เหล่าดวงดาวบนท้องฟ้า นอกจากจะสวยงามเป็นอย่างยิ่งแล้ว ยังกลายเป็นสิ่งที่น่าอัศจรรย์สำหรับมวลมนุษย์ ที่พยายามค้นหาว่าวัตถุบนท้องฟ้าเหล่านั้นมีความเป็นมาอย่างไร และมีวัฏฏะอย่างไร รวมถึงโลกของเราตั้งอยู่ ณ แห่งหนใดของจักรวาล
สัปดาห์นี้ผู้จัดการวิทยาศาสตร์จึงเสนอ 13 ข้อการค้นพบเด่นในวงการดาราศาสตร์ ที่นำเสนอโดยรายการ "ไซน์แชนแนล" (Science Channel) ทางช่อง "ดิสคัฟเวอร์รี" (Discovery Channel) มาดูกันว่า การค้นพบบนท้องฟ้าใดบ้าง อันเป็นฐานนำไปสู่พัฒนาการอันยิ่งใหญ่ ไม่ว่าจะเป็นการเดินทางออกไปนอกโลกของมนุษย์ หรือความพยายามหาพื้นที่ใหม่ๆ ที่ใกล้เคียงกับสภาวะการดำรงชีวิตของมนุษย์ได้
1. ดาวเคราะห์เคลื่อนตัว (2000 – 500 ก่อนคริสตกาล)
The Planets Move
กว่าพันปีแห่งการสังเกตการณ์ก็ทำให้เหล่านักดาราศาสตร์พบว่าดวงดาวที่เคลื่อนที่ไปบนท้องฟ้านั้นมีรูปแบบที่ชัดเจน และทำให้รู้ว่าโลกเป็นส่วนหนึ่งของระบบสุริยจักรวาล และดาวเคราะห์ทั้งหลายก็แยกออกจากระบบดาว
2. โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ (ปี 1543)
(The Earth Moves)
ก่อนหน้านี้ นักปรัชญาชาวกรีกเชื่อว่าโลกกลมและลอยอยู่นิ่งๆ และมีดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ดาวเคราะห์และดาวฤกษ์ต่างๆ โคจรรอบโลก ครั้นแล้วในปี ค.ศ.1543 นิโคลาส โคเปอร์นิคัส (Nicholas Copernicus) นักบวชโปลิช ได้เสนอแนวคิดว่าดวงอาทิตย์อยู่นิ่งและเป็นศูนย์กลาง โดยมีดาวเคราะห์ต่างๆ โคจรรอบ
3. ดาวเคราะห์โคจรเป็นวงรี (ปี 1605 – 1609)
(Planetary Orbits Are Elliptical)
โยฮันเนส เคพเลอร์ (Johannes Kepler) นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันใช้กฎทางคณิตศาสตร์ค้นพบว่าการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ไม่ได้เป็นวงกลม (ก่อนหน้านี้โคเปอร์นิคัส เข้าใจพบว่าการโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์เป็นไปในลักษณะวงรีเช่นกัน) ซึ่งสูตรการคำนวณของเขาทำนายการเคลื่อนของโลกและดาวเคราะห์อื่นๆ ได้อย่างเที่ยงตรง นับเป็นผลงานที่สร้างชื่อเสียงแก่เขามากที่สุด และส่งผลต่อมาจนถึงปัจจุบัน
4. ดาวพฤหัสมีดวงจันทร์บริวาร ( ปี 1609 – 1612)
(Jupiter Has Moons)
กาลิเลโอ กาลิเลอิ (Galileo Galilei) นักดาราศาสตร์ นักฟิสิกส์ และนักคณิตศาสตร์ชาวอิตาเลียนพบว่าดาวพฤหัสมีดวงจันทร์บริวารเหมือนกับดาวโลก โดยเขาได้สร้างกล้องส่องทางไกลที่มีอำนาจมากที่สุดในขณะนั้น จนสามารถมองเห็นดาวพฤหัสซึ่งมีดวงจันทร์หมุนรอบ สิ่งดังกล่าวหมายความว่าที่โคเปอร์นิคัส เคยกล่าวไว้ว่า “สรรพสิ่งบนอวกาศไม่ได้หมุนรอบโลก” นั้นถูกต้อง และดาวเคราะห์ต่างๆ หมุนรอบดวงอาทิตย์ต่างหาก
5. ดาวหางฮัลเลย์มีวงโคจรที่ทำนายได้ (ปี 1705 – 1758)
(Halley's Comet Has a Predictable Orbit)
เอ็ดมัน ฮัลเลย์ (Edmund Halley) พิสูจน์ว่าดาวหางโคจรรอบดวงอาทิตย์เหมือนกับดาวเคราะห์ และทำนายได้ว่าดาวหางที่พบในปี 1531 และปี 1607 เป็นดวงเดียวกัน โดยฮัลเลย์ได้ทำนายว่าดาวหางดวงนี้จะกลับมาทุกๆ 76 ปี ซึ่งคำทำนายของเขาได้รับการพิสูจน์ว่าจริงในปี 1758 เมื่อดาวหางดวงดังกล่าวกลับมาพบโลกอีกครั้ง แต่น่าเสียดายที่ฮัลเลย์สิ้นชีวิตไปก่อนเมื่อปี 1742 หมดโอกาสยินดีกับตัวเองที่การคำนวณสัมฤทธิ์ผล
6. ทางช้างเผือกเป็นวงล้อดาวขนาดใหญ่ (ปี 1780 – 1834)
(The Milky Way Is a Gigantic Disk of Stars)
วิลเลียม เฮอร์เชล (William Herschel) ผู้ผลิตกล้องโทรทรรศน์ และน้องสาวของเขา แคโรลีน (Carolyn Herschel) ได้ทำแผนที่ท้องฟ้าและพิสูจน์ว่าระบบสุริยจักรวาลอยู่ในวงล้อดวงดาวขนาดใหญ่ และมีลักษณ์โป่งพองตรงกลางเรียกว่า “ทางช้างเผือก” หรือ “มิลกี้ เวย์” (Milky Way)
นอกจากนี้เฮอร์เชลยังได้ใช้เทคนิกในการนับดวงดาวบนท้องฟ้า โดยกำหนดพื้นที่ที่มองเห็นในกล้องโทรทรรศน์และนับพื้นที่ตัวอย่างมาคำณวนหาจำนวนดาวบนฟ้า ซึ่งท้ายที่สุดเขานับดาวได้มากกว่า 90,000 ดวงบนพื้นที่ตัวอย่าง 2,400 ผืน
และการศึกษาต่อๆ มายืนยันว่ากาแล็กซีที่เราอยู่มีลักษณะเป็นรูปจานหรือดิส แต่ดวงอาทิตย์ไม่ได้อยู่ตรงกลางจาน และระบบสุริยะก็ใหญ่กว่าที่เฮอร์เชลประมาณการณ์ไว้มากนัก
7. ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (ปี 1915 – 1919)
(General Relativity)
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) เปิดเผยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General Relativity Theory : GRT) ซึ่งอธิบายว่า มวลนั้นห่อทั้งเวลา (กาล) และอวกาศ (time-space) เอาไว้ และมวลขนาดใหญ่สามารถหักเหแสง ทฤษฎีนี้ได้รับการพิสูจน์ในปี 1919 นักดาราศาตร์ที่ใช้ปรากฎการณ์เกิดสุริยคราสในการทดสอบ
ทั้งนี้ การถือกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ได้ทำให้ความคิดเกี่ยวกับเอกภพเปลี่ยนไป จากเดิมที่เคยเข้าใจกันว่าเอกภพหยุดนิ่งไม่เปลี่ยนแปลงและดำรงอยู่ตลอดกาล กลายเป็นเอกภพที่มีการเปลี่ยนแปลงมีการขยายตัวอยู่ตลอดเวลา และกาล-อวกาศยังมีความสัมพัทธ์กับดวงดาวในเอกภพ กล่าวคือ เมื่อดวงดาวเคลื่อนที่หรือส่งแรงใดๆ ออกมา จะส่งผลกระทบต่อการโค้งของเวลาและอวกาศ และในขณะเดียวกันความโค้งของเวลาและอวกาศก็ส่งผลกระทบต่อวิถีการเคลื่อนที่ของดวงดาวอีกเช่นกัน (คลิกอ่านรายละเอียดเกี่ยวกับสัมพัทธภาพทั่วไปได้ที่นี่)
8.เอกภพกำลังขยายตัว (ปี 1924 – 1929)
(The Universe Is Expanding)
เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) ได้วัดระยะทางกาแล็กซีรอบๆ ระบบสุริยะ และพบว่าช่างไกลและหนีห่างออกกันออกไป โดยสิ่งที่ฮับเบิลคำณวนพิสูจน์ว่าเอกภพหรือจักรวาลกำลังขยายตัว
9.ใจกลางของทางช้างเผือกแผ่คลื่นวิทยุ (ปี 1932)
(The Center of the Milky Way Emits Radio Waves)
คาร์ล แจนสกี (Karl Jansky) วิศวกรด้านวิทยุชาวอเมริกัน ได้สร้าง "ดาราศาสตร์วิทยุ" (radio astronomy) โดยค้นพบคลื่นวิทยุประหลาดแผ่ออกมาจากใจกลางทางช้างเผือก แจนสกีได้ทดลองแทรกแซงความถี่คลื่นวิทยุในที่ทำงานของเขา ณ ห้องทดลองเบล เทเลโฟน (Bell Telephone Laboratories) และได้พบค่าสถิติ 3 กลุ่ม คือ พายุฝนฟ้าคะนองบริเวณท้องถิ่น (local thunderstorms) พายุฝนฟ้าคะนองระยะไกล (distant thunderstorms) และคลื่นที่ 3 มาจากแหล่งที่ไม่สามารถระบุได้ในใจกลางของทางช้างเผือก
เมื่อคาร์ลตีพิมพ์ผลการค้นพบของเขา ในเดือนธันวาคม ปี 1932 และบริษัทเบลล์ เทเลโฟน ประกาศเป็นเอกสารเผยแพร่จากผลงานของวิศวกรของบริษัท ก็กลายเป็นข่าวใหญ่ดังไปทั่วโลก และดาราศาสตร์วิทยุก็เริ่มต้นขึ้น โดยอาศัยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงต่างๆ ศึกษาความเป็นไปนอกโลก
10. รังสีจักรวาลพื้นหลังในรูปความร้อน (ปี 1964)
(Cosmic Microwave Background Radiation)
อาร์โน เพนเซียส (Arno Penzias) และโรเบิร์ต วิลสัน (Ro bert Wilson) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ค้นพบ “รังสีจักรวาลพื้นหลัง” (Cosmic Background Radiation) ในรูปของคลื่นรังสีความร้อนหรือไมโครเวฟ มีอุณหภูมิประมาณ 3 เคลวิน กระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วไปในจักรวาล เป็นเสมือนกับ 'เสียงระเบิด' ของการระเบิดบิกแบง (Big Bang) กำเนิดจักรวาลในอดีตที่ยังหลงเหลือมาถึงปัจจุบัน
การค้นพบคลื่นรังสีความร้อนเป็นฉากหลังกระจายอยู่ทั่วไปในจักรวาล เป็นการค้นพบอย่างโดยบังเอิญ และคลื่นรังสีความร้อนที่กระจายอยู่ทั่วไปในจักรวาลนี้ เป็นหลักฐานสำคัญสนับสนุนทฤษฎีกำเนิดจักรวาลแบบบิกแบง ว่ามีความเป็นไปได้มากกว่าทฤษฎีกำเนิดจักรวาลแบบสภาวะคงที่ (Steady State Theory) เนื่องจากทฤษฎีกำเนิดจักรวาลแบบสภาวะคงที่ ไม่สามารถอธิบายกำเนิดที่มาของคลื่นรังสีความร้อนที่กระจายอยู่ทั่วไปในจักรวาลนี้ได้
(รังสีพื้นหลัง หรือ background radiation คือรังสีจากสิ่งแวดล้อมซึ่งมีที่มาจากหลายแหล่ง เช่น รังสีคอสมิกจากอวกาศ และรังสีจากสารกัมมันตรังสีตามธรรมชาติที่มีอยู่ในดิน น้ำ อากาศ อาหาร รวมทั้งที่มีอยู่ในร่างกายมนุษย์)
11. การปะทุรังสีแกมมา (ปี 1969 – 1997)
(Gamma-Ray Bursts)
กว่า 2 ทศวรรษที่ผ่านมาความมหัศจรรย์จาก “การปะทุรังสีแกมมา” (gamma-ray bursts) ได้รับการไขโดยกล้องโทรทรรศน์ทั้งที่ประจำการอยู่บนภาคพื้นและโคจรอยู่บนอวกาศ การปะทุรังสีแกมมานี้เป็นการแตกระเบิดออกมาระยะเวลาสั้นๆ ของโฟตอนในรังสีแกมมา ซี่งแสงสว่างนี้ทรงพลังมากที่สุดในจักรวาล และยังเกี่ยวกับการระเบิดนิวเคลียร์
อย่างน้อยที่สุดการปะทุบางอย่างทำให้เราเห็นความเชื่อมโยงกับการระเบิดของซูเปอร์โนวาที่ห่างออกไปไกลมาก ซึ่งเป็นสัญลักษณ์แห่งจุดจบของดวงดาว ทุกๆ วันจะมีการปะทุรังสีแกมมาเกิดขึ้นในบางส่วนของอวกาศห้วงลึก มันจะสว่างด้วยความเข้มสูงมากกว่าดวงอาทิตย์ 1 ล้านล้านล้านดวงจากนั้นก็จางหายไปในเวลาไม่กี่วินาที
12. พบดาวเคราะห์ใกล้ๆ กับดวงดาวต่างๆ (ปี 1995 – 2004)
(Planets Around Other Stars)
นักดาราศาสตร์พบดาวเคราะห์นอกระบบสุริยจักรวาลหลายดวงมากขึ้น อันเนื่องมาจากการพัฒนาเทคโนโลยีกล้องโทรทรรศน์ และพิสูจน์ได้ว่ายังมีระบบสุริยจักรวาลอื่นๆ อยู่ แม้ว่ายังไม่สามารถระบุตำแหน่งได้ในตอนนี้ ที่สำคัญนักดาราศาสตร์เชื่อว่าจะสามารถค้นหาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้ด้วยการวัดค่าแรงดึงดูดที่มีอิทธิพลต่อดวงดาว
13. เอกภพขยายตัวในอัตราเร่ง ( ปี 1998 – 2000)
(The Universe Is Accelerating)
ทฤษฏีใหม่เกี่ยวกับจุดจบของเอกภพให้ภาพพลังงานปีศาจที่จะฉีกกาแลกซี ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์และแม้แต่สสารออกจากกันเมื่อถึงจุดสิ้นสุด เนื่องจากพบว่าเอกภพกำลังขยายตัวด้วยอัตราเร่ง และมีบางสิ่งที่ไม่รู้จักจะดึงทุกๆ อย่างออกจากกัน ทั้งนี้ ถ้าอัตราเร่งเพิ่มขึ้น แม้แต่แรงนิวเคลียร์ที่ยึดทุกสิ่งในโลกระดับเล็กกว่าอะตอมก็ยังถูกกระทบได้ การขยายตัวจะเร็วมากจนมันสามารถฉีกวัตถุทุกอย่างออกจากกัน แม้แต่สสารซึ่งเรียกว่า “การฉีกครั้งใหญ่” (Big Rip)
ทั้งนี้ความเร่งจะทำงานด้วยอัตราคงที่ เมื่อไม่มีสิ่งใดหยุดความเร่ง กาแลกซีทุกแห่งจะแยกออกจากกันด้วยความเร็วแสง ทิ้งแต่ละกาแลคซีไว้โดดเดี่ยว ซึ่งจุดจบที่ว่าอยู่ห่างออกไป 20 พันล้านปี แต่พันล้านปีก่อนจุดจบ กาแลคซีทุกแห่งจะหนีไกลกันมากและเร็วมากจากกาแลคซีของเรา เหมือนมันถูกลบออกจากท้องฟ้า
การค้นคว้าทางดาราศาสตร์ก้าวไปข้างหน้าอย่างไม่หยุดยั้ง พร้อมๆ กับเทคโนโลยีที่ทำให้เรามองเห็นสิ่งที่อยู่แสนไกลหลายร้อยปีแสง และทำให้มนุษย์ได้เดินทางไปสู่พื้นที่ที่ไม่เคยคาดคิดมาก่อน
แต่กระนั้นก็ตาม การค้นคว้า ค้นหาทางดาราศาสตร์นอกจากจะเพื่อต้องการอธิบายสิ่งที่อยูรอบๆ โลกของเราแล้ว ยังมีอีกจุดประสงค์สำคัญนั่นก็คือ “จุดจบของโลก และเอกภพจะเป็นอย่างไร” และถ้าถึง ณ วันนั้นเผ่าพันธุ์มนุษย์จะเตรียมการรับมือกันอย่างไรดี...นี่คือจุดประสงค์อันสำคัญในการค้นคว้าทางดาราศาสตร์ยุคใหม่
...สัปดาห์หน้าพบกับข้อค้นพบทางชีววิทยา...ว่ามีความหมายต่อมวลมนุษยชาติแค่ไหน
อ่านย้อนหลัง...การค้นพบในประเด็นต่างๆ
10 การขุดพบและค้นคว้าสัญญาณแห่ง “วิวัฒนาการของมนุษย์”
13 พัฒนาการสำคัญทางแพทย์ ที่หยุดโรคร้ายและยืดชีวิตมนุษย์
13 การค้นคว้าทางพันธุกรรม ที่นำสู่สังคมแห่ง “เทคโนโลยีชีวภาพ”
13 มหัศจรรย์เคมีพลิกโฉมวิถีคน
13 ข้อค้นพบทางฟิสิกส์ที่กระเทือนชีวิตมนุษย์
