอบดาวฤกษ์ขนาดมหึมานับไม่ถ้วน วันนี้เรารู้ว่าแรงโน้มถ่วงทำให้โครงสร้างของกาลอวกาศโค้งงอจนกระทั่งชั่วโมงหยุดไหล ตอนนี้เราสามารถติดตามการเดินทางของปรมาณูตั้งแต่ใจกลางของดวงดาวจนถึงการลงจอดครั้งสุดท้ายในผิวหนังและกระดูกของเรา เราส่งเครื่องจักรไปยังดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบสุริยะและทิ้งรอยเท้าไว้บนพื้นฝุ่นดวงจันทร์
จักรวาลแม้ว่าจะพิจารณาเพียงความใหญ่โตเท่านั้น ฉันใช้เวลา 10 ปีที่ผ่านมาในการเขียนและบรรยายเกี่ยวกับดาราศาสตร์ แต่มันทำให้ฉันรู้สึกตัวเล็กและไม่สำคัญ หลายคนไม่สนใจวิชานี้เพราะคิดว่าเป็นเรื่องยากที่จะเรียนรู้ แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นเรื่องยาก จุดประสงค์ของหนังสือเล่มนี้คือการแบ่งความกว้างใหญ่ของเอกภพออกเป็นส่วนตามแนวคิดของการย่อยทางปัญญาที่ราบรื่นหรือการดูดกลืนทางจิตอย่างง่าย ในนั้นไม่มีความยุ่งยากทางคณิตศาสตร์หรือศัพท์เฉพาะทางเทคโน-วิทยาศาสตร์ เป็นเพียงคำอธิบายง่ายๆ เกี่ยวกับคุณลักษณะที่น่าสนใจที่สุดของเอกภพ
ฉันไม่ได้รวมเฉพาะสิ่งที่เราไม่รู้เกี่ยวกับคุณเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสิ่งที่เรารู้ด้วย คำตอบที่ฉันให้กับคำถามเดียวตอบคำถามอื่น ๆ อีกมากมาย เรายังไม่เข้าใจว่าจักรวาลส่วนใหญ่ทำมาจากอะไร หรือเราแบ่งปันพื้นที่สากลกับสิ่งมีชีวิตรูปแบบอื่นหรือไม่ นักดาราศาสตร์ยังคงพยายามค้นหาว่าเอกภพของเราเป็นจักรวาลเดียวที่มีอยู่จริงหรือไม่ และเกิดขึ้นในช่วงเวลาใดกันแน่เมื่ออวกาศและเวลาเกิดขึ้น นี่เป็นคำถามพื้นฐานที่สุดบางส่วนที่เราสามารถถามได้
ข้อมูลในหนังสือเล่มนี้จัดเรียงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้นในเชิงพรรณนาและแนวความคิดจากโลก โดยเริ่มจากการค้นพบทางดาราศาสตร์ในยุคแรกๆ ของเราก่อนที่จะก้าวไปสู่ระบบสุริยะอันกว้างใหญ่ และจากนั้นไปยังกาแล็กซีและจักรวาลที่อยู่ไกลออกไป การเดินทางของเราจะครอบคลุม 93,000 ล้านปีแสงออกไปในอวกาศ และกินเวลาเกือบ 14,000 ล้านปี ฉันได้เลือกแผนการเดินทางของเราอย่างรอบคอบเพื่อให้คุณคว้าจักรวาลทั้งหมดไว้ในมือของคุณและค้นพบสิ่งที่น่าสนใจที่สุดสำหรับคุณ
ดังนั้นมาร่วมเดินทางผ่านจักรวาลกับฉัน ฉันหวังว่าคุณจะตกหลุมรักท้องฟ้ายามค่ำคืนเช่นกัน
ดาราศาสตร์ในจุดเริ่มต้น
บันทึกกาลเวลา
นานมาแล้วก่อนที่ท้องฟ้าจะเต็มไปด้วยดาวเคราะห์ กาแล็กซี่ และหลุมดำ มันเป็นดินแดนแห่งทวยเทพและลางบอกเหตุ เสียงฟ้าร้องอาจเป็นสัญญาณของการระคายเคืองของผู้ทรงอำนาจ การผ่านของดาวหางเป็นลางสังหรณ์ของความโชคร้าย อย่างน้อยบรรพบุรุษของเราหลายคนก็เห็นเช่นนั้น
แต่หน้าที่ที่สำคัญที่สุดของท้องฟ้าคือการเป็นนาฬิกาธรรมชาติ นานมาแล้วก่อนที่จะมีนาฬิกา คอมพิวเตอร์ และโทรศัพท์มือถือ บรรพบุรุษของเราตระหนักว่าท้องฟ้ามีจังหวะตามธรรมชาติของมันเอง พวกเขาสังเกตเห็นว่าดวงอาทิตย์ปรากฏขึ้นและหายไปในช่วงเวลาที่พวกเขาเริ่มเรียกว่าวัน จากนั้นพวกเขารวบรวมเจ็ดวันเหล่านี้และสร้างสิ่งที่เรารู้ว่าเป็นหนึ่งสัปดาห์ แต่ละวันได้รับการตั้งชื่อตามวัตถุท้องฟ้าทั้งเจ็ดที่พวกเขาเห็นว่ามีพฤติกรรมแตกต่างจากที่สังเกตในดวงดาว
เมื่อ 10,000 ปีที่แล้ว เรากำลังสร้างนาฬิกาขนาดใหญ่เพื่อให้ทันกับจังหวะตามธรรมชาติของท้องฟ้า ในปี 2004 ทีมนักโบราณคดีค้นพบในสกอตแลนด์ แหล่งโบราณคดีจากยุคหินซึ่งมีต้นกำเนิดย้อนไปถึงสมัยนั้น ประมาณปี 2013 พวกเขาค้นพบว่าทำไมสิ่งประดิษฐ์นี้จึงถูกสร้างขึ้น สถาปนิกของไซต์ขุดหลุม 12 หลุมตามส่วนโค้งยาว 50 เมตร หลุมหนึ่งสำหรับแต่ละรอบของดวงจันทร์เต็ม 12 รอบ ซึ่งโดยปกติจะเกิดขึ้นในหนึ่งปี (บางครั้งอาจมีพระจันทร์เต็มดวง 13 ครั้งในหนึ่งปี หากครั้งแรกเกิดขึ้นในช่วงเช้าตรู่ มกราคม). ห้าพันปีต่อมา ผู้สร้างเริ่มสร้างวิหารหินทรงกลมขนาดมหึมาของสโตนเฮนจ์ บนที่ราบซอลส์เบอรี ประเทศอังกฤษ ยืนอยู่ในวงกลม
ทุกวันนี้ ในช่วงกลางของยุคดิจิทัล เรามักจะจัดการเรื่องของชีวิตที่ทันสมัยและวุ่นวายของเรา โดยไม่สนใจจังหวะของสวรรค์ แต่สำหรับอารยธรรมโบราณ มันเป็นวิธีเดียวในการวัดเวลา แม้ว่าการศึกษาอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์และดวงดาวจะเป็นพื้นฐานแนวคิดที่เราจัดระเบียบชีวิตประจำวันของเราในปัจจุบัน
การค้นพบรูปร่างของโลก
อย่าเชื่อใครก็ตามที่บอกคุณว่าผู้ที่มีจิตใจดีที่สุดในยุคกลางคิดว่าโลกแบน—เรารู้ว่ามันไม่เป็นเช่นนั้นมาเกือบ 2,000 ปีแล้ว บุคคลที่เราต้องขอบคุณสำหรับความรู้นี้คือ Eratosthenes นักคณิตศาสตร์ชาวกรีกโบราณผู้ค้นพบสิ่งนี้โดยไม่เคยออกจากอียิปต์
เขาสังเกตเห็นในเมืองเซียนา (อัสวานในปัจจุบัน) ว่าดวงอาทิตย์ลอยอยู่เหนือศีรษะของผู้คนในตอนเที่ยงวันของครีษมายัน การเคลื่อนไหวที่ยอดเยี่ยมของเขาคือการวัดตำแหน่งของดวงอาทิตย์ในช่วงเวลาเดียวกันของวันครีษมายันที่ตามมาในเมืองอเล็กซานเดรีย เมืองที่อยู่ห่างออกไปประมาณ 800 กม. โดยการตอกหลักลงไปที่พื้นและมองดูเงาของมัน เขาสามารถสังเกตเห็นว่าในเวลากลางวัน ตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้นในซีเอนา แสงแดดในเมืองอื่นไม่ตกในแนวตั้งฉากบนยอดของเสา แต่อยู่ในมุมที่ 7°. สาเหตุของความแตกต่างนี้อยู่ที่พื้นผิวโลกมีความโค้ง ซึ่งหมายความว่าแสงแดดจะตกกระทบแต่ละเมืองในมุมที่ต่างกัน
Eratosthenes คำนวณเส้นรอบวงของโลกโดยการสังเกตจากสถานที่ต่างๆ ในอียิปต์ มุมของเงาที่เกิดจากการตกกระทบของแสงแดด
แต่เขาไปไกลกว่านั้น เขาให้เหตุผลว่าหากระยะทาง 800 กม. จากอเล็กซานเดรียทำให้มุมที่เกิดจากเงามีความแตกต่าง 7° เขาสามารถขยายสิ่งนี้เพื่อทราบระยะทางที่แสดงโดย 360° เต็ม สิ่งนี้ทำให้โลกมีเส้นรอบวงมากกว่า 41,000 กม. (อย่างไรก็ตาม ในขณะที่เขาคำนวณโดยใช้หน่วยวัดระยะทางแบบโบราณที่เรียกว่า "สนามกีฬา"*คำตอบของเขาคือเกือบ 250,000 สตาเดีย) การคำนวณของเขาต่ำกว่าการวัดขนาดของโลกสมัยใหม่ระหว่าง 10-15% ดังนั้นชาวกรีกโบราณไม่เพียงรู้อยู่แล้วว่าโลกกลม แต่พวกเขายังมีความคิดที่ดีว่ามันใหญ่แค่ไหน
Eratosthenes เป็นหนึ่งในพหูสูตกลุ่มแรกๆ นอกจากผลงานเกี่ยวกับเส้นรอบวงของโลกแล้ว เขายังมีส่วนสำคัญในด้านภูมิศาสตร์ ดนตรี คณิตศาสตร์ และกวีนิพนธ์อีกด้วย เขาได้รับความเคารพนับถือมากจนได้รับแต่งตั้งให้เป็นหัวหน้าหอสมุดแห่งอเล็กซานเดรียอันโด่งดัง ซึ่งต่อมาถูกทำลายโดยการวางเพลิง แต่ที่แห่งนี้เป็นคลังความรู้ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในโลกในยุคโบราณ
ด้วยการเข้าถึงแผนที่และแผ่นหนังสำคัญทุกประเภท เขาจึงรวบรวมแผนที่โลกและแบ่งออกเป็นโซนต่างๆ ตามสภาพอากาศ เขาเป็นคนแรกที่ออกแบบตารางการทำแผนที่และวาดเส้นเมอริเดียน โดยระบุพิกัดทางภูมิศาสตร์ของเมืองต่างๆ มากกว่า 400 เมือง ด้วยผลงานนี้หลายคนถือว่าเขาเป็นบิดาแห่งภูมิศาสตร์
บางทีความสำเร็จที่สำคัญที่สุดอันดับสองของเขาคือการประดิษฐ์ตะแกรงของเอราทอสเทนีส ซึ่งเป็นตารางที่ระบุจำนวนเฉพาะโดยการละทิ้งจำนวนที่มีลักษณะซ้ำๆ กัน หมายความว่าจำนวนเฉพาะไม่สามารถหารด้วยจำนวนเฉพาะได้
ปล่องภูเขาไฟบนดวงจันทร์ได้รับการตั้งชื่อตามเขาเพื่อเป็นการให้เกียรติเขา เนื่องจากตระหนักถึงความสำคัญของงานของเขา
เป็นไปได้ว่าบางคนรู้จักรูปร่างของโลก และบางทีอาจถึงขนาดของมัน ก่อนคนร่วมสมัยของเอราทอสเทนีสเสียด้วยซ้ำ ท้ายที่สุด ในช่วงจันทรุปราคาบางส่วน เงาของโลกจะฉายไปยังพื้นผิวดวงจันทร์ เฉดสีนี้มีลอนผมที่ชัดเจนมาก บังเอิญว่าหนังสือจีนเล่มหนึ่งชื่อ Zhou-Shu มีบันทึกจันทรุปราคาที่เกิดขึ้นในปี 2000 ก่อนคริสต์ศักราช แต่ที่แน่ๆ ละครเวทีเรื่อง As Nuvens ของอริสโตฟาเนสชาวกรีกกล่าวถึงการเกิดจันทรุปราคาใน 421 ปีก่อนคริสตกาล หากผู้คนจากอารยธรรมทั้งสองนี้เข้าใจว่าสิ่งที่พวกเขาสังเกตได้นั้นเกิดจากการที่โลกของเราป้องกันไม่ให้แสงอาทิตย์ส่องไปถึงดวงจันทร์ในกรณีนี้ พวกเขาต้องตระหนักว่าโลกไม่ได้แบน
สุริยุปราคา
สุริยุปราคาเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นบนท้องฟ้าซึ่งสิ่งที่มองเห็นได้ตามปกติถูกขัดขวางไม่ให้มองเห็นได้ชั่วขณะ อุปราคามีสองประเภทหลัก: สุริยุปราคาและจันทรคติ ในช่วงสุริยุปราคา เราถูกขัดขวางไม่ให้มองเห็นดวงอาทิตย์เนื่องจากการแทรกสอดของดวงจันทร์ระหว่างดวงอาทิตย์กับโลกของเรา ในกรณีของจันทรุปราคา สิ่งที่เกิดขึ้นคือโลกตั้งอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ ทำให้แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ไม่ตกกระทบดาวเทียมธรรมชาติของเรา
เราเห็นสุริยุปราคาเกิดขึ้นเมื่อดวงจันทร์บดบังการมองเห็นดวงอาทิตย์ตามปกติ
เป็นเวลาหลายพันปีที่มนุษย์สังเกต ประหลาดใจ และวิตกกังวลเกี่ยวกับสุริยุปราคาเป็นส่วนใหญ่ ว่ากันว่าในรัชสมัยของกษัตริย์จงคังของจีน เขาได้ตัดศีรษะนักดาราศาสตร์ในราชสำนักสองคนเนื่องจากไม่สามารถทำนายการเกิดสุริยุปราคาได้ นั่นคือเมื่อ 4,000 ปีที่แล้ว ก่อนการถือกำเนิดของความเข้าใจสมัยใหม่ของเราเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ สุริยุปราคามักถูกมองว่าเป็นลางสังหรณ์ของเหตุการณ์เลวร้าย - สุริยุปราคาเป็นลางสังหรณ์ของเหล่าทวยเทพที่แสดงความไม่พอใจต่อบาปของมนุษยชาติ
รูปแบบสุริยุปราคาที่งดงามที่สุดคือสุริยุปราคาเต็มดวง เมื่อดวงจันทร์บดบังจานสุริยุปราคาโดยสิ้นเชิง เท่าที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งใดๆ บนโลกจากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ สิ่งเหล่านี้เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยาก แต่สุริยุปราคาเต็มดวงเกิดขึ้นบนโลกของเราทุกๆ 18 เดือนหรือมากกว่านั้น การที่ดวงจันทร์เคลื่อนผ่านท้องฟ้าอย่างรวดเร็วหมายความว่าการแสดงจะมีความยาวไม่เกิน 7 นาที 32 วินาที บางทีส่วนที่สวยที่สุดของสุริยุปราคาคือสิ่งที่เรียกว่าไข่มุก Baily (หรือธัญพืช) ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ตั้งชื่อตาม Francis Baily นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษในศตวรรษที่ 19 ไม่นานก่อนและหลังเกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ลมกระโชกแรงครั้งสุดท้ายและครั้งแรกของแสงแดดส่องมาถึงเราผ่านหลุมอุกกาบาตที่อยู่ตรงขอบของดิสก์ดวงจันทร์เท่านั้น
ในช่วงที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ท้องฟ้าจะมืดลงอย่างเห็นได้ชัดและอุณหภูมิจะลดลง ทันใดนั้น นกที่ส่งเสียงร้องอย่างมีความสุขก็เงียบลง สับสนกับการหายไปของดวงอาทิตย์ในเวลากลางวันแสกๆ แต่สุริยุปราคาไม่ได้เป็นเพียงโอกาสสำหรับผู้สังเกตการณ์โดมท้องฟ้าที่จะตื่นตาตื่นใจกับหนึ่งในปรากฏการณ์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังเป็นโอกาสอันล้ำค่าสำหรับนักดาราศาสตร์ในการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับจักรวาลอีกด้วย ดังที่เราจะได้เห็น ความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุดบางส่วนของเราในการทำความเข้าใจจักรวาลเกิดจากการสังเกตสุริยุปราคาเต็มดวง
ขอบของจานดวงอาทิตย์มีประกายเพชรที่เรียกว่าไข่มุก Baily
อย่างไรก็ตาม สุริยุปราคาไม่ได้ทั้งหมด บ่อยครั้งที่ดวงจันทร์ครอบคลุมเพียงบางส่วนของจานสุริยะ ในช่วงที่เกิดสุริยุปราคาบางส่วน ดูเหมือนว่ามีบางอย่างกัดกินดวงอาทิตย์ ระยะทางของดวงจันทร์จากโลกแตกต่างกันเล็กน้อย ดังนั้น ดวงจันทร์จึงค่อนข้างไกลจากเราในบางครั้ง ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าเล็กเกินไปที่จะบดบังการมองเห็นดิสก์สุริยะของเราโดยสิ้นเชิง ดังนั้นเราจึงเรียกสุริยุปราคาเหล่านี้ว่าวงแหวน ซึ่งเป็นคำที่มาจากคำภาษาละติน annulus ซึ่งแปลว่า "วงแหวนเล็ก"
เป็นที่น่าสังเกตว่าเรากำลังประสบกับช่วงเวลาพิเศษเกี่ยวกับการเกิดสุริยุปราคา นี่เป็นเพราะเมื่อหลายล้านปีก่อนดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกมากขึ้น และบ่อยครั้งที่มันจะต้องบดบังดวงอาทิตย์อย่างสมบูรณ์ แต่ไม่มีปรากฏการณ์ที่ยิ่งใหญ่ของไข่มุกของ Baily ในอนาคต เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนคล้อย ในที่สุดก็จะพิสูจน์ได้ว่าเล็กเกินไปที่จะแสดงสุริยุปราคาเต็มดวงแก่เรา ลูกหลานระยะไกลของเราจะต้องพอใจกับสุริยุปราคาบางส่วนและวงแหวนเท่านั้น
จันทรุปราคา
เราเห็นดวงจันทร์เพียงเพราะสะท้อนแสงจากดวงอาทิตย์ แต่ในช่วงจันทรุปราคาเต็มดวง แสงทั้งหมดที่มาจากดวงอาทิตย์โดยตรงจะถูกโลกบังไว้ ดวงจันทร์อยู่ในเงามืดของโลกอย่างสมบูรณ์—หรือเงามืดของมัน เมื่อดวงจันทร์หลบอยู่ในเงามืดของโลกบางส่วน จะเกิดจันทรุปราคาบางส่วนหรือเงามัว
แม้ว่าแสงที่มาจากดวงอาทิตย์โดยตรงจะถูกป้องกันไม่ให้ไปถึงดวงจันทร์ในระหว่างเกิดสุริยุปราคาเต็มดวง แต่แสงบางส่วนนั้นยังคงส่องถึงพื้นผิวดวงจันทร์ผ่านเส้นทางทางอ้อม นี่เป็นเพราะชั้นบรรยากาศของโลกเบี่ยงเบนหรือหักเหแสงจากดวงอาทิตย์เพียงเล็กน้อย ทำให้มันเคลื่อนไปรอบโลกของเรา อนึ่ง เป็นเรื่องที่ควรพิจารณาว่าจริงๆ แล้วแสงสีขาวเป็นส่วนผสมของรุ้งทั้งเจ็ดสี (หน้า 37-8) และบรรยากาศของเราส่งแสงสีแดงไปทางดวงจันทร์ ส่วนที่เหลือกระจัดกระจายไปทั่วอวกาศ นี่คือสาเหตุที่ดวงจันทร์เป็นเฉดสีทองแดง ส้ม หรือแดงในช่วงจันทรุปราคาเต็มดวง เถ้าภูเขาไฟในชั้นบรรยากาศทำให้ผลกระทบรุนแรงขึ้นและทำให้ดวงจันทร์กลายเป็นสีแดงเข้ม (ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าพระจันทร์สีเลือด) หากไม่มีชั้นบรรยากาศของโลก
ซึ่งแตกต่างจากสุริยุปราคาซึ่งมักจะเกิดขึ้นได้ยากและมีอายุสั้น จันทรุปราคานั้นค่อนข้างบ่อยและยาวนานกว่า การที่วัตถุขนาดใหญ่ เช่น โลก ป้องกันไม่ให้แสงส่องไปถึงเทห์ฟากฟ้าขนาดเล็ก เช่น ดวงจันทร์ จะง่ายกว่าการที่ดาวเทียมดวงนี้บดบังการมองเห็นวัตถุขนาดใหญ่ เช่น ดวงอาทิตย์ สุริยุปราคาเต็มดวงอาจกินเวลานานถึง 100 นาที และคนส่วนใหญ่สามารถมองเห็นได้ในตอนกลางคืนของโลก
เราเห็นจันทรุปราคาเมื่อดวงจันทร์หายไปในเงาของโลก
มนุษย์สังเกตจันทรุปราคามานับพันปีแล้ว แผ่นดินเหนียวของชาวสุเมเรียนโบราณที่มีอายุตั้งแต่ 2094 ปีก่อนคริสตกาล มีบันทึกเกี่ยวกับจันทรุปราคาพร้อมกับการทำนายภัยพิบัติที่กำลังจะเกิดขึ้น ในเวลานั้น ความเชื่อโชคลางและสุริยุปราคามักจะมาคู่กันเสมอ จันทรุปราคาที่มีชื่อเสียงที่สุดเกิดขึ้นในปี 1504 ไม่นานหลังจากที่คริสโตเฟอร์ โคลัมบัสค้นพบโลกใหม่ นักสำรวจชาวอิตาลีและลูกเรือของเขาติดอยู่ในจาเมกา ถูกบังคับให้ซ่อมเรือในกองเรือของเขา ขณะที่หนอนกัดกินลำเรือที่ทำด้วยไม้
ในตอนแรก ชาวพื้นเมืองมีอัธยาศัยดี แต่ผู้มาเยี่ยมเยียนกลับด่าทอและทำให้พวกเขาโกรธโดยการขโมยอาหารของพวกเขา หกเดือนต่อมา หัวหน้าเผ่าตัดเสบียง โคลัมบัสพยายามคิดอย่างรวดเร็ว ในเวลานั้น เรือทุกลำมีปูมทางดาราศาสตร์ - แคตตาล็อกหรือตารางที่มีตำแหน่งของดวงดาวและบันทึกเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์เพื่อช่วยในการเดินเรือ ในที่สุดนักเดินเรือก็ตระหนักว่าจันทรุปราคาถูกทำนายว่าจะเกิดขึ้นในวันที่ 29 กุมภาพันธ์ โคลัมบัสบอกหัวหน้าด้วยท่าทีที่เจ้าเล่ห์ที่สุดว่าเขาติดต่อกับพระเจ้าและจะแสดงให้เห็นความระคายเคืองอันศักดิ์สิทธิ์จากการรักษาที่พบกับเขา ทำให้ดวงจันทร์เปลี่ยนเป็นสีแดงด้วยเลือด เมื่อเย็นวันต่อมาเกิดสุริยุปราคาตามคำทำนาย
ตามรายงานของบุตรชายของโคลัมบัส: "ด้วยเสียงตะโกนอย่างโศกเศร้า พวกเขาวิ่งมาจากทุกทิศทุกทาง เต็มไปด้วยเสบียงอาหาร อ้อนวอนผู้บัญชาการให้ขอร้องพระเจ้าในนามของพวกเขาด้วยทุกวิถีทาง" นั่นคือพลังพิเศษของผู้ที่รู้ว่าจักรวาลทำงานอย่างไรและความเชื่อโชคลางที่อันตรายเป็นอย่างไร
กลุ่มดาว
นอกเหนือจากดวงจันทร์แล้ว ท้องฟ้ายามค่ำคืนยังถูกครอบงำด้วยดวงดาว ในคืนที่อากาศแจ่มใสสามารถเห็นพวกมันเป็นพันๆ ตัว และในช่วงเวลานับพันปีอารยธรรมอิสระจำนวนมากก็เล่นด้วยเกมอันยิ่งใหญ่ในการต่อจุดต่างๆ เป็นกลุ่มดาว ในกรณีส่วนใหญ่ สิ่งเหล่านี้เป็นโครงร่างที่ไม่มีมูลความจริง โดยดาวในแต่ละดวงมีความเกี่ยวข้องเพียงเล็กน้อยกับดาวดวงอื่นๆ นอกเหนือจากความใกล้เคียงที่เห็นได้ชัดบนท้องฟ้าของเรา หลายคนอยู่ห่างไกลจากความเป็นจริงใด ๆ กับสิ่งที่พวกเขาอ้างว่าเป็นตัวแทน ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณากลุ่มดาวที่เรียกว่า Canis Minor—Canis Minor ประกอบด้วยดาวเพียงสองดวงเชื่อมโยงกันด้วยเส้นจินตภาพเส้นเดียว ดังนั้น,
นี่เป็นเพราะข้อเท็จจริงที่ว่าโครงเรื่องที่เชื่อมโยงแนวคิดเหล่านี้ที่มีอยู่แล้วได้ถูกฉายภาพทางจิตวิทยาไปยังกลุ่มดาวเหล่านี้ เรื่องเล่าของเจ้าชายผู้กล้าหาญ สตรีผู้ตกทุกข์ได้ยาก ราชาผู้ไร้ประโยชน์ และมังกรมหัศจรรย์ได้รับการบอกเล่าโดยใช้ท้องฟ้ายามค่ำคืนเป็นหนังสือเด็กที่มีภาพประกอบขนาดมหึมา ก่อนที่จะมีหนังสือฉบับพิมพ์ เรื่องเล่าของเราเป็นส่วนหนึ่งของประเพณีการเล่าเรื่องอันยาวนาน และดวงดาวก็เป็นหนทางในการจดจำพวกมัน แต่ยิ่งไปกว่านั้น พวกมันยังเป็นเครื่องมือในการส่งข้อมูลที่สำคัญอย่างยิ่งยวดไปยังคนรุ่นต่อๆ ไป
บรรพบุรุษสมัยโบราณของเราตระหนักดีว่ากลุ่มดาวบางกลุ่มมาและไปตามฤดูกาล เช่นเดียวกับสภาพอากาศ กลุ่มดาวนายพรานที่มีชื่อเสียงโดดเด่นบนท้องฟ้าของซีกโลกเหนือในฤดูหนาว แต่จะหายไปเมื่อสภาพอากาศเริ่มดีขึ้น จากการสังเกตสัญญาณทางดาราศาสตร์เหล่านี้ บรรพบุรุษของเราจึงรู้ว่าเวลาใดดีที่สุดสำหรับการปลูกและเก็บเกี่ยว ในทางปฏิบัติ ความรู้เรื่องปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์จึงเปรียบเสมือนมีคู่มือการเกษตรเล่มยักษ์ที่ส่งต่อจากรุ่นพ่อสู่รุ่นลูกเป็นการบอกเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับดวงดาว กลุ่มดาวช่วยให้จำข้อมูลนี้ได้ง่ายขึ้นมาก
ภาพแกะสลักไม้โดย Albrecht Dürer กลุ่มดาวในซีกโลกเหนือ สร้างขึ้นในปี 1515 (http://www.ianridpath.com/startales/durer.html)
ปัจจุบัน นักดาราศาสตร์มืออาชีพรู้จักกลุ่มดาว 88 กลุ่มอย่างเป็นทางการ ซึ่งครอบคลุมซีกโลกทั้งสอง กลุ่มดาวส่วนใหญ่ในซีกโลกเหนือเป็นมรดกของตำนานและตำนานที่เราสืบทอดมาจากชาวกรีกและโรมันโบราณ ตัวอย่างบางส่วนของมรดกนี้ ได้แก่ ม้าเพกาซัสที่มีปีกอันโด่งดังและเซอุสผู้ขี่ของเขา กลุ่มดาวในซีกโลกใต้ส่วนใหญ่จินตนาการโดยนักสำรวจชาวยุโรปกลุ่มแรก ซึ่งทำแผนที่บันทึกน่านน้ำที่ยังไม่ได้สำรวจ ดังนั้นจึงใช้งานได้จริงมากกว่าและเพ้อฝันน้อยกว่าเล็กน้อย สิ่งที่เป็นตัวแทนเหล่านี้เต็มไปด้วยกล้องจุลทรรศน์ กล้องโทรทรรศน์ อุปกรณ์เดินเรือ เรือ ปลา และนกทะเล
อารยธรรมแต่ละแห่งมีกลุ่มดาวของตนเอง ตั้งแต่ชนพื้นเมืองในออสเตรเลียและชาวจีน ไปจนถึงชาวเอสกิโมอะแลสกาและชาวอินคา แต่การระบาดของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ในยุโรปนำไปสู่การยอมรับกลุ่มดาวกรีก-โรมัน ซึ่งปัจจุบันใช้เป็นมาตรฐานทั่วโลก มีการดัดแปลงและทำให้ง่ายขึ้นหลายครั้งตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมา แต่ในปี 1922 สหพันธ์ดาราศาสตร์สากล (International Astronomical Union หรือ IAU) ได้ทำให้คุณลักษณะของมันคงอยู่ต่อไปอย่างเป็นทางการ
พวกมันยังคงเป็นทรัพยากรที่มีประโยชน์สำหรับการแบ่งเขตท้องฟ้ายามค่ำคืนแทนที่จะเป็นลักษณะที่แท้จริงของจักรวาล หากคุณเกิดบนดาวเคราะห์ที่หมุนรอบดาวฤกษ์ดวงอื่นในท้องฟ้ายามค่ำคืนแทนที่จะเป็นรอบดวงอาทิตย์ คุณจะยังเห็นดวงดาวดวงเดิมอยู่มาก แต่จากมุมมองที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง เมื่อพวกมันปรากฏตัวในตำแหน่งที่แตกต่างกันซึ่งสัมพันธ์กัน มันเกือบจะแน่นอนว่าบรรพบุรุษของพวกเขาจะสร้างตัวแทนที่แตกต่างจากที่รู้จักกันในปัจจุบันอย่างสิ้นเชิง
จักรราศีและสุริยุปราคา
ดวงดาวยังคงอยู่ที่เดิมในตอนกลางวัน เราเป็นผู้ที่มองไม่เห็น เพราะดวงอาทิตย์บดบังแสงที่ส่องมาเพียงน้อยนิด มันเหมือนกับการพยายามจุดเทียนที่สว่างไสวในสนามกีฬาขนาด 80,000 ที่นั่ง อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ที่จะพูดถึงดวงอาทิตย์ในฐานะสมาชิกของกลุ่มดาวหนึ่งๆ แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นดวงดาวแต่ละดวงที่ประกอบกันเป็นหมู่ดาวในขณะนั้นก็ตาม
ในแต่ละวัน ดวงอาทิตย์ดูเหมือนจะเคลื่อนผ่านท้องฟ้าเพียงไม่ถึง 1° เมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ในฉากหลัง ในหนึ่งปี เขาสร้างวงจร 360° ให้เสร็จสมบูรณ์ เส้นทางที่เห็นได้ชัดในทางเดินผ่านท้องฟ้าเรียกว่าสุริยุปราคา บรรพบุรุษของเราไม่ได้สังเกตเห็นสิ่งนี้ มากถึงขนาดที่ในสหัสวรรษแรกอันไกลโพ้นก่อนคริสต์ศักราช ชาวบาบิโลนแบ่งสุริยุปราคาออกเป็น 12 กลุ่มดาว - กลุ่มหนึ่งสำหรับแต่ละรอบจันทรคติของปีปกติ แม้ว่าคุณจะไม่ค่อยรู้เรื่องดาราศาสตร์มากนัก แต่มีโอกาสที่คุณจะเคยได้ยินกลุ่มดาวเหล่านี้ในเวอร์ชันสมัยใหม่ ได้แก่ ราศีเมษ ราศีพฤษภ ราศีเมถุน ราศีกรกฎ ราศีสิงห์ ราศีกันย์ ราศีตุลย์ ราศีพิจิก ราศีธนู ราศีมังกร ราศีกุมภ์ และราศีมีน กลุ่มดาวหรือสัญลักษณ์ทั้ง 12 ของ "จักรราศี" ซึ่งมีความหมายว่า "วงกลมของสัตว์เล็กสัตว์น้อย"
ในอดีต ในทางความคิดของผู้คนในยุคนั้น มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดระหว่างเวทย์มนต์กับไสยศาสตร์ เชื่อกันว่าปรากฏการณ์บนท้องฟ้ามีอิทธิพลต่อพฤติกรรมและเหตุการณ์ต่างๆ บนพื้นผิวโลก นี่คือที่มาของโหราศาสตร์ - แนวคิดที่ว่าการเคลื่อนไหวและตำแหน่งของเทห์ฟากฟ้าส่งผลกระทบต่อกิจการของมนุษย์ ส่วนใหญ่ในกรณีที่กลุ่มดาวที่มีลัคนาอยู่ในวันเกิดของคุณจะมีอิทธิพลต่อชีวิตของคุณไปจนสิ้นอายุขัยบนโลก อย่างไรก็ตาม ความเข้าใจสมัยใหม่ของเราเกี่ยวกับดาราศาสตร์ช่วยให้เราสามารถระบุได้ว่าไม่มีข้อพิสูจน์ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นจริง ดาวฤกษ์เป็นเพียงลูกก๊าซร้อนยิ่งยวดขนาดใหญ่ที่อยู่ห่างไกลจากเรามาก
ดาวพเนจร
ดาวฤกษ์ในสมัยโบราณมีอยู่ด้วยกัน 3 ประเภท กลุ่มดาวที่ยังคงอยู่ในตำแหน่งที่ไร้ที่ติในกลุ่มดาวนั้นเรียกว่าดาวประจำที่ อย่างไรก็ตาม ในบางครั้ง ดาวตกจะปรากฎขึ้น พุ่งไปบนท้องฟ้าอย่างรวดเร็วด้วยแสงที่มีอายุสั้นมาก (น. 76) ต่อมาพวกเขายังค้นพบว่ามีดาวพเนจร และมีเพียงห้าดวงเท่านั้นที่ประกอบกันเป็นดาวกลุ่มเล็กๆ ที่กบฏ ซึ่งท้าทายกฎปกติของกลศาสตร์ท้องฟ้า พวกเขาเห็นพวกเขาเคลื่อนเข้าใกล้สุริยุปราคา เข้าสู่กลุ่มดาวนักษัตรก่อนที่จะเคลื่อนไปยังกลุ่มดาวอื่น ในภาษากรีก “ดาวพเนจร” หมายถึง asteres planetai ซึ่งเป็นสำนวนที่เราได้มาจากชื่อสมัยใหม่ของดาวพเนจรเหล่านี้: ดาวเคราะห์
ในยุโรป ดวงดาวที่ไม่เหมาะสมเหล่านี้ถูกเรียกว่าดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์ ตามชื่อเทพเจ้าแห่งวิหารโรมัน ร่วมกับดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ พวกมันประกอบกันเป็นเทห์ฟากฟ้าทั้งเจ็ดที่ดูเหมือนจะฝ่าฝืนกฎและข้ามกลุ่มดาว บรรพบุรุษสมัยโบราณของเราตั้งชื่อวันทั้งเจ็ดของสัปดาห์ (ดูด้านล่าง) ความจริงที่ว่าอารยธรรมที่อยู่ห่างไกลได้สร้างสัปดาห์ที่มีเจ็ดวัน บ่งชี้ว่านี่เป็นเพราะพวกเขาสามารถมองเห็นเทห์ฟากฟ้าทั้งเจ็ดเคลื่อนที่เข้าใกล้สุริยุปราคา ท้ายที่สุด การสร้างช่วงเวลาอื่นก็เป็นผลมาจากการสังเกตท้องฟ้าเช่นกัน
ดาวเคราะห์ยูเรนัสและเนปจูนก็เคลื่อนที่ไปตามสุริยุปราคาเช่นกัน แต่คนสมัยก่อนไม่เป็นที่รู้จักเนื่องจากอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์มากเกินไป ดังนั้นจึงไม่ชัดเจนเกินกว่าจะมองเห็นได้หากไม่มีกล้องโทรทรรศน์ เป็นเรื่องน่าสนใจที่จะคิดว่าหากมนุษย์มีพัฒนาการด้านการมองเห็นมากขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงสามารถมองเห็นดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนได้ด้วยตาเปล่า เราอาจอยู่ในโลกที่มีเก้าวันในหนึ่งสัปดาห์
หากคุณดูดาวเคราะห์เป็นเวลาหลายเดือนและหลายปี คุณจะสังเกตเห็นว่าดูเหมือนว่าพวกมันกำลังทำอะไรแปลกๆ ประการแรก เนื่องจากพวกมันเคลื่อนที่ในทิศทางเดียวตามแนวสุริยุปราคา แต่จากนั้นพวกมันก็หยุด เปลี่ยนทิศทาง และกลับไปยังจุดที่พวกมันจากมา สิ่งนี้เรียกว่าการเคลื่อนที่ถอยหลังเข้าคลอง ใครก็ตามที่อ้างว่าเข้าใจว่าสิ่งต่างๆ บนท้องฟ้าทำงานอย่างไร จะต้องสามารถอธิบายพฤติกรรมที่ผิดปกตินี้ได้
กาลิเลโอและการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ของเขา
ในปี 1608 กาลิเลโอ กาลิเลอี นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีกำลังสอนคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยปาดัว ระหว่างการเดินทางไปเวนิส เขาได้พบตัวอย่างเครื่องดนตรีที่เพิ่งประดิษฐ์ขึ้นโดยชาวดัตช์ซึ่งการใช้งานแพร่หลายไปทั่วยุโรปอย่างรวดเร็ว เขาตัดสินใจปรับปรุงกล้องโทรทรรศน์นี้ และในเวลาอันสั้น เขาก็ผลิตกล้องโทรทรรศน์ที่สามารถขยายวัตถุที่สังเกตได้แปดเท่า ใช้เวลาไม่นาน เขาก็สร้างอีกอัน คราวนี้สามารถขยายได้มากกว่าเป้าหมายที่ตั้งไว้ถึงสามสิบเท่า
สำหรับกาลิเลโอ เป็นที่ชัดเจนว่าเราไม่ได้อยู่ในเอกภพที่มีศูนย์กลางของโลก ปโตเลมีคิดผิด วันที่ 7 มกราคม ค.ศ. 1609 กาลิเลโอเล็งเลนส์กล้องโทรทรรศน์ของเขาไปที่ดาวพฤหัสบดี เห็นวัตถุเล็กๆ สามดวงโคจรรอบโลก หนึ่งสัปดาห์ต่อมา เขาสังเกตเห็นการมีอยู่ของหนึ่งในสี่ ดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดสี่ดวงของดาวพฤหัสบดี ดวงจันทร์บริวารตามธรรมชาติที่ตอนนี้มีชื่อว่า "ดวงจันทร์ของกาลิเลโอ" เพื่อเป็นเกียรติแก่มัน (น. 97) อย่างไรก็ตาม มีเทห์ฟากฟ้าสี่ดวงที่ไม่ต้องสงสัยเลยว่าพวกมันไม่ได้โคจรรอบโลกหรือดวงอาทิตย์
จุดเปลี่ยนเกิดขึ้นในเดือนกันยายน ค.ศ. 1610 เมื่อกาลิเลโอสังเกตเห็นว่าดาวศุกร์มีเฟสเช่นเดียวกับดวงจันทร์ เขาเห็นว่าบางครั้งมันดูเหมือน "เต็ม" ในขณะที่บางครั้งมันก็เป็นรูปจันทร์เสี้ยว เขาสังเกตเห็นว่าดาวศุกร์ดูเหมือนจะเปลี่ยนขนาดเช่นกัน ราวกับว่ามันเข้าใกล้โลกมากขึ้นแล้วก็เคลื่อนออกไป สำหรับเราแล้ว คงเป็นไปไม่ได้ที่จะสังเกตเห็นดาวศุกร์มีเฟสหากทั้งดาวเคราะห์ดวงนั้นและดวงอาทิตย์โคจรรอบโลกตามที่ปโตเลมีเสนอ ภายใต้ระบบปโตเลมี ดาวศุกร์ไม่สามารถเข้ามาระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ได้ การเรียงตัวที่จะเกิดขึ้นเพื่อให้เราเห็นช่วงต่างๆ ในระบบไทโคเนียนและโคเปอร์นิคัส เมื่อดาวศุกร์อยู่ระหว่างโลกของเรากับดวงอาทิตย์ เราแทบจะไม่เห็นมันสว่างเลย เพราะแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ส่องไปที่อีกฟากหนึ่งของโลก
ในที่สุดก็เป็นหลักฐานที่ทำให้ระบบ geocentric โบราณของทอเลมีเป็นโมฆะ อย่างไรก็ตาม การปกป้องความถูกต้องของ heliocentrism ก็อาจสร้างปัญหาได้ เมื่อกาลิเลโอเสนอข้อโต้แย้งเพื่อสนับสนุนโคเปอร์นิคัส เขาดึงความโกรธเกรี้ยวของนักบวช นักบวชปกป้องความถูกต้องของระบบของ Tycho เพราะมันคืนดีทั้งกับระยะของดาวศุกร์และกับความต้องการความเชื่อทางศาสนาในสถานะของโลกในฐานะศูนย์กลางของจักรวาล ในปี ค.ศ. 1616 ผู้ที่รับผิดชอบในการไต่สวนทางสงฆ์ประกาศว่าแนวคิดเรื่องศูนย์กลางของโลกใบเดียวกันนั้นขัดแย้งโดยตรงกับสิ่งที่พระไตรปิฎกกล่าวไว้ ในปี 1633 กาลิเลโอถูกนำตัวขึ้นศาลและถูกตัดสินว่ามีความผิด ประโยคดังกล่าวเรียกร้องให้เขาถูกกักบริเวณในบ้านตลอดชีวิต เขาใช้เวลาช่วงวันต้องโทษในการเขียนงานสำคัญๆ แม้ว่าจะมีความขัดแย้งน้อยกว่าก็ตาม จนกระทั่งเขาเสียชีวิตในปี 1642 ขณะอายุได้ 77 ปี และในที่สุดศาสนจักรก็ให้อภัยกาลิเลโอในปี 1992 เท่านั้น!
กาลิเลโอยังวาดภาพภูเขาบนดวงจันทร์โดยใช้ความยาวของเงาเพื่อประเมินความสูง การค้นพบของพวกเขาเผยให้เห็นโลกที่มียอดเขาสูงเกินกว่าที่ใคร ๆ คิดว่าจะเป็นไปได้ ผู้สังเกตการณ์คนแรกที่เห็นวงแหวนของดาวเสาร์ เขากล่าวในคำอธิบายว่าพวกมันดูเหมือน "หู" ที่ยื่นออกมาจากด้านใดด้านหนึ่งของโลก เขายังสังเกตเห็นจุดบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์และเผยให้เห็นว่าทางช้างเผือกของเราไม่ใช่กลุ่มเมฆแก๊สธรรมดา แต่เป็นกระจุกดาวที่หนาแน่น
Johannes Kepler และกฎดาวเคราะห์ของเขา
โยฮันเนส เคปเลอร์ นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันเป็นหนึ่งในผู้สนับสนุนระบบเอกภพโคเปอร์นิคัสกลุ่มแรกและรุนแรงที่สุด ก่อนที่การสังเกตของกาลิเลโอจะมาถึงเสียด้วยซ้ำ การเป็นผู้ช่วยของ Tycho Brahe ในปี 1600 เคปเลอร์กระตือรือร้นที่จะค้นพบสูตรทางคณิตศาสตร์ที่จะแสดงให้เห็นถึงการหมุนของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ เขาได้รับอนุญาตให้ใช้ผลการสังเกตของ Brahe แต่ชาวเดนมาร์กปกป้องข้อมูลของพวกเขาอย่างระมัดระวัง ความจริงที่ว่า Brahe เสียชีวิตเพียงหนึ่งปีหลังจากจ้างเขา และ Kepler มี "โชค" ในการสืบทอดงานทั้งหมดของเขา ทำให้นักประวัติศาสตร์บางคนจัดประเภทเหตุการณ์นี้ว่าเป็นการละเล่นที่ผิดศีลธรรม เมื่อร่างของ Brahe ถูกขุดขึ้นมาในปี 1901 ก็พบร่องรอยของสารปรอทในซากศพของเขา เขาเสียชีวิตด้วยปัญหากระเพาะปัสสาวะจริงหรือ? หรือเคปเลอร์วางยาเขาเพื่อเข้าถึงแคตตาล็อกทางดาราศาสตร์ที่ไม่มีใครเทียบได้ของเขา? ท้ายที่สุดแล้ว ไดอารี่ของ Kepler เป็นแหล่งข้อมูลเดียวที่มีข้อมูลเกี่ยวกับการเสียชีวิตของ Brahe อย่างไรก็ตาม ร่างของเขาถูกขุดขึ้นมาอีกครั้งในปี 2010 โดยมีการทดสอบพบว่าระดับสารปรอทไม่เพียงพอที่จะทำให้เขาเสียชีวิตได้
ในทศวรรษหลังจากการเสียชีวิตของ Brahe Kepler ใช้การสังเกตของเพื่อนร่วมงานของเขาเพื่อกำหนดกฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ที่มีชื่อเสียงสามข้อ:
กฎข้อที่หนึ่งของเคปเลอร์:ดาวเคราะห์ต่างๆ โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี โดยมีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง
เขาสังเกตได้ว่าดาวเคราะห์ไม่ได้หมุนรอบดวงอาทิตย์เป็นวงโคจรที่สมบูรณ์แบบอย่างที่คนโบราณและแม้แต่โคเปอร์นิคัสเคยจินตนาการไว้ แต่จะอธิบายเส้นทางวงรีที่เรียกว่าวงรีแทน วงรีมีจุดโฟกัสสองจุดที่มีความสำคัญทางคณิตศาสตร์บนเส้นทางโค้ง ดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดใดจุดหนึ่ง
กฎข้อที่สองของเคปเลอร์:เส้นสมมุติที่เชื่อมระหว่างศูนย์กลางของดวงอาทิตย์กับศูนย์กลางของดาวเคราะห์จะเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่ที่เท่ากันในเวลาที่เท่ากัน
ผลที่ตามมาประการหนึ่งของการที่ดาวเคราะห์มีวงโคจรเป็นวงรีก็คือ พวกมันอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ในบางจุดในเส้นทางการโคจรรอบดาวฤกษ์มากกว่าที่จุดอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เคปเลอร์สังเกตเห็นว่าเส้นสมมุติระหว่างดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ใช้เวลาเท่ากันในการเดินทางผ่านพื้นที่เดียวกันทั้งหมด (ดูด้านล่าง) กล่าวโดยย่อคือ ความเร็วการโคจรของดาวเคราะห์จะเพิ่มขึ้นเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น และลดลงเมื่ออยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากขึ้น
จากข้อมูลของเคปเลอร์ ดาวเคราะห์ต่างๆ โคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี และเคลื่อนที่เร็วขึ้นเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น
กฎข้อที่สามของเคปเลอร์:กำลังสองของคาบการโคจรของดาวเคราะห์เป็นสัดส่วนกับลูกบาศก์ของระยะห่างจากดวงอาทิตย์
พูดโดยพื้นฐานแล้ว ยิ่งดาวเคราะห์อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากเท่าไหร่ ก็จะยิ่งใช้เวลานานขึ้นในการปฏิวัติรอบหนึ่งรอบ ในความเป็นจริง มันเป็นเรื่องของสามัญสำนึก - ดาวพุธใช้เวลาโคจรรอบดวงอาทิตย์สั้นที่สุดเพราะเป็นวงรีที่เล็กที่สุดในการสร้าง ในทางกลับกัน ดาวเสาร์ใช้เวลาโคจรนานกว่ามาก เนื่องจากต้องเดินทางในวงโคจรที่ไกลกว่ามาก การค้นพบที่ยิ่งใหญ่ของ Kepler คือความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ที่แน่นอนระหว่างสองสิ่งนี้ จากการสังเกตที่แม่นยำของ Brahe เขาสังเกตว่า "กำลังสอง" (จำนวนคูณด้วยตัวมันเอง) ของระยะเวลาการโคจรของดาวเคราะห์ (คาบ) เป็นสัดส่วนกับ "ลูกบาศก์" ของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ (จำนวนคูณด้วยตัวมันเอง) สองเท่า) .
กฎเหล่านี้มีพื้นฐานมาจากประสบการณ์จากการสังเกตโดยตรง ไม่ใช่คำอธิบายทางทฤษฎีที่สนับสนุนว่าทำไมดาวเคราะห์จึงโคจรรอบดวงอาทิตย์ ความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับปรากฏการณ์จะเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1666 ซึ่งเป็นปีที่นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษซึ่งถูกบังคับให้ออกจากเคมบริดจ์เนื่องจากโรคระบาด กำลังนั่งอยู่ในสวนบ้านแม่ของเขาขณะที่แอปเปิลหล่นลงไปใน หัวของเขา
ไอแซก นิวตัน และแรงโน้มถ่วง
ดูเหมือนว่าเรื่องราวของนิวตันและแอปเปิ้ลจะมีจุดสนใจอยู่บ้าง แต่ผลไม้นั้นไม่ได้ตกใส่หัวของเขา อย่างน้อยที่สุดก็ไม่อ้างอิงจากชีวประวัติอันทรงอิทธิพลเรื่อง Memoirs of Sir Isaac Newton's Life (1752) นักเขียนชีวประวัติ—วิลเลียม สตูเคลีย์—กำลังดื่มชากับนิวตันในสวนหลังอาหารค่ำ เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชื่อดังบอกเขาว่าเขาเกิดความคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงขึ้นหลังจากเห็นแอปเปิ้ลตกลงพื้น
การค้นพบที่สำคัญของนิวตันคือร่างกายทั้งหมดอยู่ภายใต้แรงดึงดูดที่ดึงดูดพวกเขาไปยังร่างกายอื่นๆ ในจักรวาล แอปเปิ้ลถูกดึงดูดมายังโลกและตกลงมา และมันก็หยุดตกเพราะมันกระทบพื้นเท่านั้น นิวตันตระหนักว่าถ้ามีคนโยนแอปเปิ้ลในระดับความสูงที่เพียงพอและด้วยความเร็วเพียงพอ มันจะไปรอบโลกในฤดูใบไม้ร่วง เนื่องจากมันจะใช้เวลานานโดยไม่ต้องสัมผัสกับพื้นผิวโลกในระหว่างการหมุนรอบตัวเองของดาวเคราะห์ นั่นคือมันจะโคจรรอบโลก การก้าวกระโดดครั้งใหญ่ของเขาในการพัฒนาการใช้เหตุผลของเขาเองคือการตระหนักว่าดวงจันทร์หมุนรอบโลกด้วยเหตุผลเดียวกับที่แอปเปิ้ลตกลงสู่พื้น นั่นคือการตกอย่างอิสระโดยไม่มีอะไรมาขวางทาง ทั้งหมดนี้เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสอง
นิวตันตีพิมพ์แนวคิดของเขาเกี่ยวกับความโน้มถ่วงสากลในหนังสือชื่อ Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (รู้จักกันดีในชื่อ Principia) ในปี 1687 ผลงานชิ้นนี้ยังมีการค้นพบที่มีความสำคัญมหาศาล รวมถึงกฎการเคลื่อนที่สามข้ออันโด่งดังของเขาด้วย นิวตันระบุในหนังสือว่าแรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสองจะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง ซึ่งหมายความว่าถ้าเราเพิ่มระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสองเป็นสองเท่า แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุทั้งสองจะลดลงหนึ่งในสี่ ระยะห่างนั้นสามเท่า และมันจะเล็กลงถึงเก้าเท่า สิ่งที่ทำให้แนวคิดของเขาน่าประทับใจมากก็คือ เขาใช้กฎแห่งความโน้มถ่วงสากลและกฎการเคลื่อนที่ของมันเพื่อพิสูจน์ความถูกต้องของกฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเคปเลอร์ (หน้า 34) สุดท้ายนี้ สิ่งที่เขาอยากจะพูดจริงๆก็คือ:
ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณากฎข้อที่สองของเคปเลอร์: เส้นสมมุติที่เชื่อมระหว่างศูนย์กลางของดวงอาทิตย์กับศูนย์กลางของดาวเคราะห์จะเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่ที่เท่ากันในเวลาที่เท่ากัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ดาวเคราะห์จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น และโคจรรอบตัวเองช้าลงเมื่ออยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากขึ้น นิวตันมาพร้อมกับคำอธิบายสำหรับพฤติกรรมนี้ เขาอธิบายว่าแรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสองจะแรงขึ้นเมื่ออยู่ใกล้กันมากขึ้นและลดลงเมื่อห่างกันมากขึ้น เมื่อดาวเคราะห์อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์จะสัมผัสได้ถึงแรงดึงดูดที่มากขึ้นและการเร่งความเร็วของการเคลื่อนที่ในวงโคจร ขณะที่มันเคลื่อนออกจากดาวราชา ความเข้มของแรงนี้จะลดลงและดาวเคราะห์จะเคลื่อนผ่านวงโคจรช้าลง
อย่างไรก็ตาม ผลงานชิ้นเอกของนิวตันแทบไม่ได้รับการตีพิมพ์เลย เป็นเพียงการที่ Royal Society ได้สูญเสียงบประมาณสำหรับสิ่งพิมพ์ด้านบรรณาธิการเกี่ยวกับความล้มเหลวที่เรียกว่า The History of Fishes แต่นักดาราศาสตร์ เอ็ดมันด์ ฮัลเลย์ เข้าแทรกแซงและออกเงินค่าตีพิมพ์จากกระเป๋าของเขาเอง ด้วยเหตุนี้ เขาจึงป้องกันไม่ให้หนังสือที่สำคัญที่สุดเล่มหนึ่งตลอดกาล ทั้งในหมู่นักวิทยาศาสตร์และหนังสือประเภทอื่นๆ เข้าถึงความรู้ของสาธารณชนไม่ได้
โรเมอร์กับความเร็วแสง
ปีสุดท้ายของศตวรรษที่ 17 เป็นช่วงเวลาที่มีการปฏิวัติอย่างมากในการทำความเข้าใจคุณสมบัติของแสง เพราะนอกเหนือจากการค้นพบอันมีค่าที่ไอแซก นิวตันทำเกี่ยวกับที่มาของสีแล้ว โอเล โรเมอร์ นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กก็พยายามกำหนดความเร็วของแสงด้วย
ในปี 1670 หอดูดาวหลวงในปารีสได้ส่งทีมนักดาราศาสตร์ไปยัง Uraniborg ซึ่งเป็นหอดูดาวเดิมของ Tycho Brahe บนเกาะ Ven เพื่อตรวจวัดดวงจันทร์ทั้งสี่ดวงของดาวพฤหัสอย่างระมัดระวัง แม่นยำยิ่งขึ้น เพื่อบันทึกเวลาที่พวกมันหายไปจากการมองเห็นเมื่อพวกมันถูกปกคลุมด้วยดาวเคราะห์สุริยุปราคาอย่างแม่นยำ Römer เป็นผู้ช่วยท้องถิ่นของ Jean Picard นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ซึ่งได้รับการเสนองานในปารีสอันเป็นผลมาจากการทำงานของเขาที่ Uraniborg
การสังเกตดวงจันทร์เหล่านี้ทำให้เกิดความลึกลับที่น่าสนใจ นั่นคือ หลายครั้งที่สุริยุปราคาเกิดขึ้นก่อนหรือหลังกว่าที่คาดการณ์ไว้โดยการคำนวณตามกฎความโน้มถ่วงของนิวตัน อย่างไรก็ตาม ในปี ค.ศ. 1676 เรอเมอร์ได้แก้ไขปรากฏการณ์นี้โดยอาศัยผลงานของผู้อำนวยการหอดูดาว Giovanni Cassini พวกเขามีเป้าหมายที่ถูกต้องเมื่อพวกเขาแย้งว่าแสงต้องใช้เวลาในการเดินทางผ่านอวกาศ ก่อนหน้านี้ เชื่อกันว่าความเร็วของแสงนั้นไม่มีที่สิ้นสุด—มันเคลื่อนที่จากจุด A ไปยังจุด B ในทันที แต่สุริยุปราคาดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีดูเหมือนจะเกิดขึ้นเร็วกว่าที่คาดไว้ หากโลกและดาวพฤหัสบดีอยู่ใกล้กัน และดูเหมือนจะใช้เวลานานกว่านั้นเมื่อดาวเคราะห์ทั้งสองดวงอยู่ห่างกัน โรเมอร์คำนวณว่าแสงใช้เวลาเดินทาง 11 นาทีเป็นระยะทางเท่ากับระยะทางที่แยกโลกออกจากดวงอาทิตย์
ขณะนี้เราทราบแล้วว่าความเร็วแสงอยู่ที่ 299,792,458m/s ดังนั้น Römer และ Cassini จึงอยู่ห่างจากค่าที่ถูกต้องไม่มาก สิ่งสำคัญไม่ใช่จำนวนที่พวกเขามาถึง แต่เป็นข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาสามารถแสดงให้เห็นได้อย่างน่าเชื่อว่าความเร็วของแสงมีจำกัด นั่นคือต้องใช้เวลามากหรือน้อยจึงจะไปถึงที่นี่หรือที่นั่นได้ ในชีวิตประจำวันของเรา เราไม่เคยเห็นมันถึงจุดหมายเลยเพราะมันเร็วมาก เมื่อข้ามระยะทางทางดาราศาสตร์เท่านั้นที่การแพร่กระจายของมันจะเห็นได้ชัดเจน เราจะกลับมาที่นี่หลายครั้งในหนังสือเล่มนี้
วิธีทั่วไปในการพูดถึงระยะทางจักรวาลคือการใช้หน่วยของระยะทางทางดาราศาสตร์ที่เรียกว่าปีแสง: ระยะทางที่แสงเดินทางในอวกาศรอบนอกในหนึ่งปี การแพร่กระจายในอวกาศด้วยความเร็ว 299,792,458 m/s แสงเดินทาง 9.46 ล้านล้านกิโลเมตรในหนึ่งปี ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดนอกเหนือจากดวงอาทิตย์อยู่ห่างออกไปประมาณ 40 ล้านล้านกิโลเมตร หรือ 4.2 ปีแสง ในการวัดที่เกี่ยวข้องกับเทห์ฟากฟ้าที่ใกล้กว่า เราสามารถใช้ชั่วโมงแสง นาทีแสง หรือแม้แต่วินาทีแสง ตัวอย่างเช่น ดาวพลูโตอยู่ห่างจากโลก 5.3 ชั่วโมงแสง ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกของเรา 8.3 นาทีแสง ในขณะที่ดวงจันทร์อยู่ห่างออกไปเพียง 1.3 วินาทีแสง
ฤดูกาลของปี
หนึ่งในคุณสมบัติที่สวยงามที่สุดของโลกของเราคือการเปลี่ยนแปลงของฤดูกาลเป็นระยะ ในฤดูใบไม้ผลิ ดอกไม้จะแตกออกจากพื้นดินและลอยขึ้นสู่ท้องฟ้า ฤดูใบไม้ร่วงมาถึงและใบไม้เริ่มร่วงหล่นไปในทิศทางตรงกันข้าม หลายคนเข้าใจผิดเมื่อคิดว่าการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นตลอดทั้งปีนั้นเกิดจากระยะทางของโลกเราจากดวงอาทิตย์ บางทีพวกเขาอาจคิดว่าเราอยู่ใกล้มันมากขึ้นในฤดูร้อนและอยู่ไกลออกไปในฤดูหนาว
อันที่จริง การเปลี่ยนแปลงที่เราเห็นในฤดูกาลเป็นผลมาจากการเอียงของโลก โลกของเราไม่ได้อยู่ในอวกาศเสมอไป โดยแกนจินตภาพของมันจะอยู่ในแนวตั้งอย่างเคร่งครัด — มันเอียง 23.4° ซึ่งหมายความว่าในเดือนมิถุนายน ซีกโลกเหนือจะมีมุมเอียงไปทางดวงอาทิตย์โดยประมาณ ดังนั้นชาวเมืองจึงมีวันที่อบอุ่นและยาวนานขึ้น ในทางกลับกัน ผู้ที่อาศัยอยู่ในเส้นอาร์กติกเซอร์เคิลจะมองไม่เห็นว่ากลางคืนจะมาถึง เพราะส่วนของโลกของพวกเขาเอนเอียงไปทางดวงอาทิตย์มากจนไม่มีวันตกดิน ในขณะที่ซีกโลกใต้ค่อยๆ เคลื่อนตัวออกห่างจากดวงอาทิตย์ เนื่องจากการเอียงของโลกทีละน้อย ดังนั้น จึงยากขึ้นสำหรับผู้อาศัยในนั้นที่จะมีวันที่อบอุ่นขึ้นและมีแสงแดดส่องถึง เพราะพวกเขากำลังจะผ่านฤดูหนาว แอนตาร์กติกาในช่วงเวลานี้จมดิ่งลงสู่ก้นบึ้งแห่งความมืดถาวร
หกเดือนต่อมา เมื่อโลกอยู่อีกด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ สถานการณ์ก็กลับตาลปัตร ผู้ที่อาศัยอยู่ใต้เส้นศูนย์สูตรเตรียมบาร์บีคิว ขณะที่หลายคนในซีกโลกบนหยิบเสื้อโค้ตออกจากตู้ อาร์กติกยังคงปกคลุมไปด้วยเงา ขณะที่แอนตาร์กติกยังคงได้รับแสงสว่างจากแสงแดดอย่างต่อเนื่อง
วันที่ยาวที่สุดและสั้นที่สุดของปี (ในเดือนมิถุนายนและธันวาคม) เรียกว่าวันอายัน ทันทีหลังจากวันที่เหล่านี้มาถึง เราก็มาถึงจุดที่ซีกโลกทั้งสองไม่ได้อยู่ใกล้หรือไกลจากดวงอาทิตย์เชิงมุม ทั่วทั้งโลก วันที่ 21 มีนาคมและ 23 กันยายน วันที่ซึ่งสิ่งนี้เกิดขึ้นและเรียกว่าวันวิษุวัต กลางวันและกลางคืนมีความยาวเท่ากัน
เรามีฤดูกาลที่ผันแปรเนื่องจากการเอียงของโลกทำให้บางพื้นที่ของโลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้นและบางแห่งก็ห่างออกไป
เราควรขอบคุณพระเจ้าที่มุมเอียงของโลกเรานั้นน้อยพอสมควร หากเน้นมากกว่านี้ การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลของเราจะรุนแรงมากขึ้นและเผชิญได้ยากขึ้นมาก ต้องขอบคุณดวงจันทร์ ความเอียงของเราจึงคงที่และคาดเดาฤดูกาลได้ ตัวอย่างเช่น แกนของดาวอังคารซึ่งไม่สามารถนับดาวบริวารตามธรรมชาติที่สามารถให้เสถียรภาพได้นั้น จะแกว่งอย่างมากภายใต้ผลกระทบของแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ดวงอื่น ส่งผลให้เกิดฤดูหนาวที่ยาวนานขึ้นและฤดูร้อนที่ร้อนจัด ซึ่งมักจะไม่สอดคล้องกันและแตกต่างกันเสมอ
กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (TEH) ได้เปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับเอกภพของเราโดยสิ้นเชิง
ภาพถ่ายที่มีชื่อเสียงที่สุดชิ้นหนึ่งของเขาคือ Hubble Deep Field ระหว่างวันที่ 18 ถึง 28 ธันวาคม พ.ศ. 2538 นักดาราศาสตร์ใช้ TEH เพื่อสแกนพื้นที่บนท้องฟ้าอย่างละเอียดถี่ถ้วนโดยมีขนาดเท่ากับเม็ดทรายที่ถืออยู่ในฝ่ามือของคุณและดูที่ความยาวแขน ภาพถ่ายที่บันทึกการสังเกตการณ์นี้เต็มไปด้วยจุด รอยเปื้อน และรอยเปื้อน ซึ่งบ่งชี้ถึงกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดที่ค้นพบจนถึงปัจจุบัน พวกเขาหายไปในเวลากว่า 13 พันล้านปีที่แสงของพวกเขามาถึงเรา
ระหว่างปี 2546 ถึง 2547 นักดาราศาสตร์ถ่ายภาพที่คล้ายกันนี้เรียกว่า Hubble Ultra Deep Field การประมาณการจากภาพนี้บ่งชี้ว่าเอกภพที่สังเกตได้ประกอบด้วยกาแลคซี 2 ล้านล้านแห่ง แต่ละดวงมีดวงดาวหลายแสนล้านดวง ซึ่งหมายความว่ามีดวงดาวในจักรวาลมากกว่าจำนวนการเต้นของหัวใจในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ จำนวนการเต้นของหัวใจต่อวินาทีของ Homo sapiens ทั้งหมดที่มีอยู่จนถึงปัจจุบันจึงยังน้อยกว่าจำนวนดาวฤกษ์ที่มีอยู่เป็นพันเท่า
กฎของฮับเบิล
ชื่อที่เกี่ยวข้องกับดาราจักรสเปกตรัมเรดชิฟต์มากที่สุดไม่ใช่ชื่อเวสโต สลิเฟอร์ แต่เป็นชื่อเอ็ดวิน ฮับเบิล เพื่อนร่วมงานชาวอเมริกันของเขา นักดาราศาสตร์วัดระยะทางของกาแล็กซีจากโลกโดยใช้เทคนิค Cepheid Variables ซึ่งบุกเบิกโดย Henrietta Swan Leavitt (pp. 170-1) และเปรียบเทียบกับข้อมูลของ Slipher เกี่ยวกับการเลื่อนสีแดงของดาราจักร เขาค้นพบรูปแบบปรากฎการณ์ที่เรียบง่ายมาก: ยิ่งกาแล็กซีอยู่ห่างไกลมากเท่าใด กาแล็กซีก็ยิ่งแสดงสเปกโทรสโกปีเรดชิฟต์มากขึ้นเท่านั้น กาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไปดูเหมือนจะเคลื่อนที่เร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้กว่าของเรา ฮับเบิลตีพิมพ์ผลการศึกษาของเขาในปี พ.ศ. 2474
กฎนี้เรียกว่ากฎของฮับเบิล (แม้ว่า Georges Lemaître นักบวชและนักดาราศาสตร์ชาวเบลเยียมจะตีพิมพ์แนวคิดที่คล้ายกันในปี 1929) ตัวเลขที่เรียกว่าค่าคงที่ของฮับเบิลบ่งชี้ว่าดาราจักรเคลื่อนที่เร็วเพียงใด ค่าปัจจุบันของค่าคงที่ฮับเบิลซึ่งมีสัญลักษณ์ H0 คือประมาณ 21 กม./วินาทีต่อล้านปีแสง ดังนั้นเมื่อ Galaxy A อยู่ห่างจากเรามากกว่า Galaxy B 1 ล้านปีแสง มันจะเคลื่อนออกจากโลกของเราด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น 21 กม./วินาที
ต้องขอบคุณกฎของฮับเบิล เทคนิคการวัดเรดชิฟต์ได้กลายเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมสำหรับการวัดระยะทางในอวกาศ สิ่งที่เราต้องทำคือวัดสเปกตรัมของดาราจักรเพื่อหาค่าเรดชิฟต์ทางสเปกโทรสโกปี ก่อนที่เราจะใช้กฎของฮับเบิลเพื่อแปลงผลลัพธ์และหาค่าของระยะห่างจากเรา เทห์ฟากฟ้าที่ห่างไกลที่สุดเท่าที่ทราบในปัจจุบัน ซึ่งเป็นวัตถุที่มีเรดชิฟต์สูงสุดคือกาแล็กซี GN-z11 ซึ่งอยู่ห่างออกไป 13.4 พันล้านปีแสง
จักรวาลขยายตัว
กฎของฮับเบิลมีพื้นฐานมาจากสมมติฐานง่ายๆ คือ ยิ่งดาราจักรอยู่ไกลออกไป ดูเหมือนว่าดาราจักรจะเคลื่อนตัวออกห่างจากเราเร็วขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความคิดที่ดูเหมือนไม่มีนัยสำคัญนี้เกี่ยวข้องกับผลลัพธ์ที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง หมายความว่าจักรวาลกำลังขยายตัว
ในตอนแรก อาจไม่ชัดเจนว่าเหตุใดกฎของฮับเบิลจึงบ่งชี้ว่าเราอาศัยอยู่ในเอกภพที่กำลังขยายตัว แต่บางทีมันอาจจะเป็นไปได้ถ้าเราจินตนาการถึงสถานการณ์ที่คุณมีแป้งเค้กที่เต็มไปด้วยลูกเกดที่คุณกำลังจะใส่ในเตาอบเพื่ออบ สมมติว่าหนึ่งชั่วโมงต่อมาแป้งจะขยายเป็นสองเท่าของขนาดเดิม ใส่รองเท้าของลูกเกดและคิดว่าคุณจะเห็นอะไร ลูกเกดที่ตอนแรกอยู่ห่างจากคุณ 1 ซม. กลับห่างออกไปอีก 2 ซม. อีกอันที่อยู่ในแป้งห่างจากคุณ 2 ซม. ตอนนี้ห่างออกไป 4 ซม. ลูกเกดที่ใกล้ที่สุดจะดูเหมือนขยับไป 1 ซม. ในหนึ่งชั่วโมง ในขณะที่ลูกเกดที่อยู่ไกลที่สุดจะดูเหมือนขยับออกไป 2 ซม. ในเวลาเดียวกัน ลูกเกดที่อยู่ไกลออกไปจะเคลื่อนตัวออกไปเร็วขึ้น
ดังนั้น คุณอาจสรุปได้ว่า "ลูกเกดที่อยู่ในแป้งเค้กที่กำลังขยายตัวดูเหมือนจะเคลื่อนที่ 1 ซม. ต่อชั่วโมงสำหรับทุกๆ 1 ซม. ของระยะทางเดิม" นั่นคือสิ่งที่ค่าคงที่ของฮับเบิลบ่งชี้ทุกประการ กาแลคซีเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 21 กม./วินาที ในทุก ๆ ล้านปีแสงของระยะทางเดิมระหว่างพวกมันกับเรา เมื่อแป้งเค้กขยายตัว จักรวาลก็ขยายตัวเช่นกัน
กาแลคซีไม่ได้ห่างไกลจากเรามากนัก เพราะตอนนี้พวกมันกำลังเคลื่อนตัวออกไปในอวกาศ ท้ายที่สุด ลูกเกดจะไม่เคลื่อนผ่านแป้ง ในทางตรงกันข้าม ระยะห่างระหว่างกาแลคซีจะเพิ่มขึ้นเมื่อช่องว่างระหว่างกาแลคซีขยายออก เช่นเดียวกับพวกมัน ยิ่งระยะห่างระหว่างเรากับกาแลคซีห่างไกลมากเท่าไร ก็ยิ่งมีพื้นที่สำหรับการขยายตัวมากขึ้นเท่านั้น และพวกมันจะดูราวกับว่าพวกมันถูกพัดพาไปจากเราอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น
ตามทฤษฎีบิ๊กแบง กระบวนการฟิวชันหยุดลงหลังจากที่เอกภพเปลี่ยนไฮโดรเจน 25% เป็นฮีเลียม ณ จุดนี้จักรวาลมีอายุเพียง 20 นาที อย่างไรก็ตาม เป็นเวลานานแล้วที่ไม่มีอะไรเกิดขึ้น นั่นคือ 380,000 ปี จักรวาลเป็นทะเลแห่งพลังงาน อิเล็กตรอน โปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน) และนิวเคลียสของฮีเลียมที่ยังคงขยายตัวและเย็นลง
ดังที่เราเห็นในบทที่ 5 การสังเกตเทห์ฟากฟ้าที่อยู่ห่างไกลนั้นเหมือนกับการมองย้อนกลับไปในอดีต แต่มุมมองของเราถูกปิดกั้นหากเราพยายามย้อนกลับไปในระยะทางชั่วคราวเทียบเท่ากับ 380,000 ปีแรกของจักรวาล ย้อนกลับไปในตอนนั้น ทะเลอนุภาคมีความหนาแน่นสูงจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถเล็ดลอดออกไปได้ เกือบจะเหมือนกับการพยายามมองผ่านหมอกหนา
อย่างไรก็ตาม ตามทฤษฎีบิกแบง เอกภพจบลงด้วยการขยายตัวและเย็นลงในลักษณะที่ทำให้โปรตอนและนิวเคลียสของฮีเลียมสามารถจับอิเล็กตรอนที่ผ่านไปได้ และด้วยเหตุนี้จึงก่อตัวเป็นอะตอมแรก สิ่งนี้จะต้องทำให้พื้นที่ว่างจำนวนมากในเอกภพว่างลง และปล่อยให้แสงเล็ดลอดออกไปได้ในทันที นักฟิสิกส์เรียกเหตุการณ์นี้ว่าการรวมตัวกันอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์นี้เป็นชื่อที่ไม่ดี เนื่องจากอิเล็กตรอนและนิวเคลียสไม่เคยรวมกันมาก่อน
อย่างไรก็ตาม หากบิ๊กแบงเกิดขึ้นจริง แสงที่ปล่อยออกมาทันทีของการรวมตัวกันอีกครั้งน่าจะท่วมทั้งจักรวาล กว่า 13,800 ล้านปีที่ผ่านมา มันต้องสูญเสียพลังงานไปมาก แต่มันก็ควรจะยังคงอยู่ รังสีที่หลงเหลืออยู่นี้เป็นการทำนายที่สำคัญในข้อเสนอของทฤษฎีบิกแบง เนื่องจากรังสีนี้จะไม่มีอยู่ในเอกภพที่อยู่นิ่ง ความจำเป็นในการค้นหาว่ามีอยู่จริงหรือไม่นั้นเป็นสิ่งสำคัญในการตัดสินใจว่าสิ่งใดในสองสิ่งที่ถูกต้องจริงๆ
ศูนย์กลางของจักรวาลอยู่ที่ไหน?
เป็นคำถามที่พบบ่อยมาก โดยทั่วไป ผู้คนมักคิดว่าเราต้องอยู่ตรงกลาง เนื่องจากเราเห็นกาแล็กซีถอยห่างจากโลกในทุกทิศทาง แต่มนุษย์จากทุกกาแลคซี่จะพูดเหมือนกัน เราเปรียบเทียบกาแล็กซีกับลูกเกดในแป้งเค้กที่กำลังขยายตัว หากคุณสามารถสวมบทบาทเป็นลูกเกดคนใดคนหนึ่งได้ คุณจะเห็นคนอื่นๆ ถอยห่างจากคุณ ดังนั้นจึงไม่ใช่ทั้งหมดที่จะเป็นศูนย์กลางมวลได้
มีหลายคนที่ขอให้นักดาราศาสตร์ระบุสถานที่ที่เกิดบิ๊กแบงในที่สุด แต่นี่เป็นไปไม่ได้ บางทีอาจเป็นเพราะบิ๊กแบงถูกเปรียบเทียบกับการระเบิดเกือบตลอดเวลา ผู้คนจึงจินตนาการถึงบางสิ่งที่คล้ายกับระเบิดที่ถูกจุดชนวน หากระเบิดระเบิดในตู้ การวิเคราะห์เศษซากสามารถใช้เพื่อดูว่าจุดไหนในตู้นั้นถูกจุดชนวน ความแตกต่างอยู่ที่ความจริงที่ว่าบิ๊กแบงสร้างพื้นที่ ลองนึกภาพว่าระเบิดที่จุดชนวนสร้างห้องใด ๆ แล้วถามว่ามันระเบิดในส่วนไหน
ตอนนี้ เลือกจุดใดก็ได้ในจักรวาลและจินตนาการว่ามันอยู่ที่ไหนในช่วงเวลาที่เกิดบิกแบง เขาเป็นส่วนหนึ่งของการระเบิด นั่นเป็นเหตุผลที่นักดาราศาสตร์กล่าวว่าบิ๊กแบงเกิดขึ้นทุกที่ในเวลาเดียวกัน
“การมองดูดวงดาวทำให้ฉันฝันอยู่เสมอ”
วินเซนต์ แวนโก๊ะ (2431)
ไม่มีอะไรที่เป็นอมตะ. ความจริงที่ว่าเราอยู่ที่นี่ท่ามกลางจักรวาลนี้เพื่อสะท้อนความลึกลับอันยิ่งใหญ่ของจักรวาลนั้นเป็นสิทธิพิเศษ สิ่งที่เราควรเรียนรู้เพื่อให้เห็นคุณค่า
มนุษยชาติได้มีส่วนร่วมในการเดินทางทางดาราศาสตร์ที่น่าสนใจ ในตอนแรก เราคิดว่าเราเป็นศูนย์กลางของเรื่องทั้งหมด โดยมีดวงอาทิตย์และดวงดาวที่คล้อยตามการเสแสร้งของเรา หลังจากนั้น ด้วยความเฟื่องฟูของตรรกะและเหตุผล เราถูกผลักไสให้อยู่ในสภาพของผู้อาศัยอยู่บนดาวเคราะห์เพียงดวงเดียว ท่ามกลางดาวอื่นๆ อีกหลายดวงที่โคจรรอบดาวฤกษ์หนึ่งในดาราจักรหลายแห่ง ซึ่งตั้งอยู่ในมุมเล็กๆ ของเอกภพอันเวิ้งว้าง นอกจากนี้ เราเริ่มพิจารณาถึงความเป็นไปได้ที่จักรวาลนี้อาจเป็นเพียงหนึ่งในความกว้างใหญ่อันไร้ขอบเขตของจักรวาลอื่น ที่ซึ่งทุกการแสดงละครที่เป็นไปได้จะแผ่ออกไปในทุกฉากเท่าที่จะจินตนาการได้
แม้ว่าการค้นพบเหล่านี้จะเป็นรางวัลอันยิ่งใหญ่ในตัวเอง แต่บางคนก็สงสัยว่าทำไมเราถึงต้องวุ่นวายกับการสำรวจอวกาศ เราสามารถตอบได้ว่านี่คือส่วนหนึ่งของ DNA ของเรา ท้ายที่สุด ความอยากรู้อยากเห็นของเราทำให้เราออกจากแอฟริกาและกระจายไปทั่วโลก พาเราไปที่ยอดเขาเอเวอเรสต์และไปยังก้นมหาสมุทร เราเห็นการขึ้นของโลกบนดวงจันทร์และการตกของดวงอาทิตย์บนดาวอังคาร และเราทอดสายตาไปยังจุดสิ้นสุดของเอกภพที่สังเกตได้ เราขับเคลื่อนด้วยความต้องการตามสัญชาตญาณในการรู้ว่ามีอะไรอยู่ข้างนอกและก้าวข้ามขีดจำกัด
มีความเป็นไปได้สูงที่ผู้คนที่มีชีวิตอยู่ในปัจจุบันจะได้เป็นสักขีพยานในภารกิจแรกของมนุษย์ที่ไปยังดาวอังคาร โอกาสที่จะเป็นครั้งแรกที่เราจะก้าวไปสู่ดาวดวงอื่น เด็กนักเรียนในวันนี้จะเป็นอาณานิคมของดาวอังคารในวันพรุ่งนี้ ปูทางใหม่ให้มนุษยชาติก้าวข้ามระบบสุริยะ นอกจากนี้ เป็นไปได้มากว่าในทศวรรษต่อๆ ไป กล้องโทรทรรศน์ของเราจะให้ข้อพิสูจน์ที่ปฏิเสธไม่ได้ว่าเราไม่ได้อยู่ตามลำพังในเอกภพ
ในบรรดาผู้ที่อ้างว่าโดยตัวของมันเองแล้ว ความอยากรู้อยากเห็นนั้นไม่เพียงพอที่จะพิสูจน์การกระทำเหล่านี้ ยังมีความกังวลเกี่ยวกับสิ่งที่ปฏิบัติได้มากกว่า ปรากฎว่าตราบใดที่เราเป็นเผ่าพันธุ์ที่จำกัดที่อาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ดวงเดียว โอกาสในการคงอยู่ของเราจะถูกจำกัดอยู่แค่บนโลกเท่านั้น ดังนั้น การออกสำรวจอวกาศเท่านั้นที่เราจะมีโอกาสรอดชีวิตที่ดีที่สุด หากดาวเคราะห์น้อยที่หลงทาง โรคระบาดร้ายแรง หรือสงครามนิวเคลียร์คุกคามอนาคตของเรา
ท้ายที่สุดเรามาจากอวกาศ แคลเซียมในกระดูกและธาตุเหล็กในเลือดของเราถูกผลิตขึ้นในใจกลางของดาวฤกษ์ที่กำลังจะตายและถูกซุปเปอร์โนวาทรงพลังพุ่งผ่านอวกาศ ดังนั้น การเปิดตัวตัวเราสู่การผจญภัยเชิงสำรวจผ่านอวกาศ เท่ากับว่าเรากลับไปสู่จุดกำเนิดของเราเท่านั้น และความพยายามของเราในด้านดาราศาสตร์และการสำรวจอวกาศคือยานอวกาศที่พุ่งเราไปสู่การมีอยู่ของมนุษย์อย่างถาวรในจักรวาล
ด้วยวิธีนี้ จนกว่าบิ๊กแบงจะลดม่านของการแสดงที่ยิ่งใหญ่ในจักรวาลนี้ หวังว่าเราจะสามารถพิจารณาความไม่มีที่สิ้นสุดด้วยความประหลาดใจและความหลงใหลได้เป็นเวลานาน
ตัดแปะโดย เฉลิมชัย เอื้อวิริยะวิทย์
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น