เมื่อ Edmond Halley มีอายุ 20 ปี เขาตระหนักได้ว่าการศึกษาลักษณะการเคลื่อนที่ของทั้งดาวพุธและดาวศุกร์ขณะผ่านหน้าดวงอาทิตย์สามารถให้ข้อมูลแก่นักดาราศาสตร์ในการวัดระยะทางระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ได้ ทั้งๆ ที่ขณะนั้น Halley มีอายุยังน้อย แต่เขาก็เป็นนักดาราศาสตร์หนุ่มที่บรรดาสมาชิกของ Royal Society ทุกคนรู้จัก
ความจริงการสังเกตวิถีโคจรของดาวศุกร์ขณะเคลื่อนที่ผ่านหน้าดวงอาทิตย์เป็นเรื่องที่นักดาราศาสตร์ในสมัยก่อน Halley ได้เคยศึกษามาตั้งแต่ปี 1639 เขาผู้นั้นชื่อ Jeremiah Horrocks ซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์ที่ทำงานอย่างเอกเทศเพียงคนเดียวที่บ้านในมณฑล Lancashire ของอังกฤษ เขาได้เคยคำนวณระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ได้ค่าประมาณ 4 เท่าของค่าซึ่งเป็นที่ยอมรับกันในสมัยนั้น ความเฉลียวฉลาดและเก่งกาจนี้ทำให้สมาคม Royal Society จัดทำแผ่นจารึกฉลองความสำเร็จของ Horrocks ในปี 1874 เพื่อนำไปติดตั้งในมหาวิหาร Westminster แม้แต่ Sir John Herschel นักดาราศาสตร์ผู้พบดาวเคราะห์ Uranus ก็ได้เคยกล่าวยกย่อง Horrocks ว่า เขาคือความภาคภูมิใจของนักดาราศาสตร์อังกฤษทุกคน แต่การยกย่องที่นับว่ามีค่ามากที่สุดมาจาก Newton ซึ่งได้อ้างถึงผลงานของ Horrocks ในตำรา Principia ที่ Newton เขียน
Horrocks เกิดเมื่อปี 1618 (ตรงกับรัชสมัยพระเจ้าทรงธรรม) เมื่ออายุ 14 ปี ได้เข้าเรียนที่มหาวิทยาลัย Cambridge และหลงไหลคลั่งไคล้ในวิชาดาราศาสตร์มากจนถึงกับขวนขวายหาตำรามาอ่านเอง เพราะครูสอนช้าและน้อย
หลังจากที่เวลาผ่านไป 3 ปี Horrocks ก็สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี และกลับไปทำงานเป็นนักดาราศาสตร์สมัครเล่นคือ ดูดาวเฉพาะในช่วงสุดสัปดาห์ โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ซึ่งสร้างขึ้นเอง เพื่อสำรวจดาวต่างๆ บนท้องฟ้า แล้วเปรียบเทียบข้อมูลที่วัดได้จากการสังเกตกับข้อมูลในตารางดาราศาสตร์ของ Philyp Van Lansberg ซึ่งได้โอ้อวดว่าเป็นตารางดาวที่ดีและสมบูรณ์ที่สุดในโลก แต่เมื่อ Horrocks ตรวจพบว่า การเปรียบเทียบให้ผลไม่สอดคล้องกัน เขากลับตำหนิตนเองว่ามีความสามารถในการสังเกตยังไม่ถึงระดับดี แต่เมื่อหันไปเปรียบเทียบข้อมูลของตนกับของเพื่อนชื่อ William Crabtree ก็พบว่า ข้อมูลของคนทั้งสองตรงกัน นั่นแสดงว่าตารางดาราศาสตร์ของ Lansberg ไม่ถูกต้อง Horrocks จึงหันไปใช้ตารางดาราศาสตร์ชื่อ Rudolphine Tables ของ Johannes Kepler แทน และพบว่า ข้อมูลที่ตนวัดได้กับค่าที่ปรากฏในตารางตรงกัน Horrocks จึงรู้สึกศรัทธาและนับถือ Kepler มาก
ในปี 1629 ก่อนที่ Kepler จะเสียชีวิตไม่นาน เขาได้ตีพิมพ์ผลงานชิ้นหนึ่ง ซึ่งได้ขอให้นักดาราศาสตร์คนอื่นๆ ติดตามสังเกตเหตุการณ์โคจรของดาวพุธ และดาวศุกร์เวลาผ่านหน้าดวงอาทิตย์ ซึ่งเหตุการณ์ดังกล่าว Kepler ทำนายว่า จะเกิดในเดือนพฤศจิกายน และธันวาคมของปี 1631 ตามลำดับ และเมื่อถึงเวลาดังกล่าวมีแต่ Pierre Gassendi ซึ่งเป็นนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศสเท่านั้นที่ได้เห็นดาวพุธโคจรปาดหน้าดวงอาทิตย์ เหตุการณ์นี้ทำให้วงการดาราศาสตร์ยอมรับในความประเสริฐของตาราง Rudolphine Tables ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา แต่ในกรณีของดาวศุกร์ปรากฏว่า เหตุการณ์ที่ดาวศุกร์โคจรตัดหน้าดวงอาทิตย์เกิดขึ้นในช่วงเวลากลางคืน ดังนั้นจึงไม่มีนักดาราศาสตร์ยุโรปคนใดเห็น และ Kepler ก็ได้กล่าวแสดงความเสียใจว่า เหตุการณ์ดาวศุกร์ “บดบัง” ดวงอาทิตย์จะไม่เกิดจนอีก 100 ปีต่อมา
ครั้นเมื่อ Horrocks เปรียบเทียบตารางดาราศาสตร์ของ Kepler กับของ Lansberg ก็ได้พบว่า Kepler คำนวณผิด เพราะดาวศุกร์จะเคลื่อนที่เข้าบดบังดวงอาทิตย์ในวันที่ 4 ธันวาคมของปี 1639 นักดาราศาสตร์จึงไม่ต้องคอยดูเหตุการณ์นานเป็นศตวรรษ และ Horrocks ก็ได้ติดตามสังเกตเหตุการณ์นี้ โดยการปล่อยให้แสงจากดวงอาทิตย์ผ่านกล้องโทรทรรศน์ แล้วให้ภาพดวงอาทิตย์ปรากฏบนจอ จากนั้นเริ่มจับเวลาที่ดาวศุกร์เคลื่อนที่เข้าบดบังดวงอาทิตย์ จนกระทั่งผ่านอย่างสมบูรณ์ รวมถึงได้จดตำแหน่งที่สังเกตเหตุการณ์ด้วย และ Horrocks ได้คำนวณพบว่า ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์มีค่าประมาณ 95 ล้านกิโลเมตร ซึ่งนับว่ามากกว่าค่าเดิมที่มีการคำนวณไว้ถึง 4 เท่า และ Horrocks ก็ได้เขียนหนังสือบรรยายเหตุการณ์ทั้งหมดที่เกิดขึ้น
ถึงวันที่ 4 มกราคม ค.ศ.1641 Horrocks ได้ล้มเจ็บ และเสียชีวิต โลกไม่มีหลักฐานว่า Horrocks เสียชีวิตด้วยโรคอะไร ในเวลาต่อมา ผลงานและงานวิจัยส่วนใหญ่ได้สูญหายไป และเหลือเพียงส่วนน้อยให้โลกได้เห็น บังเอิญนักดาราศาสตร์เยอรมันชื่อ Johannes Hevelius ได้มาอ่าน เขาจึงนำผลงานไปตีพิมพ์เผยแพร่ในปี 1662 หลังจากนั้นสมาคม Royal Society ของอังกฤษก็ขอซื้อผลงานทั้งหมดของ Horrocks ไปตีพิมพ์เผยแพร่ในปี 1672 ซึ่งนับเป็นเวลา 30 ปี หลังจากที่ Horrocks ได้เสียชีวิตไปแล้ว
การศึกษาเอกสารและงานเขียนของ Horrocks แสดงให้นักประวัติดาราศาสตร์ยุคปัจจุบันรู้ว่า Horrocks สังเกตเห็นเหตุการณ์ดาวศุกร์บดบังดวงอาทิตย์ เมื่อวันที่ 4 ธันวาคมในปี 1639 และสถานที่เขาสังเกตคือที่ Carr House ในเมือง Houle ซึ่งตั้งอยู่ที่เส้นรุ้ง 53° 41’ 11” N ตัดกับเส้นแวง 28W ขณะที่เกิดเหตุการณ์เป็นเวลา 14.57 นาฬิกาถึง 21.54 นาฬิกา และเขาได้สังเกตเหตุการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์แบบกาลิเลโอที่มีเลนส์ขนาด 4 เซนติเมตร
ความจริงการสังเกตดูดาวเคราะห์ที่อยู่วงใน เช่น ดาวพุธ และดาวศุกร์โคจรตัดหน้าดวงอาทิตย์ ในลักษณะเดียวกับที่ดวงจันทร์โคจรตัดหน้าดวงอาทิตย์เวลาเกิดสุริยุปราคา ดูไม่น่าจะเป็นเรื่องตื่นเต้น แต่เมื่อ 375 ปีก่อนคนทั้งโลกฮือฮากันมาก เพราะในสมัยนั้นมนุษย์มีข้อมูลเชิงปริมาณเพียงขนาดของโลกเท่านั้นเอง และไม่รู้ว่าโลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เพียงใด ส่วนระยะห่างระหว่างดาวต่างๆ นั้นไม่ต้องพูดถึง เมื่อเทคนิคการวัดระยะทางในอดีตมีข้อบกพร่องมาก ดังนั้นความรู้ดาราศาสตร์จึงไม่เป็นที่เชื่อถือมาก ดังที่ Aristarchus เมื่อ 2,300 ปีก่อน วัดระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ได้ 360R เมื่อ R คือรัศมีของโลก และ Jean-Dominique Cassini วัดระยะทางเดียวกันได้ 21,723 R ในปี 1672 (ตรงกับรัชสมัยพระนารายณ์) (ตัวเลขปัจจุบันคือ 23,300 R)
ดังนั้นเมื่อ Halley เสนอวิธีวัดระยะทางโดยใช้ดาวพุธ และดาวศุกร์เป็นอุปกรณ์การวัดระยะทาง โลกดาราศาสตร์จึงคึกคักมาก เพราะตามปกติดาวพุธจะโคจรตัดหน้าดวงอาทิตย์บ่อยกว่าดาวศุกร์ คือ เกิดประมาณ 13 ครั้งใน 1 ศตวรรษ แต่สำหรับดาวศุกร์จะเกิดน้อยครั้งกว่า เช่น เกิดในช่วง 8 กับ 105 ปี ดังเช่นในปี 1518 กับ 1526 และปี 1526 กับปี 1631 เป็นต้น
สำหรับเทคนิคการวัดนั้น Halley ได้กำหนดให้ใช้ผู้สังเกต 2 คน คนหนึ่งอยู่ทางซีกโลกเหนือ และอีกคนหนึ่งอยู่ทางซีกโลกใต้ และให้คนทั้งสองจับเวลาและเส้นทางที่ดาวใช้ในการโคจรผ่านหน้าดวงอาทิตย์ เพราะตำแหน่งที่คนทั้งสองยืนสังเกตอยู่คนละที่ ดังนั้นเวลาและเส้นทางที่คนทั้งสองวัดได้จึงแตกต่างกัน ตามปกติเวลาที่เกิดคราสจะนานต่างๆ กัน ตั้งแต่ 5 ชั่วโมงจนถึง 6 ชั่วโมง ส่วนระยะทางที่ปรากฏจะเป็นคอร์ด (chord) ของวงกลมก็ไม่ซ้อนกัน ดังนั้น การรู้ระยะห่างระหว่าง chord และเวลาที่ดาวศุกร์เคลื่อนที่ผ่านดวงอาทิตย์อย่างสมบูรณ์กับการใช้กฎข้อที่ 3 ของ Kepler ซึ่งแถลงว่า คาบการโคจรยกกำลัง 2 แปรโดยตรงกับระยะทางที่ดาวอยู่ห่างจากโลกยกกำลัง 3 ก็จะทำให้นักดาราศาสตร์รู้ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์ได้
Halley ได้อ้างว่า เทคนิคที่เขาเสนอแนะนี้ให้ข้อมูลผิดพลาดไม่เกิน 0.2% แต่ในความเป็นจริง เทคนิคนี้ก็ยังมีข้อบกพร่องมากมาย ความบกพร่องประการแรกมาจากการจับเวลาตั้งแต่เมื่อดาวศุกร์เริ่มผ่านดวงอาทิตย์ โดยจับเวลาตั้งแต่ขอบของดาวเริ่มสัมผัสขอบของดวงอาทิตย์ ผ่านออกไปซึ่งนักทดลองเห็นได้ยาก อีกทั้งนาฬิกาจับเวลาก็ไม่เที่ยง และการวัดตำแหน่งเส้นรุ้งที่ผู้สังเกตยืนอยู่ก็ไม่ละเอียด ความผิดพลาดเหล่านี้ทำให้เทคนิคนี้ไม่ใช่เทคนิคที่ดีที่สุด
ในปี 1716 ที่ Halley เสนอแนะวิธีนี้ เขามีอายุ 60 ปี และดาวศุกร์จะโคจรตัดหน้าครั้งต่อไปในปี 1761 ซึ่งจะทำให้เขามีอายุ 105 ปี Halley จึงรู้ว่า เขาไม่มีโอกาสจะวัดในครั้งต่อไปอีกแล้ว จึงได้ขอร้องให้นักดาราศาสตร์รุ่นหลังพยายามสังเกต และวัดปรากฏการณ์นี้
ไม่เพียงแต่เทคนิคการวัดเท่านั้นที่มีปัญหา การเดินทางไปสังเกตการณ์ในต่างแดนก็ใช่ว่าจะทำได้ราบรื่น เพราะบางสถานที่ที่จะไปต้องใช้เรือซึ่งอาจประสบอุบัติเหตุอับปางลงกลางทะเล หรือถูกโจรสลัดบุกปล้น ดังนั้น วงการดาราศาสตร์จึงป่าวประกาศให้นักดาราศาสตร์ทั่วโลกช่วยกันสังเกตตามคำขอของ Halley เช่น ในปี 1761 Cassini de Thury ได้เฝ้าดูเหตุการณ์ที่ Vienna ส่วน Jean Chappe d’ Auteroche ได้ไปสังเกตที่ Tobolsk ในรัสเซีย Alexandre-Guy Pingré ไปที่เกาะ Rodrigues ซึ่งอยู่ใกล้เกาะ Mauritius และ Neville Maskeyne ไปดูที่ St. Helena เพราะเหตุว่านักดาราศาสตร์เหล่านี้ต้องไปทำงานในต่างแดน ซึ่งบางประเทศ รัฐบาลเป็นศัตรูกัน ดังนั้น สหภาพนักดาราศาสตร์จึงได้ขอให้กษัตริย์ในแต่ละประเทศอนุญาตให้นักดาราศาสตร์ต่างชาติเดินทางไปทำงานได้ โดยให้เหตุผลว่า แม้ชาติจะทำสงครามกัน แต่นักดาราศาสตร์ก็ยังเป็นมิตรกัน ในการสังเกตดาวศุกร์โคจรผ่านหน้าดวงอาทิตย์ในปี 1761 นั้น มีคณะทำงานประมาณ 60 ทีมเดินทางไปต่างประเทศทั่วโลก
การสังเกตครั้งต่อไปในปี 1769 (ตรงกับรัชสมัยพระเจ้าตากสิน) กัปตัน James Cook ได้เดินทางไปที่ Tahiti เพื่อดูเหตุการณ์ โดยมีนักพฤกษศาสตร์ชื่อ Joseph Banks ติดตามไปด้วย ด้านฝรั่งเศสก็ได้ส่ง Joseph-Jerome Lefrancois de Lalande ไปที่ Haiti ส่วน Le Gentil de la Galaisiere ได้ไปที่ Pondicherry แม้แต่กษัตริย์หลายพระองค์ก็ทรงสนพระทัย เช่น พระเจ้า George ที่ 3 ทรงทอดพระเนตรที่สวน Kew ในอังกฤษ จักรพรรดินี Catherine มหาราชแห่งรัสเซียทรงโปรดให้นักคณิตศาสตร์ Leonhard Euler ดูเหตุการณ์ที่รัสเซีย เป็นต้น
สำหรับการเกิดดาวศุกร์คราสในปี 1874 นั้น Asaph Hall และนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ George Airy ได้เดินทางไปอียิปต์ ด้าน Johann Galle ชาวเยอรมันก็สนใจเหตุการณ์นี้ และในปี 2004 กับปี 2012 เทคนิคการวัดระยะทางได้รับการปรับปรุงดียิ่งขึ้นจนเรารู้ว่า 1 AU คือ ระยะทาง 149,608, 708±11,835 กิโลเมตร
ณ วันนี้ความสำคัญของการดูเหตุการณ์ดาวศุกร์โคจรตัดหน้าดวงอาทิตย์คือ ช่วยให้นักดาราศาสตร์ปัจจุบันศึกษาธรรมชาติของดาวเคราะห์ที่อยู่นอกระบบสุริยะได้ เพราะนักดาราศาสตร์ใช้วิธีดูดาวเคราะห์เหล่านั้นขณะโคจรตัดหน้าดาวฤกษ์เช่นกัน การรู้ขนาดของดาวศุกร์จากการสังเกตการเคลื่อนที่ แล้วนำไปเปรียบเทียบกับขนาดที่แท้จริงจากข้อมูลดาวเทียมที่ถูกส่งไปโคจรรอบดาวศุกร์จะบอกวิธีหาความยาวเส้นผ่านศูนย์กลางของดาวเคราะห์นอกสุริยะระบบได้ นอกจากนี้การศึกษาบรรยากาศที่ครอบคลุมดาวศุกร์โดยเทคนิค spectroscopy จะช่วยให้นักดาราศาสตร์รู้สภาพของบรรยากาศเหนือดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะได้ เพราะทั้งสองใช้เทคนิคเดียวกัน
สำหรับเราทุกคนที่พลาดการเห็น และพลาดการวัดเหตุการณ์สุริยคราสโดยดาวศุกร์ในปี 2012 เราก็จะต้องคอยดูในครั้งต่อไปคือในวันที่ 11 ธันวาคม 2117 และ 8 ธันวาคม 2125 ซึ่งจะนาน 5 ชั่วโมง 40 นาที และ 5 ชั่วโมง 33 นาที ตามลำดับ คือในอีก 98 ปี และ 106 ปีครับ
อ่านเพิ่มเติมจาก Transit: When Planets Cross the Sun: Practical Astronomy Series ที่มีบรรณาธิการคือ M. Maunder และ P. Moore ซึ่งจัดพิมพ์โดย Spunger ที่ Berlin ปี 1999
เกี่ยวกับผู้เขียน
สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
