ทรงกลมท้องฟ้า

ทรงกลมท้องฟ้า (Celestial Sphere)
ในอดีตคนสมัยโบราณคิดว่าดาวต่างๆบนท้องฟ้า อยู่บนผนังทรงกลมอันหนึ่งที่ครอบโลกเราไว้ จึงมีการบัญญัติคำว่าทรงกลมท้องฟ้าขึ้นมา ทรงกลมท้องฟ้า คือ ทรงกลมเสมือนที่ครอบผู้สังเกตเอาไว้ โดยมีโลกเป็นจุดศูนย์กลางของทรงกลมที่มีรัศมีเท่ากับค่าอนันต์


เราจึงต้องมาทำความรู้จักกับเส้นสมมุติต่างๆและชื่อต่างที่ทางดาราศาสตร์กำหนดขึ้น เพื่อใช้ในการระบุบนทรงกลมท้องฟ้า
1. เส้นศูนย์สูตรฟ้า (Celestial Equator) ซีเรสเชียน อิเควเตอร์ เป็นเส้นที่ผ่านจุดทิศตะวันออกไปทิศตะวันตก เกิดขึ้นจากการที่โลกหมุนรอบตัวเอง ฉะนั้นเส้นนี้จะตั้งฉากกับแกนหมุนของโลก และเป็นแนวเดียวกับเส้น ศูนย์สูตรโลกพอดี (Earth Equator) ซึ่งแนวการเคลื่อนที่ของดาวก็จะขนานไปกับเส้นนี้ด้วย

2. เส้นสุริยะวิถี (Ecliptic) อิคลิปติค เป็นเส้นแนวการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ผ่านท้องฟ้า เส้นนี้เกิดจาก ระนาบการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ (ไม่ใช่เกิดจากการหมุนรอบตัวเอง) ฉะนั้นแนวเส้นนี้ จะเป็นแนวเส้นเดียวกับ เส้นทางโคจรของดาวเคราะห์รวมทั้งดวงจันทร์ด้วย ซึ่งอาจจะสูงหรือต่ำกว่าเส้นอิคลิปติดเล็กน้อย อิคลิปติด มีความหมายว่า การบังกัน ดังนั้นบนแนวเส้นนี้จะทำให้เกิดสุริยุปราคา จันทรุปราคา หรือ การบังกันของดาวเคราะห์
3. First Point of Aries จุดตัดที่เกิดขึ้นระหว่างเส้นศูนย์สูตรฟ้า กับเส้นสุริยะวิถี มีอยู่ 2 จุด เราเรียกจุดตัดของระนาบสองระนาบนี้ว่าโหนด (Node) จุดที่วัตถุท้องฟ้ากำลังเคลื่อนจากซีกฟ้าใต้ขึ้นซีกฟ้าเหนือเราเรียกว่า Ascending Node และจุดตัดที่วัตถุท้องฟ้ากำลังเคลื่อนที่จากซีกเหนือลงซีกฟ้าใต้เราเรียกว่า Descending Node ตำแหน่งที่ดวงอาทิตย์ตัดกับเส้นศูนย์สูตรฟ้าช่วงกำลังเคลื่อนจากซีกฟ้าใต้สู่ซีกฟ้าเหนือมีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า First Point of Aries หรือจุดเริ่มต้นที่ราศีแกะ มักแทนด้วยสัญญาลักษณ์  (Gramma)ซึ่งในอดีตจุดนี้อยู่ในกลุ่มดาวแกะ (Aries) แต่เนื่องจากการส่ายของแกนโลกที่ให้จุดนี้เลื่อนไปอยู่ในกลุ่มดาวปลาคู่ แต่ยังคงเรียกจุดนี้ว่า First Point of Aries และความสำคัญของจุดนี้คือเป็นจุดเริ่มต้นของค่า R.A 0 h
จากนั้นเมื่อเราพิจารณาเฉพาะจุดที่ผู้สังเกตุอยู่บนโลก ณ จุด A บริเวณซีกโลกเหนือ (อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรโลก) ซึ่งประเทศไทย อยุ่ที่ประมาณละติจูด 15 องศาเหนือ (เชียงใหม่ 20 องศาเหนือ ถึง นราธิวาส 3 องศาเหนือ กทม 13.5 องศาเหนือ) ดังรูป ณ.จุดนี้จะมีลักษณะของทรงครึ่งวงกลมรัศมีไม่จำกัดครอบผู้สังเกตุอยู่เราเรียกทรงครึ่งวงกลมนี้ว่า ทรงกลมท้องฟ้า (Celestial Sphere) ทำให้เกิดเส้นสมมุติอีก 4 เส้นคือ
4.เส้นขอบฟ้า (Horizon) คือแนวระดับสายตา บางทีก็เรียกว่าแนวบรรจบของทรงกลมท้องฟ้าส่วนบนกับ ท้องฟ้าส่วนล่าง
5.จุดเหนือศรีษะ หรือ จุดยอดฟ้า (Zenith) เซนิท คือจุดที่ตั้งฉากกับผู้สังเกตุขี้ขึ้นไปทางทรงกลมฟ้า
ส่วนจุดที่ตรงข้าม 180 องศา เรียกว่า จุดเนเดอร์ (Nadir)
6.เส้นเมริเดียน (Meridian) คือแนวเส้นที่ลากจากจุดทิศเหนือไปจุดทิศใต้ผ่านจุดยอดฟ้า (Zenith) พอดี ส่วนเส้นที่ไม่ได้ผ่านจุดเหนือศีรษะ เราจะเรียกว่า เส้นวงกลมชั่วโมง
7.ขั้วฟ้าเหนือ (North Celestial Poles) เป็นแนวขั้วเหนือของทรงกลมฟ้า ซึ่งจะชี้ไปทางดาวเหนือพอดี ส่วนจุดตรงกันข้าม 180 องศาเราเรียกว่า ขั้วฟ้าใต้ (South Celestial Poles)
ดวงดาวจะเคลื่อนที่ขนานไปกับเส้น celestial เสมอ แต่ที่จุดขั้วฟ้าเหนือ และใต้ ดวงดาวจะเดินทางเป็นวงรอบ ขั้วฟ้าทั้งสอง



ข้อสังเกต

1.เมื่อผู้สังเกตุอยู่บนเส้นศูนย์สูตรโลก (ละติจูด 0 องศา) แนวเส้นศูนย์สูตรฟ้า จะทับจุดยอดฟ้า Zenith ซึ่งดาวต่างๆจะเคลื่อนที่จากทิศตะวันออกไปจะข้ามศีรษะไปทิศตะวันตก ณ จุดนี้ ดาวเหนือจะที่ขอบฟ้าทิศเหนือพอดี

2.เมื่อผู้สังเกตุอยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรโลก (เรียกว่าซีกโลกเหนือ) แนวเส้นศูนย์สูตรฟ้า จะเอียงไปทางใต้ ตามตำแหน่งที่ ผู้สังเกตุอยู่ เช่น ถ้าอยู่บนละติจุด 15 องศาเหนือ (ตำแหน่งประเทศไทย) เส้นศูนย์สูตรฟ้าก็ค่อนไปทางใต้ 15 องศาเช่นกัน และดาวเหนือก็จะอยู่สูงจากขอบฟ้าด้านทิศเหนือ 15 องศาเช่นกัน
ในทางกลับกัน ถ้าผู้สังเกตุอยู่ทางซีกโลกใต้ ประมาณละติจูด 15 องศาใต้ เส้นศูนย์สูตรฟ้าก็ค่อนไปทางเหนือ 15 องศาเช่นกัน ส่วนดาวเหนือจะอยู่ต่ำกว่าขอบฟ้า 15 องศา ทำให้มองไม่เห็น

3.เมื่อผู้สังเกตุอยู่ขั้วโลกเหนือ แนวเส้นศูนย์สูตรฟ้าจะอยู่ระดับเดียวกับเส้นขอบฟ้า Horizontal line ดาวเหนือจะอยู่ที่จุด zenith ดาวต่างๆจะหมุนรอบตัวเราไม่มีหายไปไหน ถ้าไม่ถูกแสงอาทิตย์กลบไปเสียก่อน


8.เส้นวงกลมชั่วโมง (Hour Circle) เส้นที่ลากจากจุด NCP ไปจุด SCP โดยไม่ได้ผ่านจุดเหนือศีรษะ เราจะเรียกว่า เส้นวงกลมชั่วโมง ซึ่งจะมีได้หลายเส้นต่างจากเส้นเมอริเดียน ดังนั้นเส้นเมริเดียนก็คือเส้นวงกลมชั่วโมงที่ผ่านจุดเซนิทหรือจุดเนเดอร์นั่นเอง บนทรงกลมท้องฟ้า 1 รอบ 360 องศา หรือ 24 ชั่วโมง จะประกอบด้วยเส้นวงกลมชั่วโมงมากมาย ช่วงห่างของเส้นวงกลมชั่วโมง 1 ชั่วโมงจะมีค่าเท่ากับ 15 องศา
9.มุมชั่วโมง (Hour Angle หรือ H.A.) เป็นมุมที่วัตถุท้องฟ้าที่ห่างจากเส้นเมริเดียนส่วนบนตามแนวเส้นศูนย์สูตรฟ้า โดยจุดเริ่มต้นที่เส้นเมริเดียนส่วนบนมีค่าเท่ากับ 0 ชั่วโมง แล้ววัดไปทางทิศตะวันตก มีหน่วยเป็นชั่วโมง นาที และวินาที โดยที่ 1 ชั่วโมงมีค่าเท่ากับ 15 องศา 1 นาทีเท่ากับ 15 ลิปดา และ 1 วินาทีมีค่าเท่ากับ 15 ฟิลิปดา หมายความว่าถ้าดาวฤกษ์ A ที่อยู่บนเส้นศูนย์สูตรฟ้า เมื่อเคลื่อนมาอยู่ที่เส้นเมริเดียนส่วนบนจะมีค่า H.A. เท่ากับ 0 ชั่วโมง เมื่อปล่อยให้เวลาผ่านไป ดาวฤกษ์ A ไปอยู่ที่ขอบฟ้าด้านทิศตะวันตก H.A. เท่ากับ 6 ชั่วโมง เมื่อกลับมาปรากฏที่ขอบฟ้าด้านทิศตะวันออก H.A. เท่ากับ 18 ชั่วโมง
10. Circumpolar Star หมายถึงดาวที่วนรอบขั้วฟ้าที่ไม่มีวันลับฟ้าไปเลยแต่เราจะมองไม่เห็นในช่วงเวลากลางวัน เรามักเรียกว่า ดาวรอบขั้วฟ้า มีความสัมพันธ์กับตำแหน่งของผู้สังเกต ณ ตำแหน่งละติดจูดที่ต่างกัน

เทห์วัตถุซึ่งอยู่ไกลที่สุดในท้องฟ้า

เทห์วัตถุซึ่งอยู่ไกลที่สุดในท้องฟ้า
นักดาราศาสตร์ใช้คำว่า เนบิวลา เรียกชื่อสิ่งที่ปรากฏเป็นเมฆหมอกฝ้าอยู่คงที่ท่ากลางดวงดาวบนท้องฟ้า อาจจะปรากฏสว่างเรืองหรือมืดสนิทก็ได้ เรามองเห็นเนบิวลาได้ยาก เพราะแม้แสงที่สว่างก็มีแสงจางแผ่กระจายไม่รวมกันเข้มเป็นจุดสว่างดังเช่นดาวฤกษ์ เราจึงสามารถมองเห็นเนบิวลาบนท้องฟ้าด้วยตาเปล่าได้เพียง 4 แห่ง ในขณะซึ่งสามารถมองเห็นดาวฤกษ์ด้วยตาเปล่าถึง 5,000 ดวง
ความจริงเนบิวลามีอยู่จริงเป็นปริมาณไม่น้อย การที่เราจะตรวจพบหรือไม่ขึ้นอยู่กับความไวของอุปกรณ์ที่ใช้ เนบิวลาที่อยู่ในระบบทางช้างเผือกของเรา เรียกว่า Galactic Nebula ซึ่งเป็นกลุ่มก๊าซที่มีความสัมพันธ์ทางใดทางหนึ่งกับดาวฤกษ์ในกาแลกซี ซึ่งดวงอาทิตย์ของเราเป็นสมาชิกหน่วยหนึ่ง
ตัวอย่างของ Galactic Nebula ชนิดแผ่กระจาย ได้แก่ กลุ่มที่อยู่ในกลุ่มดาว Orion นับเป็นกลุ่มก๊าซและฝุ่นซึ่งใหญ่โตกลุ่มหนึ่งในกาแลกซี กินอาณาเขตกว้างขวางในอวกาศ แผ่คลุมดาวฤกษ์อยู่ภายใน องค์ประกอบสำคัญ คือก๊าซไฮโดรเจน ฮีเลียม มากที่สุด และนอกจากนั้นก็มีออกซิเจน และไนโตรเจน เป็นต้น เนบิวลานี้เรืองแสงเพราะถูกกระตุ้นด้วยรังสีอุลตราไวโอเลตจากดาวฤกษ์ที่ร้อนจัดซึ่งอยู่ภายใน และบางส่วนของก๊าซและฝุ่นที่ห่างดาวฤกษ์ร้อนและไม่เปล่งแสงเรือง จะบังทับแสงดาวฤกษ์ที่อยูเบื้องหลังไกลออกไป จึงปรากฏเป็นเนบิวลามืด Galactic Nebula ชนิดเป็นดวงนั้นเป็นกลุ่มก๊าซรูปทรงกลม ซึ่งแผ่กระจายออกมาจากการระเบิดของดาวฤกษ์ และปรากฏให้เห็นหลายดวงบนท้องฟ้า เช่นที่เรียกกันว่า เนบิวลาวงแหวน เนบิวลาปู เนบิวลานกฮูก ตามความคล้ายคลึงกับรูปสิ่งของ สัตว์ที่มนุษย์คุ้นเคยกันทั่วไป
เนบิวลานอกกาแลกซีหรือ Spiral Nebula นั้น เป็นวัตถุจำพวกที่อยู่ไกลห่างออกไปนอกกาแลกซีของเรา เป็นต้นว่า เมฆแมกเจลแลน (Magellanic Clouds) ซึ่งเห็นได้ด้วยตาเปล่าบนท้องฟ้าของซีกโลกภาคใต้ อยู่ห่างไปขนาดแสงสว่างซึ่งเดินทางได้วินาทีละ 300,000 กิโลเมตร ต้องใช้เวลาเดินทาง 150,000 ปีจึงจะถึง ซึ่งเรียกว่าอยู่ห่างไป 150,000 ปีแสง หรือ Spiral Nebula ในทิศทางของกลุ่มดาว Andromeda อยู่ห่างไปถึง 2,200,000 ปีแสง Spiral Nebula มีอยู่มากมาย ตั้งแต่ที่มองเห็นด้วยตาเปล่า จนที่ไกลออกไปแสงริบหรี่ ต้องสำรวจด้วยกล้อง โทรทรรศน์ใหญ่ที่สุดในโลก โดยถ่ายภาพเปิดหน้ากล้องนานนับชั่วโมง เท่าที่บันทึกทำทะเบียนไว้ถึงขนาดความสว่างแมกนิจูดที่ 15 มีถึง 16,000 เนบิวลา เชื่อว่าถ้านับถึงที่แสงหรี่ถึงขนาดแมกนิจูดที่ 23 ซึ่งหรี่ที่สุดที่กล้องโทรทรรศน์ในโลกจะสำรวจได้คงจะมีปริมาณถึง 1,000 ล้านเนบิวลา
ผลกาศึกษาค้นคว้าทางดาราศาสตร์ แสดงว่า Spiral Nebula แต่ละดวงก็คือระบบใหญ่ของดาวฤกษ์ ฝุ่น และก๊าซ ดังเช่นกาแลกซีทางช้างเผือกของเรานี้เอง ถ้าเราออกไปอยู่บนดาวฤกษ์ดวงใดดวงหนึ่งในระบบ Spiral Nebula ของกลุ่มดาว Andromeda แล้วมองกลับมายังกาแลกซีของเรา ก็จะเห็นกาแลกซีมีรูปลักษณะคล้ายคลึงกับที่เราเห็น Spiral Nebula นั่นเอง ดังนั้น Spiral Nebula หรือเนบิวลานอกกาแลกซีก็คือ ระบบใหญ่ของดาวฤกษ์ ฝุ่นและก๊าซ ซึ่งแต่ละระบบระมีดาวฤกษ์คิดเฉลี่ยประมาณ 800 ล้านดวง กาแลกซีของเราเป็น Spiral Nebula ค่อนข้างใหญ่มีดาวฤกษ์ประมาณ 1,000,000 ล้านดวง