ประวัติของจักรวาลสำหรับผู้เร่งรีบ
จักรวาลขนาดพอดีคำ : จากบิ๊กแบงถึงการค้นพบล่าสุดทางดาราศาสตร์!
The Universe in Bite-Sized Chunks
A Historia do Universo Para Quem Tem Pressa by Colin Stuart
ความลึกลับและความมหัศจรรย์อันยิ่งใหญ่ของท้องฟ้ายามค่ำคืนทำให้เราหลงใหล ทึ่ง และสนุกสนานตั้งแต่ก้าวแรกบนโลก
วันนี้เรายังคงพยายามทำความเข้าใจสถานที่ของเราในจักรวาล
ศตวรรษที่ 20 มีการค้นพบที่สำคัญและน่าประหลาดใจเกี่ยวกับดาวเคราะห์ ระบบสุริยะ ดวงดาวและดาราจักรของเรา
อย่างไรก็ตาม เรายังคงแสวงหาคำตอบสำหรับคำถามมากมาย
- สสารมืดคืออะไร?
เราอยู่คนเดียวในจักรวาลหรือไม่?
สามารถเดินทางข้ามเวลาได้หรือไม่?
– และการค้นหานี้ทำให้เราเข้าใจอย่างมีค่าเกี่ยวกับความกว้างใหญ่และความเป็นไปได้ที่ไม่สิ้นสุดของอวกาศสากลที่เรายังไม่เคยค้นพบของจักรวาล
เมื่อพิจารณาถึงความใหญ่โตของมันแล้ว อาจเป็นเรื่องที่น่าหวาดหวั่น
แต่ในหนังสือที่เข้าใจง่ายเล่มนี้ เราจะเริ่มต้นการเดินทางอันเหลือเชื่อผ่านการค้นพบพื้นฐานทางดาราศาสตร์ทั้งหมด
ตั้งแต่ที่เกิดจากความเชื่อของอารยธรรมโบราณไปจนถึงที่เกิดจากการบุกเบิกและการสังเกตคลื่นความโน้มถ่วงเมื่อเร็วๆ นี้ ซึ่งไอน์สไตน์ทำนายไว้เมื่อกว่า 100 ปีที่แล้ว
I have loved the stars too truly to be fearful of the night.
Sarah Williams(1868)
ฉันรักดวงดาวมานานเกินกว่าจะกลัวกลางคืน
จักรวาลนั้นมหัศจรรย์ยิ่งกว่าเทพนิยายใดๆ เสมอ
นักดาราศาสตร์หลายชั่วอายุคนได้เปิดม่านที่ปกคลุมความลึกลับของเอกภพและเปิดเผยความลับที่ลึกที่สุดของเอกภพ การค้นพบนั้นน่าทึ่งมาก เขาแสดงให้เห็นว่ามีดาวเคราะห์จำนวนนับไม่ถ้วนที่หมุนรอบดาวฤกษ์ขนาดมหึมานับไม่ถ้วน วันนี้เรารู้ว่าแรงโน้มถ่วงทำให้โครงสร้างของกาลอวกาศโค้งงอจนกระทั่งชั่วโมงหยุดไหล
ตอนนี้เราสามารถติดตามการเดินทางของปรมาณูตั้งแต่ใจกลางของดวงดาวจนถึงการลงจอดครั้งสุดท้ายในผิวหนังและกระดูกของเรา เราส่งเครื่องจักรไปยังดาวเคราะห์ทุกดวงในระบบสุริยะและทิ้งรอยเท้าไว้บนพื้นฝุ่นดวงจันทร์
จักรวาลแม้ว่าจะพิจารณาเพียงความใหญ่โตเท่านั้น ฉันใช้เวลา 10 ปีที่ผ่านมาในการเขียนและบรรยายเกี่ยวกับดาราศาสตร์ แต่มันทำให้ฉันรู้สึกตัวเล็กและไม่สำคัญ หลายคนไม่สนใจวิชานี้เพราะคิดว่าเป็นเรื่องยากที่จะเรียนรู้ แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นเรื่องยาก
จุดประสงค์ของหนังสือเล่มนี้คือการแบ่งความกว้างใหญ่ของเอกภพออกเป็นส่วนตามแนวคิดของการย่อยทางปัญญาที่ราบรื่นหรือการดูดกลืนทางจิตอย่างง่าย ในนั้นไม่มีความยุ่งยากทางคณิตศาสตร์หรือศัพท์เฉพาะทางเทคโนโลยี-วิทยาศาสตร์ เป็นเพียงคำอธิบายง่ายๆ เกี่ยวกับคุณลักษณะที่น่าสนใจที่สุดของเอกภพ
เรายังไม่เข้าใจว่าจักรวาลส่วนใหญ่ทำมาจากอะไร หรือเราแบ่งปันพื้นที่สากลกับสิ่งมีชีวิตรูปแบบอื่นหรือไม่ นักดาราศาสตร์ยังคงพยายามค้นหาว่าเอกภพของเราเป็นจักรวาลเดียวที่มีอยู่จริงหรือไม่ และเกิดขึ้นในช่วงเวลาใดกันแน่เมื่ออวกาศและเวลาเกิดขึ้น นี่เป็นคำถามพื้นฐานที่สุดบางส่วนที่เราสามารถถามได้
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
พวกเขายังสังเกตเห็นว่าดวงจันทร์เปลี่ยนรูปลักษณ์ของมัน เพิ่มและลดขนาดในการข้ามช่วง เปลี่ยนจากสถานะของดวงจันทร์ครึ่งดวงที่ลดน้อยลงไปสู่ดวงจันทร์เต็มดวงที่สวยงาม จากนั้นจึงเกิดวัฏจักรซ้ำ พวกเขาเห็นว่าการเปลี่ยนแปลงรูปแบบนี้ใช้เวลาเกือบ 30 วัน ซึ่งเป็นช่วงที่เรียกว่า "จันทรคติ"*
ดวงอาทิตย์ยังสร้างวัฏจักรซึ่งใหญ่กว่ามากเท่านั้น ขึ้นทางทิศตะวันออกในตอนเช้าและตกทางทิศตะวันตกในช่วงบ่าย ถึงจุดสูงสุดของการปีนขึ้นไปบนท้องฟ้าทุกวันในตอนเที่ยง อย่างไรก็ตาม ระดับความสูงของคุณเหนือพื้นดินในตอนเที่ยงนั้นไม่เท่ากันเสมอไป
สังเกตการเคลื่อนไหวของมันเป็นเวลาหลายเดือน แล้วคุณจะเห็นว่าดวงอาทิตย์วาดเลขแปดบนท้องฟ้าเรียกว่า "analema อะนาเลมมา" ในเวลาที่ใช้ในการครบรอบนี้ ดวงอาทิตย์ขึ้น 365 ครั้ง
คนโบราณเรียกรอบนี้ว่าปี ช่วงเวลานี้แบ่งออกเป็นสี่ฤดูกาล แต่ละฤดูกาลมีลักษณะภูมิอากาศที่ชัดเจน ท้ายที่สุด พวกเขาเห็นว่าฤดูหนาว ฤดูใบไม้ผลิ ฤดูร้อน และฤดูใบไม้ร่วงเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีกในช่วงเวลาเดียวกับที่ดวงอาทิตย์ถูกติดตามบนท้องฟ้า
การค้นพบรูปร่างของโลก
อย่าเชื่อใครก็ตามที่บอกคุณว่าผู้ที่มีจิตใจดีที่สุดในยุคกลางคิดว่าโลกแบน—เรารู้ว่ามันไม่เป็นเช่นนั้นมาเกือบ 2,000 ปีแล้ว บุคคลที่เราต้องขอบคุณสำหรับความรู้นี้คือ Eratosthenes นักคณิตศาสตร์ชาวกรีกโบราณผู้ค้นพบสิ่งนี้โดยไม่เคยออกจากอียิปต์
เขาสังเกตเห็นในเมืองเซียนา (อัสวานในปัจจุบัน) ว่าดวงอาทิตย์ลอยอยู่เหนือศีรษะของผู้คนในตอนเที่ยงวันของครีษมายัน การเคลื่อนไหวที่ยอดเยี่ยมของเขาคือการวัดตำแหน่งของดวงอาทิตย์ในช่วงเวลาเดียวกันของวันครีษมายันที่ตามมาในเมืองอเล็กซานเดรีย เมืองที่อยู่ห่างออกไปประมาณ 800 กม. โดยการตอกหลักลงไปที่พื้นและมองดูเงาของมัน
เขาสามารถสังเกตเห็นว่าในเวลากลางวัน ตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้นในซีเอนา แสงแดดในเมืองอื่นไม่ตกในแนวตั้งฉากบนยอดของเสา แต่อยู่ในมุมที่ 7°. สาเหตุของความแตกต่างนี้อยู่ที่พื้นผิวโลกมีความโค้ง ซึ่งหมายความว่าแสงแดดจะตกกระทบแต่ละเมืองในมุมที่ต่างกัน
บรรพบุรุษสมัยโบราณของเราตระหนักดีว่ากลุ่มดาวบางกลุ่มมาและไปตามฤดูกาล เช่นเดียวกับสภาพอากาศ กลุ่มดาวนายพรานที่มีชื่อเสียงโดดเด่นบนท้องฟ้าของซีกโลกเหนือในฤดูหนาว แต่จะหายไปเมื่อสภาพอากาศเริ่มดีขึ้น จากการสังเกตสัญญาณทางดาราศาสตร์เหล่านี้ บรรพบุรุษของเราจึงรู้ว่าเวลาใดดีที่สุดสำหรับการปลูกและเก็บเกี่ยว ในทางปฏิบัติ ความรู้เรื่องปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์จึงเปรียบเสมือนมีคู่มือการเกษตรเล่มยักษ์ที่ส่งต่อจากรุ่นพ่อสู่รุ่นลูกเป็นการบอกเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับดวงดาว กลุ่มดาวช่วยให้จำข้อมูลนี้ได้ง่ายขึ้นมาก
Star Tales - the Dürer hemispheres
ปัจจุบัน นักดาราศาสตร์มืออาชีพรู้จักกลุ่มดาว 88 กลุ่ม (https://thaiastro.nectec.or.th/library/article/184/) อย่างเป็นทางการ 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
จักรราศีและการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์
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
อย่างไรก็ตาม จักรราศีและการเดินทางของดวงอาทิตย์มีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงของเรา: จากภาพที่เชื่อโชคลางไปสู่ภาพที่มีเหตุผลและเป็นวิทยาศาสตร์มากขึ้นของความเป็นจริง ดังที่เราจะได้เห็นในภายหลัง การสังเกตการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้าใกล้กับสุริยุปราคาเป็นพื้นฐานในการปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสถานที่ที่เราครอบครองในจักรวาล และความจำเป็นในการละทิ้งความคิดที่ล้าสมัยและไม่มีมูลความจริง
กาลิเลโอและการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ของเขา
ในปี 1608 กาลิเลโอ กาลิเลอี นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีกำลังสอนคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยปาดัว ระหว่างการเดินทางไปเวนิส เขาได้พบตัวอย่างเครื่องดนตรีที่เพิ่งประดิษฐ์ขึ้นโดยชาวดัตช์ซึ่งการใช้งานแพร่หลายไปทั่วยุโรปอย่างรวดเร็ว เขาตัดสินใจปรับปรุงกล้องโทรทรรศน์นี้ และในเวลาอันสั้น เขาก็ผลิตกล้องโทรทรรศน์ที่สามารถขยายวัตถุที่สังเกตได้แปดเท่า ใช้เวลาไม่นาน เขาก็สร้างอีกอัน คราวนี้สามารถขยายได้มากกว่าเป้าหมายที่ตั้งไว้ถึงสามสิบเท่า
สำหรับกาลิเลโอ เป็นที่ชัดเจนว่าเราไม่ได้อยู่ในเอกภพที่มีศูนย์กลางของโลก
ค.ศ. 1609 กาลิเลโอเล็งเลนส์กล้องโทรทรรศน์ของเขาไปที่ดาวพฤหัสบดี เห็นวัตถุเล็กๆ สามดวงโคจรรอบโลก หนึ่งสัปดาห์ต่อมา เขาสังเกตเห็นการมีอยู่ของหนึ่งในสี่ ดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดสี่ดวงของดาวพฤหัสบดี ดวงจันทร์บริวารตามธรรมชาติที่ตอนนี้มีชื่อว่า "ดวงจันทร์ของกาลิเลโอ" เพื่อเป็นเกียรติแก่เขา
อย่างไรก็ตาม มีเทห์ฟากฟ้าสี่ดวงที่ไม่ต้องสงสัยเลยว่าพวกมันไม่ได้โคจรรอบโลกหรือดวงอาทิตย์
จุดเปลี่ยนเกิดขึ้นในเดือนกันยายน ค.ศ. 1610 เมื่อกาลิเลโอสังเกตเห็นว่าดาวศุกร์มีเฟสเช่นเดียวกับดวงจันทร์ เขาเห็นว่าบางครั้งมันดูเหมือน "เต็ม" ในขณะที่บางครั้งมันก็เป็นรูปจันทร์เสี้ยว เขาสังเกตเห็นว่าดาวศุกร์ดูเหมือนจะเปลี่ยนขนาดเช่นกัน ราวกับว่ามันเข้าใกล้โลกมากขึ้นแล้วก็เคลื่อนออกไป
สำหรับเราแล้ว คงเป็นไปไม่ได้ที่จะสังเกตเห็นดาวศุกร์มีเฟสหากทั้งดาวเคราะห์ดวงนั้นและดวงอาทิตย์โคจรรอบโลกตามที่ปโตเลมีเสนอ
ภายใต้ระบบปโตเลมี ดาวศุกร์ไม่สามารถเข้ามาระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ได้ การเรียงตัวที่จะเกิดขึ้นเพื่อให้เราเห็นช่วงต่างๆ ในระบบไทโคเนียนและโคเปอร์นิคัส เมื่อดาวศุกร์อยู่ระหว่างโลกของเรากับดวงอาทิตย์ เราแทบจะไม่เห็นมันสว่างเลย เพราะแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ส่องไปที่อีกฟากหนึ่งของโลก
ในปี 1633 กาลิเลโอถูกนำตัวขึ้นศาลและถูกตัดสินว่ามีความผิด ประโยคดังกล่าวเรียกร้องให้เขาถูกกักบริเวณในบ้านตลอดชีวิต จนกระทั่งเขาเสียชีวิตในปี 1642 ขณะอายุได้ 77 ปี
ในที่สุดก็เป็นหลักฐานที่ทำให้ระบบ geocentric โบราณของทอเลมีเป็นโมฆะ
กาลิเลโอยังวาดภาพภูเขาบนดวงจันทร์โดยใช้ความยาวของเงาเพื่อประเมินความสูง การค้นพบของพวกเขาเผยให้เห็นโลกที่มียอดเขาสูงเกินกว่าที่ใคร ๆ คิดว่าจะเป็นไปได้ ผู้สังเกตการณ์คนแรกที่เห็นวงแหวนของดาวเสาร์ เขากล่าวในคำอธิบายว่าพวกมันดูเหมือน "หู" ที่ยื่นออกมาจากด้านใดด้านหนึ่งของโลก เขายังสังเกตเห็นจุดบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์และเผยให้เห็นว่าทางช้างเผือกของเราไม่ใช่กลุ่มเมฆแก๊สธรรมดา แต่เป็นกระจุกดาวที่หนาแน่น
Johannes Kepler และกฎดาวเคราะห์ของเขา
- 1.กฎแห่งวงรี: ดาวเคราะห์โคจรเป็นรูปวงรีรอบดวงอาทิตย์ โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ที่จุดโฟกัสจุดหนึ่ง
- 2.กฎแห่งการกวาดพื้นที่: ในเวลาที่เท่ากันดาวเคราะห์จะมีพื้นที่ที่เส้นรัศมีจากดวงอาทิตย์ถึงดาวเคราะห์กวาดไปเท่ากัน หรือ dA/dt มีค่าคงที่
- 3.กฎแห่งคาบ: คาบในการโคจรรอบดวงอาทิตย์กำลังสองแปรผันตรงกับระยะครึ่งแกนเอกของวงโคจรกำลังสาม
ไอแซก นิวตัน และแรงโน้มถ่วง
การค้นพบที่สำคัญของนิวตันคือร่างกายทั้งหมดอยู่ภายใต้แรงดึงดูดที่ดึงดูดพวกเขาไปยังร่างกายอื่นๆ ในจักรวาล แอปเปิ้ลถูกดึงดูดมายังโลกและตกลงมา และมันก็หยุดตกเพราะมันกระทบพื้นเท่านั้น นิวตันตระหนักว่าถ้ามีคนโยนแอปเปิ้ลในระดับความสูงที่เพียงพอและด้วยความเร็วเพียงพอ มันจะไปรอบโลกในฤดูใบไม้ร่วง
เนื่องจากมันจะใช้เวลานานโดยไม่ต้องสัมผัสกับพื้นผิวโลกในระหว่างการหมุนรอบตัวเองของดาวเคราะห์ นั่นคือมันจะโคจรรอบโลก การก้าวกระโดดครั้งใหญ่ของเขาในการพัฒนาการใช้เหตุผลของเขาเองคือการตระหนักว่าดวงจันทร์หมุนรอบโลกด้วยเหตุผลเดียวกับที่แอปเปิ้ลตกลงสู่พื้น นั่นคือการตกอย่างอิสระโดยไม่มีอะไรมาขวางทาง ทั้งหมดนี้เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสอง
โรเมอร์กับความเร็วแสง
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
ดาวฤกษ์ Proxima Centauri ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดนอกเหนือจากดวงอาทิตย์อยู่ห่างออกไปประมาณ 40 ล้านล้านกิโลเมตร หรือ 4.2 ปีแสง
ในการวัดที่เกี่ยวข้องกับเทห์ฟากฟ้าที่ใกล้กว่า เราสามารถใช้ชั่วโมงแสง นาทีแสง หรือแม้แต่วินาทีแสง ตัวอย่างเช่น ดาวพลูโตอยู่ห่างจากโลก 5.3 ชั่วโมงแสง
ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกของเรา 8.3 นาทีแสง (ประมาณ 149,600,000 กม. ) ในขณะที่ดวงจันทร์อยู่ห่างออกไปเพียง 1.3 วินาทีแสง(ประมาณ 384,400 กม.)
กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (TEH) ได้เปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับเอกภพของเราโดยสิ้นเชิง
ภาพถ่ายที่มีชื่อเสียงที่สุดชิ้นหนึ่งของเขาคือ Hubble Deep Field ระหว่างวันที่ 18 ถึง 28 ธันวาคม 1995 นักดาราศาสตร์ใช้ TEH เพื่อสแกนพื้นที่บนท้องฟ้าอย่างละเอียดถี่ถ้วนโดยมีขนาดเท่ากับเม็ดทรายที่ถืออยู่ในฝ่ามือของคุณและดูที่ความยาวแขน ภาพถ่ายที่บันทึกการสังเกตการณ์นี้เต็มไปด้วยจุด รอยเปื้อน และรอยเปื้อน ซึ่งบ่งชี้ถึงกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลที่สุดที่ค้นพบจนถึงปัจจุบัน พวกเขาหายไปในเวลากว่า 13 พันล้านปีที่แสงของพวกเขามาถึงเรา
ระหว่างปี 2003 ถึง 2004 นักดาราศาสตร์ถ่ายภาพที่คล้ายกันนี้เรียกว่า Hubble Ultra Deep Field การประมาณการจากภาพนี้บ่งชี้ว่าเอกภพที่สังเกตได้ประกอบด้วยกาแลคซี 2 ล้านล้านแห่ง แต่ละดวงมีดวงดาวหลายแสนล้านดวง ซึ่งหมายความว่ามีดวงดาวในจักรวาลมากกว่าจำนวนการเต้นของหัวใจในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ จำนวนการเต้นของหัวใจต่อวินาทีของ Homo sapiens ทั้งหมดที่มีอยู่จนถึงปัจจุบันจึงยังน้อยกว่าจำนวนดาวฤกษ์ที่มีอยู่เป็นพันเท่า
Hubble's law กฎของฮับเบิล
เขาค้นพบรูปแบบปรากฎการณ์ที่เรียบง่ายมาก: ยิ่งกาแล็กซีอยู่ห่างไกลมากเท่าใด กาแล็กซีก็ยิ่งแสดงสเปกโทรสโกปีเรดชิฟต์มากขึ้นเท่านั้น กาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไปดูเหมือนจะเคลื่อนที่เร็วกว่ากาแล็กซีที่อยู่ใกล้กว่าของเรา
กาแล็กซีกำลังเคลื่อนที่ออกจากโลกด้วยความเร็วที่แปรผันตามระยะทาง กล่าวอีกนัยหนึ่ง ยิ่งพวกมันอยู่ไกลเท่าไร พวกมันก็ยิ่งเคลื่อนออกจากโลกเร็วขึ้นเท่านั้น
กฎของฮับเบิลถือเป็นพื้นฐานการสังเกตการณ์ข้อแรกสำหรับการขยายตัวของเอกภพและปัจจุบันนี้ทำหน้าที่เป็นหลักฐานชิ้นหนึ่งที่มักถูกอ้างถึงเพื่อสนับสนุนแบบจำลองบิกแบง
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
ตามทฤษฎีบิกแบง เอกภพจบลงด้วยการขยายตัวและเย็นลงในลักษณะที่ทำให้โปรตอนและนิวเคลียสของฮีเลียมสามารถจับอิเล็กตรอนที่ผ่านไปได้ และด้วยเหตุนี้จึงก่อตัวเป็นอะตอมแรก สิ่งนี้จะต้องทำให้พื้นที่ว่างจำนวนมากในเอกภพว่างลง และปล่อยให้แสงเล็ดลอดออกไปได้ในทันที นักฟิสิกส์เรียกเหตุการณ์นี้ว่าการรวมตัวกันอีกครั้ง อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์นี้เป็นชื่อที่ไม่ดี เนื่องจากอิเล็กตรอนและนิวเคลียสไม่เคยรวมกันมาก่อน
อย่างไรก็ตาม หากบิ๊กแบงเกิดขึ้นจริง แสงที่ปล่อยออกมาทันทีของการรวมตัวกันอีกครั้งน่าจะท่วมทั้งจักรวาล กว่า 13,800 ล้านปีที่ผ่านมา มันต้องสูญเสียพลังงานไปมาก แต่มันก็ควรจะยังคงอยู่ รังสีที่หลงเหลืออยู่นี้เป็นการทำนายที่สำคัญในข้อเสนอของทฤษฎีบิกแบง เนื่องจากรังสีนี้จะไม่มีอยู่ในเอกภพที่อยู่นิ่ง ความจำเป็นในการค้นหาว่ามีอยู่จริงหรือไม่นั้นเป็นสิ่งสำคัญในการตัดสินใจว่าสิ่งใดในสองสิ่งที่ถูกต้องจริงๆ
ศูนย์กลางของจักรวาลอยู่ที่ไหน?
ตอนนี้ เลือกจุดใดก็ได้ในจักรวาลและจินตนาการว่ามันอยู่ที่ไหนในช่วงเวลาที่เกิดบิกแบง เขาเป็นส่วนหนึ่งของการระเบิด นั่นเป็นเหตุผลที่นักดาราศาสตร์กล่าวว่าบิ๊กแบงเกิดขึ้นทุกที่ในเวลาเดียวกัน
บางสิ่งจะออกมาจากความว่างเปล่าได้อย่างไร?
จึงเป็นไปได้ว่าในความเป็นจริงแล้ว เอกภพของเราไม่ได้เกิดขึ้นจากความว่างเปล่า แต่เกิดจากฟองอากาศเล็กๆ ในกาลอวกาศ พูดอย่างเคร่งครัดเกือบจะเป็นเอกพจน์และไม่ใช่หนึ่งเดียว อย่างไรก็ตาม เราต้องการเหตุผลที่จะอธิบายได้อย่างสมเหตุสมผลว่าทำไมฟองสบู่ของเราจึงขยายตัวและไม่หายไปอีก ไม่มีสิ่งใดในทฤษฎีบิ๊กแบงฉบับดั้งเดิมที่สามารถอธิบายสิ่งนี้ได้
เกิดอะไรขึ้นก่อนบิ๊กแบง?
How can something come from nothing? ทฤษฎีบิกแบงฉบับดั้งเดิมเสนอว่าเวลาเริ่มต้นจากการระเบิดของภาวะเอกฐาน เช่นเดียวกับที่ไม่มีอะไรอยู่ทางเหนือของขั้วโลกเหนือ ไม่มีอะไรที่อยู่ก่อนจุดที่ไกลที่สุดของเวลาเช่นกัน
ถ้าบิ๊กแบงคือผลกระทบ อะไรคือสาเหตุ? ถ้าผลเกิดทัน มีเหตุเกิดก่อนได้อย่างไร ? ด้วยแบบจำลองเอกภพดั้งเดิมของบิกแบง เราไม่สามารถพูดถึงการมีอยู่ของเวลาก่อนบิกแบงได้
สุดขอบจักรวาล
เรายังไม่ทราบแน่ชัดว่าเอกภพของเรามีอยู่เพียงจักรวาลเดียวหรือเป็นส่วนหนึ่งของจักรวาลที่ขยายตัวอย่างไม่มีที่สิ้นสุดหรือไม่ ถ้าของเราเป็นเจ้าเดียวจะหยุดขยายไหม? ถ้ามีมากมาย จักรวาลข้างเคียงจะเริ่มต้นที่ใด? จักรวาลของเรามีขอบเขตหรือขอบเขตใด ๆ หรือไม่?
แน่นอนว่าสิ่งที่เราเห็นมีขีดจำกัด แสงพื้นหลังของไมโครเวฟคอสมิกมาจากขอบของเอกภพที่สังเกตได้ — เป็นแสงแรกที่สามารถหลบหนีจากหมอกควันหนาทึบของอนุภาคในเอกภพยุคแรกได้ มันกำหนดขอบเขตขอบฟ้าจักรวาลของเรา บางอย่างเช่นขอบฟ้าบนโลก ออกจากบ้านและมองเข้าไปในระยะไกล สิ่งที่คุณจะเห็นได้มากที่สุดคือเส้นขอบฟ้า อย่างไรก็ตาม คุณรู้ว่าโลกไม่ได้สิ้นสุดที่เส้นขอบฟ้า ในทำนองเดียวกัน นักดาราศาสตร์คิดว่าเอกภพไม่ได้สิ้นสุดที่ขอบฟ้าจักรวาลของเรา
หากจักรวาลของเราเป็นส่วนหนึ่งของจักรวาลอันกว้างใหญ่ จักรวาลทั้งหมดก็จะเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างที่ใหญ่กว่า นักฟิสิกส์ Laura Mersini-Houghton ซึ่งเชื่อว่าพื้นที่เย็นของรังสีไมโครเวฟคอสมิกเป็นการขับไล่ออกจากจักรวาลอื่น ได้คำนวณว่าจักรวาลใกล้เคียงจะอยู่ห่างจากเรามากเพียงใดในขณะนี้ คำตอบจากการคำนวณของเขา: อย่างน้อย 1,000 เท่าของระยะทางที่แยกเราออกจากขอบฟ้าจักรวาลของเราในปัจจุบัน
I don't know anything with certainty, but seeing the stars makes me dream.
Vincent van Gogh (1888)
การมองดูดวงดาวทำให้ฉันฝันอยู่เสมอ
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
ไม่มีเวลาไหนเหมาะไปกว่าการเริ่มทำความเข้าใจความลึกลับของจักรวาล และคำแนะนำที่สำคัญเกี่ยวกับจักรวาลนี้คือจุดเริ่มต้นที่ดีที่สุด
ผู้เขียน COLIN STUART เป็นนักเขียนและนักหนังสือพิมพ์ที่เชี่ยวชาญด้านดาราศาสตร์ เขาได้ตีพิมพ์บทความในหนังสือพิมพ์ The Guardian ในนิตยสาร The New Scientist และเขียนให้กับ European Space Agency เขาเป็นสมาชิกของ Royal Astronomical Society เมื่อเร็ว ๆ นี้ ดาวเคราะห์น้อยได้รับการตั้งชื่อตามเขาเพื่อเป็นเกียรติแก่เขา https://www.colinstuart.net/
ตัดแปะโดย เฉลิมชัย เอื้อวิริยะวิทย์
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
