บทที่5 เอกภพ

เอกภพ

 

 

เอกภพ หรือ จักรวาล (Universe) เป็นระบบที่ใหญ่ที่สุดและไร้ขอบเขต และเป็นห้วงอวกาศที่เต็มไปด้วยดวงดาวจำนวนมหาศาล ซึ่งเราจะเรียกดวงดาวที่เกาะกันเป็นกลุ่มว่า กาแล็กซี  และในแต่ละกาแล็กซี ก็จะมีระบบของดาวฤกษ์ กระจุกดาว เนบิวลา หลุมดำ อุกกาบาต ฝุ่นผง กลุ่มก๊าซ และที่ว่างอยู่รวมกันอยู่ ซึ่งก็โลกอยู่ในกาแล็กซีหนึ่ง ที่เรียกกันว่า กาแล็กซีทางช้างเผือก นั่นเอง

 

เอกภพวิยาในอดีต

1.เอกภพของชาวสุเมเรียน

2.เอกภพของกรีก

3.เอกภพของเคปเลอร์

4.เอกภพของกาลิเลโอ

1.เอกภพของชาวสุเมเรียนเเละบาบิโลน

ในยุคเริ่มต้นประวัติศาสตร์ของมนุษย์โลกในช่วงเวลาประมาณ 7,000 ปีก่อนคริตศักราช นักประวัติศาสตร์เชื่อว่าได้มีชนชาติที่มีอารยะธรรมอาศัยอยู่ในบริเวณตอนกลางของทวีปเอเชียกลางซึ่งในปัจจุบันนี้คือประเทศอิรัก ดินแดนนี้เป็นที่รู้จักกันดีของนักประวัติศาสตร์ว่าคือดินแดน “เมโสโปเตเมีย (Mesopotamia)” ชนที่อยู่ในยุคสมัยนั้นได้เรียกตนเองว่า “ชาวสุเมอเรี่ยน (Sumerian)” ชาวสุเมอเรี่ยนได้ริเริ่มประดิษฐ์คิดค้นการเขียนอักษรที่มีชื่อเรียกว่า “cuneiform” เพื่อสื่อความหมายต่างๆลงบนแผ่นดินเหนียว ต่อมาทำให้นักประวัติศาสตร์ได้รู้ว่าชาวสุเมอเรียนนั้นเป็นกลุ่มชนที่มีอารยะธรรมสูง ในบันทึกนี้นักประวัติศาสตร์ได้มีการค้นพบการบันทึกตำแหน่งของดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ต่างๆในท้องฟ้าพร้อมกับมีการตั้งชื่อให้กับกลุ่มดาวต่างๆในท้องฟ้าอีกด้วย นอกจากนี้ชาวสุเมอเรี่ยนยังได้อธิบายการเคลื่อนที่ของดวงดาวต่างๆในท้องฟ้าโดยมีความเชื่อว่าเป็นเพราะเทพเจ้าต่างๆที่ปกครองโลก ท้องฟ้า และแหล่งน้ำต่างๆบันดาลให้เป็นไปเช่นนั้น  จากหลักฐานทางประวัติศาสตร์นี้จะเห็นได้ว่าโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดที่ส่งผลกระทบต่อชาวสุเมอเรี่ยนก็คือท้องฟ้าและดวงดาวต่างๆ ดังนั้นแบบจำลองของเอกภพของชาวสุเมอเรี่ยนก็คือห้วงท้องฟ้าทั้งหมดที่มีดาวฤกษ์และดาวเคราะห์ต่างๆเคลื่อนที่ไปตามเวลาโดยมีโลกเป็นจุดศูนย์กลางของการเคลื่อนที่ทั้งหมด

2.เอกภพของกรีก

 ชาวกรีกได้ประยุกต์ความรู้ทางคณิตศาสตร์ในเรื่องจำนวนและเรขาคณิตในการพัฒนาแบบจำลองเอกภพ “อริส โตเติล” เป็นชาวกรีกคนแรกที่พบว่า โลกมีลักษณะเป็นทรงกลม นอกจากนี้ “อริส ตาร์คัส” เป็นบุคคลแรกที่ระบุว่า โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นจุดศูนย์กลาง และโลกจะโคจรครบรอบ1 ปี ในเวลา 1 ปี ทำให้แบบจำลองของชาวกรีกมีลักษณะที่อธิบายได้ทางเรขาคณิต

3.เอกภพของเคปเลอร์

ไทโค บราเฮ (Tycho Brahe, ค.ศ.1546 – ค.ศ.1601) นักดาราศาสตร์ชาวฮอลแลนด์ได้ทำการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ต่างๆและจดบันทึกตำแหน่งอย่างละเอียดทุกวันเป็นเวลานับสิบปี ผลจากการสังเกตของเขานี้ทำให้เขาไม่เชื่อในคำอธิบายการโคจรของดาวเคราะห์ต่างรอบดวงอาทิตย์ของโคเปร์นิคัสที่ว่าดาวเคราะห์ต่างๆเคลื่อนที่รอบๆดวงอาทิตย์เป็นรูปวงกลมสมบูรณ์แบบ แต่ผลงานการสังเกตการณ์และสรุปผลนี้ยังไม่เป็นผลสำเร็จเขาก็ได้มาเสียชีวิตไปเสียก่อน แต่อย่างไรก็ตามเขาได้มอบบันทึกของการสังเกตนี้ให้แก่ผู้ช่วยของเขาซึ่งเป็นชาวเยอรมัน คือ โยฮัน เคปเลอร์ (Johannes Kepler, ค.ศ. – ค.ศ. )” ดังนั้นจึงทำให้เคปเลอร์ได้ทำการสังเกตการณ์เพิ่มเติมแล้วจึงได้ตั้งแบบจำลองเอกภพที่ได้อธิบายการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ต่างๆเอาไว้ว่า ดวงอาทิตย์ยังคงเป็นจุดศูนย์กลางการเคลื่อนที่ของระบบโดยที่ดาวฤกษ์ต่างๆจะอยู่ในตำแหน่งประจำที่ ส่วนดาวเคราะห์ต่างๆจะโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นรูปวงรีไม่ใช่วงโคจรรูปวงกลมสมบูรณืแบบดังที่แสดงอยู่ในแบบจำลองของโคเปอร์นิคัส และดวงอาทิตย์จะตั้งอยู่ที่จุดโฟกัสจุดหนึ่งของวงโคจรรูปวงรีนั้น นอกจากนั้นเคปเลอร์ยังพบว่าการอธิบายข้อมูลของไทโคบราเฮด้วยแบบจำลองของเขาจะมีความถูกต้องแม่นยำต่อข้อมูลมากกว่าการอธิบายด้วยแบบจำลองของโคเปอร์นิคัสด้วย

4.เอกภพของกาลิเลโอ

  กาลิเลโอเป็นชาวอิตาลี เป็นคนแรกที่ได้ใช้กล้องโทรทัศน์ เพื่อการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ แบบจำลองของกาลิเลโอเชื่อว่า ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ โดยมีดาวเคราะห์ต่างๆ เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์เป็นวงกลม แบบจำลองของเขาเป็นแบบจำลองที่มีขนาดไม่จำกัด ซึ่งเชื่อว่ายังมีวัตถุอื่นที่อยู่ไกลกว่าดาวเสาร์ ต่อมา “เซอร์ ไอแซก นิวตัน” ค้นพบว่า ลักษณะการโคจรของดาวเคราะห์เกิดจากผลของแรงโน้ม ทำให้ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ยอมรับกฎการเคลื่อนที่ดาวเคราะห์ 3 ข้อ ของเคปเลอร์

กำเนิดเอกภพ

 

สิ่งที่ควรรู้

- เอกภพมีความกว้างใหญ่ไพศาล ประกอบด้วย กาเเล็กซี ประมาณเเสนล้านกาเเล็กซี

- เเต่ละกาเเล็กซีมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 100000 ปีเเสง

- 1ปีเเสง คือ ระยะทางที่เเสงใช้เวลาในการเดินทาง 1ปี มี ค่าประมาณ 9.5 ล้านล้านกิโลเมตร

- ทฤษฎีที่ใช้ในการอธิบายการเกิดของเอกภพ ได้เเก่ทฤษฎีบิกเเบง

ทฤษฎีบิกเเบง

ทฤษฎี “บิกแบง” เป็นทฤษฎีกำเนิดเอกภพที่เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของเอกภพและเวลาได้อธิบายว่า เอกภพเริ่มจากพลังงานเปลี่ยนสสาร จากขนาดเล็กเป็นขนาดใหญ่ จากอุณหภูมิสูงเป็นอุณหภูมิต่ำ สสารที่เกิดขึ้นครั้งแรกเป็นอนุภาคมูลฐานชนิดต่างๆ  จากนั้นอนุภาคเหล่านี้จึงรวมตัวกันกลายเป็นอะตอมของไฮโดรเจนและฮีเลียม ซึ่งมีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนกลายเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ มนุษย์และสิ่งมีชัวิตต่างๆ

หลักฐานสนับสนุน Big Bang

 

 

 

การขยายตัวของเอกภพจากการศึกษากาแล็กซีที่มีขนอดใหญ่้ที่สุด ที่อยู่ใหล้โลก คือ กาแล็กซีแอนโดรมีนา ซึ่งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 2 ล้านปีแสง และกาแล็กซีอื่น ๆ พบว่า แต่ละกาแล็กซีกำลังเคลื่อนตัวออกห่างกันไปเรื่อย ๆ ทุกทิศทาง นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบได้จากการเปลี่ยนแปลงเส้นสเปกตรัมของแสง ที่ได้รับที่บ่งบอกว่าากำลังเคลื่อนที่ออกไป นันเป็นสิ่งที่แสดงให้เห็น ว่า เอกภพก็มีการขยายตัวออกไปเรื่อย ๆ เช่นเดียวกัน

 

อุณหภูมิพื้นหลังของเอกภพ

การค้นพบอุณหภูมิของเอกภพในปัจจุบัน หรืออุณหภูมิพื้นหลัง  เป็นการค้นพบโดยบังเอิญโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกา  2  คน คือ อาร์โน เพนเซียส  และ   โรเบิร์ต วิลสัน แห่งห้องปฏิบัติการเบลเทเลโฟน  เมื่อปีพ.ศ.2508  ขณะนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองคน กำลังทดสอบระบบเครื่องรับสัญญาณของกล้อง โทรทรรศน์วิทยุ ปรากฏว่ามีสัญญาณรบกวนตลอดเวลา ไม่ว่าจะเป็นกลางวันหรือกลางคืน หรือฤดูต่างๆ แม้เปลี่ยนทิศทาง และทำความสะอาดสายอากาศแล้วก็ยังมีสัญญาณรบกวนอยู่เช่นเดิม ต่อมาทราบภายหลังว่าเป็นสัญญาณที่เหลืออยู่ในอวกาศเทียบได้กับพลังงานของการแผ่รังสีของวัตถุดำ ที่มีอุณหภูมิประมาณ 2.73 เคลวินหรือประมาณ – 270 องศาเซลเซียสในขณะเดียวกัน โรเบิร์ต ดิกกี พี.เจ.อีพี เบิลส์ เดวิด โรลล์ และ เดวิด วิลคินสัน แห่งมหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน         ได้ทำนายมานานแล้วว่า การแผ่รังสีจากบิกแบงที่เหลืออยู่ในปัจจุบันน่าจะตรวจสอบได้ โดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุดังนั้นการพบพลังงานจากทุกทิศในปริมาณที่เทียบได้กับพลังงานการแผ่รังสี ของวัตถุดำที่ประมาณ 2.73 เคลวิน จึงเป็นอีกข้อหนึ่งที่สนับสนุน ทฤษฎีบิกแบงได้เป็นอย่างดี

 กฏฮับเบิล

 

กาแล็กซี

          คือ อาณาจักรหรือระบบของดาวฤกษ์จำนวนนับแสนล้านดวง อยู่รวมกันด้วยแรงโน้มถ่วงระหว่างมวลสารทั้งหมดที่อยู่ภายในกาแล็กซีกับหลุมดำมวลยวดยิ่งที่แก่นกลางของกาแล็กซี กาแล็กซีต่างๆ เกิดขึ้นหลังบิกแบงประมาณ 1000 ล้านปี กาแล็กซีที่สำคัญซึ่งมีระบบสุริยะเป็นสมาชิกอยู่ ได้แก่ แอนโดรเมลา เป็นต้น นักดาราศาสตร์แบ่งกาแล๊กซีออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆคือ

1.กาแล็กซีปกติ ซึ่งกาแล็กซีปกตินี้จะแบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่ม

 - กาแล็กซีรี มีรูปร่างค่อนข้างเรียบ มรการกระจายแสงของดาวฤกษ์อย่างสม่ำเสมอ ใช้รหัสว่า E

 - กาแล็กซีชนิดกังหัน เป็นกาแล็กซีที่มีใจกลางสว่าง ตรงกลางมีดาวฤกษ์หนาแน่น เรียกว่า ใจกลางกาแล็กซี ใช้รหัสว่า S

 - กาแล็กซีลูกสะบ้า มีรูปร่างคล้ายเลนส์ อยู่ระหว่างกาแล็กซีรีและกาแล็กซีชนิดกังหัน มีใจกลางสว่าง ใช้รหัสว่า SO

2. กาแล็กซีไม่มีรูปร่าง

 

 

1.  กาแล็กซีรูปเกลียวหรือกาแล็กซีแบบกังหัน ( Spiral Galaxies )

          กาแล็กซี่ชนิดนี้จะมีรูปร่างลักษณะกลมแบนมีส่วนที่คล้ายแขนยืดออกมา ซึ่งดูแล้วจะมีลักษณะคล้ายกังหันที่กำลังหมุน  ภายในเต็มไปด้วยมวลสสารของดวงดาว และประกอบไปด้วยกระจุกดาวจำนวนมาก ซึ่งเพียงพอต่อการก่อตัวเป็นดาวดวงใหม่ โดยดวงดาวที่มีอายุน้อยมักจะพบมากบริเวณ แขนของกาแล็กซี่แบบกังหัน ส่วนกลุ่มดาวเก่าแก่มักมีกระจุกดาวแบบทรงกลมอยู่ในบริเวณกระเปาะ ของกาแล็กซี่  การแล็กซี่ทางช้างเผื่อกอันเป็นที่ตั้งของโลกก็ถูกจัดให้เป็นกาแล็กซี่แบบ นี้

2. กาแล็กซีรูปกลมรี   ( Elliptical Galaxies )

   
กาแล็กซี่ในแบบนี้มักจะมีทั้งรูปร่างกลมและรี กาแล็กซี่แบบนี้มักจะประอบไปด้วยดาวที่มีอายุมาก บางดวงใกล้จะใกล้จะดับ ศูนย์กลางของกาแล็กซี่จะเคลื่อนที่ช้าๆ แทบจะสังเกตไมใออกว่ามันกำลังเคลื่อนที่อยู่  โดยรูปร่างของมันมีตั้งแต่กลมไปจนถึงรี มวลรัศมีคล้ายกระเปาะของกาแล็กซี่แบบกังหัน โดยรูปร่างจะมีความสัมพันธ์กับการหมุนของมันหากหมุนช้าก็จะมีรูปร่างค่อน ข้างกลม แต่หากหมุนเร็วก็จะมีรูปร่างค่อนข้างรี 3. กาแล็กซีคานรูปเกลียว( Barred Spiral  Galaxies  )

มีลักษณะคล้ายกาแล็กซี่แบบกังหันแต่ตรงกลางเป้นกระเปาะกลมมีแขนที่ยื่นออกมา ในแนวขวางพาดผ่านกาแล็กซี่ซึ่งดูคล้ายกับคาน โดยแถบแนวขวางดังกล่าวเกิดจากการเคลื่อนไหวของกลุ่มก๊าซดวงดาวภายใน Barred Spiral  Galaxies   เอง4.กาแล็กซีคล้ายเลนซ์ ( Lenticular Galaxies )

มีลักษณะคล้ายกาแล็กซี่แบบกังหันแต่ไม่มีลักษณะของการเคลื่อนที่แบบดวงแบบ กาแล็กซี่กังหัน มักถูกเรียกอีกชื่อว่ากาแล็กซี่รูปเกลียว ดาวส่วนใหญ่ในกาแล็กซี่นี้เป็นดาวเก่าแก่ที่ไม่มีการพัฒนาแล้ว จะมีดาวเกิดใหม่ในกาแล็กซี่นี้เป็นจำนวนน้อย  ส่วนใหญ่จะมีลักษณะกลมแบนดูคล้ายเลนส์

5. การแล็กซี่วิทยุ(Radio galaxies)

          มีรูปร่างเป็นลอนขนาดใหญ่มีการเปล่งคลื่นวิทยุออกมาสู่ด้านนอกกาแล็กซี่ทำ ฃให้มองเห็นคล้ายกับว่ากาแล็กซี่ดังกล่าวได้แยกออกจากกัน คลื่นที่ถูกเปล่งออกมาเป็นคลื่นวิทยุที่มีความรุนแรงมาก  กาแล็กซี่ชนิดนี้เป็นกาแล็กซี่แบบแอคทีฟซึ่งมีการแผ่รังสีออกมา
6. กาแล็กซีไร้รูปร่าง  ( Irregular Galaxies )   

  เป็นกาแล็กซี่ที่มีรูปร่างแตกต่างกับกาแล็กซี่ในชนิดอื่นๆ ไม่มีรูปร่างที่แน่ชัด