วัดขนาดดาวบนฟ้าด้วยมือเราเอง

รู้ไหมว่ามือเล็กๆ ของเรานั้นใช้วัดระยะของดวงดาวบนท้องฟ้าได้ เทคนิคนี้นักดูดาวเขารู้จักกันดี แต่สำหรับใครที่ยังไม่รู้มาเรียนรู้ไปพร้อมๆ กับเรา

ข้อมูลดีๆ จากเว็บไซต์หอดูดาวอวกาศรังสีเอกซ์จันทรา (Chandra X-ray Observatory) บอกเทคนิคในการวัดขนาดและมุมของวัตถุบนท้องฟ้าอย่างคร่าวๆ ด้วยมือ ของเราเอง

สำหรับนิ้วก้อยเล็กๆ ของเรานั้นวัดขนาดเชิงมุม (angular size) ได้ 1 องศา ส่วนกำปั้นของเราวัดได้ 10 องศา เมื่อกางนิ้วก้อยและนิ้วชี้ออกจะวัดได้ 15 องศา แต่ถ้ากางนิ้วโป้งกับนิ้วก้อยจะวัดได้ 25 องศา

เราอธิบายขนาดปรากฏและระยะทางระหว่างวัตถุบนท้องฟ้าได้ด้วยการวัดเชิงมุม ซึ่งการวัดเช่นนี้เป็นสิ่งจำเป็นเพราะโดยปกติวัตถุบนท้องฟ้านั้นจะอยู่ห่างกันอย่างมาก เช่น ดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่กว่าดวงจันทร์ 400 เท่า และยังมีระยะทางไกลกว่าถึง 400 เท่า แต่ขนาดที่ปรากฏของดวงอาทิตย์เท่ากับจันทร์เต็มดวง ดังนั้น ทั้งดวงอาทิตย์และดวงจันทร์มีขนาดเชิงมุมเท่ากัน

ระบบการวัดเชิงมุมที่นักดาราศาสตร์ใช้นี้อยู่บนพื้นฐานการแบ่งวงกลม ซึ่งแบ่งออกได้เป็น 360 องศา และแต่ละองศายังแบ่งออกได้เป็น 60 ลิปดา (minute of arc หรือ arcminute) และแต่ละลิปดายังแบ่งออกได้เป็น 60 ฟิลิปดา (arc second)

คนสายตาดีอาจสามารถที่จะแยกแยะวัตถุขนาดประมาณ 1 ลิปดาได้ หรือเปรียบได้กับแยกวัตถุ 2 ชิ้นที่มีขนาดเท่าเหรียญบาทได้จากระยะไกล 70 เมตร ซึ่งกล้องโทรทรรศน์ในปัจจุบันก็มีประสิทธิภาพมากพอที่จะแยกวัตถุขนาดเพียง 1 ลิปดา หรือเล็กกว่าได้

สำหรับกล้องโทรทรรศน์จันทรานั้นสามารถแยกแยะวัตถุขนาดประมาณ 0.5 ลิปดาได้ ส่วนกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลนั้นสามารถแยกแยะวัตถุขนาดเล็กถึง 0.1 ฟิลิปดาได้ ซึ่งเปรียบเทียบให้เห็นภาพได้ว่าการแยกแยะวัตถุขนาด 1 ฟิลิปดานั้นเหมือนการแยกแยะเหรียญบาทที่อยู่ไกลออกไป 4 กิโลเมตรได้

ขนาดเชิงมุมหรือเส้นผ่านศูนย์กลางเชิงมุม (angular diameter) นั้นเป็นสัดส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางหารด้วยระยะทางของวัตถุนั้นๆ หากเราทราบเพียง 2 ค่าของตัวแปรเหล่านี้ เราก็หาค่าของตัวแปรที่เหลือได้ ตัวอย่างเช่นเราสังเกตวัตถุที่มีขนาดปรากฏ 1 ฟิลิปดา และทราบว่าวัตถุนั้นอยู่ไกลไป 5,000 ปีแสง เราจะหาเส้นผ่านศูนย์กลางที่แท้จริงได้ 0.02 ปีแสง