เอกภพ

บทที่ 5 เอกภพ

ระบบสุริยะ ดวงอาทิตยเ์ ปน็ ดาว ฤกษ์ 1ใน แสนล้านดวง ในกาแล็กซี

กาแลก็ ซี ทางช้างเผือกเปน็ 1 ใน กาแล็กซนี บั พนั ในกระจุก กาแล็กซี

กาแล็กซี (GALAXY) คือ ระบบทกี่ ว้างใหญ่ไพศาล ประกอบด้วยดาว ฤกษ์ กระจุกดาวฤกษ์ ก๊าซและฝุน่ ท้องฟ้า ทเ่ี รยี กวา่ เนบวิ ลา และทวี่ า่ งเปลา่ รวมกนั อย่ภู ายใต้ระบบเดียวกัน เพราะมีแรงโน้มถว่ งซ่งึ กนั และกัน จาแนกลกั ษณะของกาแล็กซี ได้ 4 พวกดงั นี้ 1. กาแล็กซกี ลมรีรูปไข่ ( ELLIPTICAL GALAXIES ) มลี กั ษณะกลมกลางสว่าง เป็นรูปไขท่ ่ีมคี วามแบนต่างกันต้ังแต่ อี7 ( แบนมาก ) ถงึ อี0 ( ไม่แบนเลย )

2. กาแล็กซีกน้ หอย หรอื แบบกงั หนั ( SPIRAL GALAXIES ) มีบรเิ วณตรงกลาง สว่างและมีแขน แยกออกเป็น 3 ระดบั ดังน้ี 1 ) จดุ ตรงกลางสว่าง มีแขนหลาย แขนใกล้ชดิ กัน เรียกว่า สไปรลั เอส เอ 2 ) จดุ กลางสวา่ งไมม่ าก มแี ขนหลวมๆ เรียกวา่ สไปรลั เอส บี เช่น กาแล็กซีทางช้างเผอื กและแอนโดรเมดา้ 3 ) จุดกลาง ไม่เด่นชดั มีแขนแยกออกจากกัน เรียกวา่ สไปรัล เอส ซี

3. กาแล็กซกี ้นหอยคาน ( BARRED SPIRAL GALAXIES ) มลี ักษณะทีม่ ีแกนเปน็ ศูนย์กลาง ท่ปี ลายของแกนทง้ั สองข้างมีแขนต่อออกไปเป็นกงั หนั แบ่งไดเ้ ป็น 3 ระดบั ดังน้ี 1 ) แกนกลางและแขนสว่างชดั เจน เรียกวา่ เอส บี เอ 2 ) แกนกลาง สว่างไมม่ าก และ มีแขนหลวมๆ เรียกว่า เอส บี บี 3 ) แกนกลางไม่ชัดเจน และ มี แขนหลวมๆทแี่ ยกจากกนั เรียกวา่ เอส บี ซี

4. กาแล็กซีไรร้ ูปร่าง ( IRREGULAR GALAXIES ) มีลกั ษณะทแ่ี ตกต่างไปจาก 3 แบบข้างตน้ มีอย่นู ้อยมากในเอกภพ เช่น กาแล็กซีแมกเจลแลนใหญแ่ ละเล็ก

กระจกุ กาแล็กซี ประกอบด้วยกาแล็กซี นบั พนั

เอกภพ มกี าแล็กซีไม่น้อย กวา่ แสนลา้ นระบบ

เอกภพวทิ ยาในอดีต 1.แบบจาลองเอกภพของชาวสุเมเรียน 7,000 ปีก่อนคริสศักราช มชี นชาติทมี่ อี ารยธรรม อาศัยอยู่ บรเิ วณตอนกลางของเอเชีย (อิรัก) เรยี ก ดนิ แดน Mesopotamia คือ ชาวสุเมเรียน อกั ษรรปู ลมิ่ เรียกวา่ Cuneiform บันทึกข้อมูลในดินเหนียว - ตาแหน่งของดาวฤกษ,์ ดาวเคราะห์ - โลกแบน อยกู่ ับที่ เป็นศนู ยก์ ลาง - ต้ังชื่อกล่มุ ดาว - เอกภพ คอื ทอ้ งฟา้

2.แบบจาลองเอกภพของชาวบาบโิ ลน 2,000 - 500 ปกี อ่ นครสิ ศักราช ชาวบาบิโลนได้บันทึกการ เคลอื่ นทขี่ องดวงดาวอยา่ งเปน็ ระบบ โดยอาศยั ขอ้ มูลพน้ื ฐานของชาวสเุ ม เรยี น บันทกึ ข้อมลู - ทาแค็ตตาลอ็ กดาวฤกษ์, ดาวเคราะห์ - เส้นทางการข้นึ – ตกของดาว - ทานายการเคลือ่ นท่ขี องดาว - ทานายการเปล่ียนแปลงฤดกู าล จึงมรี ะบบ การเกษตรทม่ี ปี ระสทิ ธิภาพสงู

3.แบบจาลองเอกภพของกรีก ชาวกรีกเป็นชนกลุ่มแรกท่ีใช้คาวา่ Cosmology โดยคาวา่ cosmos มาจาก kosmos ในภาษากรีก แปลว่า แนวความคิดของความสมมาตร และความสอดคลอ้ งกลมกลนื อธบิ ายปรากฏการณ์บนทอ้ งฟา้ โดยอาศัยคณติ ศาสตร์ - 384 - 325 ปกี อ่ นค.ศ. อริสโตเติล พบว่า โลกกลม สงั เกต จากดาวทเี่ คลื่อนทร่ี อบดาวเหนือ เห็นทก่ี รซี แตไ่ มเ่ ห็นทอ่ี ียิปต์ - 310 – 230 ปกี ่อนค.ศ. อรสิ ตาร์คสั จากซามอส พบวา่ โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ ใชเ้ วลา 1 ปี - ค.ศ.300 ทอโลมี เช่ือว่า โลกแบน อยู่กับท่ี ดวงดาวเคลือ่ นท่ี รอบโลก ดาวฤกษ์โคจรรอบโลกรอบละ 1 วัน

4.แบบจาลองเอกภพของเคพเลอร์ ทิโค บราห์ ค.ศ.1546 - 1601 - สงั เกตการเคล่ือนทข่ี องดาวเคราะห์และจดบันทกึ อย่างละเอยี ด ทุกวันเป็นเวลานับ 10 ปี - จากการสังเกต ทาให้เขาไม่เชอื่ โคเพอรน์ คิ สั ท่กี ล่าวว่าดาว เคราะหเ์ คลอื่ นทีร่ อบดวงอาทิตย์เป็นวงกลม ส่งตอ่ ให้ โยฮนั เนส เคพเลอร์ - บันทึกตาแหนง่ ของดาวเคราะหเ์ พมิ่ เตมิ - สรปุ วา่ ดาวเคราะหโ์ คจรรอบดวงอาทิตยเ์ ปน็ วงรี แบบจาลองของเคพเลอร์ ไดร้ บั การยอมรับ เปน็ กฎการ เคลอ่ื นท่ี 3 ข้อ ทใี่ ช้กนั อยู่ในปัจจบุ นั

5.แบบจาลองเอกภพของกาลิเลโอ เปน็ คนแรกท่ใี ชก้ ล้องโทรทรรศน์เพ่ือสงั เกตการณท์ างดารา ศาสตร์ พบว่า - ผวิ ของดวงจนั ทรม์ ภี ูเขาและหลมุ อกุ กาบาต - ทางช้างเผือกที่มองเหน็ เป็นฝา้ ขาว ความจริงเปน็ ดาวฤกษ์ จานวนมาก - เหน็ ดาวศุกรเ์ ปน็ เสี้ยวคล้ายดวงจนั ทร์ - ดาวพฤหัสมีดาวบรวิ าร 4 ดวง (ปัจจบุ ันมี 63 ดวง) - ดาวเสาร์เปน็ ดาวเคราะห์ท่ีอยู่ไกลจากโลกท่ีสดุ แต่ก็เชือ่ ว่ามี ดาวเคราะหด์ วงอื่นอกี กาลเิ ลโอได้เผยแพร่ผลงานทง้ั หมดในหนังสอื “บทสนทนา เก่ยี วกบั สองระบบใหญ่ของโลก” เปรยี บเทียบกบั แบบจาลองของทอเลมี และโคเพอรน์ คิ สั ด้วย

เซอรไ์ อแซก นิวตัน ใช้กฎ “Law of Universal Gravitation” ทาให้ อธบิ าย - การโคจรของดาวเคราะหร์ อบดวงอาทิตยเ์ ปน็ วงรี - ดวงอาทติ ยเ์ ป็นจุดศูนยก์ ลางของระบบ ทาใหก้ ฎการเคล่ือนท่ี 3 ข้อของเคพเลอรไ์ ด้รับการยอมรับ

กาเนิดเอกภพ ทฤษฎกี าเนดิ เอกภพท่ียอมรบั ในปจั จุบนั คือ Big Bang จดุ เริ่มตน้ ขนาดเลก็ ความหนาแน่นสงู อณุ หภูมสิ งู - เอกภพจะขยายตัวอยา่ งรวดเรว็ - มเี นื้อสารเกิดในรูปอนุภาคมูลฐาน - quark - electron - neutrino - antiparticle (ปฏิอนภุ าค) Antiparticle เป็นอนุภาคท่ีมสี มบัติเหมือนกับคูอ่ นภุ าค แต่มีประจุ ไฟฟ้าตรงข้ามกัน

Quark เป็นอนุภาคท่เี ลก็ ทสี่ ดุ เราจะไมเ่ หน็ ควาร์กแยกกันเปน็ อิสระ เน่อื งจากมอี นภุ าคกลอู อน (gluon) ท่นี าพาแรงนิวเคลยี ร์อย่างเขม้ เชื่อม ควารก์ เข้าด้วยกัน

โดยนิวตรอนและโปรตอนเกดิ จากการ รวมกันของควารก์ - นิวตรอนประกอบดว้ ย up quark 1 ตวั และ down quark 2 ตัว - โปรตอนประกอบดว้ ย up quark 2 ตวั และ down quark 1 ตวั

Neutrino เปน็ อนภุ าคมลู ฐานที่เคลอ่ื นทไ่ี ปด้วยความเร็วใกล้กบั ความเรว็ แสง ไม่มีประจไุ ฟฟา้ มมี วลเลก็ นอ้ ย และสามารถเคลอื่ นผา่ นสสารทั่วไปได้โดย แทบไมร่ บกวน นิวตรโิ นสามารถทะลผุ ่านโลกท้ังโลกโดยไม่ทาปฏิกิริยากับสสาร ของโลกเลย ดงั นน้ั การตรวจจบั น้นั จงึ เป็นเร่ืองท่ียากลาบากมาก นวิ ตริโนเปน็ ผลตกคา้ งจากกัมมันตรังสีหรอื ปฏิกิริยานิวเคลียร์ เกดิ ข้ึนในดวงอาทติ ย์ โรงปฏิกรณ์นวิ เคลยี ร์ ใช้สญั ลกั ษณแ์ ทนดว้ ยอกั ษรกรีกวา่ ‫( ע‬นวิ )

รปู ในหนงั สอื หน้า 102



- หลงั บิกแบง 10-6 วนิ าที อุณหภมู จิ ะลดลงเปน็ สบิ ลา้ นล้านเคลวนิ ทาให้ ควาร์กเกิดการรวมตัวกนั กลายเป็นโปรตอนและนิวตรอน - หลงั บกิ แบง 3 นาที อุณหภมู ิจะลดลงเป็นรอ้ ยล้านเคลวนิ ทาให้โปรตอนและ นวิ ตรอนเกิดการรวมตวั กนั เป็นนวิ เคลียสของไฮโดรเจนและฮีเลยี ม ซ่งึ ในช่วงแรกๆ นี้ เอกภพขยายตวั อย่างรวดเรว็ มาก - หลังบิกแบง 300,000 ปี อุณหภูมจิ ะลดลงเหลอื 10,000 เคลวิน นวิ เคลยี สของไฮโดรเจนและฮเี ลยี มจะดึงอเิ ล็กตรอนเขา้ มาอย่ใู นวงโคจรทาใหเ้ กดิ เป็น อะตอมของไฮโดรเจนและฮเี ลียม - หลงั บิกแบง 1,000 ล้านปี จะเกิดกาแล็กซีตา่ งๆ โดยภายในกาแลก็ ซีจะมี ธาตไุ ฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นสารเบอ้ื งตน้ ในการกาเนิดดาวฤกษ์รุ่นแรกๆ

ขอ้ มลู ท่ีสนับสนนุ ทฤษฎบี ิกแบง - การขยายตวั ของเอกภพ - การค้นพบคลนื่ ไมโครเวฟพน้ื หลังจากอวกาศ (Cosmic microwave background ; CMB)

ขอ้ สงั เกตประการท่ี 1 การขยายตวั ของเอกภพ เอด็ วิน พาวเวลล์ ฮบั เบลิ นักดาราศาสตร์ชาวอเมรกิ า เป็นคน แรกทพ่ี บว่าเอกภพกาลังขยายตัวในปจั จบุ นั ฮบั เบิล สังเกตกาแล็กซี พบวา่ กาแล็กซเี หล่านั้น เกดิ ปรากฎการณ์ เลื่อนทางแดง (redshift) ของสเปกตรัม แสดงว่า วัตถุทอ้ งฟา้ นนั้ กาลงั เคลอื่ นทถ่ี อยหา่ งออกจากผ้สู ังเกตบนโลก

ปรากฎการณ์เลื่อนทางแดง เกิดขน้ึ เมอ่ื การแผร่ ังสคี ลื่นแมเ่ หล็กไฟฟา้ (โดยมากเปน็ แสงทตี่ ามองเหน็ ) มีการเปล่งแสง หรอื สะทอ้ นกบั วตั ถุ แล้วเกิดปรากฏการณด์ อป เพลอร์ ทาใหค้ ลื่นเคล่อื นตวั ไปในทางฝง่ั สแี ดงของ สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟา้ (ซงึ่ มพี ลังงานนอ้ ยกวา่ ) การเคล่ือนไปทางแดงจึงหมายถึง การที่ผสู้ งั เกต จบั ได้วา่ รงั สคี ลืน่ แม่เหล็กไฟฟ้าทม่ี ีความยาวคลนื่ เพมิ่ ขึ้น เมอื่ เทยี บกับแหล่งกาเนิด

ขอ้ สงั เกตประการที่ 2 การค้นพบคลื่นไมโครเวฟพนื้ หลังจากอวกาศ (Cosmic microwave background ; CMB) อาร์โน เพนเซยี ส และรอเบริ ต์ วิลสนั ไดท้ ดสอบระบบเครอ่ื งรบั สญั ญาณรบกวนสัญญาณวิทยใุ นชว่ งของคลื่นไมโครเวฟตลอดเวลา ต่อมาจงึ ทราบว่าเปน็ สัญญาณรบกวนท่ีมาจากอวกาศ ซงึ่ มี สเปกตรัมคลา้ ยกบั สเปกตรมั การแผ่รงั สีของวตั ถดุ า สง่ ดาวเทียมสารวจอวกาศ ช่อื โคบี (Cosmic Background Explorer, COBE) ขนึ้ ไปสารวจคลนื่ ไมโครเวฟจากอวกาศอกี ครงั้ พบวา่ คลืน่ ไมโครเวฟพนื้ หลงั นี้มกี ารกระจายตัวสม่าเสมอในทุกทิศทางจากอวกาศ และสอดคลอ้ งกับการแผร่ งั สีของวัตถดุ าที่อุณหภูมิ 2.73 เคลวนิ หรอื พบ คล่นื ในชว่ งความถี่ 160 kHz

ถา้ เอกภพมจี ดุ กาเนดิ มาจากบิกแบงแลว้ จะต้องพบการแผ่รงั สที ่ี เหลือในอวกาศจากเอกภพทม่ี ีอณุ หภมู ปิ ระมาณ 10,000 เคลวนิ ขณะน้ัน เอกภพจะแผพ่ ลังงานออกมาในรูปของคล่ืนแมเ่ หล็กไฟฟ้าท่มี ีความถส่ี งู มาก จากนน้ั เม่ือเวลาผ่านไปการแผร่ ังสีของเอกภพน้จี ะมีความถ่ีลดลงเหลอื จนใน ปัจจบุ นั เปน็ คลน่ื ไมโครเวฟในชว่ งความถป่ี ระมาณ 160 kHz

กาแลก็ ซเี พอ่ื นบ้าน เป็นกาแล็กซีท่อี ยู่ใกล้กาแล็กซที างช้างเผอื ก (กาแลก็ ซีก้นหอย คาน) และสามารถมองเห็นดว้ ยตาเปล่าได้ คอื - กาแล็กซีแอนโดรเมดา เป็นกาแล็กซีแบบกังหนั (กน้ หอย) ใหญ่กวา่ กาแล็กซีทางช้างเผอื ก เห็นไดง้ ่ายในฤดหู นาว - กาแล็กซแี มกเจลแลนใหญ่ เปน็ กาแล็กซีไร้รูปร่าง เห็นไดย้ าก - กาแล็กซีแมกเจนแลนเลก็