ขนาดของจักรวาล : Scale of the Universe [หน้า 1/3]

ขนาดของจักรวาล : Scale of the Universe [หน้า 1/3]

การกล่าวถึงขนาดของจักรวาล นั้นคือ กำลังกล่าวถึงสิ่งที่ใหญ่ที่สุด และถ้าถาม ว่าจักรวาลมีขนาดใหญ่ แค่ไหนกัน คงตอบได้ว่าลึกเข้าไปถึง 14 พันล้านปีแสง (ข้อมูลที่มนุษย์สำรวจได้ด้วยเครื่องมือขณะนี้) คำว่า 14 พันล้านปีแสง คงนึกยากอยู่เหมือนกันว่า จะอภิมหาไพศาลเพียงใด ดังนั้นจึงขยายคำตอบให้ชัดขึ้น ว่ามีสิ่งใดบ้าง บรรจุอยู่ในพื้นที่ ขนาด 14 พันล้าน ปีแสง เพื่อจะมองเห็นขนาดความยิ่งใหญ่ สัดส่วนต่างๆในจักรวาลได้ชัดเจนขึ้น อวกาศ มีความลึกและไกล ในวันนี้เชื่อว่ามีระยะทาง 14 พันล้านปีแสง เดิมที่เดียว ในอดีตจักรวาล ปรากฎขึ้นหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่ (Big bang) เริ่มจากการ ก่อตัวของดาว ดวงแรกเพียงดวงเดียว หลังจากนั้นจึงมี การวิวัฒน์อย่างสืบเนื่อง ของจักรวาล มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา และขยายตัวต่อเนื่องทุกวินาที

ระยะทางที่เราสามารถมองเห็น จากการสำรวจ มองออกไปยังท้องฟ้า กาแล็คซี่ ระยะไกล 7 พันล้านปีแสง ภาพที่เห็นกำลังแสดง กาแล็คซี่ อายุเท่ากับจักรวาลเกิดมา ครึ่งทาง คือ 6.7 พันล้านปี (จักรวาลปรากฎ หลังจากการระเบิดของ Big Bang 13.7 พันล้านปี) ถ้ามองออกไปยัง กาแล็คซี่ ระยะไกลไปอีก 12 พันล้านปีแสง ภาพที่เห็นกำลัง แสดงกาแล็คซี่ อายุเท่ากับจักรวาลเกิดมา 1.7 พันล้านปี ระยะที่ไกลไปกว่า 14 พันล้านปีแสง ไม่สามารถที่จะเห็นอะไรได้เลย ไม่มีคลื่น คลื่นแสงใดๆ เพราะเป็นเวลาก่อนจักรวาลเกิด ดังนั้นการมองออกไปข้างนอกในอวกาศ เท่ากับเห็นเหตุการณ์อดีตเพราะภาพที่ เห็นนั้น เดินทางด้วยแสงมาสู่สายตาเรา ยิ่งไกลมากยิ่งเป็นเหตุการณ์อดีตมากขึ้น ไปเรื่อยๆตามลำดับ

คำว่า ปีแสง (Light year) คือ การวัดระยะแสง (หรือการแผ่รังสีใดๆ) เดินทางใน สูญญากาศเท่ากับ 1 ปี (ของเขต Tropical zone) โดยมีความเร็ว 300,000 กม. เพราะฉะนั้นแสงเดินทาง 1 ปีเท่ากับ 9,500,000,000,000 กม. ดังนั้นเป็นเรื่องยุ่งยากมาก หากกล่าวว่า Andromeda Galaxy มีระยะทางห่างจาก โลก 23,000,000,000,000,000,000 กม. จึงต้องใช้บอกระยะทางแบบ ปีแสง เพื่อให้สะดวกต่อการเข้าใจและการเขียน ว่า Andromeda Galaxy มีระยะทางห่าง จากโลกเท่ากับ 2.3 ล้านปีแสง สำหรับ Astronomical Unit (AU) เป็นหน่วยวัดระยะทางดาราศาสตร์ คิดจากค่า เฉลี่ยระยะทางระหว่าง โลกและดวงอาทิตย์ เท่ากับ 1 AU. (150 ล้านกม. หรือ 93 ล้านไมล์) ซึ่งใช้บอกระยะทางในระบบสุริยะ เช่น ดาวพูลโต (Pluto) มีระยะ ทางห่างจากดวงอาทิตย์ 40 AU. เช่น ดวงอาิทิตย์มีระยะทางห่างจากโลก 150 ล้านกิโลเมตร แสงใช้เวลาเดินทาง มาสู่โลก 8.3 นาที เท่ากับภาพดวงอาทิตย์ มิใช่เวลาปัจจุบันเท่ากับโลก แต่เป็น เหตุการณ์อดีต ที่ผ่านมาแล้ว 8.3 นาที ในทำนองเดียวกัน Sirius ซึ่งอยู่ห่างจากตัวเรา 8 ปีแสง ระยะทางดังกล่าวเท่ากับ แสงเดินทาง 8 ปีเมื่อแสง จึงมองเห็นดาว Sirius แต่เป็นภาพของอดีต 8 ปีที่แล้ว อีกกรณี เช่น บริเวณ Orion nebula มีกลุ่มดาวเพิ่งเกิดใหม่ เมื่อ 1,500 ปี ที่ผ่าน มาเวลาบนโลกขณะนั้น คือยุคอาณาจักร Roman หากเราอยู่ในยุคนั้นไม่สามารถ เห็นกลุ่มดาวเกิดใหม่เหล่านั้นได้เลย ทั้งๆดาวนั้นปรากฏขึ้นแล้วเพราะการเดินของ แสงต้องใช้เวลา และถ้าระยะ 1,000,000 ปีแสง ของบางกาแล็คซี่ (Galaxy) ก็กำลังมองอดีตที่ ผ่านมาเท่ากับระยะ การเดินทางของแสงคือ อดีต 1,000,000 ปี มาแล้ว ไม่ว่าภาพถ่ายใดๆ ที่เราเห็นทั้งหมดของจักรวาล เป็นสิ่งปรากฏขึ้นในอดีตแต่จะ นานเพียงใด ขึ้นอยู่กับระยะ ของตำแหน่งกลุ่มวัตถุนั้นๆ

	เปรียบเทียบขนาดวัตถุใกล้ตัวและไกลตัว เริ่มจาก ระบบสุริยะ ส่วนใหญ่คงทราบดีกันอยู่แล้วว่าประกอบ ไปด้วย ดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์ต่างๆ รวมถึง วัตถุขนาดเล็ก ของระบบสุริยะลองมาเปรียบเทียบขนาด ของดาวเคราะห์ต่างๆ ที่คุ้นเคยว่ามีขนาดแตกต่าง กันอย่างไรบ้าง ระหว่างโลก ดาวศุกร์ (Venus) ดาวอังคาร (Mars) ดาวพุธ (Mercury) และดาวพูลโต (Pluto) โดยแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ

กลุ่มแรก เมื่อนำมาเปรียบเทียบเรียงขนาด ตามมาตราส่วน รวม 5 ดวง เห็นว่าโลก มีขนาดใหญ่กว่า ดาวศุกร์ เล็กน้อย ส่วนอีก 4 ดวง คือ ดาวอังคาร ดาวพุธ และ ดาวพลูโต มีขนาดเล็กกว่าลงตามลำดับ พอนำกลุ่มแรกไปเทียบมาตราส่วน กลุ่มที่สอง คือ ดาวพฤหัส (Jupiter) ดาวเสาร์์ (Saturn) ดาวยูเรนัส (Uranus) ดาวเนปจูน (Neptune) ผลปรากฎโลกเล็กไปถนัด ตาเลย ส่วน ดาวยูเรนัส ดาวเนปจูน มีขนาดกลางๆ แต่ก็ใหญ่กว่าโลกหลายเท่า ข้อสรุป เบื้องต้นในระบบสุริยะ ดาวพฤหัส เป็นดาวเคราะห์ มีขนาดใหญ่ที่สุด ส่วน ดาวพูลโต เป็นดาวเคราะห์แคระ(น้ำแข็ง) ที่มีขนาดเล็กที่สุด ซึ่งในความจริงดาว เคราะห์แคระ สำรวจพบอีกเป็นจำนวนมากในบริเวณสุดขอบสุริยะที่หนาวเย็นจัด เรียกว่าพิภพน้ำแข็ง (Ice worlds) แต่ในที่นี้ยกตัวอย่างเพียงดาวพูลโต

ถ้าลองเทียบนำมาเปรียบเทียบขนาดกันทั้งระบบสุริยะ ปรากฏว่า ดวงอาทิตย์ใหญ่ ที่สุดเป็นอันดับหนึ่ง ส่วนโลกเห็นเป็นจุดเล็กๆเท่านั้น ดาวพูลโตแทบมองไม่เห็น ทั้งหมดเป็นสัดส่วน ตามมาตราส่วน ดาวพฤหัส มีขนาดใหญ่เป็นอันดับ 2 เมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์ แต่ในกรณีเห็นจาก โลก ดาวพฤหัสกลับเล็กกว่าดวงจันทร์ด้วยซ้ำ ทั้งที่ดวงจันทร์ยังเล็กกว่าโลก ทั้งนี้ เพราะจุดมองจากโลก ดวงจันทร์ใหญ่เพราะใกล้โลก ส่วนเห็นดาวพฤหัสเล็กกว่า เพราะระยะที่ไกลกว่านั่นเอง การมองไปมองโลกจากดาวดวงอื่นก็จะเห็นขนาด โลกเล็กต่างกันไปตามระยะทางที่มองมา เช่นกัน

คราวนี้เอาดวงอาทิตย์ ไปประกวดประชันกับดวงอาทิตย์ กับระบบสุริยะอื่น จะพบ ว่าดวงอาทิตย์ ตกไปอยู่อันดับสุดท้าย ทำนองเดียวในตอนกลางคืนจะเห็น ดาว Sirius สว่างสุกใสมาก เมื่อมองจากโลก โดยมองเห็นขนาดใหญ่กว่า ดาว Arcturus ทั้งที่ดาว Sirius เล็กกว่ามาก (เทียบ ตามสัดส่วนในภาพ) เพราะว่าดาว Sirius อยู่ใกล้โลกกว่า Arcturus ความเป็นจริงดาวในจักรวาล ส่วนมากจะมีขนาดใหญ่ (ขนาดเล็กกว่าดวงอาทิตย์ ก็พบบ้างแต่น้อย และส่วนใหญ่เล็กกว่าดวงอาทิตย์ มักเป็นประเภท Hot Jupiters (ดาวมีความร้อนคล้ายดาวพฤหัส) สำหรับบางกรณีที่กล่าวว่าใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ เพราะเป็นลักษณะพัฒนาการซึ่ง มีการขยายตัว ด้วยการเผาไหม้ตนเอง ยิ่งมีขนาดใหญ่ยักษ์ เรียกว่า ดาวยักษ์ สีแดง (Red giants) บางครั้งใหญ่มากๆ เรียกว่า Supergiants ทั้งหมดนี้แสดงว่า กำลังเข้าสู่วัยชราจะกลายเป็นดาวหมดอายุขัย (The End of Stars) สิ้นสภาพ ในที่สุด สำหรับดาวกำเนิดใหม่ (Stars Birth) มีการสำรวจพบอยู่บ้างซึ่งมีขนาดใหญ่ยักษ์ มากเช่นกัน เรียกว่า Hypergiant Star อาจมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 30-70 เท่า

ตอนนี้นำมาเปรียบเทียบกับดาวอื่นๆ (ตามมาตราส่วน) ขนาดของดวงอาทิตย์เท่า กับจุดๆเดียวแทบมองไม่เห็น ดาวที่ยกตัวอย่างเปรียบเทียบป็นดาวที่นักดาราศาสตร์ รู้จักกันดี เช่น Betelgeuse - Atares - Rigel - Pollux เป็นต้น เมื่อ ค.ศ.2006 ได้สำรวจพบ ดาวขนาดยักษ์ใหญ่กว่า ระบบสุริยะมาก ที่เรียกว่า Hypergiant Star ตำแหน่งอยู่ห่างจากกาแล็คซี่ Milky Way ราว 170,000 ปีแสง บริเวณ Large Magellanic Cloud ขนาดดาว กว้างกว่าดวงอาิทิตย์ถึง 100 เท่า มีมวลมากกว่า ดวงอาทิตย์ 30-70 เท่า เป็นประเภท O stars จัดอยู่ในกลุ่มแบบ เดียวกับดาวดวงแรกในจักรวาล (First Generation of Stars) มักมีขนาดใหญ่ แต่อายุขัยจะสั้นเพียง 1-3 ล้านปีเท่านั้น ดังนั้นข้อมูลสำรวจพบ Hypergiant Star เมื่อรวมวงแหวนแล้ว มีขนาดกว้างใหญ่ กว่าระบบสุริยะทั้งระบบ นับว่าเป็นประเภทดาวที่ใหญ่ที่สุด เท่าที่มนุษย์รู้จักขณะนี้ ส่วนดาวใหญ่ยักษ์ประเภท Supergiants Star พบเมื่อเร็วๆนี้ จำนวน 7 ดวง มี ตำแหน่งอยู่ใกล้กับทางช้างเผืิอก มีใหญ่โตเช่นกัน จัดอยู่ในประเภทเดียวกับดาว ดวงแรกของ จักรวาลเีรียกว่า Blue supergiant star

กลับมาทบทวนภาพรวม ระบบสุริยะกันอีกที ว่ามีอะไรบ้างในอาณาเขตนี้นอกจาก ดาวเคราะห์ต่างๆ ซึ่งในระบบสุริยะ มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง โดยวงโคจรชั้นใน มีดาวพุธดาวศุกร์โลกและดาวอังคารตามลำดับนั้น ยังสามารถพบวัตถุอื่นๆ ได้อีก มากมาย เช่น

ระหว่างวงโคจรดาวอังคาร กับดาวพฤหัส ยังมี กลุ่มดาวเคราะห์น้อย (Asteroid) โคจรห้อมล้อมเป็นจำนวนมาก นับล้านวัตถุเรียกว่า แถบดาวเคราะห์น้อย (Main Asteroid Belt) และยังมี อีกกลุ่มใหญ่ บริเวณด้านหน้าด้านหลัง ตามแนววงโคจร ดาวพฤหัส กลุ่มนี้เรียกว่า Trojan Asteroids ดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้ มีขนาดเส้น ผ่าศูนย์กลางเล็กไม่กี่เมตร จนระดับเป็นร้อยกิโลเมตร ขนาดใหญ่ที่สุดประมาณ 1,000 กม. บางครั้งวัตถุประเภทนี้ มีอันตรายต่อโลก ด้วยการโคจรเข้าใกล้โลก ด้วยแรงดึง ดูดของดวงอาทิตย์และแรงผลักจากดาวพฤหัส หรือจากกลไกอื่นๆในระบบสุริยะ อย่างไรก็ตาม หากมีโอกาสพุ่งชนปะทะโลก หรือเฉียดโลกสามารถทราบล่วง หน้าได้อย่างน้อย 100-1,000 ปี กลุ่มวัตถุเหล่านี้ เป็นวัตถุใกล้โลก (Near-Earth Objects) ที่อาจทำอันตรายต่อโลกได้ ส่วนใหญ่มีรูปร่าง เหมือนหัวมันฝรั่ง บางส่วนมีวงโคจรที่อ่อนแอไม่เสถียรด้วยแรง เพราะขาดพลังงานจากภายในแกนของวัตถุนั้นๆเอง ถัดไประบบสุริยะชั้นนอก บริเวณใกล้แนวเส้นทางโคจรของดาวพูลโต บริเวณนั้น เรียกว่าแถบไคเปอร์ (Kuiper betl) ทั้งหมดคล้ายแผ่นแบนโดยรอบกลม มีความ หลายหลากของวัตถุ เต็มด้วยของเศษซาก น้ำแข็ง นอกนั้นยังมี ดาวหาง (Comet) ที่โคจรมาจากบริเวณเมฆออร์ต (The Oort Cloud) (ระหว่างชายแดนสุริยะ) อีกจำนวนมาก ประมาณ 1,000,000,000,000 ดวง บริเวณขอบสุริยะเชื่อว่า เป็นแหล่งกำเนิดดาวหาง เป็นจำนวนมาก มีวงโคจรระยะ ไกลมาก จากบริเวณดังกล่าวเข้าสู่ระบบสุริยะ และเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ ดังนั้นมัก จะได้รับรายงานข่าว เช่น ดาวหางโคจรเข้ามาใกล้โลกจะพบเห็นได้ใหม่ แต่ละครั้ง นับหลายสิบปีหรือนับร้อยปี ด้วยระยะไกลของวงโคจรนั่นเอง

เตรียมพร้อม เดินทางสู่การสำรวจ วิธีที่ให้ทราบ ขนาดความไกลยิ่งใหญ่ ของจักรวาลนั้น SunflowerCosmos จะชวน โดยสารไปกับยานสำรวจ Voyager2 ของ NASA มีความเร็วในอวกาศ มากกว่า 35,000 ไมล์ต่อชั่วโมง (ค.ศ.2008 ยานสำรวจ New Horizons มีความเร็วมากกว่า) พร้อมนำแผ่นบันทึก ข้อมูลทองคำ ขนาด 12 ” ไปด้วยเผื่ออาจพบอารยะธรรมที่ ไม่รู้จัก ก็อาจเป็นประโยชน์ในการบอกเล่าถึง ความเป็นอยู่ของโลกมนุษย์ แผ่นบันทึกนี้บรรจุภาพ เสียงธรรมชาติบนโลก 115 รายการ เช่น เสียงลม เสียงนก เสียงดนตรี แต่ละวัฒนธรรมแต่ละยุค บันทึกภาษาพูดของมนุษย์ 55 ภาษาพร้อม ข้อความจากประธานาธิบดีอเมริกา นอกจากนั้นยังมีข้อมูล ด้านวิศวกรรมการก่อสร้าง ข้อมูลด้านเครื่องจักรกล รูปแบบงานด้านสถาปัตยกรรม ฯลฯ ของมนุษย์บันทึกไปด้วย โดยได้ออกแบบให้ แผ่นบันทึกนี้ สามารถจะเปิดด้วยระบบต่างๆทุกระบบ เท่าที่มีอยู่ในโลกปัจจุบัน

ก่อนจะเดินทางไปกับยานสำรวจ Voyager 2 มาทำความเข้าใจกันก่อนว่า ระยะทาง ระหว่าง โลกกับดวงอาทิตย์ ประมาณ 83 ล้านไมล์ (150 ล้านกม.หรือเท่ากับ 1 AU.) แสงใช้เวลาเดินทาง 8.3 นาที แต่ยานสำรวจ Voyager 2 ใช้เวลาประมาณ 110 วัน หรือเพื่อให้มองเห็นภาพชัดขึ้น ระยะทางดังกล่าว สมมุติเดินทางด้วยรถยนต์ความ เร็ว 100 กม./ชั่วโมง โดยไม่หยุดพักจากโลกถึงดวงอาทิตย์ จะต้องใช้เวลาเดินทาง ราว 170 ปี เป้าหมายแรกการเดินทางสำรวจจักรวาล เพื่อเข้าใจความกว้างใหญ่ไพศาลของ ระบบสุริยะ จะไปยังกลุ่มดาวซึ่งใกล้โลก มากที่สุด คือ Proxima Centauri (เป็น ดาวดวงแรกถัดออกไปจากดวงอาทิตย์) อยู่ในระบบของ Alpha Centauri system สมมุติ ว่าถ้าดวงอาทิตย์เท่ากับลูกเทนนิส โลกจะมีขนาดเท่า กรวดเล็กๆ 1 เม็ด เทียบแล้วมีระยะห่าง 19 ฟิต ส่วน Proxima Centauri จะไกลจากโลกถึง 890 ไมล์

ด้วยความเร็ว 35,000 ไมล์ต่อชั่วโมง ยาน Voyager 2 มีภาระกิจใช้เวลาเดินทาง อีก 20,000 ปี ไปถึงครึ่งทางบริเวณขอบสุริยะ เพื่อสำรวจแหล่งกำเนิดดาวหาง ต่อจากนั้นจะต้องใช้เวลา อีก 20,000 ปี สู่จุดหมาย ดาว Proxima Centauri ในปี ค.ศ.41,977 จากนี้ เทียบเป็นระยะห่าง 4.3 ปีแสง รวมประมาณ 40,000 ปี ในความเป็นจริงยาน Voyager 2 ถูกส่งออกไป ตั้งแต่ ค.ศ. 1977 ใช้เวลาเดินทาง 12 ปี ถึง ดาวเนปจูน รายงานล่าสุดจาก NASA เมื่อ ค.ศ. 2003 มีระยะเดินทางห่าง จากดวงอาทิตย์แล้ว 10,657,000,000 กม. รายงานล่าสุด (30 สิงหาคม 2007) Voyager 2 ได้เดินทางไปอยู่ในตำแหน่งที่ เรียกว่า Heliosheath boundary (บริเวณปลายสุดของ พายุสุริยะปะทะกับมวล สสารระหว่างดวงดาว) เป็นชายแดนรอยต่อระบบสุริยะ กับเขตด้านนอกของ ระบบหรือเรียกว่า เขตสิ้นสุดแสงตะวัน การเดิน ยาน Voyage -2 ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ ดังนั้นภาระกิจต้องขึ้นอยู่ กับการรับพลังงานจากแสง การรับคลื่นสัญญานวิทยุ ต้องใช้เวลาการเดินทาง ของคลื่นเสียงเช่นกัน หากยิ่งไกลออกไป ยิ่งรับสัญญานได้ช้าและนานลงไป ตามลำดับ (เพียงระหว่างโลกกับดาวอังคาร การส่งสัญญานไป-กลับ ใช้เวลารวม 1 ชั่วโมง) เพียงระยะทางในบริเวณสุริยะเท่านั้น ก็ยังรู้สึกห่างไกล ใช้เวลาเป็นหมื่นปี ต่อไป จะเริ่มออกไปนอกระบบสุริยะ เพื่อไปยังขอบจักรวาล ว่าต้องใช้เวลาเดินทางนาน และยาวไกลเท่าใด ด้วยความเร็วของ ยาน Voyage -2