การเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์

การเคล่ือนท่ีของดาวเคราะห์ ในอดีต นักปราชญ์ส่วนใหญ่ เช่น พลาโต อริสโตเติล ปโตเลมี เชื่อว่า โลกคือศูนย์กลางของจักรวาล มีทรงกลมท้องฟ้าซ่ึงประดับด้วยดาวฤกษ์โคจรล้อมรอบ และมีดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ ที่มองเห็นด้วยตาเปล่า 5 ดวง โคจรล้อมรอบอยู่ภายในทรงกลมท้องฟ้าด้วยอัตราเร็วท่ีไม่เท่ากัน อย่างไรยังมี นกั ปราชญ์บางคน เช่น อริสตาร์คสั และ โคเปอร์นิคัส เชื่อว่า ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ มีโลก และดาวเคราะหท์ ้งั หลายเปน็ บริวารท้งั หลายโคจรรอบดวงอาทิตย์ จวบจนตน้ ครสิ ตศ์ ตวรรษที่ 17 กาลิเลโอ ได้พบหลักฐานที่ยืนยันว่า ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ เคปเลอรค์ น้ พบวา่ ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตยเ์ ปน็ วงรี โดยมีความเร็วในวงโคจรไม่เท่ากัน ระยะห่างจาก ดวงอาทิตย์กับคาบเวลาในการโคจรของดาวเคราะห์แต่ละดวงเป็นสัดส่วนคงที่ นิวตันได้อธิบายว่าท่ีเป็นเช่นน้ี เปน็ เพราะอทิ ธพิ ลของแรงโน้มถว่ ง 1. นยิ ามของดาวเคราะห์ ในภาษาอังกฤษคาว่า ดาวฤกษ์ (Star) และดาวเคราะห์ (Planet) เขียนแตกต่างกันชัดเจน แต่ภาษาไทยเราเรียกวัตถุที่เป็นจุดแสงทุกอย่างบนฟ้า ว่า “ดาว” ก็เลยเกิดความสับสน ตาราเก่าๆ มักบอกว่า ดาวฤกษ์เป็นดาวท่ีมีแสงในตัวเองจึงมีแสงไม่คงที่ ส่วนดาวเคราะห์ไม่มีแสงในตัวเองต้องสะท้อนแสงจากดวง อาทติ ย์ ทาใหเ้ รามองเหน็ เป็นแสงนวลมีความสว่างคงท่ี ในความเป็นจริงส่ิงท่ีกล่าวมานี้ยอมรับไม่ได้ เน่ืองจาก มดี าวฤกษ์เพียงบางดวงทม่ี คี วามสว่างไม่คงที่ เช่น ดาวแปรแสง แต่ก็ไม่สามารถตรวจวัดได้ด้วยตาเปล่า ต้องใช้ อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ตรวจวัดอย่างละเอียด การท่ีเรามองเห็นดาวกระพริบระยิบระยับนั้นเป็นเพราะ บรรยากาศของโลกแปรปรวน ในวันที่อากาศไม่ดี ไม่ว่าจะเป็นดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์ย่อมมีแสงกระพริบ ด้วยกันทั้งน้ัน เฉกเช่นเดียวกับการมองดูปลาในกระแสน้า หากเราขึ้นไปดูดาวบนยอดดอยสูงซึ่งมีบรรยากาศ บางจะพบว่า ไม่ว่าจะเป็นดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์ต่างก็ส่องแสงนวลไม่กระพริบ เราไม่สามารถจาแนกดาว ฤกษแ์ ละดาวเคราะหไ์ ดด้ ้วยวิธนี ้ี 1.1 ดาวเคราะห์ (Planet) หมายถงึ เทห์วตั ถทุ มี่ สี มบัติดังต่อไปนค้ี รบถ้วน - โคจรรอบดวงอาทิตย์ - มีมวลมากพอท่ีจะแรงโน้มถ่วงของดาวสามารถเอาชนะความแข็งของเน้ือดาว ส่งผลให้ดาวอยู่ใน สภาวะ สมดุลไฮโดรสแตตกิ (hydrostatic equilibrium; เชน่ ทรงเกอื บกลม) - สามารถกวาดเทห์วตั ถุในบรเิ วณขา้ งเคียงไปได้ 1.2 ดาวเคราะหแ์ คระ (Dwarf Planet) หมายถึง เทห์วตั ถทุ ม่ี สี มบัติดงั ตอ่ ไปนค้ี รบถ้วน - โคจรรอบดวงอาทิตย์ - มีมวลมากพอที่จะแรงโน้มถว่ งของดาวสามารถเอาชนะความแข็งของเนื้อดาว ส่งผลให้ดาวอยู่ใน สภาวะไฮโดรสแตติก (hydrostatic equilibrium; เช่น ทรงเกือบกลม) - ไม่สามารถกวาดเทห์วัตถุในบรเิ วณข้างเคียงไปได้ - ไม่ใช่ดวงจนั ทร์บริวารของดาวเคราะหอ์ น่ื ๆ

1.3 เทห์วัตถุขนาดเล็กในระบบสุริยะ (Small Solar-System Bodies) หมายถึง วัตถุอื่นๆ นอกเหนอื จากท่กี ลา่ วไปแล้ว จึงสรุปได้ว่า ในปัจจุบันระบบสุริยะมีดาวเคราะห์ 8 ดวง คือ ดาวพุธ ดาวศุกร์ โลก ดาวอังคาร ดาว พฤหสั บดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส ดาวเนปจูน และมีดาวเคราะหแ์ คระอีกหลายดวงทีร่ ู้จกั กนั ดี เช่น ดาวพลูโตเคย ถูกจัดเป็นดาวเคราะห์ดวงที่ 9 ดาวซีรีสเคยถูกจัดว่าเป็นดาวเคราะห์น้อยที่ใหญ่ท่ีสุด ดาวเอริสซึ่งมีขนาดใหญ่ กวา่ ดาวพลูโต นิยามที่แท้จริงของดาวเคราะห์คือ การเคล่ือนท่ี คาว่า “ดาวเคราะห์” หรือ “Planet” มีรากศัพท์มา จากภาษาคาว่า “Wander” ในภาษาละตินซึ่งแปลว่า ผู้สัญจร หรือ นักเดินทาง ดาวฤกษ์เป็นดาวประจาท่ี เม่ือมองจากโลกของเราจะเห็นเป็นกลุ่มดาวซึ่งมีรูปร่างคงที่ไม่เปล่ียนแปลง (ความเป็นจริงดาวฤกษ์ท้ังหลาย เคล่ือนท่ีไปตามการหมุนของกาแล็กซี ถ้าหากมองดูในช่วงเวลาพันปี ก็จะเห็นว่ากลุ่มดาวมีรูปร่างเปลี่ยนไป เล็กน้อย) ส่วนดาวเคราะห์จะเคลื่อนท่ีเปล่ียนตาแหน่งไปในแต่ละวัน ภาพท่ี 1 แสดงให้เห็นตาแหน่งของดาว อังคารบนทอ้ งฟา้ ซ่ึงเปลย่ี นทไ่ี ปในวนั เมือ่ เทยี บกบั กลุ่มดาวจักราศที ่ีอยู่ด้านหลัง ภาพท่ี 1 การเคล่อื นที่ของดาวอังคารผ่านหน้ากลุ่มดาวจกั ราศี http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ ในยุคโบราณเช่ือว่า โลกคือศูนย์กลางจักรวาล มีดาวท้ังหลายโคจรล้อมรอบจากทิศตะวันออกไปยังทิศ ตะวนั ตก ดาวท้ังหลายมตี าแหนง่ คงท่เี ปน็ รูปกลุ่มดาว ขน้ึ ตกตามเวลาที่แน่นอนของแตล่ ะฤดกู าล และเรียกดาว ประเภทนี้ว่า “ดาวฤกษ์” ส่วนดาวที่เคลื่อนท่ีเปล่ียนตาแหน่งไปบนท้องฟ้าตามแนวสุริยวิถีเรียกว่า “ดาว เคราะห์” ดังน้ันดาวเคราะห์ในยุคโบราณจึงมี 7 ดวงได้แก่ ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ดาวอังคาร ดาวพุธ ดาว พฤหัสบดี ดาวศุกร์ และดาวเสาร์ ซึ่งเป็นชื่อของวันในสัปดาห์ และเรียกกลุ่มดาวฤกษ์12 กลุ่มท่ีดาวเคราะห์ เคลื่อนทผี่ ่านวา่ “จักราศ”ี (Zodiac) ซึ่งเป็นช่ือเดอื น จนกระทั่งคริสต์ศตวรรษท่ี 16 (พุทธศตวรรษที่ 21) เม่ือโคเปอร์นิคัสและกาลิเลโอค้นพบ หลักฐานท่ี ยืนยนั ว่า ดวงอาทิตย์เปน็ ศูนยก์ ลางของระบบสุรยิ ะ มีโลกและดาวเคราะห์บรวิ ารโคจรล้อมรอบ ดาวเคราะห์ใน ยุคนนั้ จงึ เหลอื เพยี ง 6 ดวง ได้แก่ ดาวพธุ ดาวศุกร์ โลก ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์ เน่ืองจากดวง อาทติ ยถ์ กู ยกฐานะเปน็ ดาวฤกษ์ และดวงจนั ทร์ถกู ลดสถานะเป็นบริวารของโลก

ต่อมาในปี ค.ศ.1781 (พ.ศ.2324) วิลเลียม เฮอร์สเชล นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษได้ส่องกล้อง โทรทรรศน์ค้นพบดาวเคราะห์ดวงที่ 7 คือ ดาวยูเรนัส และในปี ค.ศ.1801 (พ.ศ.2344) ได้มีการค้นพบดาว เคราะห์น้อยดวงแรกช่ือ ซีรีส (Ceres) ซ่ึงนักดาราศาสตร์ก็จัดให้เป็นดาวเคราะห์ดวงท่ี 8 ตามมาด้วยการ ค้นพบ พาลาส (Pallas) จูโน (Juno) และ เวสตา (Vesta) ทาให้ภายในเวลาไม่ถึง 10 ปี สมาชิกในระบบสุริยะ ขยายตัวจาก 7 ดวงเป็น 11 ดวง ซึ่งก็อยู่ในวิสัยที่วงการยัง \"รับได้\" แต่น่ันคือหากเราเป็นนักเรียนท่ีเกิดในยุค น้นั ก็คงจะตอ้ งทอ่ งชื่อสมาชิกในระบบสุริยะว่า \"ดาวพุธ ศุกร์ โลก อังคาร ซีรีส พาลาส จูโน เวสตา พฤหัสบดี เสาร์ และ ยเู รนัส\" (ดาวเนปจูนยงั ไมพ่ บจนกระทั่งปี พ.ศ.2389) ปัญหาสมาชกิ ระบบสรุ ิยะในยุคน้นั ลกุ ลามใหญ่โต 50 ปีภายหลังจากการค้นพบซีรีสได้มีการค้นพบวัตถุ เหล่านี้เพ่ิมขึ้นรวมเป็น 15 ดวง นักเรียนยุคน้ันก็คงต้องท่องชื่อดาวเคราะห์ทั้งหมด 23 ดวง เมื่อถึงจุดน้ีนัก ดาราศาสตร์ต่างมีความเห็นตรงกนั วา่ ดาวเคราะหข์ นาดเลก็ มมี ากเกินไป ดงั นน้ั ในปี พ.ศ.1852 (พ.ศ. 2395) จึง มกี ารตงั้ นิยามเพื่อแบ่งดาวเคราะห์ในยุคนั้นออกเป็น \"ดาวเคราะห์หลัก\" (Major Planet หรือเรียกอย่างส้ันว่า Planet) และ \"ดาวเคราะห์น้อย\" (Minor Planet) ต่อมาได้มีการค้นพบแถบดาวเคราะห์น้อย (Asteroid Belt) ระหวา่ งวงโคจรของดาวอังคารและดาวพฤหัสบดี นักดาราศาสตร์จึงนิยมเรียกดาวเคราะห์น้อยขนาดเล็ก วา่ \"Asteroids\" 2. ระบบโลกเป็นศูนยก์ ลาง มนษุ ย์พยายามจะทาความเข้าใจเรือ่ งจักรวาล โดยทาการศึกษาการเคลื่อนท่ีของวัตถุท้องฟ้ามาแต่ โบราณ ประมาณ 800 ปีก่อนคริสตกาล ชาวบาบโี ลนไดส้ ร้างปฏิทนิ โดยการศกึ ษาการเคล่ือนท่ีของดาวเคราะห์ ผา่ นหนา้ กล่มุ ดาวจักราศี 12 กลมุ่ พวกเขาได้ต้ังช่ือ ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ท่ีมองเห็นด้วยตา เปลา่ ท้งั หา้ ดวง ขึ้นเป็นชื่อวันในสัปดาห์ วันอาทิตย์, วันจันทร์, วันอังคาร, ... ถึง วันเสาร์ ตามที่เราได้ใช้กันอยู่ ตราบจนทกุ วนั น้ี 600 ปีก่อนคริสตกาล พีธากอรัส (Pythagoras) นักปราชญ์ชาวกรีกได้สร้างแบบจาลองของ จักรวาล แสดงตาแหน่งของโลกต้ังอยู่ ณ ศูนย์กลางซ่ึงล้อมรอบด้วยทรงกลมฟ้า (Celestial sphere) ทรงกลม ฟา้ ซงึ่ เคลือ่ นท่ใี นทิศตรงกันข้ามกับดวงอาทิตยแ์ ละดวงจนั ทร์ ดงั ภาพท่ี 2 ภาพที่ 2 แบบจาลองระบบจักรวาลของพธี ากอรัส http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/

สองร้อยห้าสิบปีต่อมา (250 ปีก่อนคริสตกาล) อริสโตเติล นักปราชญ์ชาวกรีกผู้มีช่ือเสียง ได้ปรับปรุง แบบจาลองระบบสุริยะของพิธากอรัส โดยเพิ่มทรงกลมใสข้างในอีก 7 ช้ัน เพื่อเป็นที่ตั้งของ ดวงอาทิตย์ ดวง จันทร์ และดาวเคราะห์ที่มองเห็นด้วยตาเปล่าอีก 5 ดวง ได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์ ทรงกลมทั้งเจ็ดเคลื่อนท่ีสวนทางกับทรงกลมท้องฟ้า และเคล่ือนท่ีจากทางทิศตะวันตกไปยังทิศ ตะวนั ออกด้วยความเร็วที่แตกต่างกนั ไป อริสโตรเติลให้ความเห็นว่า ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์เป็นทรงกลมท่ี สมบูรณ์ (มีผิวเรียบ) ท้ังดาวฤกษ์ ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ต่างเคล่ือนท่ีรอบโลกซึ่งเป็น ศูนย์กลางของจักรวาล การเคล่ือนท่ีของวัตถุบนโลกมีสองชนิด คือ การเคลื่อนที่ในแนวราบเรียกว่า “แรง” (Force) สว่ นการเคล่ือนทีใ่ นแนวด่ิงเป็น “การเคล่ือนที่ตามธรรมชาติ” (Natural motion) มิได้มีแรงอะไรมา กระทา ทุกสรรพสิ่งต้องเคลื่อนท่ีเข้าหาศูนย์กลางของโลกเนื่องจาก “โลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาล” (Geocentric) ภาพที่ 3 ระบบโลกเปน็ ศูนยก์ ลางของอริสโตเติล http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ ปี ค.ศ.125 (พ.ศ.668) คลอเดียส ทอเลมี (Claudius Ptolemy) นักดาราศาสตร์ชาวกรีก ได้ปรับปรุง แบบจาลองของอริสโตรเติลให้สอดคล้องกบั ผลท่ีได้จากการสังเกตการณ์ เขาสังเกตว่า ในบางคร้ังดาวเคราะห์ เคลอ่ื นทถ่ี อยหลงั (Retrograde motion) เม่ือเทยี บกบั กลมุ่ ดาวจกั ราศีทีอ่ ยดู่ ้านหลงั ดังภาพที่ 4 ภาพที่ 4 การเคลอ่ื นทย่ี ้อนทาง (Retrograde motion) http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/

ทอเลมี เขียนตาราดาราศาสตร์ฉบับแรกของโลกช่ือ “อัลมาเจสท์” (Almagest) โดยใช้หลักการ เรขาคณิตอธิบายว่า โลกเป็นทรงกลมหยุดน่ิงอยู่กับท่ีตรงศูนย์กลางของจักรวาล มีดาวเคราะห์ท้ังเจ็ด ได้แก่ ดวงอาทติ ย์ ดวงจนั ทร์ และดาวเคราะห์ห้าดวงท่ีมองเห็นด้วยตาเปล่า เป็นบริวารโคจรล้อมรอบ ปรากฏการณ์ ดาวเคราะห์เคลื่อนที่สวนทางกับกลุ่มดาวจักราศี (Retrograde motion) เกิดข้ึนเนื่องจาก ดาวเคราะห์ท้ังเจ็ด เคล่ือนทอี่ ยูบ่ นวงกลมขนาดเล็กเรียกว่า “เอปิไซเคิล” (Epicycle) ซึ่งวางอยู่บนวงโคจรรอบโลกอีกทีหนึ่ง ดังที่ แสดงในภาพท่ี 4 ทอเลมีไม่ได้อธิบายถึงมูลเหตุของวงกลมเล็ก เขาเพียงสร้างวงกลมเล็กขึ้นเพ่ือเป็นทางออก สาหรบั คาตอบในสิง่ ที่เขาเห็น อย่างไรก็ตามแบบจาลองน้ีเป็นที่ยอมรับกันเป็นเวลาหนึ่งพันปีกว่าต่อมา ก่อนที่ จะถูกค้านโดยนโิ คลสั โคเปอรน์ ิคสั ภาพที่ 4 ระบบโลกเป็นศนู ยก์ ลางของทอเลมี http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ ในปี ค.ศ.1576 (พ.ศ.2119) ไทโค บราฮ์ (Tycho Brahe) นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กได้สร้างหอดู ดาว Uraniborg เพื่อติดต้ังควอดแดรนท์ (Quadrant) ซึ่งเป็นอุปกรณ์วัดมุมดาวขนาดรัศมี 1.96 เมตร ดัง แสดงในภาพที่ 5 เพื่อทาการวัดตาแหน่งการเคล่ือนท่ีของดาวเคราะห์อย่างละเอียด โดยมีโจฮานเนส เคป เลอร์ นักคณิตศาสตรช์ าวเยอรมันเป็นผู้ชว่ ยวิเคราะห์ข้อมลู แม้วา่ จะทาการตรวจวัดตาแหน่งของดาวเคราะห์อย่างละเอียด ไทโคก็ยังเช่ือในแบบจาลองระบบสุริยะ ของเขาว่า ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์โคจรรอบโลก โดยท่ีดาวเคราะห์ทั้งห้า ซ่ึงได้แก่ ดาวพุธ ดาวศุกร์ ดาว อังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์โคจรล้อมรอบดวงอาทิตย์ ดังท่ีแสดงในภาพท่ี 5 อย่างไรก็ตามในเวลา ต่อมาไมน่ าน เคปเลอรไ์ ด้ประกาศ กฎการเคล่ือนทข่ี องดาวเคราะห์รอบดวงอาทติ ย์

ภาพที่ 5 ระบบโลกเป็นศนู ย์กลางของไทโค http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ 3. ระบบดวงอาทิตย์เปน็ ศูนยก์ ลาง ในยุคกรีกโบราณ คนส่วนใหญ่เชื่อในระบบโลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาล (Geocentric) ของ อริสโตเติล อย่างไรก็ตามนักปราชญ์บางคนมีความคิดเห็นตรงกันข้าม อริสตาร์คัส (Aristarchus) นัก เรขาคณิตชาวกรีกแห่งเมืองอเล็กซานเดรีย (อยู่ในประเทศอียิปต์ในปัจจุบัน) ได้เสนอแบบจาลองของจักรวาล ซ่ึงมี “ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง” (Heliocentric) โดยอธิบายว่า โลกหมุนรอบตัวเองวันละ 1 รอบ จากทิศ ตะวันตกไปยังทิศตะวันออก ทาให้เรามองเห็นท้องฟ้าเคลื่อนท่ีจากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก ขณะเดียวกันโลกก็โคจรไปรอบดวงอาทิตย์ ทาให้เรามองเห็นดวงอาทิตย์เคล่ือนท่ีผ่านหน้ากลุ่มดาวจักราศีท้ัง สิบสอง อรสิ ตาร์คัสคานวณเปรียบเทียบได้ว่า ดวงอาทิตย์มีขนาดใหญ่กว่าโลก โลกอยู่ใกล้ดวงจันทร์แต่อยู่ไกล จากดวงอาทิตย์ ถึงกระนั้นก็ตามแนวความคิดน้ียังไม่เป็นที่ยอมรับของคนในยุคนั้น เพราะเป็นส่ิงที่ขัดแย้งกับ การมองเหน็ ยากต่อจินตนาการ และยังไม่มีใครพิสูจน์ได้ ประกอบกับโชคไม่ดีที่ห้องสมุดอเล็กซานเดรียถูกไฟ ใหม้ ตาราท่ีอริสตาร์คสั เขียนขึน้ ถูกทาลายจนหมดสนิ้ มีแตห่ ลักฐานที่เก่ียวข้องจากผู้ท่ีอยู่ร่วมยุคสมัยเท่าน้ันท่ี เหลืออยู่ ปี ค.ศ.1514 (พ.ศ.2057) นิโคลาส โคเปอร์นิคัส (Nicolaus Copernicus) บาทหลวงชาวโปแลนด์ เป็น ผู้มีประสบการณใ์ นการตดิ ตามการเคลอ่ื นท่ีของดาวเคราะหเ์ ป็นเวลา 20 ปี มคี วามคิดขัดแย้งกับระบบโลกเป็น ศูนย์กลาง เขาให้ความเห็นว่า การอธิบายการเคลื่อนท่ีถอยหลังของดาวเคราะห์ โดยใช้ว งกลมเล็กใน แบบจาลองของทอเลนั้น เลื่อนลอยไร้เหตุผล เขาได้เขียนหนังสือช่ือ De revolutionibus orbium coelestium (ปฏิวัติความเชื่อเรื่องท้องฟ้า) นาเสนอแนวความคิดท่ีมีระบบดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง (Heliocentric) ดงั ภาพที่ 6 อธิบายดังนี้

I. วงโคจรของดาวฤกษ์ II. วงโคจรของดาวเสาร์ III. วงโคจรของดาวพฤหัสบดี IIII. วงโคจรของดาวอังคาร V. วงโคจรของโลกและดวงจันทร์ VI. วงโคจรของดาวศกุ ร์ VII. วงโคจรของดาวพธุ จดุ ศนู ยก์ ลางคอื ดวงอาทิตย์ ภาพท่ี 6 แบบจาลองระบบสรุ ิยะของโคเปอร์นิคสั http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ หนงั สอื เลม่ นี้ซง่ึ ถอื เป็นจดุ เริ่มต้นของดาราศาสตร์ยุคใหม่ ดังน้ี ทรงกลมฟ้า (ซ่ึงเป็นท่ีต้ังของดาวฤกษ์และ ดาวเคราะห์) เคล่ือนที่รอบดวงอาทิตย์ โดยมีดวงอาทิตย์อยู่ที่ศูนย์กลางของจักรวาล ระยะทางจากโลกไปยัง ทรงกลมฟ้าอยู่ไกลกว่าระยะทางจากโลกไปยังดวงอาทิตย์ การเคลื่อนที่ปรากฏของทรงกลมฟ้าสัมพัทธ์กับเส้น ขอบฟ้าในแต่ละวนั เปน็ ผลจากการที่โลกหมุนรอบตวั เอง การเคลื่อนที่ย้อนกลับของดาวเคราะห์ (Retrograde motion) เกิดขึ้นเน่ืองจากการเคล่ือนท่ีไปตามวงโคจร ของโลกสัมพัทธ์กับการเคลื่อนท่ีไปตามวงโคจรของดาวเคราะห์ วงกลมเล็ก (Epicycle) ของทอเลมีมิได้มีอยู่

จริง โคเปอร์นิคัสอธิบายการมองเห็นการเคล่ือนที่ย้อนกลับของดาวอังคาร วงโคจรรอบดวงอาทิตย์ของโลกมี ขนาดเล็กกว่าวงโคจรของดาวอังคาร ดาวอังคารจึงต้องใช้คาบเวลาในการโคจรรอบดวงอาทิตย์นานกว่าโลก เมื่อโลกเคล่ือนท่ีแซงดาวอังคาร เราจะมองเห็นดาวอังคารเคลื่อนท่ีย้อนกลับ เมื่อเปรียบเทียบกับทิศทางการ เคลื่อนที่ของกลุ่มดาวท้ังหลายท่ีอยู่บนทรงกลมฟา้ 4. การคน้ พบของกาลิเลโอ ในตน้ ครสิ ต์ศตวรรษท่ี 17 (พุทธศตวรรษที่ 22) กาลิเลโอ กาลิเลอี (Galileo Galilei) นักวิทยาศาสตร์ ชาวอิตาลี ซ่ึงมีชีวิตอยู่ในช่วง ค.ศ.1564 - 1642 (พ.ศ.2107 - 2185) ได้นากล้องส่องทางไกลซ่ึงประดิษฐ์ คิดค้นโดยชาวฮอลแลนด์ มาประยุกต์สร้างขึ้นเป็นกล้องโทรทรรศน์ชนิดหักเหแสงเพื่อใช้ส่องดูวัตถุท้องฟ้า กาลเิ ลโอพบว่า พ้นื ผวิ ของดวงจนั ทรเ์ ตม็ ไปด้วยหลุมขรุขระ พ้ืนผวิ ของดวงอาทิตย์มีจุด (Sunspots) และมิได้ เปน็ ทรงกลมที่สมบูรณ์ (มีผวิ ราบเรียบ) ดังคาสงั่ สอนของอรสิ โตเติล ภาพท่ี 7 กาลเิ ลโอ กาลเิ ลอี http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ กาลเิ ลโอพบวา่ ดาวพฤหัสบดีมีดวงจันทร์บรวิ าร 4 ดวง เขาเฝา้ บนั ทกึ การเคล่ือนที่ของดวงจันทร์ท้งั สี่ ดว้ ยการสเกต็ รปู (ภาพที่ 7) และสรุปว่า ดวงจนั ทร์ทงั้ สม่ี ิได้โคจรรอบโลกแต่โคจรรอบดาวพฤหัสบดี สงิ่ ที่กา ลเิ ลโอค้นพบขดั แย้งกับคาสอนของอริสโตเติลท่วี า่ “โลกคอื ศนู ย์กลางของจักรวาล วัตถุท้องฟ้าทกุ อย่างโคจร รอบโลก” เม่ือกาลิเลโอใชก้ ล้องโทรทรรศน์สอ่ งมองดาวศุกร์ เขาพบว่าขนาดปรากฏของดาวศุกร์เปลี่ยนแปลงไป ในแต่ละวันคล้ายข้างขึ้นข้างแรม ขนาดของเส้ียวดาวศุกร์เปลี่ยนแปลงไปตามตาแหน่งในวงโคจรรอบดวง อาทิตย์ เมื่อดาวศุกร์โคจรอยู่ด้านเดียวกับโลก ดาวศุกร์จะปรากฏเป็นเส้ียวขนาดใหญ่ดวงจันทร์ข้ามแรม

เนื่องจากเรามองเห็นแต่ทางด้านหลังดาวศุกร์ แต่เมื่อดาวศุกร์โคจรไปอยู่อีกด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ ดาว ศุกร์จะมีขนาดเล็กลงแต่ทามุมสะท้อนแสงอาทิตย์เกือบเป็นวงกลม ดังที่แสดงในภาพที่ 8 สิ่งนี้เองที่เป็น หลกั ฐานยืนยันว่าท้ังโลกและดาวศกู รต์ า่ งโคจรรอบดวงอาทิตย์ ภาพที่ 8 ภาพปรากฏของดาวศุกร์ http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ การค้นพบของกาลเิ ลโอจะถูกตอ้ งตรงความเป็นจรงิ แตข่ ดั แยง้ กบั คาสง่ั สอนของศาสนาในยุคนั้น ตารา ที่เขาเขียนจึงถูกอายัดและตัวเขาเองก็ถูกจองจาอยู่กับบ้านจนวันตาย จนกระท่ังสามร้อยปีต่อมาในเดือน ตุลาคม ค.ศ.1992 (พ.ศ.2535) โบสถ์แห่งสานักวาติกันได้ออกมาแถลงการณ์ยอมรับข้อผิดพลาดที่ปฏิบัติต่อ กาลิเลโอ กาลิเลโอ มิได้เป็นเพียงนักดาราศาสตร์ผู้เฝ้าสังเกตการณ์แต่ยังเป็นนักฟิสิกส์ยุคใหม่อีกด้วย อริสโตเติลเคยอธิบายว่า “การที่ส่ิงของตกลงสู่พ้ืนดินน้ัน เป็นเรื่องของการเคลื่อนที่ตามธรรมชาติ โดยไม่มี เร่ืองของแรงมาเก่ียวข้อง หากเป็นเพราะโลกเป็นศูนย์กลางของจักรวาล ทุกสิ่งจึงต้องเคล่ือนท่ีเข้าสู่ ศูนย์กลางของโลก” กาลิเลโอคิดแตกต่างออกไป เขาเชื่อว่าการท่ีวัตถุตกลงสู่พ้ืนนั้นเป็นเพราะมีแรงมา กระทาต่อวตั ถุ กาลเิ ลโอไดท้ าการทดลอง ณ หอเอนแห่งเมืองปิซา เพ่ือพิสูจน์ให้เห็นว่า วัตถุต่างขนาดตกลง สู่พื้นโลกโดยใช้เวลาเท่ากัน แนวความคิดน้ีถูกนาไปพัฒนาเป็นกฎแรงโน้มถ่วงโดย เซอร์ไอแซค นิวตัน นัก คณติ ศาสตร์ชาวองั กฤษในยุคต่อมา

5. กฎของเคปเลอร์ ภาพท่ี 9 โจฮานเนส เคปเลอร์ http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ หลังจากท่ีกาลิเลโอพิสูจน์ว่า ระบบดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของระบบสุริยะ (Heliocentric) เป็น ความจรงิ นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ยังปักใจว่า วงโคจรของดาวเคราะห์เป็นรูปวงกลมที่สมบูรณ์ จึงไม่มีใคร สามารถพยากรณ์ตาแหน่งของดาวเคราะห์ล่วงหน้าได้ถูกต้อง จนกระท่ัง โจฮานเนส เคปเลอร์ (Johannes Kepler) นักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันซึ่งมีชีวิตอยู่ในระหว่าง ค.ศ.1571 – 1630 (พ.ศ.2114 - 2173) ได้ทา การวิเคราะห์ข้อมูลตาแหน่งของดาวเคราะห์ ซ่ึงได้มาจากการตรวจวัดอย่างละเอียดโ ดย ไทโค บรา เฮ (Tycho Brahe) นักดาราศาสตร์ประจาราชสานักเดนมาร์ก ผู้มีชื่อเสียงในยุคนั้น (แต่ไทโคคงยังเชื่อใน ระบบโลกเป็นศูนย์กลาง) แล้วทาการทดลองด้วยแบบจาลองทางคณิตศาสตร์ เคปเลอร์พบว่า ผลของการ คานวณซ่ึงถือเอาวงโคจรเป็นรูปวงกลมไม่สอดคลอ้ งกบั ข้อมูลทไี่ ด้จากการสังเกตการณ์ แต่สอดคล้องกับการ คานวณซึ่งถือเอาวงโคจรเป็นรูปวงรี ในปี ค.ศ.1609 (พ.ศ.2152) เคปเลอร์ได้ประกาศกฎข้อที่ 1 (กฎของ วงรี) “ดาวเคราะหโ์ คจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงรี โดยมีดวงอาทิตยอ์ ยู่ทโ่ี ฟกัสจดุ หนงึ่ ” ภาพที่ 10 วงโคจรของดาวเคราะห์เปน็ วงรี http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/

หมายเหต:ุ การสร้างวงรี สามารถทาไดโ้ ดย 2 วิธคี ือ วิธีขึงเชอื ก สร้างสามเหล่ียมระหวา่ งจุดโฟกัส 2 จดุ และปลายดนิ สอ จากนั้นลากดนิ สอรอบจุดโฟกสั โดยใหเ้ สน้ เชือกตรึงอยู่ตลอดเวลา ดงั ภาพที่ 11 และ วิธภี าคตัดกรวย ในภาพที่ 12 ภาพท่ี 11 การสร้างวงรี http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ ภาพที่ 12 ภาคตัดกรวยชนดิ ตา่ งๆ http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ ในปีเดียวกัน เคปเลอร์พบว่า ความเร็วในวงโคจรของดาวเคราะห์มิใช่ค่าคงท่ี ดาวเคราะห์เคล่ือนที่ เร็วขึ้นเม่ือเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ และเคล่ือนท่ีช้าลงเม่ือออกห่างจากดวงอาทิตย์ เคปเลอร์ประกาศกฎข้อท่ี 2 (กฎของพ้นื ที่เทา่ กัน) “เม่อื ดาวเคราะหเ์ คล่ือนทตี่ ามวงโคจรไปในแต่ละช่วงเวลา 1 หน่วย เส้นสมมติท่ีลาก โยงระหว่างดาวเคราะห์กบั ดวงอาทิตย์ จะกวาดพื้นที่ในอวกาศได้เทา่ กนั ”

ภาพท่ี 13 พน้ื ทีท่ ี่กวาดไปช่วงเวลาทเี่ ทา่ กนั ยอ่ มมีขนาดเทา่ กนั http://www.lesa.biz/astronomy/cosmos/ เก้าปีต่อมา ในปี ค.ศ.1618 (พ.ศ.2161) เคปเลอร์พบว่า พ้ืนที่ของคาบวงโคจรของดาว เคราะห์ (คาว่า “พ้ืนท่ี” หมายถึง กาลังสอง) จะแปรผันตาม ปริมาตรของระยะห่างจากดวงอาทิตย์เสมอ (คาว่า “ปริมาตร” หมายถึง กาลังสาม) หรือพูดอย่างง่ายว่า “กาลังสองของคาบวงโคจรของดาวเคราะห์ รอบดวงอาทิตย์ จะแปรผันตาม กาลังสามของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ เม่ือนาค่ายกกาลังสองของคาบวง โคจรของดาวเคราะห์ p2 มาหารด้วย ค่ากาลังสามของระยะห่างจากดวงอาทิตย์ a3 จะได้ค่าคงท่ีเสมอ (p2/a3 = k, k เป็นค่าคงที่) มิว่าจะเป็นดาวเคราะห์ดวงใดก็ตาม กฎข้อท่ี 3 น้ีเรียกว่า “กฎฮาร์มอนิก” (Harmonic Law)