เอกภพ (Universe)

เอกภพ เป็นที่ว่างที่มีอาณาเขตกว้างใหญ่ไพศาลจนไม่สามารถกำหนดขอบเขตได้ ในเอกภพประกอบไปด้วยหลายๆ กลุ่มดาว หรือเรียกว่า กาแลคซี่ (Galaxy) ภายในกาแลคซี่ประกอบไปด้วยดวงดาวมากมายหลายร้อยล้านดวง ทั้งดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ ฝุ่นและกลุ่มเนบิวลา เช่นเดียวกับกลุ่มดาวที่โลกเราอยู่คือ กาแลคซี่ทางช้างเผือก (Milky Way)

สาเหตุที่เราเรียกว่ากาแลคซี่ทางช้างเผือก เนื่องจากเมื่อเรามองจากโลกไปยังกาแลคซี่ดังกล่าวเราจะมองเห็นท้องฟ้าเป็นทางขาวคล้ายเมฆพาดยาวบนท้องฟ้าในเวลากลางคืน นักวิทยาศาสตร์คาดว่าทางช้างเผือกนี้มีดวงดาวอยู่ประมาณแสนล้านดวง สำหรับระบบสุริยะจักรวาลเป็นส่วนหนึ่งของทางช้างเผือก มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง มีดวงดาวต่าง ๆ หรือเทห์ฟากฟ้า ดวงดาวทุกดวงจะมีความเกี่ยวพันกันอยู่กับดวงดาวดวงหนึ่งโดยเฉพาะ เช่น ดวงจันทร์กับโลก โลกกับดวงอาทิตย์ เทห์ฟากฟ้าที่ประกอบกันอยู่ในระบบสุริยะจักรวาล ได้แก่ ดาวเคราะห์ ดาวบริวาร ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง ดาวตก อุกกาบาต เป็นต้น

ปัจจุบันนักดาราศาสตร์เชื่อว่าเอกภพประกอบด้วยกาแล็กซี่ถึง หนึ่งแสนล้านกาแล็กซี่ โดยกาแล็กซี่แมกเจนแลนใหญ่อยู่ใกล้กาแล็กซี่ทางช้างเผือกของเรามากที่สุด ด้วยระยะทางที่แสงใช้ระยะทางในการเดินทางถึง 170,000 ปี

เอกภพทั้งหมดถือกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไรเป็นปริศนาที่นักดาราศาสตร์พยายามค้นหาคำตอบมาเนิ่นนานแล้ว ปัจจุบันคำอธิบายที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดคือ ทฤษฎีบิ๊กแบง

ทฤษฎีบิ๊กแบงระบุว่าการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่เมื่อประมาณ 15,000 ล้านปีก่อนเป็นต้นกำเนิดของเอกภพและสรรพสิ่งทั้งหมด หลังการระเบิดเอกภพขยายตัวออกทุกทิศทางพร้อมกับอุณหภูมิที่ค่อยๆ ลดลง เมื่อเวลาผ่านไปนับล้านปีกลุ่มอนุภาคเล่นอิเล็กตรอนและโปรตรอนเริ่มรวมตัวกันเป็นกาแล็กซี่ต่อมาฝุ่นภายในกาแล็กซี่จึงรวมตัวกับแก๊สไฮโดรเจนและฮีเลียมเกิดเป็นดาวฤกษ์ซึ่งเปล่งแสงได้จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นภายใน

วาระสุดท้ายของดาวฤกษ์ทุกดวงจะมาถึงเมื่อไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงหลักเริ่มหมดลง ดาวฤกษ์จะสว่างวาบขึ้นพร้อมกับขยายตัวกระทั่งรัศมีเพิ่มขึ้นกว่าร้อยเท่าเรียกว่าดาวยักษ์แดง ปรากฏการณ์เช่นนี้จะเกิดขึ้นกับดวงอาทิตย์ในอีก 5,000 ล้านปีข้างหน้าซึ่งเมื่อเวลานั้นมาถึงโลกจะถูกเผาไหม้เป็นเถ้าถ่านอย่างไม่อาจหลีกเลี่ยง หลังจากขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดง ดาวฤกษ์จะเข้าสู่วาระสุดท้ายโดยการหดตัวอย่างรุนแรง หากเป็นดาวฤกษ์ที่มีมวลสารน้อย เช่นดวงอาทิตย์ พื้นผิวส่วนนอกจะกลายสภาพเป็นก๊าซแผ่ออกสู่ห้วงอวกาศส่วนแกนกลางจะเย็นลงพร้อมกับหดตัวอย่างรุนแรงกลายสภาพเป็นดาวแคระขาว ซึ่งมวลสารของดวงดาว 1 ช้อนโต๊ะจะมีน้ำหนักประมาณ 1,000 ตัน แต่หากดวงดาวมีมวลมากพออาจระเบิดเป็น Supernova แกนกลางที่เหลือจะกลายเป็นดาวนิวตรอนซึ่งมีความหนาแน่นสูงมากจนมวลสาร 1 ช้อนโต๊ะหนักนับพันล้านตันและหากดาวดวงนั้นมีมวลมากกว่า 3 เท่าของดวงอาทิตย์อาจเกิดการหดตัวอย่างแรงที่สุดจนกลายสภาพเป็นหลุมดำหรือ Black Hole ที่มีแรงดึงดูดมหาศาลจนแม้แต่แสงก็ไม่อาจหลบหนีการดูดกลืนเข้าสู่หลุมดำได้

การก่อเกิด เปลี่ยนแปลง และเสื่อมสลายของดาวฤกษ์เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นตลอดเวลา มวลสารและพลังงานของดวงดาวที่แตกดับกลับกลายเป็นองค์ประกอบของดาวดวงใหม่หมุนเวียต่อไปไม่สิ้นสุด สิ่งใดดำรงอยู่ก่อนการก่อเกิดเอกภพวาระสุดท้ายของเอกภพเป็นเช่นไรรวมทั้งมีชีวิตอยู่บนดาวดวงอื่นหรือไม่ทั้งหมดนี้คือปริศนาที่ยังรอคำตอบจากนักบุกเบิกห้วงอวกาศรุ่นต่อไป

ระบบสุริยะจักรวาล (Solar System)

กำนิดของระบบสุริยะจักรวาลสืบเนื่องมาจากการระเบิดของดวงดาวขนาดใหญ่ (Supernova Explosion) เป็นสาเหตุทำให้เกิดการรวมตัวเป็นกลุ่มก้อนของฝุ่นและก๊าซ ส่วนในเป็นการรวมตัวของฝุ่นและก๊าซ เมื่ออุณหภูมิลดลง แรงโน้มถ่วงจะดึงดูดให้ฝุ่นและก๊าซมีการอัดตัวกันแน่น เกิดความร้อนและปฏิกริยานิวเคลียร์ที่แกนของก๊าซไฮโดรเจนเปลี่ยนเป็นก๊าซฮีเลียมและเกิดเป็นพลังงานมหาศาล ส่วนนี้กลายเป็นดวงอาทิตย์ ส่วนฝุ่นและก๊าซส่วนที่เหลือ เมื่อเย็นตัวลงกลายเป็นดาวเคราะห์หมุนรอบดวงอาทิตย์ ซึ่งดาวเคราะห์เหล่านี้ประกอบไปด้วยของแข็ง เช่น ดิน หิน และปกคลุมด้วยก๊าซ ส่วนดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากๆ เป็นกลุ่มก้อนก๊าซที่มีขนาดใหญ่มาก

ระบบสุริยะจักรวาลเป็นระบบที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง ปัจจุบันมีดาวพระเคราะห์ 8 ดวง (เมื่อวันที่ 24 สิงหาคม พ.ศ. 2549 ที่ประชุมสหพันธ์ดาราศาสตร์สากลที่กรุงปราก สาธารณรัฐเช็ก ได้มีมติปลดออกดาวพลูโตจากการเป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ คงเหลือดาวเคราะห์เพียง 8 ดวง) และดวงจันทร์มากกว่า 48 ดวง นอกจากนั้นยังประกอบไปด้วย ดาวเคราะห์น้อย ดาวหาง ดาวตก อุกกาบาต เป็นบริวารโคจรรอบๆ ดวงอาทิตย์ สำหรับดาวเคราะห์ที่สำคัญของระบบสุริยะจักรวาล และดวงอาทิตย์ มีรายละเอียดดังนี้

1. ดวงอาทิตย์ (Sun) เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะจักรวาล อยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางประมาณ 93 ล้านไมล์ และมีขนาดใหญ่กว่าโลกมากกว่า 1 ล้านเท่า มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางยาวกว่าโลก 100 เท่า ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่มีแสงสว่างในตัวเอง ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญของโลก อุณหภูมิของดวงอาทิตย์อยู่ระหว่าง 5,500 - 6,100 องศาเซลเซียส พลังงานของดวงอาทิตย์ทั้งหมดเกิดจากก๊าซไฮโดรเจน โดยพลังงานดังกล่าวเกิดจากปฏิกริยานิวเคลียร์ภายใต้สภาพความกดดันสูงของดวงอาทิตย์ ทำให้อะตอมของไฮโดรเจนซึ่งมีอยู่มากบนดวงอาทิตย์ทำปฏิกริยาเปลี่ยนเป็นฮีเลียม ซึ่งจะส่งผ่านพลังงานดังกล่าวมาถึงโลกได้เพียง 1 ใน 200 ล้านของพลังงานทั้งหมด

นอกจากนั้นบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ยังเกิดปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของพลังงานความร้อนบนดวงอาทิตย์อันเนื่องมาจากจุดดับบนดวงอาทิตย์ (Sunspot) ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการแปรผันของพายุแม่เหล็ก และพลังงานความร้อน ทำให้อนุภาคโปรตอนและอิเล็กตรอนหลุดจากพื้นผิวดวงอาทิตย์สู่ห้วงอวกาศ เรียกว่า ลมสุริยะ (Solar Wind) และแสงเหนือและใต้ (Aurora) เป็นปรากฏการณ์ที่ขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้

การเกิดจุดดับบนดวงอาทิตย์ (Sunspot) บางครั้งเราสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และจะเห็นได้ชัดเจนเวลาดวงอาทิตย์ใกล้ตกดิน จุดดับของดวงอาทิตย์จะอยู่ประมาณ 30 องศาเหนือ และ ใต้ จากเส้นศูนย์สูตร ที่เห็นเป็นจุดสีดำบริเวณดวงอาทิตย์เนื่องจากเป็นจุดที่มีแสงสว่างน้อย มีอุณหภูมิประมาณ 4,500 องศาเซลเซียส ต่ำกว่าบริเวณโดยรอบประมาณ 2,800 องศาเซลเซียส นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าก่อนเกิดจุดดับบนดวงอาทิตย์นั้น ได้รับอิทธิพลจากอำนาจแม่เหล็กไฟฟ้าบริเวณพื้นผิวดวงอาทิตย์มีการเปลี่ยนแปลง ทำให้อุณหภูมิบริเวณดังกล่าวต่ำกว่าบริเวณอื่นๆ และเกิดเป็นจุดดับบนดวงอาทิตย์

แสงเหนือและแสงใต้(Aurora) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดบริเวณขั้วโลกเหนือ และขั้วโลกใต้ มีลักษณะเป็นลำแสงที่มีวงโค้ง เป็นม่าน หรือ เป็นแผ่น เกิดเหนือพื้นโลกประมาณ 100 - 300 กิโลเมตร ณ ระดับความสูงดังกล่าวก๊าซต่างๆ จะเกิดการแตกตัวเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า และเมื่อถูกแสงอาทิตย์จะเกิดปฏิกริยาที่ซับซ้อนทำให้มองเห็นแสงตกกระทบเป็นแสงสีแดง สีเขียว หรือ สีขาว บริเวณขั้วโลกทั้งสองมีแนวที่เกิดแสงเหนือและแสงใต้บ่อย เราเรียกว่า "เขตออโรรา" (Aurora Zone)

2. ดาวพุธ (Mercury)เป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้กับดวงอาทิตย์มากที่สุด สังเกตเห็นด้วยตาเปล่าได้ตอนใกล้ค่ำและ ช่วงรุ่งเช้า ดาวพุธไม่มีดวงจันทร์เป็นดาวบริวาร ดาวพุธหมุนรอบตัวเองจากทิศตะวันตกไปยังทิศตะวันออกกินเวลา ประมาณ 58 - 59 วัน และโคจรรอบดวงอาทิตย์ 1 รอบ ใช้เวลา 88 วัน

3. ดาวศุกร์ (Venus)สังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า โดยสามารถมองเห็นได้ทางขอบฟ้าด้านทิศตะวันตกในเวลาใกล้ค่ำ เราเรียกว่า"ดาวประจำเมือง" (Evening Star) ส่วนช่วงเช้ามืดปรากฏให้เห็นทางขอบฟ้าด้านทิศตะวันออกเรียกว่า "ดาวรุ่ง" (Morning Star) เรามักสังเกตเห็นดาวศุกร์มีแสงส่องสว่างมากเนื่องจาก ดาวศุกร์มีชั้นบรรยากาศที่ประกอบไปด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ มีผลทำให้อุณหภูมิพื้นผิวสูงขึ้น ดาวศุกร์หมุนรอบตัวเองจากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก ไม่มีดวงจันทร์เป็นดาวบริวาร

4. โลก (Earth)โลกเป็นดาวเคราะห์ดวงเดียวที่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ เนื่องจากมีชั้นบรรยากาศและมีระยะห่าง จากดวงอาทิตย์ที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตและการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต นักดาราศาสตร์อธิบายเกี่ยวกับการเกิดโลกว่า โลกเกิดจากการรวมตัวของกลุ่มก๊าซ และมีการเคลื่อนทีสลับซับซ้อนมาก โดยเราจะได้ศึกษาในรายละเอียดต่อไป

5. ดาวอังคาร (Mars) อยู่ห่างจากโลกของเราเพียง 35 ล้านไมล์ และ 234 ล้านไมล์ เนื่องจากมีวงโคจรรอบดวง อาทิตย์เป็นวงรี พื้นผิวดาวอังคารมีปรากฏการณ์เมฆและพายุฝุ่นเสมอ เป็นที่น่าสนใจในการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์เป็นอย่างมาก เนื่องจากมีลักษณะและองค์ประกอบที่ใกล้เคียงกับโลก เช่น มีระยะเวลาในการหมุนรอบตัวเอง 1 วัน เท่ากับ 24.6 ชั่วโมง และระยะเวลาใน 1 ปี เมื่อเทียบกับโลกเท่ากับ 1.9 มีการเอียงของแกน 25 องศา ดาวอังคารมีดวงจันทร์เป็นบริวาร 2 ดวง

6. ดาวพฤหัสบดี (Jupiter) เป็นดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะจักรวาล หมุนรอบตัวเอง 1 รอบใช้เวลา 9.8 ชั่วโมง ซึ่งเร็วที่สุดในบรรดาดาวเคราะห์ทั้งหลาย และโคจรรอบดวงอาทิตย์ 1 รอบ ใช้เวลา12 ปี นักดาราศาสตร์อธิบายว่า ดาวพฤหัสเป็นกลุ่มก้อนก๊าซหรือของเหลวขนาดใหญ่ ที่ไม่มีส่วนที่เป็นของแข็งเหมือนโลก และเป็นดาวเคราะห์ที่มีดวงจันทร์เป็นดาวบริวารมากถึง 16 ดวง

7. ดาวเสาร์ (Saturn) เป็นดาวเคราะห์ที่เราสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เป็นดาวที่ประกอบไปด้วยก๊าซและของ เหลวสีค่อนข้างเหลือง หมุนรอบตัวเอง 1 รอบใช้เวลา 10.2 ชั่วโมง และโคจรรอบดวงอาทิตย์ 1 รอบใช้เวลา 29 ปี ลักษณะเด่นของดาวเสาร์ คือ มีวงแหวนล้อมรอบ ซึ่งวงแหวนดังกล่าวเป็นอนุภาคเล็กๆ หลายชนิดที่หมุนรอบดาวเสาร์มีวงแหวนจำนวน 3 ชั้น ดาวเสาร์มีดวงจันทร์เป็นดาวบริวาร 1 ดวง และมีดวงจันทร์ดวงหนึ่งชื่อ Titan ซึ่งถือว่าเป็นดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะจักรวาล

8. ดาวยูเรนัส (Uranus) หมุนรอบตัวเอง 1 รอบ ใช้เวลา 16.8 ชั่วโมง และโคจรรอบดวงอาทิตย์ 1 รอบ ใช้เวลา 84 ปี ดาวยูเรนัสประกอบด้วยก๊าซและของเหลว เช่นเดียวกับ ดาวพฤหัส และดาวเสาร์ 4.8 ดาวเนปจูน (Neptune) เป็นดาวเคราะห์ที่มีระยะเวลาในการหมุนรอบตัวเอง 1 รอบ เท่ากับ 17.8 ชั่วโมง และระยะ เวลาในการโคจรรอบดวงอาทิตย์ 1 รอบ เท่ากับ 165 ปี มีดวงจันทร์เป็นดาวบริวาร 2 ดวง

โลก (Earth)

ลักษณะรูปทรงของโลก จากการศึกษาของนักดาราศาสตร์ นักวิทยาศาสตร์ และนักสำรวจ พบว่าโลกมีรูปทรงแบบ ทรงรีที่ขั้วทั้งสองยุบตัวลง (Oblate Ellipsoid) หรือเราเรียกว่าทรงรีแห่งการหมุน เนื่องมาจากสภาวะของโลกที่หนืด เมื่อโลกหมุนรอบตัวเองทำให้เกิดแรงเหวี่ยง และทำให้เกิดการยุบตัวบริเวณขั้วโลกเหนือ และขั้วโลกใต้ และป่องตัวออกบริเวณส่วนกลางหรือเส้นศูนย์สูตร สามารถสังเกตได้จากความยาวของเส้นศูนย์สูตร ที่มีความยาว 12,757 กิโลเมตร (7,927 ไมล์) และระยะทางจากขั้วโลกเหนือมาขั้วโลกใต้มีความยาว 12,714 กิโลเมตร (7,900 ไมล์) ซึ่งมีความแตกต่างกัน 43 กิโลเมตร (27 ไมล์) รูปทรงแบบ ยีออยด์ (Geoid) เป็นไปตามสภาพพื้นผิวโลกที่มีความขรุขระสูงต่ำดังนั้นส่วนที่เป็นภาคพื้นทวีปจะมีลักษณะนูนสูงจึงต้องมีการปรับลักษณะพื้นผิวโลกเสียใหม่ โดยใช้แนวของพื้นผิวของระดับน้ำทะเลตัดผ่านเข้าพื้นดินที่มีระดับเท่ากันกับรูปทรงโลก เรียกว่า รูปทรงของโลกแบบยีออด์

โลกหมุน โลกโคจร ต่างกันอย่างไร ? การเคลื่อนไหวของโลก มี “การหมุน” และ “การโคจร" การหมุนของโลก เป็นการเคลื่อนไหวของโลกรอบแกนของตัวเอง ทำให้เกิดกลางวัน และกลางคืน ซึ่งเรียกว่า “วัน” แต่ละวันใช้เวลาแตกต่างกัน ได้แก่ วันดาราคติ (Sidereal Day) ยึดหลักการหมุนรอบแกนตัวเองของโลกครบ 1 รอบ โดยใช้เวลา 23 ชั่วโมง 56 นาที 4.09 วินาที วันสุริยคติ (Solar Day) ยึดหลักช่วงระยะเวลาที่ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ผ่านแนวเส้นเมอริเดียนครบ 1 รอบ (เที่ยงวันหนึ่งไปยังอีกเที่ยงวันหนึ่ง) ซึ่งจะกำหนดเวลาเท่ากับ 24 ชั่วโมง

โลกหมุนรอบตัวเองเร็วเท่าไหร่ ? มีความแตกต่างกันอย่างชัดเจน โดยบริเวณเส้นศูนย์สูตร ความเร็วในการ หมุนรอบตัวเองของโลกเท่ากับ 1,700 กิโลเมตร / ชั่วโมง ส่วนบริเวณละติจูดที่ 60 องศา ความเร็วของการหมุนรอบตัวเองของโลกจะมีค่าประมาณ 850 กิโลเมตร / ชั่วโมง หรือประมาณครึ่งหนึ่งของความเร็วที่ศูนย์สูตร แต่บริเวณขั้วโลกความเร็วในการหมุนรอบตัวเองของโลกมีค่าเป็นศูนย์ ผลจากการที่อัตราความเร็วของการหมุนรอบตัวเองของโลกต่างกัน จะมีผลตามมาที่สำคัญ คือ แรงเหวี่ยงของโลกมีผลต่อน้ำหนักของวัตถุ เพราะเป็นแรงหนีศูนย์กลาง ดังเช่น วัตถุชิ้นหนึ่งมีน้ำหนัก 250 กิโลกรัมที่ศูนย์สูตร ขณะที่โลกยังไม่มีแรงเหวี่ยง แต่ถ้าโลกมีแรงเหวี่ยงเกิดขึ้นจะทำให้น้ำหนักของวัตถุเท่ากับ 249 กิโลกรัม แสดงว่าแรงเหวี่ยงจากการหมุนรอบตัวเองของโลกมีผลต่อน้ำหนักของวัตถุ มีผลต่อทิศทางของลมและกระแสน้ำ โดยทิศทางของลมและกระแสน้ำบริเวณขั้ว โลกเหนือจะเบนไปทางขวามือ ส่วนซีกโลกใต้จะเบนไปทางซ้ายมือ เพราะโลกหมุนรอบตัวเองจากทิศตะวันตกไปทิศตะวันออก

โลกหมุนรอบตัวเองทำให้เกิดอะไรขึ้นบ้าง ? การหมุนรอบตัวเองของโลกทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่สำคัญ คือ การเกิดกลางวันและกลางคืน (Day and Night) เมื่อโลกหมุนรอบตัวเองด้านที่หันหน้าเข้าหาดวงอาทิตย์จะทำให้เกิดกลางวันส่วนด้านที่หันหลังให้ดวงอาทิตย์จะเป็นเวลากลางคืน ในขณะที่โลกหมุนรอบตัวเองจากทิศตะวันตกไปยังทิศตะวันออก จะทำให้เราเห็นดวงอาทิตย์ขึ้นมาจากขอบฟ้าทางด้านทิศตะวันออก และตกทางขอบฟ้าด้านทิศตะวันตกเสมอ ณ บริเวณเส้นศูนย์สูตรเวลาในช่วงกลางวันและกลางคืนจะเท่ากัน คือ 12 ชั่วโมง

และเนื่องจากการเอียงของแกนโลกทำให้บริเวณต่างๆ มีระยะเวลาในการรับแสงอาทิตย์ไม่เท่ากัน ทำให้ระยะเวลาในช่วงกลางวันและกลางคืนต่างกัน เช่น ซีกโลกเหนือระยะเวลากลางวันในฤดูร้อนจะยาวนานมาก และในบริเวณขั้วโลกเหนือ และขั้วโลกใต้จะมีเวลากลางวันตลอด 24 ชั่วโมง เกิดรุ่งอรุณและสนธยา (Dawn and Twilight) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากโมเลกุลหรือนุภาคต่าง ๆ ในบรรยากาศ เช่น ฝุ่นละออง ความชื้น เกิดการสะท้อนแสงของดวงอาทิตย์กลับมายังพื้นโลก ซึ่งจะเกิดก่อนดวงอาทิตย์ขึ้น และหลังดวงอาทิตย์ตกดิน เราจะเห็นเป็นแสงสีแดงเนื่องจากแสงที่ส่องมาจากดวงอาทิตย์อยู่ในลักษณะเอียงลาด ไม่ได้ตั้งฉากเหมือนตอนกลางวัน แสงสีน้ำเงินและสีเหลืองมีการหักเหของแสงมาก แต่แสงสีแดงมีการหักเหน้อยที่สุด ทำให้เรามองเห็นท้องฟ้าเป็นสีแดงในช่วงเวลาดังกล่าว

เนื่องจากแกนโลกเอียงทำมุม 23 1/2 องศา ทำให้การเคลื่อนที่ของโลกโดยแกนของโลกจะชี้ไปยังจุดใดจุดหนึ่งบนท้องฟ้าเพียงจุดเดียว แกนของโลกด้านหนึ่งจะเอนเข้าหาดวงอาทิตย์ ส่วนแกนอีกด้านหนึ่งจะเอนออกห่างจากดวงอาทิตย์เสมอ ผลจากการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์จะทำให้เกิด ความผันแปรของระยะเวลากลางคืนและกลางวัน ความผันแปรของความยาวนานของกลางคืนและกลางวันเมื่อโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ ในซีกโลกเหนือในฤดูหนาว ผลจากการเอียงของแกนโลกทำให้ขั้วโลกเหนือไม่ได้รับแสงดิ่งจากดวงอาทิตย์ มีผลทำให้ความยาวนานของระยะเวลากลางคืนมากขึ้น ดังนั้นในช่วงฤดูหนาวทางขั้วโลกเหนือจะเป็นช่วงเวลากลางคืนถึง 24 ชั่วโมง ในทางตรงกันข้ามช่วงดูร้อน

จากการเอียงของแกนโลกขั้วโลกเหนือจะหันเข้าหาดวงอาทิตย์ ทำให้พื้นที่บริเวณดังกล่าวได้รับแสงดิ่งจากดวงอาทิตย์มากขึ้นจะเป็นเวลากลางวันตลอด 24 ชั่วโมง เป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่า “ดินแดนแห่งพระอาทิตย์เที่ยงคืน” สำหรับในซีกโลกใต้สามารถอธิบายปรากฏการณ์ดังกล่าวได้เช่นเดียวกับซีกโลกเหนือในทางกลับกัน การเกิดฤดูกาลบนพื้นโลก (Season) แปรผันโดยตรงกับปริมาณของความร้อนที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ จำนวนฤดูกาลที่เกิดบนพื้นโลกในส่วนต่าง ๆ กันมีระยะเวลาและจำนวนฤดูกาลแตกต่างกันไป ได้แก่ ช่วงเดือน ธันวาคม-กุมภาพันธ์ โลกหันซีกเหนือออกห่างจากดวงอาทิตย์ทำให้ได้รับแสงน้อยมาก ทำให้อุณหภูมิต่ำลงส่วนซีกโลกใต้จะได้รับแสงดิ่งจากดวงอาทิตย์ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นมากจึงเป็นช่วงฤดูร้อน

หลังจากเดือนกุมภาพันธ์โลกจะค่อยๆ หันด้านข้างเข้าหาดวงอาทิตย์ทำให้บริเวณเส้นศูนย์สูตรได้รับแสงดิ่งจากดวงอาทิตย์ ช่วงเดือนมีนาคม-พฤษภาคม พื้นที่บริเวณดังกล่าวจึงเป็นฤดูร้อน ส่วนพื้นที่ซีกโลกเหนือจะเริ่มเข้าฤดูใบไม้ผลิ ในช่วงระหว่างเดือนมิถุนายน-สิงหาคม โลกหันซีกเหนือเข้าหาดวงอาทิตย์ จึงทำให้ซีกโลกเหนือได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ในอัตราสูง ส่งผลให้ซีกโลกเหนือมีอุณหภูมิสูงขึ้น ซีกโลกเหนือจึงเป็นฤดูร้อน

ในทางกลับกันซีกโลกใต้จะมีอุณหภูมิต่ำเนื่องจากได้รับแสงจากดวงอาทิตย์น้อย จากเดือนกันยายน เป็นต้นไป โลกเริ่มโคจร โดยเบนด้านข้างเข้าหาดวงอาทิตย์ ทำให้แสงดิ่งของดวงอาทิตย์ค่อย ๆ เคลื่อนลงทางใต้ ทำให้อุณหภูมิของซีกโลกเหนือค่อย ๆ ลดลง ในช่วงเวลาดังกล่าว (เดือนกันยายน-พฤศจิกายน) จึงเป็นฤดูใบไม้ร่วงในซีกโลกเหนือ ความสูงของดวงอาทิตย์เที่ยงวัน ตามความเป็นจริงแล้วแสงดิ่งของดวงอาทิตย์จะตกกระทบตามแนวเส้นศูนย์สูตรใน 1 ปี มี 2 วันเท่านั้น คือ ในวันที่ 21 มีนาคม และวันที่ 23 กันยายน เราเรียกสองวันนี้ว่า วันวิษุวัต (Equinox) โดยจะเป็นวันที่มีช่วงเวลากลางวันเท่ากับกลางคืน (วิษุวัต แปลว่า เท่ากัน)

โดยวันที่ 21 มีนาคม (ช่วงฤดูฝน) เรียกว่าวัน วสันตวิษุวัต (Vernal Equinox) และวันที่ 23 กันยายน (ช่วงฤดูใบไม้ร่วง) เรียกว่าวัน ศารทวิษุวัต (Autumnal Equinox) ถ้าจะอธิบายความสูงของดวงอาทิตย์เที่ยงวัน เริ่มจากวันวสันต-วิษุ (วันที่ 21 มีนาคม) ซึ่งจากรูปจะเห็นว่าบริเวณเส้นศูนย์สูตรของโลกจะได้รับแสงดิ่งจากดวงอาทิตย์พอดี ทำให้เวลากลางวันเท่ากับกลางคืน ถ้าพิเป็นช่วงวันที่แสงส่องตรงเส้นศูนย์สูตร (ที่ 0 องศา พอดี) หลังจากนั้นโลกจะค่อย ๆ เคลื่อนที่ไปทางซ้าย ไปจนถึงวันที่ 21 มิถุนายน จะเห็นได้ว่าแกนโลกเอียง ขั้วโลกเหนือหันเข้าหาดวงอาทิตย์มาก ทำให้ได้รับแสงดิ่งจากดวงอาทิตย์มากที่สุดเช่นกัน

ซึ่งถ้าเราสังเกตจากปรากฏการณ์บนท้องฟ้าในวันที่ 21 มิถุนายนนี้ ดวงอาทิตย์จะเคลื่อนที่ไปอยู่ทางซ้ายสุดของท้องฟ้า เราเรียกวันที่ 21 มิถุนายนนี้ว่า วันศรีษมายัน (Summer Solstice) (ศรีษมายัน มาจาก ศรีษม แปลว่า ร้อน อายัน แปลว่า มาถึง) ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวในวันนี้ทางซีกโลกเหนือจะเป็นฤดูร้อน และมีชั่วโมงของกลางวันมากกว่ากลางคืน จนกระทั่งวันที่ 23 กันยายน จะเป็นวันที่โลกโคจรมายังตำแหน่งของวัน ศารทวิษุวัต (Autumnal Equinox) ซึ่งเป็นวันที่มีชั่วโมงของกลางวันเท่ากับกลางคืนอีกครั้ง โดยแสงอาทิตย์จะอยู่ในแนวดิ่งกับเส้นศูนย์สูตรพอดี จากนั้นวงโคจรของโลกจะไปทางขวามือหรือในทิศทางทวนเข็มนาฬิกาจนมาถึงวันที่ 22 ธันวาคม แสงดิ่งของดวงอาทิตย์จะเคลื่อนที่ลงไปทางใต้สุด

เมื่อแกนโลกเอียงส่งผลให้ขั้วโลกใต้ ได้รับแสงดิ่งจากดวงอาทิตย์ ซึ่งช่วงวันดังกล่าวขั้วโลกเหนือจะมีชั่วโมงของกลางคืนมาก และขั้วโลกใต้จะมีชั่วโมงของกลางวันมาก เราเรียกวันที่ 22 ธันวาคม ของทุกปีว่า วันเหมายัน (Winter Solstice) (เหม แปลว่า หนาว อายัน แปลว่า มาถึง เหมายัน แปลว่า วันที่ฤดูหนาวมาถึง) จากปรากฏการณ์ดังกล่าวในวันที่ 22 ธันวาคม เราจะเห็นดวงอาทิตย์ขึ้นและตก เบี่ยงเบนไปทางทิศใต้ หรือที่เราเรียกว่า “ตะวันอ้อมใต้” นั่นเอง

ดวงจันทร์ (Moon) และปรากฎการณ์บนโลกอันเนื่องมาจากดวงจันทร์

การเกิดเดือน (Mounth) ดวงจันทร์เป็นบริวารของโลก มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 3,480 กิโลเมตร (2,160 ไมล์) มีมวลเป็น 1 ใน 8 ของโลก วิถีการโคจรของดวงจันทร์รอบโลกจะเป็นวงรี ดวงจันทร์มีระยะทางห่างจากโลกโดยเฉลี่ยประมาณ 385,000 กิโลเมตร (240,000 ไมล์) วิถีการโคจรของดวงจันทร์จะหมุนทวนเข็มนาฬิกา วงของวงโคจรที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด เรียกว่า เปริจี (Perigee) มีระยะทาง 356,000 กิโลเมตร (221,500 ไมล์) อัตราความเร็วของการโคจรของดวงจันทร์รอบโลกจะเร็วมากที่สุดเมื่อยู่ใกล้ตำแหน่ง เปริจี (Perigee)

ส่วนช่วงของวงโคจรที่ห่างจากโลกมากที่สุด เรียกว่า อะโปจี (Apogee) มีระยะทาง 407,000 กิโลเมตร (253,000 ไมล์) อัตราความเร็วของการโคจรของดวงจันทร์รอบโลกจะช้าที่สุดเมื่ออยู่ใกล้ตำแหน่ง อะโปจี (Apogee) เช่นกัน บริเวณพื้นผิวของดวงจันทร์ส่วนใหญ่เต็มไปด้วย ภูเขา ที่ราบ และหุบเหวต่างๆ จากการวิเคราะห์ตัวอย่าง แร่ หิน และดิน บนดวงจันทร์ของนักวิทยาศาสตร์ ทำให้เราทราบว่าวัตถุต่างๆ ไม่ได้อยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนและน้ำ เราจึงพอสรุปได้ว่าบนดวงจันทร์ไม่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่

การโคจรของดวงจันทร์รอบโลก ทำให้เกิดเดือนต่าง ๆ ได้แก่ เดือนดาราคติ (Sidereal Month) อาศัยดวงดาวเป็นตำแหน่งอ้างอิงในการหมุนรอบโลกของดวงจันทร์ พบว่า 1 รอบ ใช้เวลา 27.32166 วัน และ เดือนจันทรคติ (Synodic Month) อาศัยดวงอาทิตย์เข้ามาเกี่ยวข้องในการหมุนรอบโลกพบว่า 1 รอบ ใช้เวลา 29 1/2 วัน เดือนดาราคติมีระยะเวลาที่แน่นอนกว่า ในขณะที่เดือนจันทรคติอาศัยความสัมพันธ์ของวิถีการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์เข้ามาเกี่ยวข้องด้วยจึงทำให้ตำแหน่งของดวงจันทร์ในแต่ละวันต่างกันออกไป ซึ่งมีความสำคัญมาก เพราะมีความสำคัญต่อปรากฏการณ์ของดวงจันทร์ และการเกิดน้ำขึ้นน้ำลง

การเกิดน้ำขึ้นน้ำลง (Tide) เกิดจากแรงดึงดูดระหว่าง โลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ เป็นความสัมพันธ์ระหว่าง แรงดึงดูดต่อระยะทาง ซึ่งเมื่อพิจารณาพบว่าดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลกและดวงจันทร์มาก ดังนั้น อิทธิพล การเกิดน้ำขึ้น - น้ำลง จะเกิดจากดวงจันทร์มากกว่า แต่ถ้า โลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ โคจรมาอยู่ในแนวเดียวกันจะเกิดน้ำขึ้นและน้ำลงเป็นอย่างมาก เราเรียกว่า "น้ำมาก" (Spring Tide) ซึ่งเป็นผลมาจากน้ำเป็นของเหลวเมื่อถูกแรงดึงดูด และแรงหนีศูนย์กลางเพียงเล็กน้อยก็สามารถจะไหลถ่ายเทไปรวมกันที่จุดเดียวได้ แต่ถ้าหากดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ มีแรงดึงดูดที่กระทำต่อโลกเป็นมุม การเกิดน้ำขึ้นน้ำลงจะมีน้อยมาก เรียกว่า "น้ำตาย" (Neap Tide) ซึ่งน้ำขึ้น น้ำลง แต่ละแห่งบนโลกไม่เท่ากัน โดยเฉลี่ยขึ้นหรือลงที่ระดับประมาณ 1 - 3 เมตร

การเกิด สุริยุปราคา (Solar Eclipse) และจันทรุปราคา (Lunar Eclipse) สุริยุปราคา เกิดจากตำแหน่งร่วม (Conjunction) ของการโคจรมาอยู่ใน แนวเดียวกันของ โลก ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ ทำให้เงาของดวงจันทร์บังดวงอาทิตย์เอาไว้ในเวลากลางวัน แต่มีโอกาสเกิดขึ้นน้อยมาก เพราะขนาดของดวงจันทร์เล็กกว่าดวงอาทิตย์มาก การเกิดสุริยุปราคามีหลายแบบ ได้แก่ สุริยุปราคาแบบวงแหวน (Annular Eclipse) เกิดเนื่องมาจากระยะห่างจากโลกไปยังดวงจันทร์ไม่แน่นอน (เนื่องจากดวงจันทร์โคจรรอบโลกเป็นวงรี) เช่น ถ้าเกิดในช่วงที่ดวงจันทร์โคจรห่างจากโลกมาก เงามืดของดวงจันทร์จะทอดมาไม่ถึงโลก ทำให้บริเวณที่เงาดวงจันทร์ทอดมาบังดวงอาทิตย์เห็นเป็นรูปวงแหวน ในจำนวนการเกิดสุริยุปราคาทั้งหมดนั้น มีประมาณร้อยละ 35 ที่เกิดแบบวงแหวน ร้อยละ 5 เกิดแบบวงแหวนและเต็มดวง และร้อยละ 28 เกิดแบบเต็มดวง จันทรุปราคา (Lunar Eclipse)

เกิดจากตำแหน่งร่วม (Conjunction) ของดวงจันทร์ โลก ดวงอาทิตย์ ที่ โคจรมาอยู่ในแนวเดียวกัน ทำให้เงาของโลกบังดวงจันทร์และเนื่องจากเงาของโลกมีความยาวถึง 900,000 ไมล์ เมื่อดวงจันทร์โคจรผ่านเงาของโลก ทำให้คนที่อาศัยบนโลกมองเห็นจันทรุปราคาต่างๆ กันในแต่ละส่วนของพื้นที่ เช่น ถ้าดวงจันทร์โคจรผ่านมาในเงามืดทั้งดวง เรียกว่าจันทรุปราคาเต็มดวง (Total Eclipse) แต่ถ้าโคจรเฉียดเงามืดจะเกิดจันทรุปราคาบางส่วน (Partial Eclipse) และถ้าโคจรผ่านเงามัวก็จะเกิดจันทรุปราคาแบบเงามัว (Penumbra Eclipse of moon)

ปรากฏภาคของดวงจันทร์บนท้องฟ้า ( Phase of the Moon) ในเวลากลางคืนเราจะเห็นดวงจันทร์ในข้างขึ้นข้างแรม ซึ่งลักษณะจะเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เราเรียกลักษณะดังกล่าวว่า "Phase of the Moon" ซึ่งจะเกิดขึ้นตลอดในเดือนทางจันทรคติ ส่วนของดวงจันทร์ที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์จะสว่าง ส่วนที่อยู่ตรงข้ามจะมืดเสมอ เดือนทางจันทรคติจะเริ่มตั้งแต่ช่วงดวงจันทร์ดับ (New Moon) ซึ่งเป็นช่วงที่ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และโลกอยู่ในตำแหน่งร่วมกัน (Conjunction) ดังนั้นส่วนของดวงจันทร์ที่มืดสนิทจะหันมายังโลก ทำให้คนบนโลกไม่สามารถเห็นดวงจันทร์ได้ในช่วงนี้ ถ้าเราสังเกตจะพบว่าช่วงนี้จะเป็นข้างแรม 15 ค่ำ หลังจากนั้นดวงอาทิตย์และดวงจันทร์จะเคลื่อนที่ไปตามวิถีการโคจรรอบโลก

โดยดวงจันทร์ จะเคลื่อนที่ไปประมาณ 1 ใน 8 ของระยะทางทั้งหมด ใช้เวลาประมาณ 4 วัน เราจะเห็นดวงจันทร์เสี้ยวขนาดเล็กปรากฏขึ้นทางขอบฟ้าทางด้านทิศตะวันตก เราเรียกวันดังกล่าวว่า ดวงจันทร์เสี้ยวข้างขึ้น (The Crescent New Moon) จากนั้นอีกประมาณ 7 วัน ดวงจันทร์จะเคลื่อนที่ไปอีก ณ ตำแหน่งหนึ่ง ซึ่งเราเรียกว่า ดวงจันทร์ครึ่งซีกข้างขึ้น (Half Moon) หรือ ปรากฏภาคของดวงจันทร์เสี้ยวที่ 1 (The First Quarter) ซึ่งคนบนพื้นโลกจะเห็นดวงจันทร์สว่างครึ่งดวง จากนั้นเมื่อผ่านไปประมาณ 10 วัน เราจะเห็นภาพดวงจันทร์บนท้องฟ้าได้ถึง 3 ใน 4 ดวง เราเรียกว่า ดวงจันทร์ค่อนดวงขึ้น (Gibbous Moon) และเมื่อโคจรมาอีกเป็นเวลา 14 วัน จะเห็นดวงจันทร์เต็มดวง (Full Moon) ซึ่งเป็นช่วงที่วงโคจรของดวงจันทร์โคจรมาอยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ เราจึงเห็นดวงจันทร์เต็มดวงขึ้น 15 ค่ำ พอดี หลังจากดวงจันทร์เต็มดวง คือ ดวงจันทร์จะปรากฏอยู่ทางทิศตะวันออกของท้องฟ้า หลังจากข้างขึ้นดวงจันทร์จะโคจรไปเรื่อย ๆ เข้าสู่ข้างแรม

ซึ่งเราสามารถสังเกตการเกิดข้างขึ้นและข้างแรมได้โดยง่าย คือ ในข้างขึ้นดวงจันทร์จะปรากฏทางทิศตะวันตก และเคลื่อนไปเต็มดวงที่ทิศตะวันออก ส่วนข้างแรมดวงจันทร์จะขึ้นทางทิศตะวันออก และค่อย ๆ เคลื่อนที่ไปมืดสนิททั้งดวงทางทิศตะวันตกเสมอ

การกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก และเวลาแต่ละพื้นที่ของโลกที่ไม่เท่ากัน

เนื่องจากขนาดของโลกซึ่งมีขนาดใหญ่เราจึงมีการกำหนดที่ตั้งของสถานที่ต่าง ๆ บนพื้นโลก โดยอาศัยการลากเส้น 2 ชุด คือ ละติจูด และลองติจูด โดย ละติจูด (Latitude) เป็นการกำหนดระยะทางเชิงมุมบนพื้นโลก เป็นจำนวนองศาจากจุดศูนย์กลางของโลก เมื่อนำตำแหน่งดังกล่าวมาต่อกันจะกลายเป็นแนวเส้นขนานไปกับศูนย์สูตร บางครั้งเราจึงเรียกว่า เส้นขนาดแห่งละติจูด (Parallels of Latitude) ตามปกติช่วงห่างของละติจูดแต่ละเส้นห่างกัน 1 องศา ดังนั้นจะมีทั้งหมด 180 เส้น คือ อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตร 90 เส้น ใต้เส้นศูนย์สูตร 90 เส้น

สำหรับค่าเฉลี่ยของระยะทาง 1 องศาละติจูดบนพื้นโลกเท่ากับ 110 กิโลเมตร (69 ไมล์) ส่วน ลองติจูด (Longitude) เป็นการกำหนดระยะทางเชิงมุมที่วัดจากศูนย์กลางของโลกในแนวนอนของเส้นศูนย์สูตรไปทางทิศตะวันออก หรือทิศตะวันตกจากเมริเดียนย่านกลาง (Prime Meridian) เมริเดียนย่านกลาง หรือ เมริเดียน 0 องศา ถูกกำหนดขึ้นเมื่อปี ค.ศ.1884 โดยให้ลากผ่านหอดูดาวเมืองกรีนิช ใกล้มหานครลอนดอน ประเทศอังกฤษ ส่วนแนวเส้นเมริเดียนอื่น ๆ ะเป็นแนวรัศมีออกไปทางตะวันออก และตะวันตกข้างละ 180 องศา ซึ่ง 1 องศาลองติจูด คิด