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