ทรงกลมท้องฟ้า

   คนในสมัยโบราณเชื่อว่า ดวงดาวทั้งหมดบนท้องฟ้าอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางเท่าๆ กัน โดยดวงดาวเหล่านั้นถูกตรึงอยู่บนผิวของทรงกลมขนาดใหญ่เรียกว่า “ทรงกลมท้องฟ้า” (Celestial sphere) โดยมีโลกอยู่ที่ศูนย์กลางของทรงกลม   ทรงกลมท้องฟ้าหมุนรอบโลกจากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก โดยที่โลกหยุดนิ่งอยู่กับที่ไม่เคลื่อนไหว 

              นักปราชญ์ในยุคต่อมาทำการศึกษาดาราศาสตร์กันมากขึ้น จึงพบว่า ดวงดาวบนท้องฟ้าอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางที่แตกต่างกัน กลางวันและกลางคืนเกิดจากการหมุนรอบตัวเองของโลก มิใช่การหมุนของทรงกลมท้องฟ้า ดังที่เคยเชื่อกันในอดีต  อย่างไรก็ตามในปัจจุบันนักดาราศาสตร์ยังคงใช้ทรงกลมท้องฟ้า เป็นเครื่องมือในการระบุตำแหน่งทางดาราศาสตร์ ทั้งนี้เป็นเพราะหากเราจินตนาการให้โลกเป็นศูนย์กลาง โดยมีทรงกลมท้องฟ้าเคลื่อนที่หมุนรอบ จะทำให้ง่ายต่อการระบุพิกัดหรือเปรียบเทียบตำแหน่งของวัตถุบนท้องฟ้าและสังเกตการเคลื่อนที่ของวัตถุ เหล่านั้นได้ง่ายขึ้น

จินตนาการจากอวกาศ


ภาพที่ 1 ทรงกลมท้องฟ้า

              • หากต่อแกนหมุนของโลกออกไปบนท้องฟ้าทั้งสองด้าน เราจะได้จุดสมมติเรียกว่า “ขั้วฟ้าเหนือ” (North celestial pole) และ “ขั้วฟ้าใต้” (South celestial pole) โดยขั้วฟ้าทั้งสองจะมีแกนเดียวกันกับแกนการหมุนรอบตัวเองของโลก และขั้วฟ้าเหนือจะชี้ไปประมาณตำแหน่งของดาวเหนือ ทำให้เรามองเห็นว่า ดาวเหนือไม่มีการเคลื่อนที่
              • หากขยายเส้นศูนย์สูตรโลกออกไปบนท้องฟ้าโดยรอบ เราจะได้เส้นสมมติเรียกว่า “เส้นศูนย์สูตรฟ้า” (Celestial equator)   เส้นศูนย์สูตรฟ้าแบ่งท้องฟ้าออกเป็น “ซีกฟ้าเหนือ” (Northern hemisphere) และ “ซีกฟ้าใต้” (Southern hemisphere) เช่นเดียวกับที่เส้นศูนย์สูตรโลกแบ่งโลกออกเป็นซีกโลกเหนือ และซีกโลกใต้


ภาพที่ 2 เส้นสมมติบนทรงกลมท้องฟ้า

จินตนาการจากพื้นโลก

              • ในความเป็นจริงเราไม่สามารถมองเห็นทรงกลมท้องฟ้าได้ทั้งหมด  เนื่องจากเราอยู่บนพื้นผิวโลก จึงมองเห็นทรงกลมท้องฟ้าได้เพียงครึ่งเดียว และเรียกแนวที่ท้องฟ้าสัมผัสกับพื้นโลกรอบตัวเราว่า “เส้นขอบฟ้า” (Horizon)  ซึ่งเป็นเสมือน เส้นรอบวงบนพื้นราบ ที่มีตัวเราเป็นจุดศูนย์กลาง
              • หากลากเส้นโยงจากทิศเหนือมายังทิศใต้ โดยผ่านจุดเหนือศรีษะ จะได้เส้นสมมติซึ่งเรียกว่า “เส้นเมอริเดียน”  (Meridian)
              • หากลากเส้นเชื่อมทิศตะวันออก-ทิศตะวันตก โดยให้เส้นสมมตินั้นเอียงตั้งฉากกับขั้วฟ้าเหนือตลอดเวลา จะได้ “เส้นศูนย์สูตรฟ้า”  ซึ่งแบ่งท้องฟ้าออกเป็นซีกฟ้าเหนือและซีกฟ้าใต้  หากทำการสังเกตการณ์จากประเทศไทย ซึ่งอยู่บนซีกโลกเหนือจะมองเห็นซีกฟ้าเหนือมีอาณาบริเวณมากกว่าซีกฟ้าใต้เสมอ

การเคลื่อนที่ของทรงกลมท้องฟ้า
              เมื่อมองจากพื้นโลกเราจะเห็นทรงกลมท้องฟ้าเคลื่อนที่จากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก  อย่างไรก็ตามเนื่องจากโลกของเราเป็นทรงกลม ดังนั้นมุมมองของการเคลื่อนที่ของทรงกลมท้องฟ้า ย่อมขึ้นอยู่กับตำแหน่งละติจูด(เส้นรุ้ง) ของผู้สังเกตการณ์  เป็นต้นว่า
              • ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่บนเส้นศูนย์สูตร หรือละติจูด 0°    ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่ที่ขอบฟ้าด้านทิศเหนือพอดี  (ภาพที่ 3)
              • ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูดสูงขึ้นไป เช่น ละติจูด 13°    ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่สูงจากขอบฟ้า 13° (ภาพที่ 4)
              • ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ขั้วโลกเหนือ หรือละติจูด 90°   ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่สูงจากขอบฟ้า 90° (ภาพที่ 5)

              เราสามารถสรุปได้ว่า ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูดเท่าใด  ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่สูงจากขอบฟ้าเท่ากับละติจูดนั้น


ภาพที่ 3 ละติจูด 00 N

              ผู้สังเกตการณ์อยู่ที่เส้นศูนย์สูตร (ละติจูด 00)
              ดาวเหนืออยู่บนเส้นขอบฟ้าพอดี
              ดาวขึ้น – ตก ในแนวในตั้งฉากกับพื้นโลก


ภาพที่ 4 ละติจูด 130 N

              ผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ กรุงเทพ ฯ (ละติจูด 130 N)
              ดาวเหนืออยู่สูงเหนือเส้นขอบฟ้า 130
              ดาวขึ้น – ตก ในแนวเฉียงไปทางใต้ 130


ภาพที่ 5 ละติจูด 900  N

              ผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ขั้วโลกเหนือ (ละติจูด 900 N)
              ดาวเหนืออยู่สูงเหนือเส้นขอบฟ้า 900
              ดาวเคลื่อนที่ในแนวขนานกับพื้นโลก