ประวัติและประโยชน์ของปรากฏการณ์สุริยุปราคา

ผู้คนในสมัยโบราณมักกังวลและกระวนกระวายใจทุกครั้งที่เห็นปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวง เพราะได้เห็นดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดความสว่างและความอบอุ่นแก่มนุษย์มาตั้งแต่เกิดจนตาย ถูกบดบังโดยเงามืด จึงทำให้รู้สึกเสมือนว่า ดวงอาทิตย์จะดับโดยอำนาจมืดอย่างที่ไม่มีใครสามารถจะช่วยได้

เมื่อ 5 ศตวรรษก่อนคริสตกาล นักประวัติศาสตร์กรีกชื่อ Herodotus ผู้เคยไปเยือนสิ่งก่อสร้างมหัศจรรย์ทั้ง 7 แห่งของโลก และได้บันทึกเรื่องราวต่างๆ ที่เกี่ยวข้องตลอดเส้นทางที่ผ่านไป ในบันทึกนั้นมีเรื่องหนึ่งที่บรรยายเกี่ยวกับสุริยุปราคา ว่าได้ทำให้สงครามยุติและพระราชพิธีอภิเษกสมรสอุบัติ

โดย Herodotus ได้เล่าว่า เมื่อ 585 ปีก่อนคริสตกาล ชาว Lydian และชาว Medes ซึ่งได้สู้รบกันมานาน 5 ปี เพราะไม่มีใครแพ้หรือชนะ จนถึงวันที่ 28 พฤษภาคม ณ บริเวณแม่น้ำ Halys ที่อยู่ในประเทศตุรกีปัจจุบัน ขณะนั้นอากาศร้อนและท้องฟ้าสว่างใส เหล่านักรบกำลังสู้รบฟาดฟันกันอย่างดุเดือด แล้วท้องฟ้าได้เริ่มสลัวลงๆ ทำให้การเห็นศัตรูเป็นไปได้ยากขึ้นๆ การสู้รบจึงค่อยๆ คลายความรุนแรง

ครั้นเมื่อเหล่าทหารเงยหน้าดูฟ้าก็เห็นว่าความมืดกำลังเข้ามาเยือน เพราะดวงอาทิตย์กำลังถูกเงามืดเข้ามาบดบัง เหล่าทหารจึงพากันวางอาวุธ เพราะคิดไปว่า กำลังเห็นลางร้ายที่เกิดจากการพิโรธของเทพเจ้า และพระองค์ทรงปรารถนาให้ทั้งสองฝ่ายหยุดการสู้รบ เพื่อกลับมาเป็นมิตรกัน สงครามจึงยุติ และสองกองทัพได้สมานไมตรีด้วยการให้พระราชธิดา Aryenes แห่งกษัตริย์ Lydian ทรงเข้าพิธีสมรสกับพระราชบุตรแห่งกษัตริย์ Medes

Herodotus ยังได้กล่าวถึงปราชญ์ Thales แห่งเมือง Miletus ว่า ได้พยากรณ์วัน-เวลาที่เกิดสุริยุปราคาครั้งนั้นได้อย่างถูกต้องด้วย แต่ข่าวการพยากรณ์ครั้งนั้น ไม่มีชาว Lydian หรือชาว Medes คนใดรับรู้

ชาวจีนเป็นอีกชนชาติหนึ่งที่สนใจสุริยุปราคามาตั้งแต่เมื่อ 400 ปีก่อนคริสตกาล และมีจินตนาการว่า เหตุการณ์นี้เกิดจากการที่พญามังกรตัวหนึ่งซึ่งหิวกระหายมากได้พยายามกลืนกินดวงอาทิตย์ โดยเริ่มต้นด้วยการกินข้างหนึ่งของดวงก่อน แล้วค่อยๆ กลืนลึกเข้าไป จนในบางครั้งดวงอาทิตย์ทั้งดวงหายไป แต่มีวงแสงสีขาวเหลืออยู่ แต่ในบางครั้งมังกรก็กินดวงอาทิตย์ไม่หมด และทุกครั้งที่เห็นปรากฏการณ์นี้ จักรพรรดิจีน ขุนนาง แม่ทัพ และประชาชนทุกคนจะพากันตระหนกตกใจกลัว และเปล่งเสียงร้องระงม เพื่อให้พญามังกรคายดวงอาทิตย์ออกจากปาก พร้อมกันนั้นก็จะพากันตีกลอง ฆ้อง และเคาะไม้ ให้มีเสียงดังเพื่อให้มังกรกลัวแล้วคายดวงอาทิตย์กลับคืนมา

มาคราวนี้แทนที่องค์จักรพรรดิจะทรงตกพระทัย พระองค์กลับทรงกริ้วนักดาราศาสตร์แห่งราชสำนักชื่อ Hsi และ Ho ที่ไม่ได้ทูลเตือนพระองค์ล่วงหน้าว่า พญามังกรจะมากินดวงอาทิตย์ จึงทรงบัญชาให้ประหารชีวิตคนทั้งสองทันที ในฐานะที่ทำงานถวายบกพร่อง

ที่เมือง Nineveh ในอาณาจักร Mesopotamia ซึ่งตั้งอยู่บนฝั่งตะวันออกของแม่น้ำ Tigris ได้มีการขุดพบอักษรลิ่ม (cuneiform) มากมาย ซึ่งได้บันทึกเหตุการณ์ การซื้อขายสินค้าด้วยการทำบัญชี ซึ่งเปรียบเสมือนเป็นข้อตกลงหรือสัญญาระหว่างกษัตริย์ Gilgamesh กับเกษตรกร ในการซื้อขายแลกเปลี่ยนสินค้าเกษตร ข้อความในจารึกยังบรรยายบทสวด กลอน นิทาน ประวัติศาสตร์ และดาราศาสตร์ของปรากฏการณ์สุริยุปราคาด้วย โดยนักดาราศาสตร์สมัครเล่นชาวพื้นเมืองได้เข้ามามีส่วนร่วมในการบันทึกเหตุการณ์ในวันที่เกิดสุริยุปราคา ซึ่งข้อมูลเกี่ยวกับเวลาและสถานที่ ได้ช่วยให้นักดาราศาสตร์ปัจจุบันรู้วันเวลาที่เกิดสุริยุปราคาในอดีตได้

เมื่อถึงคริสต์ศตวรรษที่ 19 นักดาราศาสตร์มีความสามารถทางวิชาการมากขึ้น และมีนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันคนหนึ่งชื่อ Andrew Newell ซึ่งได้คำนวณพบว่า จะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงเหนือนคร Boston ในวันที่ 16 มิถุนายน ปี 1806 เป็นเวลานาน 4 นาที 50 วินาที

เมื่อคำพยากรณ์นี้ถูกนำออกเผยแพร่ในเอกสารภายใต้ชื่อเรื่องว่า Darkness at Noon การอ่านบทความได้ทำให้เด็กชาย William Cranch Bond วัย 16 ปี ซึ่งเป็นลูกของช่างทำนาฬิกาขึ้นไปดูปรากฏการณ์นี้บนหลังคาบ้าน และรู้สึกประทับใจในเหตุการณ์มาก จึงตัดสินใจมีอาชีพเป็นนักดาราศาสตร์ และได้ประสบความสำเร็จ จนได้ดำรงตำแหน่งเป็นผู้อำนวยการคนแรกของหอดูดาวแห่งมหาวิทยาลัย Harvard

ถึงปี 1845 Hippolyte Fizeau และ Leon Foucault เป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสสองคนแรกที่สามารถถ่ายภาพของดวงอาทิตย์ได้ และเมื่อเกิดปรากฏการณ์สุริยุปราคาเต็มดวงในวันที่ 28 กรกฎาคม ปี 1851 คนทั้งสองก็ถ่ายภาพสุริยุปราคาเต็มดวง และเห็นบริเวณขอบที่สว่างของดวงอาทิตย์ ซึ่งเรียกว่า corona แต่ภาพที่ได้ไม่ชัด

ด้าน Johann Berkowski แห่งหอดูดาว Royal Prussian Observatory ที่เมือง Konigsberg ในเยอรมนีได้ใช้ฟิล์มถ่ายภาพที่ทำด้วยแผ่นทองแดง ซึ่งเคลือบด้วยเงินแล้วนำไปรมควันปรอททำให้สามารถบันทึกภาพของ corona ที่เห็นได้เป็นครั้งแรก

ในปี 1868 นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Jules Janssen ขณะประจำการอยู่ที่หอดูดาวในเมือง Guntar ประเทศอินเดียได้สังเกตเหตุการณ์สุริยุปราคาเด็มดวงที่เกิดในวันที่ 18 สิงหาคมของปีนั้น โดยใช้อุปกรณ์ spectrometer เห็นเส้นสเปกตรัมสีเหลืองปรากฏเด่นในแถบสเปกตรัม ซึ่งในเบื้องต้น ใครๆ ก็คิดว่านี่เป็นหลักฐานที่แสดงว่า บนดวงอาทิตย์มีธาตุ sodium แต่การวัดความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัมนั้น มิได้ให้ค่าความยาวคลื่นแสงโซเดียมที่ Gustav Kirchhoff และ Robert Bunsen วัดได้ การทดลองในเวลาต่อมา แสดงให้เห็นว่า มันเป็นเส้นสเปกตรัมที่มาจากธาตุ helium ที่ยังไม่มีใครเคยพบบนโลก helium จึงเป็นธาตุที่ถูกพบบนดวงอาทิตย์ก่อนที่จะมีการพบบนโลก

แม้คนทั่วโลกตั้งแต่อดีตจะได้เห็นสุริยุปราคาหลายหมื่นครั้ง แต่ปรากฏการณ์สุริยุปราคาครั้งสำคัญและยิ่งใหญ่ที่สุด คือครั้งที่เกิดในปี 1919 ซึ่งทำให้เกิดเงามืดที่เคลื่อนที่พาดผ่านทวีปอเมริกาใต้ และมหาสมุทร Atlantic ผ่านเข้าทางฝั่งตะวันตกของทวีปแอฟริกา เพราะในการสังเกตครั้งนั้น Sir Arthur Eddington กับคณะได้ไปเฝ้าสังเกตที่เกาะ Principe ในมหาสมุทรแอตแลนติกพร้อมด้วยกล้องโทรทรรศน์ และกล้องถ่ายภาพ เพื่อพิสูจน์คำทำนายของ Albert Einstein ที่ได้นำเสนอในปี 1915 ว่า เวลาแสงเดินทางผ่านใกล้ขอบของดวงอาทิตย์ แสงจะเดินเป็นเส้นโค้ง มิใช่เส้นตรง เมื่อถึงปี 1917 Sir Frank Watson ผู้เป็นนักดาราศาสตร์แห่งราชสำนักของอังกฤษได้ตระหนักว่าสุริยุปราคาเต็มดวงจะเกิดครั้งต่อไปในวันที่ 29 พฤษภาคมของปี 1919 Watson จึงตัดสินใจส่ง Eddington ไปทดสอบความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่เวลานั้นเป็นช่วงเวลาที่สงครามโลกครั้งที่ 1 กำลังดำเนินอยู่ ซึ่งถ้าสงครามยุติก่อนปี 1919 การเดินทางไปตรวจสอบก็จะสามารถกระทำได้โดยไม่ต้องมีใครกังวลเรื่องความปลอดภัยของนักวิทยาศาสตร์

นับเป็นโชคดีสำหรับทุกคนที่เกี่ยวข้องเพราะสงครามโลกได้ยุติในเดือนธันวาคมปี 1918 ดังนั้นเมื่อถึงเดือนกุมภาพันธ์ ปี 1919 Eddington จึงสามารถเดินทางไปเกาะ Principe และถ่ายภาพดาวฤกษ์ที่ปรากฏอยู่รอบเงามืดของดวงอาทิตย์ได้ และได้พบว่าแสงจากดาวฤกษ์ชื่อ Kappa Tauri ในหมู่ดาว Taurus ได้เบี่ยงเบนตรงตามคำพยากรณ์ของ Einstein ทุกประการ

ชื่อของ Einstein จึงเป็นอมตะตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

แม้เหตุการณ์ปี 1919 จะผ่านไปร่วม 100 ปีแล้วก็ตาม แต่ในปี 2017 นี้ ความสนใจในเรื่องแสงเดินทางเป็นเส้นโค้งก็ยังมีอยู่เมื่อ K.C. Sahu และคณะได้เสนอผลงานในวารสาร Science ฉบับที่ 356 ปี 2017 ว่า ไม่เพียงแต่ดวงอาทิตย์เท่านั้นที่มีอิทธิพลต่อลักษณะการเดินทางของแสง ดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ที่มีมวลมากก็สามารถทำให้แสงเดินทางเป็นเส้นโค้งได้เช่นกัน ถ้าแสงนั้นผ่านใกล้ขอบของดาวฤกษ์ดังกล่าว

ในการทดสอบเรื่องนี้ Sahu ได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble ถ่ายภาพดาวฤกษ์ในปี 2014 ขณะดาวแคระขาว (white dwarf) ชื่อ Stein 2051B โคจรผ่านหน้า และพบว่า แม้มุมเบี่ยงเบนของแสงจะน้อยกว่ามุมเบี่ยงเบนของแสงในปี 1919 ประมาณ 1,000 เท่า แต่มุมดังกล่าวก็มีค่าสอดคล้องกับค่าที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ได้คำนวณไว้ทุกประการ

ตามปกติเวลาแสงจากดาวฤกษ์เดินทางมายังกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Hubble ถ้ามีดาวมวลมากเข้ามาขัดขวางทางเดินของแสง แสงที่ผ่านใกล้ขอบของมวลนั้นจะเบนลงเล็กน้อย แต่แสงจากดาวฤกษ์มีเป็นจำนวนมาก ดังนั้นการมองย้อนกลับทางเดินของแสงจะทำให้เห็นวงแหวนแสงปรากฏรอบมวล แทนที่จะเห็นจุดแสงจึงเรียกวงแสงที่เห็นว่า วงแหวน Einstein หรือ Einstein Ring และถ้าดาวฤกษ์กับมวลที่กั้นมิได้อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกันกับกล้องโทรทรรศน์ วงแหวนจะไม่สมมาตร คือเบี้ยว แต่ถ้าดาวฤกษ์ มวลที่กั้น และกล้องโทรทรรศน์อยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน วงแหวนก็จะดูสมมาตร คือกลมดิก

ในปี 1936 ที่ Einstein ตีพิมพ์เรื่องนี้ในวารสาร Science เขาได้กล่าวในต้อนท้ายของผลงานว่า เป็นเรื่องยากที่จะให้วัตถุทั้ง 3 ก้อน อยู่ในเส้นตรงเดียวกัน ดังนั้นการเห็นวงแหวนจึงไม่น่าจะเป็นไปได้

ในการสังเกตของ Sahu ครั้งนี้ มวลที่กั้นทางเดินของแสงมีความสว่างมากกว่าดาวฤกษ์ที่เกี่ยวข้องประมาณ 400 เท่า และวัตถุทั้งสามมิได้อยู่ในแนวเดียวกับ ปรากฏการณ์ gravitational lensing จึงทำให้เกิดวงแหวนแบบไม่สมมาตร และผลการวัดยังแสดงให้เห็นอีกว่า ดาวแคระขาวชื่อ Stein 2051B เป็นดาวแคระขาวปกติที่มีแก่นกลางซึ่งประกอบด้วยคาร์บอนกับออกซิเจน อีกทั้งมีขนาดตรงตามผลการคำนวณของ Subrahmanyan Chandrasekhar (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1983) ทุกประการ

ในอนาคตนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์จะศึกษาเรื่องนี้ต่อโดยใช้กล้องโทรทรรศน์ Large Synoptic Survey Telescope ดูดาวฤกษ์ ขณะถูกดาวแคระขาวดวงอื่นๆ บดบัง

ในวันที่ 21 สิงหาคม ที่จะถึงนี้ ชาวอเมริกันประมาณประมาณ 12 ล้านคน ใน 14 รัฐตั้งแต่ Oregon จนถึง Carolina จะเห็นเงามืดของสุริยุปราคาที่เป็นแถบกว้าง 100 กิโลเมตรเคลื่อนที่ผ่าน เหตุการณ์นี้ทำให้คนอเมริกันตื่นเต้นมาก เพราะคาดหวังจะเห็นหัวแหวน Baily (Baily’s bead) เห็นปรากฏการณ์วงแหวนเพชร (diamond ring) เห็น corona และอาจเห็นหุบเหวบนดวงจันทร์ด้วย

ความตื่นเต้นนี้ได้ทำให้นักเขียน และนักวิทยาศาสตร์เขียนหนังสือ 4 เล่มในปีนี้ชื่อ (1) American Eclipse โดย David Baron ที่จัดพิมพ์โดย Liveright (2) In the Shadow of the Moon โดย Anthony Aveni จัดพิมพ์โดย Yale University Press (3) Eclipse โดย Frank Close จัดพิมพ์โดย Oxford University Press และ (4) Mask of the Sun โดย John Dvorak จัดพิมพ์โดย Pegasus หนังสือทั้ง 4 เล่มนี้มีเกล็ดนิทาน และความรู้มากมาย เช่น ได้กล่าวถึงความพยายามของ Thomas Edison ที่จะวัดอุณหภูมิของ corona โดยใช้อุปกรณ์ tasimeter ที่เขาออกแบบ และได้พบว่า มีอุณหภูมิ 6,000 องศาเซลเซียส ซึ่งแตกต่างจากค่าจริง 1 ล้านองศาเซลเซียส และการสังเกตเห็นเส้นสเปกตรัมสีเขียวของ corona ที่แสดงให้เห็นว่า บนดวงอาทิตย์มีธาตุเหล็ก และที่ Anthony Aveni ได้กล่าวถึง Thales แห่งเมือง Miletus ในกรีกว่า สามารถทำนายเหตุการณ์สุริยุปราคาได้ถูกต้องว่า เกิดในวันที่ 28 พฤษภาคม เมื่อ 585 ปีก่อนคริสตกาล และ Frank Close ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ได้กล่าวถึง การเห็นสุริยุปราคาในปี 1999 ที่ Cornwall ในอังกฤษว่าได้ทำให้เขาในวัย 8 ขวบตัดสินใจเป็นนักดาราศาสตร์ และ Dvorak ได้เล่าเหตุการณ์ในปี 1684 (รัชสมัยพระนารายณ์มหาราช) ว่าพิธีแจกปริญญาบัตรของนิสิตมหาวิทยาลัย Harvard ต้องเลื่อนไป 10 วัน เพื่อให้ทุกคนเดินทางไปดูสุริยุปราคาที่ Martha’s Vineyard รวมถึงความสามารถของ Edmond Halley ที่ทำนายเหตุการณ์นี้ได้ถูกต้องในปี 1715 ด้วย






เกี่ยวกับผู้เขียน

สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์