ห้องเรียนวิชาดาราศาสตร์

ลำดับตอนที่ #2 : บทเรียนที่ 1 เอกภพและกาแล็กซี

กำเนิดเอกภพ
           เอกภพ (มาจาก universe = uni + verse) หรือ จักรวาล ในดาราศาสตร์นั้น คือ พื้นที่อันกว้างใหญ่มหาศาลข้างนอกนั่นสุดที่จะจินตนาการได้ ประกอบด้วย ดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ ที่รวมทั้งโลก กาแล็คซี่ทางช้างเผือกของเรา และกาแล็คซี่อื่น ๆ อีกมากมาย และยังมีพื้นที่ว่างเปล่าระหว่างกาแล็คซี่
         สิ่งที่ตื่นเต้นล่าสุดกับการกำเนิดของเอกภพก็คือความรู้ที่ว่ากำเนิดที่แท้จริงของเอกภพไม่ใช่
บิกแบง (การระเบิดใหญ่) แต่มีเหตุการณ์หลายขั้นตอนเกิดขึ้นก่อนหน้านั้น และเมื่อย้อนเวลาขึ้นไปอีกเราก็ได้รู้ว่าเอกภพเกิดขึ้นมาจาก ศูนย์ เมื่อคิดจากสามัญสำนึกธรรมดา ก็ไม่น่าจะแปลกอะไรเลย แต่เมื่อคิดย้อนกลับจากปัจจุบันไปสู่อดีตเราจะพบกับเอกภพที่มีทั้งสภาพ ที่มีความหนาแน่นและความร้อนสูงเป็นอนันต์ (ซึ่งฮอว์คิงและเพนโรสเรียกสภาพนี้ว่าจุดซิงกูลาริตี) ซึ่งในสภาพนั้นเราจะไม่สามารถบอกได้ (ทางทฤษฎี) เลยว่าก่อนหน้านั้นเอกภพมีความเป็นมาอย่างไร นั่นก็คือเท่าที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถบอกได้ได้ง่ายนักว่าเอกภพเกิดมาจาก ศูนย์ ตราบใดที่พิสูจน์ทางทฤษฎีไม่ได้ ถึงจะเชื่อก็บอกไม่ได้ แต่ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สามารถบอกได้แล้ว นั่นก็แสดงว่า (มนุษย์) ได้สามารถตีผ่านจุดซิงกูลาริตีได้แล้ว ซึ่งนับเป็นความก้าวหน้าที่น่าตื่นเต้น
         ทฤษฎีเกี่ยวกับกำเนิดและความเป็นมาของเอกภพเป็นสาขาวิจัยสำคัญอันหนึ่งของดาราศาสตร์ ทฤษฎีเอกภพนั้นดั้งเดิมมีรากฐานมาจาก ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ของไอน์สไตน์ ทฤษฎีนี้ช่วยให้ความรู้เกี่ยวกับเอกภพของเราก้าวหน้าอย่างมากก็จริง แต่ทางทฤษฎีนี้ก็มีจุดอ่อนที่สำคัญ จุดหนึ่งเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพ ตราบใดที่คิดจากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพ เราจะไม่สามารถแก้ปัญหาเกี่ยวกับกำเนิดของเอกภพได้เลย เพราะฉะนั้นในสมัยก่อนถ้าเราถามนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับเอกภพว่า เอกภพเกิดขึ้นมาได้อย่างไร ผู้ถูกถามมักจะกระอักกระอวลแล้วก็ตอบแบบห้ามถามต่อว่า มีแต่พระเจ้าเท่านั้นที่รู้ นั่นก็คือไม่มีใครตอบได้นั่นเอง แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ทฤษฎีของอนุภาคพื้นฐานที่จำเป็นมากในการคิดเกี่ยวกับกำเนิดเอกภพ ได้พัฒนาก้าวหน้าอย่างรวดเร็ว ช่วยให้เราสามารถพบทางแก้ปริศนาของเอกภพแนวทางใหม่นี้ได้ เหตุผลที่ทฤษฎีของอนุภาคพื้นฐานเข้ามาเกี่ยวข้องก็เพราะเอกภพซึ่งปัจจุบัน กว้างใหญ่ไพศาลนั้น ตอนที่กำเนิดทุกสิ่งทุกอย่างยังรวมตัวอัดแน่น ทั้งความหนาแน่นและอุณหภูมิจะสูงเป็นอนันต์ ในสภาพเช่นนั้นสสารทั้งหลาย จะแยกตัวออกเป็นอนุภาคพื้นฐานที่สุดในระดับควาร์ก และนี่ก็คือเหตุผลที่ทฤษฎีอนุภาคพื้นฐานต้องเข้ามาเกี่ยวข้องในการศึกษาเกี่ยวกับกำเนิดของ เอกภพ

ดาราศาสตร์ หมายถึง วิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับดวงดาวต่าง ๆ รวมทั้งโลกที่เราดำรงชีวิตอยู่

 มนุษย์สังเกตลักษณะ ตำแหน่งและการโคจรของดาวและกลุ่มดาวเพื่อ นำไปใช้ประโยชน์ในการนำทางหรือบอกทิศการเดินทาง

ปรากฏการณ์ที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์คือ การเกิดฤดูกาล

กาแล็กซีมีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ  100,000 ปีแสง

ระยะทาง 1 ปีแสง หมายถึง ระยะทางที่แสงเดินทางได้ในอวกาศเป็นเวลานาน 1 ปีหรือประมาณ 9.5 ล้านล้านกิโลเมตร

กำเนิดเอกภพเริ่มนับจากจุดที่เรียกว่า บิกแบง (Big Bang)

ปัจจุบันเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซีจำนวนแสนล้านแห่ง ระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกล เอกภาพจึงมีขนาดใหญ่มาก

 เอกภพมีขนาดของรัศมีไม่น้อยกว่า 15,000 ล้านปีแสงและมีอายุประมาณ 15,000 ล้านปี

 บิกแบงเป็นทฤษฎีที่อธิบายถึงการระเบิดใหญ่  ที่ทำให้พลังงานส่วนหนึ่งเปลี่ยนไปเป็นเนื้อสาร มีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็นกาแล็กซี  เนบิวลา ดาวฤกษ์  ระบบสุริยะ  โลก  ดวงจันทร์  มนุษย์และสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ

 ขณะเกิดบิกแบง มีเนื้อสารเกิดขึ้นในรูปของ อนุภาคพื้นฐานชื่อ ควาร์ก  อิเล็กตรอน  นิวทริโนและโฟตอน ซึ่งเป็นพลังงาน

ประจุไฟฟ้ารวมของเอกภพมีค่าเป็นศูนย์เนื่องจากอนุภาคและปฏิอนุภาคในเอกภพมีประจุไฟฟ้าตรงข้ามกันเมื่อเกิดการหลอมรวมกันจะเกิดเป็นพลังงานและอนุภาคยังคงมีจำนวนเหลืออยู่จะก่อกำเนิดเป็นเนื้อสารหรือสะสารในเอกภพ

หลังเกิดบิกแบงเพียง 10^-6 วินาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็น สิบล้านล้านเคลวิน  ทำให้ควาร์กเกิดการรวมตัวกันกลายเป็นโปรตอนและนิวตรอน

 หลังเกิดบิกแบงเพียง 3 นาที อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็น ร้อยล้านเคลวิน  ทำให้โปรตอนและนิวตรอนรวมตัวกันกลายเป็นนิวเคลียสของฮีเลี่ยม

หลังเกิดบิกแบงเพียง 300,000 ปี อุณหภูมิของเอกภพลดลงเป็น 10,000 เคลวิน  ทำให้นิวเคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลียมดึงอิเล็กตรอนเข้ามาอยู่ในวงโคจรเกิดเป็นอะตอมของไฮโดรเจนและฮีเลียมตามลำดับ

การเกิดกาแล็กซีต่าง ๆ จะเกิดหลังบิกแบง 1,000 ล้านปี ภายในกาแล็กซีมีธาตุไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นสารเบื้องต้น

ปรากฏการณ์อย่างน้อย 2 อย่างที่สนับสนุนทฤษฎีบิกแบงคือ การขยายตัวของเอกภพและอุณหภูมิพื้นหลังของอวกาศ ซึ่งปัจจุบันลดลงเหลือ 2.73 เคลวิน

กาแล็กซีหมายถึง อาณาจักรหรือระบบดาวฤกษ์จำนวนนับแสนล้านดวง  อยู่รวมกันด้วยแรงโน้มถ่วงระหว่างดวงดาวกับหลุมดำที่มีมวลมหาศาล ซึ่งอยู่ ณ ศูนย์กลางของกาแล็กซี

 โลกของเราเป็นส่วนหนึ่งของกาแล็กซีที่ชื่อว่ากาแล็กซีทางช้างเผือก

มีกาแล็กซีที่สามารถสังเกตได้ด้วยตาเปล่าได้แก่ กาแล็กซีแอนโดรเมดา  กาแล็กซีแมกเจลแลนใหญ่และกาแล็กซีแมกเจลแลนเล็ก

 เราสามารถสังเกตเห็นทางช้างเผือกปรากฏเป็นแนวฝ้าขาวจาง ๆ ขนาดกว้าง 15 องศา พาดผ่านเป็นทางยาวรอบท้องฟ้า โดยเฉพาะท้องฟ้าในทิศทางของกลุ่มดาวแมงปล่อง  กลุ่มดาวคนยิงธนู  กลุ่มดาวนกอินทรี  และกลุ่มดาวหงษ์

 ระบบสุริยะของเราอยู่หางจากศูนย์กลางของกาแล็กซีประมาณ 30,000 ปีแสงและมีดาวฤกษ์ไม่น้อยกว่าแสนล้านดวงในกาแล็กซีนี้

กาแล็กซีทางช้างเผือกมีลักษณะรูปร่างคล้ายกังหัน คือมีบริเวณกลางสว่างและมีแขนโค้งรอบนอก ระยะจากขอบหนึ่งผ่านจุดศูนย์กลางไปยังอีกขอบหนึ่งยาวประมาณ 100,000 ปีแสง

 กาแลกซีเพื่อนบ้านแอนโดรเมดาเป็นกาแล็กซีรูปกังหันหรือสไปรัล  อยู่ห่างจากโลกประมาณ 2.4 ล้านปีแสง อยู่ในกลุ่มดาวแอนโดรเมดา

กาแล็กซีแบ่งออกเป็น 4 ประเภทคือ

            1. กาแล็กซีกังหันหรือสไปรัล

            2. กาแล็กซีกังหันมีแกนหรือบาร์สไปรัล

            3. กาแล็กซีรูปไข่

            4. กาแล็กซีไร้รูปร่าง
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

หมดเขตส่งงาน