ทรงกลมฟ้า

ขอบเขตทรงกลมรอบท้องฟ้า

หน้าที่ 1 || 2

2.1ทรงกลมฟ้า

        ทรงกลมฟ้า (Celestial sphere) หมายถึง ทรงกลมสมมติขนาดใหญ่ มีรัศมีอนันต์ โดยมีโลกอยู่ที่จุดศูนย์กลาง  มนุษย์ในอดีตจินตนาการว่า โลกถูกห่อหุ้มด้วยทรงกลมฟ้า ซึ่งประดับด้วยดาวฤกษ์ (Star) และเข้าใจว่า ดาวฤกษ์เหล่านี้อยู่ห่างจากโลกด้วยระยะทางเท่ากัน เท่ากับรัศมีของทรงกลมฟ้า ทรงกลมฟ้าหมุนรอบโลก 1 รอบ ใช้เวลา 1 วัน  ทำให้เรามองเห็นดาวฤกษ์เคลื่อนที่ไปตามทรงกลมท้องฟ้าด้วยอัตรา 15 องศาต่อชั่วโมง (360°/24 ชั่วโมง = 15°)
        ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่บนท้องฟ้าตามแนวสุริยวิถี  กลุ่มดาว 12 กลุ่มที่อยู่ตามแนวสุริยวิถีเรียกว่า จักรราศี                                ในแต่ละเดือนดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ผ่านหน้าจักราศี ซึ่งเป็นกลุ่มดาวประจำเดือน ยกตัวอย่าง ในเดือนกันยายนดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ผ่านหน้ากลุ่มดาวหญิงสาวหรือราศีกันย์  ดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ผ่านจักราศีทั้งสิบสองใช้ระยะเวลา 1 ปี ด้วยเหตุนี้หนึ่งปีจึงมี 12 เดือน (360°/12 เดือน = 30 วัน)
        มนุษย์สังเกตเห็น ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์​ และดาวสว่างห้าดวงที่มองเห็นด้วยตาเปล่า ได้แก่ ดาวอังคาร ดาวพุธ ดาวพฤหัสบดี ดาวศุกร์ และดาวเสาร์ เคลื่อนที่ในแนวจักราศี ด้วยทิศทางและอัตราเร็วไม่คงที่  จึงเรียกดาวทั้งเจ็ดดวงนี้ว่า ดาวเคราะห์ (Planet) ซึ่งเป็นชื่อของวันทั้งเจ็ดในสัปดาห์ 
         เราจะเห็นได้ว่า การที่มนุษย์เฝ้าสังเกตการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ดาวฤกษ์ และดาวเคราะห์ ในทรงกลมท้องฟ้า นำไปสู่การกำหนดเวลาในนาฬิกาและปฏิทิน ซึ่งถือได้ว่าเป็นภูมิปัญญาของมนุษย์มาแต่โบราณ  อย่างไรก็ตามการศึกษาเรื่องทรงกลมท้องฟ้าไม่ใช่เป็นการศึกษาเรื่องในอดีต แต่เป็นการศึกษาข้อเท็จจริงในปัจจุบัน ซึ่งต้องอาศัยมุมมองทั้งสองย่างคือ มุมมองจากโลกซึ่งมองเห็นทรงกลมฟ้าเคลื่อนที่รอบโลก และมุมมองจากอวกาศซึ่งโลกหมุนรอบตัวเองและโคจรรอบดวงอาทิตย์

1.พิกัดขอบฟ้า


        พิกัดขอบฟ้า (Horizontal coordinates) เป็นระบบพิกัดซึ่งใช้ในการวัดตำแหน่งของวัตถุท้องฟ้า โดยถือเอาตัวของผู้สังเกตเป็นศูนย์กลางของทรงกลมฟ้า โดยมีจุดและเส้นสมมติบนทรงกกลมฟ้าแสดงใน


คำอธิบาย: http://www.lesa.biz/_/rsrc/1431501021911/astronomy/celestial-sphere/horizon-coordinates/celestial_sphere.jpg?height=320&width=279
ระบบพิกัดขอบฟ้า ที่มา : http://www.lesa.biz/astronomy/celestial-sphere

 


■ทิศทั้งสี่ ประกอบด้วย ทิศเหนือ (North) ทิศตะวันออก (Earth) ทิศใต้ (South) ทิศตะวันตก (West) เมื่อหันหน้าเข้าหาทิศเหนือ ด้่านหลังเป็นทิศใต้ ซ้ายมือเป็นทิศตะวันตก ขวามือเป็นทิศตะวันออก
■จุดเหนือศีรษะ (Zenith) เป็นตำแหน่งสูงสุดของทรงกลมฟ้า ซึ่งอยู่เหนือผู้สังเกต
■จุดใต้เท้า (Nadir) เป็นตำแหน่งต่ำสุดของทรงกลมฟ้า ซึ่งอยู่ใต้เท้าของผู้สังเกต  
■เส้นขอบฟ้า (Horizon) หมายถึง แนวเส้นขอบท้องฟ้าซึ่งมองเห็นจรดพื้นราบ หรืออีกนัยหนึ่งคือ  เส้นวงกลมใหญ่บนทรงกลมฟ้าที่อยู่ห่างจากจุดเหนือศีรษะ ทำมุม 90° กับแกนหลักของระบบขอบฟ้า
■เส้นเมอริเดียน (Meridian) เป็นเส้นสมมติบนทรงกลมฟ้าในแนวเหนือ-ใต้ ซึ่งลากผ่านจุดเหนือศีรษะ


การวัดมุมในระบบพิกัดขอบฟ้าประกอบด้วย มุมทิศ​ และ มุมเงย
■มุมทิศ (Alzimuth)​ เป็นมุมในแนวราบ ซึ่งวัดจากทิศเหนือ (0°) ไปตามเส้นขอบฟ้าในทิศตามเข็มนาฬิกา ไปยังทิศตะวันออก (90°) ทิศใต้ (180°) ทิศตะวันตก (270°) และกลับมาที่ทิศเหนือ (360°) อีกครั้งหนึ่ง ดังนั้นมุมทิศจึงมีค่าระหว่าง (0° - 360°)
■มุมเงย (Altitude) เป็นมุมในแนวดิ่ง ซึ่งนับจากเส้นขอบฟ้า (0°) สูงขึ้นไปจนถึงจุดเหนือศีรษะ (90°) ดังนั้นมุมทิศจึงมีค่าระหว่าง (0° - 360°) ดังนั้นมุมเงยจึงมีค่าระหว่าง (0° - 90°)
เมื่อมองดูตำแหน่งดาวในภาพที่ 2 จะเห็นว่า ดาวมีพิกัดขอบฟ้า มุมทิศ 250° มุมเงย 45° ทั้งนี้ในการวัดระยะห่างของดาวบนท้องฟ้าจะเป็นระยะเชิงมุม


คำอธิบาย: http://www.lesa.biz/_/rsrc/1306803536003/astronomy/celestial-sphere/horizon-coordinates/altazimuth.jpg
การวัดมุมทิศ-มุมเงย  ที่มา : http://www.lesa.biz/astronomy/celestial-sphere                       

2. การเคลื่อนที่ของทรงกลมฟ้า

ดวงดาวบนท้องฟ้าอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางที่แตกต่างกัน กลางวันและกลางคืนเกิดจากการหมุนรอบตัวเองของโลก มิใช่การหมุนของทรงกลมฟ้า ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ยังคงใช้ทรงกลมท้องฟ้า เป็นเครื่องมือในการระบุตำแหน่งทางดาราศาสตร์ เพราะ ง่ายต่อการระบุพิกัด หรือเปรียบเทียบตำแหน่งของวัตถุท้องฟ้า และสังเกตการเคลื่อนที่ของวัตถุเหล่านั้นได้ง่ายขึ้น


คำอธิบาย: http://www.lesa.biz/_/rsrc/1432186890512/astronomy/celestial-sphere/celestial-motion/celes_sp_polar.jpg?height=289&width=320
จินตนาการจากอวกาศ ที่มา :  http://www.lesa.biz   

          
พิจารณาภาพ
 ■หากต่อแกนหมุนของโลกออกไปบนท้องฟ้าทั้งสองด้าน เราจะได้จุดสมมติเรียกว่า “ขั้วฟ้าเหนือ” (North celestial pole) และ “ขั้วฟ้าใต้” (South celestial pole) โดยขั้วฟ้าทั้งสองจะมีแกนเดียวกันกับแกนการหมุนรอบตัวเองของโลก และขั้วฟ้าเหนือจะชี้ไปประมาณตำแหน่งของดาวเหนือ ทำให้เรามองเห็นเหมือนว่า ดาวเหนือไม่มีการเคลื่อนที่
 ■ขยายเส้นศูนย์สูตรโลกออกไปบนท้องฟ้าโดยรอบ เราจะได้เส้นสมมติเรียกว่า “เส้นศูนย์สูตรฟ้า” (Celestial equator)   เส้นศูนย์สูตรฟ้าแบ่งท้องฟ้าออกเป็น “ซีกฟ้าเหนือ” (North hemisphere) และ “ซีกฟ้าใต้” (South hemisphere) เช่นเดียวกับที่เส้นศูนย์สูตรโลกแบ่งโลก ออกเป็นซีกโลกเหนือ และซีกโลกใต้


คำอธิบาย: http://www.lesa.biz/_/rsrc/1306572906381/astronomy/celestial-sphere/celestial-motion/celes_mer_eq.gif
จินตนาการจากพื้นโลก  ที่มา :  http://www.lesa.biz

พิจารณาภาพที่ 2.2
 ■ เนื่องจากเราอยู่บนพื้นผิวโลก จึงมองเห็นทรงกลมฟ้าได้เพียงครึ่งเดียว และเรียกแนวที่ท้องฟ้าสัมผัสกับพื้นโลกรอบตัวเราว่า “เส้นขอบฟ้า” (Horizon)  ซึ่งเป็นเสมือน เส้นรอบวงบนพื้นราบ ที่มีตัวเราเป็นจุดศูนย์กลาง
■หากลากเส้นโยงจากทิศเหนือมายังทิศใต้ โดยผ่านจุดเหนือศีรษะ จะได้เส้นสมมติซึ่งเรียกว่า
“เส้นเมอริเดียน”  (Meridian)
 ■หากลากเส้นเชื่อมทิศตะวันออก-ทิศตะวันตก โดยให้เส้นสมมตินั้นเอียงตั้งฉากกับขั้วฟ้าเหนือตลอดเวลาจะได้ “เส้นศูนย์สูตรฟ้า”  ซึ่งแบ่งท้องฟ้าออกเป็นซีกฟ้าเหนือและซีกฟ้าใต้  หากทำการสังเกตการณ์จากประเทศไทย ซึ่งอยู่บนซีกโลกเหนือ จะมองเห็นซีกฟ้าเหนือมีอาณาบริเวณมากกว่าซีกฟ้าใต้เสมอ


คำอธิบาย: http://www.lesa.biz/_/rsrc/1306572906381/astronomy/celestial-sphere/celestial-motion/celes_eq.gif
ผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูด 0° ที่มา :  http://www.lesa.biz


เมื่อมองจากพื้นโลก จะเห็นทรงกลมท้องฟ้าเคลื่อนที่จากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก เนื่องจากโลกของเราเป็นทรงกลม ดังนั้นมุมมองของการเคลื่อนที่ของทรงกลมท้องฟ้า ย่อมขึ้นอยู่กับตำแหน่งละติจูด (เส้นรุ้ง) ของผู้สังเกตการณ์  เป็นต้นว่า ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่บนเส้นศูนย์สูตร หรือละติจูด 0°    ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่ที่ขอบฟ้าด้านทิศเหนือพอดี 


คำอธิบาย: http://www.lesa.biz/_/rsrc/1431507141735/astronomy/celestial-sphere/celestial-motion/celes_bkk.jpg?height=186&width=200 
ผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูด 13°      ที่มา :  http://www.lesa.biz
คำอธิบาย: http://www.lesa.biz/_/rsrc/1306572906381/astronomy/celestial-sphere/celestial-motion/celes_pole.gif?height=200&width=186
ผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูด90° ที่มา :  http://www.lesa.bizภาพเคลื่อนไหว

ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูดสูงขึ้นไป เช่น ละติจูด 13°    ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่สูงจากขอบฟ้า 13° (ภาพบน) ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ขั้วโลกเหนือ หรือละติจูด 90°   ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่สูงจากขอบฟ้า 90° (ภาพล่าง)                เราสามารถสรุปได้ว่า ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูดเท่าใด  ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่สูงจากขอบฟ้าเท่ากับละติจูดนั้น

หน้าที่ 1 || 2

 


ผู้จัดทำ นางมาลินี ศิริจารี

Email : malinee@rajsima.ac.th