เรื่อง ดาวหางฮัลเลย์ (Halley's Comet)
ฟิสิกส์สำหรับครูวิทยาศาสตร์ 1
เรื่อง ดาวหางฮัลเลย์ (Halley's comet)
หลายครั้งที่หลายคนต่างมองดูบนท้องฟ้าแล้วพูดขึ้นมาว่า..จะมีอะไรบ้างที่เกิดขึ้นนอกโลกที่แสนจะสวยงามของเราใบนี้อีกบ้างหรือไม่ ในสมัยก่อนประวัติศาสตร์คนเหล่านั้นมักกล่าวกันว่า ดวงดาวและดวงอาทิตย์คือสิ่งที่อยู่บนสวรรค์นอกโลก ชาวเมโสโปเตเมียเชื่อว่าดวงดาวที่อยู่บนท้องฟ้านั้นคือ เทพเจ้า ดังนั้นจึงมีการสร้างสถานที่สำหรับจดบันทึกการขึ้นและตกของดวงอาทิตย์ ซึ่งกว่าหนึ่งร้อยปีมาแล้วที่ชาวเมโสโปเตเมียได้มีการบันทึกสิ่งที่เกิดขึ้นผ่านแผ่นดินเหนียว ซึ่งสิ่งเหล่านี้ถือได้ว่าเป็นจุดเริ่มต้นในการศึกษาการเคลื่อนที่ของดวงดาวในทางดาราศาสตร์ที่เป็นกระบวนการมากยิ่งขึ้น และเมื่อหลายศตวรรษมาแล้วที่ดาวหางถูกมองว่าเป็นสิ่งที่เลวร้ายบอกลางร้าย เมื่อถึงปลายยุคกลางการปรากฏของดางหางปลุกความกลัวและความเกรงขาม สิ่งเหล่านี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์อย่าง เอ็ดมันด์ ฮัลเลย์ (Edmond Halley)พยายามศึกษาเรื่องหลายต่างๆเหล่านี้ ในปีค.ศ.1695 ได้ค้นคว้าศึกษาเกี่ยวกับการพบเห็บเห็นดาวงหางในช่วงเวลาต่างๆ ซึ่งฮัลเลย์ได้พบว่า ดาวหางยี่สิบสี่ดวงที่มีเส้นทางผ่านท้องฟ้าของดาวเหล่านั้นที่มีรายละเอียดมากพอที่จะกำหนดดาวโคจรอย่างคราวๆได้ ที่สำคัญที่พบคือดาวหางสามดวงใช้วงโคจรเดียวกันซึ่งโคจรรอบดวงอาทิตย์ทุก 76 ปี ฮัลเลย์มีความมั่นใจในข้อสันนิฐานของตนเป็นอย่างมาก ซึ่งก็เป็นไปตามความคาดหมายของฮัลเลย์ การค้นพบของฮัลเลย์ทำให้ความคิดในแง่ต่างๆที่เกี่ยวกับดาวหางในสมัยก่อนนั้นเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง
ดาวหางฮัลเลย์ (อังกฤษ: Halley's Comet) มีชื่อตามระบบดาวหางอย่างเป็นทางการว่า 1P/Halley ตั้งชื่อตาม เอ็ดมันด์ ฮัลเลย์ ผู้ซึ่งคำนวณคาบโคจรและทำนายการปรากฏตัวของดาวหางได้อย่างถูกต้องเป็นครั้งแรก ดาวหางฮัลเลย์มีคาบโคจรรอบละประมาณ 75-76 ปี นับเป็นดาวหางแบบมีคาบโคจรที่มีชื่อเสียงที่สุด แม้ในทุกศตวรรษจะมีดาวหางคาบยาวอื่นๆ อีกหลายดวงที่สว่างกว่าและสวยงามมากกว่า แต่ดาวหางฮัลเลย์นับเป็นดาวหางคาบสั้นเพียงดวงเดียวที่มีความสว่างมากจนสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และเป็นดาวหางที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเพียงดวงเดียวที่หวนกลับมาให้เห็นได้อีกในช่วงชีวิตของคนๆ หนึ่ง ดาวหางฮัลเลย์โคจรเข้ามายังระบบสุริยะชั้นในครั้งล่าสุดเมื่อปี ค.ศ. 1986 และจะกลับมาอีกครั้งในราวกลางปี ค.ศ. 2061
ทางโคจรของดาวหางฮัลเลย์เปรียบเทียบกับทางโคจรของดาวเคราะห์
โลกและดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ เคลื่อนที่ รอบดวงอาทิตย์ไปในทางเดียวกัน คือ จากทิศตะวันตกไปทิศตะวันออก และระนาบทางโคจร ของดาวเคราะห์เอียงเป็นมุมน้อยๆ กับระนาบทางโคจรของโลก ดาวเคราะห์จึงปรากฏอยู่ใกล้ๆ เส้นทางที่ดวงอาทิตย์ผ่าน ซึ่งเรียกว่า สุริยวิถี บางครั้งดาวเคราะห์จะอยู่บนเส้นนี้ได้ด้วย แต่ดาวหางฮัลเลย์มีระนาบทางโคจร เอียงประมาณ ๑๖๒ องศา กับระนาบทางโคจรของโลก ดังนั้น เมื่อเทียบกับวงโคจร ของดาวเคราะห์ จึงเห็นว่า ดาวหางฮัลเลย์วิ่งสวนทาง คือ เคลื่อนที่จากทิศตะวันออกไปทิศตะวันตก โดยใช้เวลาส่วนใหญ่ อยู่ใต้ระนาบทางโคจรของโลก และเนื่องจาก วงโคจรของดาวหางฮัลเลย์เป็นรูปรีมาก ทำให้จุดศูนย์กลางของวงโคจรอยู่ห่างจุดโฟกัส ซึ่งดวงอาทิตย์อยู่ เป็นระยะทาง ae เท่ากับ ๑๗.๓๕๑๙ หน่วยดาราศาสตร์ ดังนั้น เมื่ออยู่ไกลดวงอาทิตย์ที่สุด จะห่างจากดวงอาทิตย์ เป็นระยะทาง a + ae หรือ ๓๕.๒๙๑ หน่วยดาราศาสตร์ นั่นคือ ใกล้กว่าระยะของดาวพลูโต แต่ไกลกว่าระยะของดาวเนปจูน ในขณะที่ ระยะใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดคือ a - ae มีระยะทาง เท่ากับ ๐.๕๘๗ หน่วยดาราศาสตร์ หรือประมาณ ๑๑๕ ล้านกิโลเมตร ซึ่งอยู่ระหว่าง วงโคจรของดาวพุธกับดาวศุกร์ เป็นที่น่าสังเกตว่า จุดที่ดาวหางฮัลเลย์เคลื่อนที่ผ่าน จากใต้ระนาบทางโคจรของโลกไปเหนือระนาบทางโคจรของโลก ที่เรียกว่า จุดโหนดขึ้นกับจุดโหนดลง (descending node) คือ จุดที่ดาวหางเคลื่อนที่ จากเหนือระนาบทางโคจรของโลก ไปใต้ระนาบทางโคจรของโลก จุดโหนดทั้งสองเป็นจุดที่อยู่ใกล้ๆ กับทางโคจรของโลก
การศึกษาวงโคจร
วงโคจรของดาวหางแห่งปี 1680 เข้ากันกับกราฟแบบพาราโบลาแสดงในหนังสือ Principia ของไอแซก นิวตัน
แม้ดาวหางจะได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวัตถุท้องฟ้า แต่การเคลื่อนที่ของมันบนท้องฟ้ายังเป็นหัวข้อถกเถียงกันต่อมาอีกนับศตวรรษ แม้เมื่อโยฮันเนส เคปเลอร์ ได้พิสูจน์ในปี ค.ศ. 1609 แล้วว่าดาวเคราะห์ทั้งหลายต่างเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ในวงโคจรรูปวงรี แต่เขาก็ยังไม่แน่ใจว่ากฎเกณฑ์นี้จะใช้กับการเคลื่อนที่ของวัตถุอื่น ๆ ได้หรือไม่ เขาเชื่อว่าดาวหางเดินทางเป็นเส้นตรงไปท่ามกลางหมู่ดาวเคราะห์ กาลิเลโอ กาลิเลอี ผู้เชื่อมั่นในทฤษฎีของโคเปอร์นิคัสอย่างแข็งขัน ก็ไม่เห็นด้วยกับแนวคิดของไทโค และกลับเชื่อถือแนวคิดของอริสโตเติลมากกว่า ว่าดาวหางเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงผ่านไปในบรรยากาศชั้นบน
บุคคลแรกที่เสนอแนวคิดว่ากฎของเคปเลอร์สามารถใช้ได้กับการเคลื่อนที่ของดาวหาง ได้แก่ วิลเลียม โลเวอร์ ในปี ค.ศ. 1610 หลายทศวรรษต่อจากนั้น นักดาราศาสตร์มากมายเช่น ปิแยร์ เปติต์ (Pierre Petit), โจวันนี โบเรลลิ (Giovanni Borelli), เอเดรียน โอโซต์ (Adrien Auzout), โรเบิร์ต ฮุค(Robert Hooke), โจฮัน แบบติสต์ ไคแซท (Johann Baptist Cysat) และโจวันนี โดเมนีโก กัสซีนี ต่างสนับสนุนว่าดาวหางเคลื่อนผ่านดวงอาทิตย์เป็นเส้นโค้งแบบวงรีหรือพาราโบลา ในขณะที่นักดาราศาสตร์อื่น ๆ เช่น คริสเตียน ฮอยเกนส์ และโยฮันเนส เฮเวเลียส ยังคงสนับสนุนแนวคิดว่าดาวหางเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง[35]
ข้อถกเถียงนี้คลี่คลายเมื่อดาวหางสว่างดวงหนึ่งถูกค้นพบโดย กอตฟรีด เคียช เมื่อวันที่ 14 พฤศจิกายน ค.ศ. 1680 นักดาราศาสตร์ทั่วทั้งยุโรปพากันติดตามเส้นการเดินทางของดาวหางดวงนี้เป็นเวลาหลายเดือน ปี ค.ศ. 1681 นักบวชชาวแซกซอนชื่อ จอร์จ ซามูเอล โดเฟล (Georg Samuel Doerfel) พิสูจน์ได้ว่าดาวหางเป็นวัตถุท้องฟ้าที่เคลื่อนที่บนเส้นทางพาราโบลาโดยมีดวงอาทิตย์เป็นจุดโฟกัส ต่อมาในปี 1687 ไอแซก นิวตัน ได้เขียนในหนังสือ Principia Mathematica พิสูจน์ว่าวัตถุที่เคลื่อนที่ไปภายใต้กฎกำลังสองผกผัน (inverse square law) ของแรงโน้มถ่วงในเอกภพ จะต้องมีเส้นทางเป็นวงรีเหมือนภาคตัดของกรวย เขายังพิสูจน์ได้ด้วยว่าเส้นทางดาวหางบนท้องฟ้าเข้ากันพอดีกับเส้นโค้งแบบพาราโบลา โดยใช้ดาวหางปี 1680 เป็นตัวอย่างการคำนวณ
ปี ค.ศ. 1705 เอ็ดมันด์ ฮัลเลย์ ได้นำวิธีคิดของนิวตันมาใช้ศึกษาวัตถุท้องฟ้าแปลกประหลาดที่มีลักษณะคล้ายดาวหาง ปรากฏบนฟ้าระหว่างปี ค.ศ. 1337 - 1698 เขาสังเกตพบว่าในจำนวนนี้มีดาวหางสามดวง คือในปี ค.ศ. 1531, 1607 และ 1682 มีลักษณะการเคลื่อนที่เป็นเส้นโค้งที่ใกล้เคียงกันมาก เขาอธิบายว่าความแตกต่างของเส้นทางไปเล็กน้อยนั้นเกิดจากผลของแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ เมื่อเขาเชื่อมั่นว่าดาวหางทั้งสามนั้นเป็นดวงเดียวกัน จึงคำนวณและทำนายว่ามันจะต้องกลับมาปรากฏตัวอีกครั้งในราวปี ค.ศ. 1758-9 (ก่อนหน้านั้น โรเบิร์ต ฮุค เคยประกาศว่าดาวหางแห่งปี 1664 เป็นดวงเดียวกับปี 1618[38] และฌอง-โดมินิค กัสซีนี ก็คิดว่าดาวหางในปี 1557, 1665 และ 1680 เป็นดวงเดียวกัน แต่ทั้งสองคนคาดการณ์ผิด) การคำนวณของฮัลเลย์ได้รับการทบทวนจากนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส 3 คน คือ อเล็กซิส ไคลโรต์ (Alexis Clairaut) , โจเซฟ ลาลังเด (อังกฤษ: Joseph Lalande) , และ นิโคล-รีน เลอโปต์ (อังกฤษ: Nicole-Reine Lepaute), ได้ผลว่าดาวหางจะปรากฏตัวในปี ค.ศ. 1759 โดยมีความคลาดเคลื่อนเพียง 1 เดือน ครั้นเมื่อดาวหางกลับมาปรากฏตรงตามการคำนวณจริง ๆ ดาวหางดวงนั้นจึงได้ชื่อว่า ดาวหางฮัลเลย์ (ชื่อตามระบบการตั้งชื่ออย่างเป็นทางการคือ 1 พี/ฮัลเลย์) มันจะมาปรากฏตัวอีกครั้งในปี ค.ศ. 2061
ในบรรดาดาวหางคาบสั้นซึ่งมีการเฝ้าสังเกตการณ์หลายครั้งตามบันทึกประวัติศาสตร์ ดาวหางฮัลเลย์เป็นดาวหางที่โดดเด่นเป็นพิเศษ เพราะมันมีความสว่างมากจนสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เมื่อการพิสูจน์วงโคจรของดาวหางฮัลเลย์ทำได้สำเร็จ ก็มีการค้นพบดาวหางรายคาบเพิ่มขึ้นอีกมากมายด้วยกล้องโทรทรรศน์ ดาวหางดวงที่สองที่สามารถค้นพบคาบการโคจรคือดาวหางเองเคอ (ชื่อตามระบบอย่างเป็นทางการคือ 2P/Encke) ช่วงปี ค.ศ. 1819-1821 นายแพทย์และนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ โยฮัน ฟรานซ์ เองเคอ (อังกฤษ: Johann Franz Encke) ได้คำนวณวงโคจรของดาวหางที่ปรากฏตัวในปี 1786, 1795, 1805 และ 1818 และสรุปว่ามันเป็นดาวหางดวงเดียวกัน เขาสามารถทำนายการกลับมาปรากฏตัวอีกครั้งได้อย่างถูกต้องในปี ค.ศ. 1822 ครั้นถึง ค.ศ. 1900 มีดาวหาง 17 ดวงที่ถูกเฝ้าสังเกตการณ์และพบว่ามันผ่านเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดมากกว่าหนึ่งครั้ง จึงจัดหมวดให้เป็นดาวหางรายคาบ เดือนเมษายน พ.ศ. 2549 มีดาวหางรายคาบรวมแล้ว 175 ดวง แม้จะมีหลายดวงที่แตกสลายหรือสูญหายไปเสียแล้ว ในตารางประเภทวัตถุท้องฟ้า ดาวหางจะใช้สัญลักษณ์แทนที่ด้วย
ขอขอบคุณข้อมูลทั้งหมดจาก
http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%94%E0%B8%B2%E0%B8%A7%E0%B8%AB%E0%B8%B2%E0%B8%87
กำลังปรับปรุงเนื้อหาส่วนนี้
ปล.บทความนี้มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อทำให้ฟิสิกส์เป็นเรื่องที่น่าสนใจและนำมาพูดคุยกันได้เหมือนกับแฟชั่น บันเทิงต่างๆ จึงอาจจะไม่เน้นในเรื่องของเนื้อหาทางฟิสิกส์ แต่จะเน้นในส่วนของการสื่อสารในแบบฉบับของผู้เขียน หากมีข้อผิดพลาดรบกวนขอคำแนะนำด้วยครับ ขอขอบพระคุณมา ณ โอกาสนี้ด้วย
เนื้อหายังไม่จบโปรดติดตามตอนต่อไป...
พันเทพ กู่นอก
วรุฒ ไข่ชัยภูมิ
ณัฐวุฒิ เมฆสุวรรณ
ความเห็น (3)
ฟิสิกส์...มีความสำคัญมากๆๆ นะคะ
สวัสดีค่ะท่าน
พันเทพ กู่นอก หวังว่าท่านคงจะสบายดีนะคะ
เป็นคนที่ชอบมองท้องฟ้าเหมือนกัน และคิดว่าวันนี้ จะมีอะไรบนท้องฟ้าบ้างนะ
อยากรู้ว่า Halley คำนวณอย่างไร (หลักการ) กระบวนการเรียนรู้เรื่องนี้เป็นอย่างไรบ้าง เพิ่มเติมรูปภาพ ให้เห็นชัดเจนด้วยจะดีมากครับ ...... ลืมถามไปว่า นี่ใช่งานที่จะส่งอาจารย์ไหมครับ