การวัดระยะทางของดวงดาวและกาแล็กซี
...การวัดระยะทางของดวงดาวและกาแล็กซี...
พุทโธ่ พุทธัง กะละมังรั่ว พ่อเจ้ามนุษย์งามไส้เกิดอยากจะรู้ว่าระยะทางระหว่างดวงดาวบนท้องฟ้าอยู่ห่างไกลกันมากน้อยเพียงใด เผื่อมีญาติบนดาวดวงโน้น และคิดอยากจะไปเยี่ยม จะได้คำนวณระยะทางของการเดินทางว่าไกลซักเท่าใด จะได้ทำใจถูก เอาล่ะพี่หนุ่มเครายาวจะจัดให้
ดวงดาวที่เราเห็นบนท้องฟ้ามีทั้งที่อยู่ใกล้และไกลจากโลกเรามาก การวัดระยะทางของดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้จะใช้การส่งเรดาร์ซึ่งเป็นคลื่นไมโครเวฟมีความเร็วเท่าแสงไปยังดาวเคราะห์แล้วให้สะท้อนกลับมามีหน่วย เป็นหน่วยดาราศาสตร์(AU) โดยที่ 1AU = 149.6 ล้านกิโลเมตร สำหรับดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลมีวิธีการวัดได้หลายวิธี มีหน่วยวัดระยะทางเป็นปีแสง (ly) หรือพาร์เซก (pc ) โดยที่ 1 ly = 9.46 ล้านล้านกิโลเมตร และ 1 pc = 3.26 ปีแสง หากดวงดาวที่อยู่ไกลจากโลกไม่เกิน 100 พาร์เซก จะใช้วิธีวัดระยะทางที่เรียกว่า แพรัลแลกซ์ (Parallax) โดยการวัดมุมบนโลกห่างกัน 6 เดือน ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ คำนวณระยะทางได้ดังสมการดังนี้
เมื่อ คือระยะทาง มีหน่วยเป็น พาร์เซก และ คือมุมแพรัลแลกซ์ มีหน่วยเป็นฟิลิปดา
เช่นดาวอัลแทร์ (Altair) มีมุมแพรัลแลกซ์ 0.20 ฟิลิปดาแทนค่าในสมการ (1) จะได้
ระยะทางเท่ากับ 5 พาร์เซก
รูปแสดงการวัดระยะห่างจากโลกถึงดาวฤกษ์โดยการหาแพรัลแลกซ์
สำหรับระยะทางของดาวฤกษ์ที่ไกลเกิน 100 พาร์เซก แต่ไม่เกิน 10,000 พาร์เซก จะใช้วิธีแพรัลแลกซ์สเปกตรัม (Spectroscopic Parallax) การวัดสเปกตรัมของดาว จะใช้ photometry เพื่อหาค่าแมกนิจูดสัมบูรณ์ (Absolute Visual Magnitude ; ) เป็นการวัดความสว่างที่แท้จริงของดาวฤกษ์ ส่วนค่าแมกนิจูดปรากฏ ( Apparent Visual Magnitude ; ) วัดจากโลกโดยใช้กล้อง CCD ค่าแมกนิจูดปรากฏเป็นการวัดความสว่างของดาวฤกษ์แต่ไม่สามารถบอกความสว่างที่แท้จริงได้ซึ่งดาวที่ปรากฎให้เห็นว่ามีความสว่างมากนั้นอาจเป็นเพราะอยู่ใกล้โลกมากนั่นเอง เมื่อได้ค่าแมกนิจูดปรากฏ และแมกนิจูดสัมบูรณ์ แล้วนำไปแทนค่า หาระยะทางของดาวฤกษ์ ในสมการ ดังนี้
เช่นดาว ไรเจล (Rigel) มีค่า และ แทนค่าในสมการ (2) จะได้ระยะทาง เท่ากับ 280 พาร์เซก
รูปแพรัลแลกซ์สเปกตรัม
การหาระยะทางของกาแล็กซีที่อยู่ไกลระหว่าง 10,000 พาร์เซก ถึง 15 เมกกะพาร์เซก สามารถหาได้จากดาวแปรแสง เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงความสว่างเป็นคาบ ซึ่งเกิดจากการขยายตัวออกและยุบเข้าของบรรยากาศ ดาวแปรแสงมีหลายกลุ่มแต่จะอธิบายเฉพาะดาวแปรแสง เซฟิอิด (Cepheid variable) ซึ่งมีความเข้มสูงและมีการเปลี่ยนแปลงความสว่างเป็นคาบสั้นๆ ดังรูป
รูปแสดงความสัมพันธ์ระหว่างคาบและแมกนิจูดสัมบูรณ์
เมื่อทราบคาบเวลา (P) ก็จะสามารถหา ได้จากสมการ (3) นำค่า ไปแทนค่าในสมการ (2) ก็จะได้ระยะทางของกาแล็กซี เช่น กาแล็กซี Large Magellanic Cloud (LMC) มีคาบ 4.76 วัน = -3.34 ถ้าทราบค่า = 15.56 จะได้ระยะทางเท่ากับ 60.3 กิโลพาร์เซก
การหาระยะทางของกาแลกซีหรือควอซาร์ที่อยู่ไกลมากๆจะใช้วิธีการเลื่อนสีแดงดอปเลอร์ (Doppler’s redshift) ซึ่งคลื่นจะมีความถี่สูงขึ้น หรือความยาวคลื่นสั้นลงเมื่อเคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกต และคลื่นจะมีความถี่ต่ำลงหรือความยาวคลื่นเพิ่มขึ้นเมื่อเคลื่อนที่ออกจากผู้สังเกต หาได้จากสมการดังนี้
เมื่อ เป็นผลต่างของความยาวคลื่น
เป็นความเร็วของกาแล็กซี และ เป็นความเร็วแสง เมื่อวัดแถบสเปกตรัมของแสง และ
รูปการเลื่อนสีแดงดอปเลอร์
พบว่า > แสดงว่ากาแล็กซีกำลังเคลื่อนที่ห่างออกไป สเปกตรัมจะเลื่อนไปทางสีแดง ( สีแดงจะยาวกว่า สีน้ำเงิน ) ถ้า < แสดงว่ากาแลกซี่กำลังเคลื่อนที่เข้าหากัน สเปกตรัมจะเลื่อนไปทางสีน้ำเงิน เมื่อแทนค่า ในสมการ (4) จะหาค่าความเร็วของกาแล็กซีได้ และเมื่อได้ความเร็วของกาแล็กซีแล้ว เราสามารถหาระยะห่างของกาแล็กซีได้จากสมการ ดังนี้
เมื่อ d เป็นระยะทางของกาแล็กซี มีหน่วยเป็นเมกกะพาร์เซก (MPc) และ เป็นค่าคงตัวของฮับเบิล มีค่าเท่ากับ 75
เช่นกาแล็กซี NGC 7319 มีค่า = 0.022 จะมีระยะทางเท่ากับ 110 เมกกะพาร์เซก
หรือควอซาร์ ที่มีค่า = 2.114 จะมีระยะทางไกลมากถึง 10.7 กิกะพาร์เซก (GPc)
ดังนั้นในการวัดระยะทางของวัตถุบนท้องฟ้าจะมีวิธีการวัดได้หลายวิธีขึ้นอยู่กับว่าวัตถุนั้นจะอยู่ใกล้หรือไกล ซึ่งต้องเลือกใช้วิธีให้ถูกต้อง จึงจะได้ค่าที่ใกล้เคียงกับความเป็นจริง ปัจจุบันมีการพัฒนากล้องโทรทรรศน์ และเครื่องมือทางดาราศาสตร์ให้มีประสิทธิภาพสูง จึงทำให้การตรวจสอบระยะทางบนท้องฟ้ามีความแม่นยำมากขึ้น.
เอกสารอ้างอิง
Michael A. Seeds Stars and Galaxies Wadsworth Publishing Company 1999
Christopher Bishop Astophysics John Murray Publish 2000
สำนักกิจการอวกาศแห่งชาติ กระทรวงเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสาร เรื่อง บันไดสู่ดวงดาว ตอนที่1
http://www.learnastro.th.gs 16 มี.ค. 2552
http://www.astronomyonline.org/stars/variable stars.asp 16 มี.ค. 2552
http://www.answersingenesis.org/docs 2005/0112 quasar.asp 16 มี.ค. 2552
http://en.wikipedia.org/wiki/Cepheid_variable 17 มี.ค. 2552
(48671) 
(164170) 
(3396)