วิถีทรงกลมท้องฟ้า

ใบความรู้ เรอื่ ง วถิ ที รงกลมท้องฟ้า ทรงกลมทอ้ งฟ้า คนในสมัยก่อนได้มีการสังเกตดวงดาวบนท้องฟ้า มีการตั้งข้อสงสัยไว้เกี่ยวกับท้องฟ้า ว่า “ท้องฟ้าคืออะไร มีลักษณะแบบไหน” และอีกมากมาย จนปัจจุบันก็ได้มีแนวคิดและทฤษฎี เกี่ยวกับท้องฟ้าข้ึนมาเพื่ออธิบายเร่ืองราวเหล่านั้น “ท้องฟ้า” เป็นส่วนหน่ึงของชั้นบรรยากาศหรือ อวกาศท่สี ามารถมองเหน็ ได้จากพนื้ ผวิ โลก นก แมลง เครื่องบนิ และ ว่าว ถกู จดั วา่ บนิ อยู่ในทอ้ งฟ้า ทรงกลมท้องฟ้า เป็นทรงกลมขนานใหญ่ท่ีสมมติขึ้นมา โดยมีโลกเป็นจุดศูนย์กลาง ทรงกลม ทอ้ งฟา้ นี้จะประกอบดว้ ยดวงดาวมากมาย ตาแหน่งของดาวบนท้องฟ้าเปล่ียนแปลง (การเคลื่อนท่ีของ ทรงกลมฟ้า) เน่ืองจากการหมุนรอบตัวเองของโลก และการท่ีโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ มนุษย์ไดพ้ ัฒนา ความรู้ทางคณิตศาสตร์จากการสังเกตการณ์ท้องฟ้า มาสร้างเป็นนาฬิกาและปฏิทิน เพื่อบอกเวลา ใน ปจั จบุ นั นักดาราศาสตร์ใช้ทรงกลมท้องฟา้ เป็นเคร่ืองมือในการระบุตาแหน่งทางดาราศาสตร์ ทั้งนี้เพระ หากเราจินตนาการให้โลกเป็นศูนย์การ โดยมีทรงกลมท้องฟ้าเคลื่อนที่หมุนรอบ จะทาให้ง่ายต่อการ ระบุพกิ ัด หรือเปรียบเทียบตาแหน่งของวัตถุบนท้องฟา้ และสังเกตการเคลื่อนที่ของวตั ถุเหล่านั้นไดง้ ่าย ขนึ้ ภาพท่ี 1 จินตนาการทรงกลมท้องฟา้ ทม่ี า:https://www.pw.ac.th/emedia/media/science/lesa/1/celestial_sphere/celestial/celestial.html หากต่อแกนหมุนของโลกออกไปบนท้องฟ้าทั้งสองด้าน เราจะได้จุดสมมติเรียกว่า ขั้วฟ้าเหนือ (North celestial pole) และ ขั้วฟ้าใต้ (South celestial pole) โดยข้ัวฟ้าท้ังสอง จะมีแกนเดียวกัน กับแกนการหมุนรอบตัวเองของโลก และข้ัวฟ้าเหนือจะชี้ไปประมาณตาแหน่งของดาวเหนือ ทาให้เรามองเห็นว่า ดาวเหนือไม่มีการเคล่ือนท่ีหากขยายเส้นศูนย์สูตรโลกออกไปบนท้องฟ้าโดยรอบ เราจะได้เสน้ สมมติเรยี กวา่ เส้นศนู ยส์ ูตรฟ้า (Celestial equator) เส้นศูนย์สูตรฟา้ แบง่ ท้องฟา้ ออกเป็น

ซีกฟ้าเหนือ (Northern hemisphere)และซีกฟ้าใต้ (Southern hemisphere) เช่นเดียวกับท่ีเส้น ศูนยส์ ูตรโลก แบง่ โลกออกเปน็ ซกี โลกเหนอื และซีกโลกใต้ ส่วนประกอบของทรงกลมท้องฟ้า ที่มา: http://www.lesa.biz/astronomy/celestial-sphere/equatorial-coordinates จุดข้ัวฟ้าเหนือ (North Celestial Pole) เป็นจุดศูนย์กลางการหมุนของทรงกลมฟ้าทาง ดา้ นทศิ เหนือ (เกดิ จากการต่อแกนหมนุ ของโลกขน้ึ ไปบนท้องฟ้า) จุดข้ัวฟ้าใต้ (South Celestial Pole) เป็นจุดศูนย์กลางการหมุนของทรงกลมฟ้าทาง ดา้ นทศิ เหนอื (เกดิ จากการต่อแกนหมนุ ของโลกขึ้นไปบนทอ้ งฟา้ ) เส้นศูนย์สูตรฟ้า (Celestial Equatorial) หมายถึงเส้นวงกลมใหญ่บนทรงกลมฟ้า ซ่ึงเกิดจากการต่อ ขยายเส้นศูนยส์ ูตรโลกข้นึ ไปบนฟา้ เส้นสุริยะวิถี (Ecliptic) เป็นเส้นวงกลมใหญ่บนทรงกลมฟ้า ซ่ึงเป็นระนาบวงโคจรของโลกรอบดวง อาทิตย์ ทั้งน้ีระนาบสุริยะวิถีจะเอยี งทามุม 23.5° กับระนาบศูนย์สูตร เนื่องจากแกนหมุนของโลกเอียง 23.5° ขณะทโี่ คจรรอบดวงอาทติ ย์ วสันตวษิ ุวัต (Vernal equinox) เปน็ จุดตัดท่ี 1 ของเสน้ ศนู ย์สูตรฟา้ กบั เสน้ สุรยิ ะวถิ ี ศารทวษิ วุ ตั (Autumnal equinox) เป็นจุดตัดท่ี 2 ของเส้นศูนยส์ ูตรฟา้ กับเส้นสรุ ิยะวิถี การเคลอ่ื นทข่ี องทรงกลมท้องฟา้ เม่ือมองจากพ้ืนโลกเราจะเห็นทรงกลมท้องฟ้าเคลื่อนท่ีจากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก อย่างไรก็ตามเนื่องจากโลกของเราเป็นทรงกลม ดังนั้นมุมมองของการเคล่ือนท่ีของทรงกลมท้องฟ้า ยอ่ มขึ้นอยู่กับตาแหน่งละติจดู (เส้นรุ้ง) ของผ้สู ังเกตการณ์ เปน็ ตน้ วา่

- ถ้าผู้สังเกตการณอ์ ยบู่ นเสน้ ศูนย์สูตร หรอื ละติจดู 0° ข้ัวฟ้าเหนอื จะอยู่ท่ีขอบฟา้ ดา้ นทศิ เหนอื พอดี - ถา้ ผู้สงั เกตการณอ์ ย่ทู ลี่ ะตจิ ดู สงู ข้นึ ไป เช่น ละติจดู 13° ข้วั ฟา้ เหนอื จะอยู่สูงจากขอบฟา้ 13° - ถ้าผูส้ ังเกตการณอ์ ยูท่ ่ขี ว้ั โลกเหนือหรือละตจิ ดู 90° ข้ัวฟา้ เหนอื จะอยสู่ ูงจากขอบฟ้า 90° เราสามารถสรุปได้ว่า ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูดเท่าใด ข้ัวฟ้าเหนือจะอยู่สูงจากขอบฟ้าเท่ากับ ละตจิ ดู เทา่ นัน้

ใบกจิ กรรม เร่ือง วิถที รงกลมท้องฟา้ กิจกรรมที่ 1 เร่ือง ความหมายและสว่ นประกอบทรงกลม คาช้ีแจง ให้นกั เรียนบอกความหมายและสว่ นประกอบของทรงกลมท้องฟา้ วตั ถปุ ระสงค์ อธบิ ายความหมายและสว่ นประกอบทรงกลมท้องฟ้าได้ 1. ความหมายของทรงกรมทอ้ งฟ้า .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................ 2. ส่วนประกอบทอ้ งกรมทอ้ งฟ้า 1. 5. 2. 6. 7. 3. 4.

กิจกรรมที่ 2 เรือ่ งประดษิ ฐแ์ บบจาลองทรงกลมทอ้ งฟา้ คาช้ีแจง ใหน้ กั เรยี นประดิษฐ์แบบจาลองทรงกลมท้องฟ้าโดยใช้วัสดอุ ุปกรณท์ ี่กาหนดให้ และบันทึกผลลงในตารางบันทกึ ผล วัตถปุ ระสงค์ ประดษิ ฐ์แบบจาลองทรงกลมทอ้ งฟา้ ได้ วสั ดุ อปุ กรณ์ สาหรบั ประดษิ ฐแ์ บบจาลองทรงกลมทอ้ งฟา้ 1. ตะเกียบ 3 อนั 2. ลกู ปงิ ปอง 3 ลูก 3. กระดาษแข็ง 3 แผ่น 4. ฝาปดิ แก้วพลาสติกแบบโดม 6 ชนิ้ 5. มีดคตั เตอร์ 6. กรรไกร 7. กาว 8. เทปกาวใส่ วิธกี ารทา 1) กาหนดลกู ปงิ ปองแทนโลก สร้างเส้นศนู ย์สตู รโลก โดยใชป้ ากกาวาดเสน้ แบง่ คร่งึ ลูกปิงปอง 2) เจาะรูบนลกู ปงิ ปอง และใชต้ ะเกียบเสียบผา่ นรูทเี่ จาะไว้เพ่ือแทนแกนการหมนุ ของโลก 3) ตดิ ตกุ๊ ตาแทนตาแหนง่ ของผู้สังเกต ตามตาแหน่งละติจทู ก่ี าหนด

ลูกที1่ ตดิ ผสู้ งั เกตทเ่ี ส้นศูนย์สตู ร ลกู ที่ 2 ติดผู้สงั เกตท่ีละตจิ ดู 45 องศาเหนือ โดยติดต๊กุ ตาเหนอื เสน้ ศนู ยส์ ตู รประมาณ 45 องศา ลกู ที่ 3 ตดิ ผูส้ ังเกตท่ลี ะตจิ ดู 90 องศา โดยติดตุ๊กตาใกลก้ ับไมต้ ะเกียบประมาณ 90 องศา 4) ตกั กระดาษเปน็ วงกลม ทาเปน็ ระนาบขอบฟ้า ใหม้ ีขนาดเลก็ กวา่ ฝาแก้วพลาสติกเล็กนอ้ ย เพอ่ื ให้สามารถหมุนภายในทรงกลมได้ 5) เจาะรตู รงกลางกระดาษใหม้ ีขนาดเทา่ กลบั ลูกปงิ ปอง และระบายสีให้สวยงาม

6) กาหนดทง้ั 4 ทิศ ดงั ภาพ 7) ติดระนาบขอบฟา้ กบั ลกู ปิงปองทง้ั 3 ชุด โดยให้แนวตะเกียบอยใู่ นทศิ เหนือและทิศใต้ และ ใหต้ ุ๊กตาตง้ั ฉากกับระนาบขอบฟา้ ละตจิ ูดที่ 0 องศา ละติจูดที่ 45 องศาเหนอื ละตจิ ูดท่ี 90 องศา 8) นาพลาสตกิ ครึง่ ทรงกลม 2 ชน้ิ มาประกบกับระนาบขอบฟา้ แต่ละชุดใหร้ อตอ่ ของพลาสตกิ ครง่ึ ทรงกลมอย่ใู นแนวเดยี วกบั เสน้ ศูนย์สูตรโลก และติดดว้ ยเทปกาวใสแ่ ละ 9) วาดภาพจุด ลงบนแบบจาลองทรงกลมท้องฟา้ เพอื่ แทนดวงดาวบนทรงกลมทอ้ งฟา้

ตารางบันทกึ ผลกจิ กรรมที่ 2 คาชีแ้ จง 1. ใหน้ กั เรียนบนั ทึกผลลงในตารางบนั ทกึ ผล โดยให้นักเรียนวาดเสน้ ศนู ยส์ ูตรฟา้ และเส้น ลักษณะการเคลือ่ นที่ของดวงดาว (ลูกศร) 2. ให้นกั เรียนหมนุ แบบจาลองทรงกลมทอ้ งฟา้ ทวนเขม็ นาฬกิ า และใหผ้ ู้สังเกตทอ่ี ยู่ใน แบบจาลองทรงกลมทอ้ งฟ้าตั้งฉากกบั พน้ื วัตถปุ ระสงค์ อธิบายลกั ษณะการเคลื่อนที่ของทรงกลมทอ้ งฟ้าในแตล่ ะพ้ืนท่บี นโลกได้ ลาดับ ตาแหน่งของผสู้ งั เกต ลกั ษณะการเคล่ือนทขี่ องดวงดาว 1. เสน้ ศูนยส์ ูตร 2. เหนอื เสน้ ศูนยส์ ตู ร 3. ใตเ้ สน้ เส้นศูนยส์ ูตร 4. ขั้วโลกเหนือ 5. ขั้วโลกใต้