ระบบสุริยะจักรวาล

ดวงอาทิตย์

โครงสร้าง

ดวงอาทิตย์เป็นวัตถุที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ มีมวลคิดเป็นร้อยละ 99 ของระบบสุริยะ ดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์ที่มีรูปทรงเกือบเป็นทรงกลม โดยมีความแบนที่ขั้วเพียงหนึ่งในเก้าล้าน ซึ่งหมายความว่าความแตกต่างของเส้นผ่านศูนย์กลางที่ขั้วกับเส้นผ่านศูนย์กลางที่เส้นศูนย์สูตรมีเพียง 10 กิโลเมตร จากการที่ดวงอาทิตย์มีเฉพาะส่วนที่เป็นพลาสมา ไม่มีส่วนที่เป็นของแข็ง ทำให้อัตราเร็วของการหมุนรอบตัวเองในแต่ละส่วนมีความต่างกัน เช่นที่เส้นศูนย์สูตรจะหมุนเร็วกว่าที่ขั้ว ที่เส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์มีคาบการหมุนรอบตัวเอง 25 วัน ส่วนที่ขั้วมีคาบ 35 วัน แต่เมื่อสังเกตบนโลกแล้วจะพบว่าคาบของการหมุนรอบตัวเองที่เส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์คือ 28 วัน

ดวงอาทิตย์มีความหนาแน่นมากที่สุดบริเวณแกน ซึ่งเป็นแหล่งผลิตพลังงาน และมีค่าน้อยลงเกือบเป็นรูปเอ็กโพเนนเชียลตามระยะทางที่ห่างออกมาจากแกน และแม้ว่าภายในดวงอาทิตย์นั้นจะไม่สามารถมองเห็นได้ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถศึกษาภายในได้ผ่านทางการใช้คลื่นสะเทือนในดวงอาทิตย์

แกน

ส่วนแกนของดวงอาทิตย์สันนิษฐานว่ามีรัศมีเป็น 0.2 เท่าของรัศมีดวงอาทิตย์ ความหนาแน่นประมาณ 150,000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร หรือ 150 เท่าของความหนาแน่นของน้ำบนโลก อุณหภูมิประมาณ 13,600,000 เคลวิน ตลอดชีวิตส่วนใหญ่ของดวงอาทิตย์ ภายในแกนจะมีปฏิกิริยาฟิวชันลูกโซ่ โปรตอน-โปรตอน ซึ่งเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม พลังงานที่ได้นี้ทำให้ส่วนที่เหลือของดวงอาทิตย์สุกสว่างและเปล่งแสง

ทุก ๆ วินาที จะมีนิวเคลียสของไฮโดรเจน 3.4×10³⁸ ตัว ถูกแปรรูปเป็นฮีเลียม ผลิตพลังงานได้ 383×10²⁴ จูล หรือเทียบได้กับระเบิดไตรไนโตรโทลูอีน (TNT) ถึง 9.15×10¹⁹ กิโลกรัม พลังงานจากแกนของดวงอาทิตย์ใช้เวลานานมากในการขึ้นสู่พื้นผิว อย่างมากเป็น 50 ล้านปี อย่างน้อยเป็น 17,000 ปีเพราะโฟตอนพลังงานสูง (รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา) ถูกดูดกลืนไปในพลาสมา แล้วเปล่งพลังงานออกมาสลับกันเรื่อย ๆ ทุก ๆ ระยะไม่กี่มิลลิเมตร

เขตแผ่รังสีความร้อน

ภาพประกอบโครงสร้างของดวงอาทิตย์

ในส่วนของเขตแผ่รังสีความร้อน (radiation zone) ซึ่งอยู่ในช่วง 0.2 ถึง 0.7 ส่วนของรัศมีดวงอาทิตย์ ในชั้นนี้ไม่มีการพาความร้อน (convection) เพราะอัตราความแตกต่างของอุณหภูมิเทียบกับระยะความสูงน้อยกว่าอัตราการเปลี่ยนอุณหภูมิตามความสูงแบบอะเดียแบติก (adiabatic lapse rate) พลังงานในส่วนนี้ถูกนำออกมาภายนอกช้ามากดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนแล้ว

เขตพาความร้อน

ในส่วนของเขตพาความร้อน (convection zone) ซึ่งอยู่บริเวณผิวนอกที่เหลือ เป็นส่วนที่พลังงานถูกถ่ายเทผ่านแท่งความร้อน (heat column) โดยเนื้อสารที่ร้อนและมีพลังงานเริ่มต้นจากด้านล่าง แล้วไหลขึ้นด้านบนจนถึงผิว จากนั้นถ่ายเทความร้อนและกลับลงไปใหม่ แท่งความร้อนสามารถสังเกตได้จาก “เกล็ด” บนภาพถ่ายผิวดวงอาทิตย์

โฟโตสเฟียร์

ในส่วนของโฟโตสเฟียร์ (photosphere) แปลว่า ทรงกลมแห่งแสง ซึ่งเป็นส่วนที่เรามองเห็นดวงอาทิตย์ แสงสว่างที่เปล่งในดวงอาทิตย์นั้นเกิดจากอิเล็กตรอนชนกับอะตอมไฮโดรเจนเกิดเป็น H^- เหนือชั้นนี้ แสงอาทิตย์ก็จะถูกปลดปล่อยออกมา และมีอุณหภูมิต่ำลงตามความสูงที่มากขึ้น จนทำให้สังเกตเห็นรอยมัวตรงขอบดวงอาทิตย์ในภาพถ่าย (ดังภาพถ่ายด้านบน)

บรรยากาศ

บรรยากาศของดวงอาทิตย์ประกอบด้วย 5 ชั้น ได้แก่ ชั้นอุณหภูมิต่ำสุด (temperature minimum) โครโมสเฟียร์(chromosphere) เขตเปลี่ยนผ่าน (transition region) โคโรนา (corona) และเฮลิโอสเฟียร์ (heliosphere) ตามลำดับจากต่ำไปสูง

ชั้นแรก ชั้นอุณหภูมิต่ำสุด มีอุณหภูมิประมาณ 4,000 เคลวิน และหนา 500 กิโลเมตร ชั้นถัดไปคือโครโมสเฟียร์ ซึ่งแปลว่ารงคมณฑล หรือทรงกลมแห่งสี เหตุที่เรียกชื่อนี้ก็เพราะเห็นเป็นแสงสีแวบขณะเกิดสุริยุปราคา ชั้นนี้หนา 2,000 กิโลเมตร มีอุณหภูมิติดลบถึง -100,000 องศาเซลเซียส ชั้นต่อไปเป็นเขตเปลี่ยนผ่านซึ่งอุณหภูมิอาจติดลบถึงล้านเคลวิน และยิ่งต่ำขึ้นไปอีกในชั้นโคโรนา ทำให้สิ่งนี้เป็นปัญหาคาใจนักวิทยาศาสตร์ ซึ่งก็สันนิษฐานว่าอาจเกิดจากการต่อเชื่อมทางแม่เหล็ก (magnetic connection) ชั้นที่เหลือชั้นสุดท้ายคือ เฮลิโอสเฟียร์ หรือสุริยมณฑล คือชั้นที่อำนาจของลมสุริยะสามารถไปถึง ซึ่งอาจมากกว่า 20 หน่วยดาราศาสตร์ (20 เท่าของระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์)

ประวัติศาสตร์เกี่ยวกับการสังเกตดวงอาทิตย์

ความเข้าใจในอดีต

มนุษย์ในอดีตรู้เกี่ยวกับดวงอาทิตย์เพียงเป็นลูกไฟกลม ขึ้นจากท้องฟ้าในทิศตะวันออก ทำให้เกิดกลางวันและตกลงไปทางทิศตะวันตก ทำให้เกิดกลางคืน ดวงอาทิตย์ให้ทั้งแสงสว่าง ความร้อน ตลอดจนความหวังในจิตใจ จนมีการนับถือดวงอาทิตย์ให้เป็นเทพเจ้า มีการบูชายัญถวายเทพพระอาทิตย์ของชาวอัซเตก (Aztec) ซึ่งปัจจุบันอยู่ในประเทศเม็กซิโก นอกเหนือจากนี้ มนุษย์ในสมัยโบราณยังได้สร้างสิ่งประดิษฐ์สำหรับบอกตำแหน่งของดวงอาทิตย์ในวันอุตรายัน (Summer solstice) ซึ่งเป็นวันที่กลางวันยาวที่สุดในรอบปี คือประมาณวันที่ 24 มิถุนายน เช่นที่เสาหินสโตนเฮนจ์ ในประเทศอังกฤษ และพีระมิดเอลกัสตีโย (El Castillo) ประเทศเม็กซิโก

การพัฒนาแนวความคิดสมัยใหม่

ต่อมานักปราชญ์ชาวกรีกชื่อ อะนักซากอรัส (Anaxagoras) ได้เสนอว่า ดวงอาทิตย์เป็นลูกไฟกลม ไม่ได้เป็นพระอาทิตย์ทรงพาหนะ ทำให้เขาต้องโทษประหารชีวิตในเวลาต่อมา ต่อมามีการสันนิษฐานว่าเอราโตสเทเนส ได้วัดระยะห่างจากโลกไปดวงอาทิตย์ได้เที่ยงตรงเป็นคนแรกในช่วงศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสตกาล ซึ่งวัดได้ 149 ล้านกิโลเมตร ใกล้เคียงกับที่ยอมรับในปัจจุบัน

ในเวลาต่อมา ชาวกรีกโบราณและชาวอินเดียโบราณตั้งสมมติฐาน โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ และต่อมาก็ได้รับการพิสูจน์โดยนิโคเลาส์ โคเปอร์นิคัสในช่วงศตวรรษที่ 16 ต่อมาทอมัส แฮร์ริออต (Thomas Harriot) กาลิเลโอ กาลิเลอิ และนักดาราศาสตร์คนอื่น ๆ สังเกตพบจุดดำบนดวงอาทิตย์ โดยกาลิเลโอเสนอว่าจุดดำบนดวงอาทิตย์คือจุดที่เกิดบนผิวดวงอาทิตย์โดยตรง มิได้เป็นวัตถุเคลื่อนที่มาบังในปี พ.ศ. 2215 โจวันนี คาสซินี (Giovanni Cassini) นักดาราศาสตร์ชาวอิตาลี และชอง รีเช (Jean Richer) นักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้หาระยะทางจากโลกไปดาวอังคาร และอาจจะสามารถหาระยะทางไปดวงอาทิตย์ได้หลังจากนั้น ไอแซก นิวตัน ได้สังเกตดวงอาทิตย์โดยให้แสงดวงอาทิตย์ผ่านปริซึม เขาพบว่าประกอบขึ้นด้วยหลาย ๆ แสงสี นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นในรุ้งกินน้ำ^[15]ต่อมาวิลเลียม เฮอร์เชล ได้ค้นพบการแผ่รังสีอินฟราเรดในช่วงใต้แดงจากดวงอาทิตย์ ^[16]เมื่อเทคโนโลยีสเปกตรัมก้าวหน้า โยเซฟ ฟอน เฟราน์โฮเฟอร์ (Joseph von Fraunhofer) ได้ค้นพบเส้นดูดกลืนในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ ซึ่งต่อมาเรียกว่าเส้นเฟราน์โฮเฟอร์ (Fraunhofer line)

ช่วงแรก ๆ ของยุคใหม่ทางวิทยาศาสตร์ ปัญหาที่คาใจนักวิทยาศาสตร์ก็คือดวงอาทิตย์เอาพลังงานมาจากที่ใด ลอร์ดเคลวิน (วิลเลียม ทอมสัน) และแฮร์มันน์ ฟอน เฮล์มโฮลตซ์ (Hermann von Helmholtz) ได้เสนอกลไกเคลวิน-เฮล์มโฮลตซ์ (Kelvin-Helmholtz mechanism) ในการอธิบายการพาความร้อนขึ้นสู่ผิวดวงอาทิตย์ ต่อมาในปี พ.ศ. 2447 เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด เสนอว่าพลังงานในดวงอาทิตย์มาจากปฏิกิริยาการคายพลังงานจากอนุภาคที่ถูกกระตุ้น แต่ก็คงอธิบายไม่ละเอียดเท่าของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ซึ่งเป็นเจ้าของสมการสมมูลมวล-พลังงาน E=mc²

ในปี พ.ศ. 2463 อาร์เทอร์ เอดดิงตัน เสนอว่าความร้อนและความดันภายในแกนเป็นตัวการที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาฟิวชัน และก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงมวลและพลังงาน สิบปีต่อมาทฤษฎีนี้เริ่มเป็นรูปเป็นร่าง โดยสุพราห์มันยัน จันทรเสกขา(Subrahmanyan Chandrasekar) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันเชื้อสายอินเดีย และฮันส์ เบเทอ (Hans Bethe) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันเชื้อสายเยอรมัน 

โครงการสำรวจ

ภาพประกอบ

องค์การนาซาได้เคยปล่อยยานสำรวจดวงอาทิตย์ในโครงการไพโอเนียร์ ซึ่งปล่อยช่วงปี พ.ศ. 2502 ถึง พ.ศ. 2511 โดยทำการตรวจวัดสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์และลมสุริยะ ต่อมาก็ได้ส่งยานสกายแล็บเมื่อปี พ.ศ. 2516 ทำการศึกษาโคโรนาของดวงอาทิตย์ และการพ่นมวลของโคโรนา ในปี พ.ศ. 2534 ญี่ปุ่นได้ส่งยานโยะโกะ เพื่อศึกษาเพลิงสุริยะในช่วงรังสีเอกซ์ นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่า โคโรนาจะยุบลงในช่วงที่มีกิจกรรมบนผิวดวงอาทิตย์มาก ยานโยะโกะถูกปลดระวางเมื่อ พ.ศ. 2548 

ภารกิจสำรวจดวงอาทิตย์ที่เรารู้จักกันมักหนีไม่พ้นหอสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์และสุริยมณฑล หรือโซโฮ (Solar and Heliospheric Observatory; SOHO) อันเป็นความร่วมมือระหว่างสหรัฐอเมริกา และสหภาพยุโรป ถูกปล่อยเมื่อวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2538 เดิมทีกำหนดให้ปฏิบัติงานสองปี แต่กลับปฏิบัติงานมากกว่า 10 ปี ยานโซโฮเป็นยานสังเกตการณ์ที่ทำให้เรารู้หลายอย่างเกี่ยวกับดวงอาทิตย์มากขึ้นในหลาย ๆ ช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และยังสังเกตเห็นดาวหางที่พุ่งชนดวงอาทิตย์ด้วย ส่วนอีกโครงการหนึ่งที่มีแผนจะปล่อยขึ้นสู่ห้วงอวกาศในเดือนสิงหาคม ปี พ.ศ. 2551คือโครงการหอสังเกตการณ์สุริยพลวัต (Solar Dynamic Observatory) ซึ่งจะนำไปไว้ยังจุดลากรองจ์ (Lagrangian point) หรือจุดสะเทินแรงดึงดูด ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์

นอกเหนือจากนี้ ยังมีโครงการสังเกตระบบสุริยะจากมุมอื่น โดยมีการส่งยานยุลลิซิส (Ulysses) เมื่อ พ.ศ. 2533 โดยให้ไปยังดาวพฤหัสบดีเพื่อเหวี่ยงตัวขึ้นเหนือระนาบระบบสุริยะ ครานั้นยานสามารถสังเกตเห็นดาวหางชูเมกเกอร์-เลวี 9 ชนดาวพฤหัสบดีในปี พ.ศ. 2537 เมื่อยานยุลลิซิสถึงที่หมาย ก็จะทำการสำรวจลมสุริยะและสนามแม่เหล็กที่ละติจูดสูง ๆ และพบว่าอัตราเร็วลมสุริยะอยู่ที่ 750 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งช้ากว่าที่ได้คาดไว้ และยังมีสนามแม่เหล็กที่ทำให้รังสีคอสมิกกระเจิงด้วย

ดวงจันทร์

ดวงจันทร์ มีการหมุนรอบตัวเองแบบที่เรียกว่า การหมุนสมวาร (synchronous rotation) คือคาบการหมุนรอบตัวเองกับคาบการโคจรรอบโลกมีค่าเท่ากัน โดยดวงจันทร์ใช้เวลาโคจรรอบประมาณ 27.3 วัน เป็นผลให้ดวงจันทร์หันด้านเดียวเข้าหาโลก เรียกด้านที่หันเข้าหาเราว่า "ด้านใกล้" (near side) ส่วนด้านตรงข้าม คือ "ด้านไกล" (far side) เป็นด้านที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ อย่างไรก็ตาม ดวงจันทร์มีการแกว่งเล็กน้อย ทำให้เรามีโอกาสมองเห็นพื้นผิวดวงจันทร์ได้มากกว่า 50% อยู่เล็กน้อย ในอดีต ด้านไกลของดวงจันทร์เป็นด้านที่ลึกลับอยู่เสมอ จนกระทั่งถึงยุคที่เราสามารถส่งยานอวกาศออกไปถึงดวงจันทร์ได้ สิ่งหนึ่งที่แตกต่างระหว่างด้านใกล้กับด้านไกล คือ ด้านไกลไม่มีพื้นที่ราบคล้ำที่เรียกว่า "มาเร" (แปลว่าทะเล) กว้างขวางมากเหมือนอย่างด้านใกล้

ดวงจันทร์ใช้เวลาในการหมุนรอบตัวเองที่ได้จังหวะพอดีกับวิถีการโคจรรอบโลก ซึ่งเมื่อเรามองดวงจันทร์จากพื้นโลกจะมองเห็นดวงจันทร์เพียงด้านเดียวตลอดเวลา ในประวัติศาสตร์ยุคแรกของดวงจันทร์ การหมุนของมันช้าและกลายเป็นถูกล็อกอยู่ในลักษณะนี้ เป็นผลมาจากปรากฏการณ์ความฝืด และมีความสัมพันธ์กับปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงบนโลก

เมื่อนานมาแล้ว ขณะที่ดวงจันทร์ยังคงหมุนเร็วกว่าในปัจจุบัน รอบโป่งในปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลงมาก่อนแนวโลก-ดวงจันทร์ เพราะว่ามันไม่สามารถดึงรอยโป่งของมันกลับคืนได้อย่างรวดเร็วพอที่จะรักษาระยะของรอยโป่งระหว่างมันกับโลก การหมุนของมันขจัดรอยโป่งนอกเหนือจากแนวโลก-ดวงจันทร์ รอยโป่งที่อยู่นอกเส้นโลก-ดวงจันทร์นี้ทำให้เกิดการบิด ซึ่งลดความเร็วของการหมุนของดวงจันทร์ลง เมื่อการหมุนของดวงจันทร์ช้าลงจนเหมาะสมกับการโคจรรอบโลก เมื่อนั้นรอยโป่งของมันจึงหันหน้าเข้าหาโลกเสมอ รอยโป่งอยู่ในแนวเดียวกับโลก และรอยบิดของมันก็จึงหายไป นี่คือเหตุผลว่าทำไมดวงจันทร์จึงใช้เวลาในการหมุนรอบตัวเองพอๆ กับการโคจรรอบโลก

มีความผันผวนเล็กน้อย (ไลเบรชัน) ในมุมองศาของดวงจันทร์ซึ่งเราได้เห็น เราจึงมองเห็นพื้นผิวของดวงจันทร์ทั้งหมดประมาณ 59% ของพื้นผิวทั้งหมดของดวงจันทร์

ดวงจันทร์ด้านใกล้ (ด้านที่มองเห็นจากโลก)		ดวงจันทร์ด้านไกล (ด้านที่มองไม่เห็นจากโลก)

ด้านที่มองเห็นจากโลกจะถูกเรียกว่า "ด้านใกล้" และด้านที่อยู่ตรงข้ามเรียกว่า "ด้านไกล" ด้านไกลของดวงจันทร์ต่างจากด้านมืดของดาวพุธคือ ด้านมืดของดาวพุธเป็นด้านที่ไม่ถูกแสงอาทิตย์ส่องเลย แต่ด้านไกลของดวงจันทร์นั้นบางครั้งก็เป็นด้านที่ได้รับแสงอาทิตย์และหันหน้าเข้าหาโลก ด้านไกลของดวงจันทร์ได้ถูกถ่ายรูปโดยยานลูน่า 3 ของโซเวียตในปี 1959 หนึ่งในลักษณะภูมิประเทศที่ทำให้สังเกตได้ว่าเป็นดวงจันทร์ด้านไกลคือมันมีที่ราบคล้ำหรือ "มาเร" น้อยกว่าด้านใกล้มาก

ทะเลบนดวงจันทร์

พื้นผิวบนดวงจันทร์ที่มองด้วยตาเปล่าเห็นเป็นสีคล้ำ คือที่ราบบนดวงจันทร์หรือเรียกว่า "ทะเล" บนดวงจันทร์ (ภาษาอังกฤษเรียกว่า "มาเรีย" หรือ "มาเร" มาจากศัพท์ภาษาละติน หมายถึง ทะเล) ทั้งนี้เนื่องจากนักดาราศาสตร์ยุคแรกๆ เชื่อว่าพื้นผิวสีคล้ำเหล่านั้นเป็นพื้นน้ำ แต่ปัจจุบันทราบกันแล้วว่าเป็นแอ่งที่ราบกว้างใหญ่เกิดจากลาวาในยุคโบราณ ลาวาที่ระเบิดพวยพุ่งเหล่านี้ไหลเข้าไปในหลุมที่เกิดจากการปะทะของอุกกาบาตหรือดาวหางที่พุ่งเข้าชนดวงจันทร์ (ยกเว้น โอเชียนัส โพรเซลลารัม ซึ่งบนด้านไกลของดวงจันทร์ เป็นแอ่งที่มิได้เกิดจากการปะทะใดๆ เท่าที่รู้จัก) เราพบทะเลบนดวงจันทร์มากบนด้านใกล้ของดวงจันทร์ ส่วนทางด้านไกลมีอยู่ประปรายเพียงประมาณ 2% ของพื้นที่ผิวทั้งหมดเท่านั้น ขณะที่ทางด้านใกล้มีทะเลถึงประมาณ 31% ของพื้นที่ผิวคำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดคือการที่บรรยากาศด้านใกล้ของดวงจันทร์มีแหล่งกำเนิดความร้อนมากกว่า ซึ่งพบได้จากแผนที่ภูมิเคมีที่สร้างขึ้นจากสเปกโตรมิเตอร์รังสีแกมมาของ ลูนาร์โปรสเปกเตอร์

ภูเขาบนดวงจันทร์

บริเวณที่มีสีอ่อนกว่าบนพื้นผิวดวงจันทร์นั้นเรียกว่า "ภูเขา" (terrae) หรือบางครั้งก็เรียกง่ายๆ เพียงว่า "ที่ราบสูง" เพราะมันเป็นบริเวณที่มีความสูงมากกว่าส่วนที่เป็นทะเล มีแนวเทือกเขาที่โดดเด่นอยู่มากมายบนด้านใกล้ของดวงจันทร์ตามแนวขอบของแอ่งปะทะขนาดใหญ่ซึ่งเต็มไปด้วยหินบะซอลต์ สันนิษฐานว่านี่เป็นซากที่หลงเหลืออยู่ของขอบนอกของแอ่งปะทะไม่มีเทือกเขาใดของดวงจันทร์ที่เชื่อว่าเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวดาวเหมือนอย่างการเกิดของภูเขาบนโลกเลย

จากภาพที่ถ่ายไว้โดยปฏิบัติการคลีเมนไทน์ (Clementine mission) เมื่อปี ค.ศ. 1994 ทำให้พบว่าบริเวณเทือกเขา 4 แห่งตามขอบของแอ่งเพียรี (Peary crater) ซึ่งกว้าง 73 กิโลเมตร ใกล้ขั้วเหนือของดวงจันทร์ น่าจะถูกแสงอาทิตย์ตลอดช่วงวันอันยาวนานบนดวงจันทร์ เหตุที่ยอดเขาแห่งแสงนิรันดร์ (Peak of Eternal Light) นี้ถูกแสงอาทิตย์ตลอดเวลาน่าจะเป็นไปได้เพราะดวงจันทร์มีความเอียงของแกนเมื่อเทียบกับระนาบสุริยวิถีน้อยมาก ไม่พบว่ามีบริเวณที่ต้องแสงอย่างนิรันดร์ลักษณะเดียวกันนี้ที่บริเวณขั้วใต้ของดาว แม้ว่าจะมีบริเวณขอบของแอ่งแชคเคิลตัน (Shackleton crater) ที่สะท้อนแสงราว 80% ของวันของดวงจันทร์ ผลสืบเนื่องอีกประการหนึ่งจากการที่แกนเอียงของดวงจันทร์มีค่าน้อยมาก คือมีย่านที่อยู่ในเขตมืดนิรันดร์ที่บริเวณก้นแอ่งมากมายใกล้ขั้วดาว

แอ่งบนดวงจันทร์

พื้นผิวของดวงจันทร์สามารถสังเกตตำแหน่งได้โดยดูจากแอ่งปะทะซึ่งเกิดขึ้นจากการที่อุกกาบาตและดาวหางพุ่งเข้าชนพื้นผิวของดวงจันทร์ มีแอ่งอยู่เป็นจำนวนราวครึ่งล้านแห่งที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า 1 กิโลเมตร เนื่องจากลักษณะของแอ่งปะทะเกิดขึ้นในอัตราเกือบคงที่ จำนวนแอ่งต่อหน่วยพื้นที่จึงสามารถใช้ในการประมาณอายุของพื้นผิวได้ โดยที่ดวงจันทร์ไม่มีชั้นบรรยากาศ ไม่มีอากาศและกระบวนการทางธรณีวิทยา จึงมั่นใจได้ว่าแอ่งเหล่านี้ดำรงคงอยู่ในลักษณะดั้งเดิมไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับแอ่งบนโลก

แอ่งที่ใหญ่ที่สุดบนดวงจันทร์ และอาจจัดว่าเป็นแอ่งปะทะที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่รู้จักกันในระบบสุริยะ คือ แอ่งแอตเคนขั้วใต้ (South Pole-Aitken basin) แอ่งนี้อยู่ทางฝั่งด้านไกลของดวงจันทร์ ระหว่างขั้วใต้ของดาวกับแนวศูนย์สูตร มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางราว 2,240 กิโลเมตร ลึก 13 กิโลเมตร. สำหรับแอ่งปะทะที่โดดเด่นทางฝั่งด้านใกล้ของดวงจันทร์ ได้แก่ ทะเลอิมเบรียม ทะเลเซเรนิเททิส ทะเลคริเซียม และทะเลเนคทาริส

น้ำบนดวงจันทร์

วันที่ 9 ตุลาคม 2009 ครบ 100 วันการส่ง LCROSS ไปโคจรรอบดวงจันทร์ ทางนาซ่าก็ยิงจรวจที่ติดดั้งอยู่บนดาวเทียมพร้อมกับปล่อยให้ตัว ดาวเทียมตกกระทบพื้นดวงจันทร์ นาซ่าก็แถลงผลวิคราะห์ข้อมูลจากเซ็นเซอร์บนดาวเทียมว่า ฝุ่นที่กระจายขึ้นมานั้นมีน้ำประมาณ 90 ลิตร

การยืนยันนี้ได้มาจากเซ็นเซอร์ NIR (Near Infrared) โดยอาศัยการวัดค่า spectrum ของแสงก่อนการชน และหลังการชน เพื่อเทียบสัดส่วนของพลังงานในย่านต่างๆ พบว่าย่าน 300nm นั้นมีพลังงานสูงขึ้นมาเป็นการยืนยันว่ามี hydroxyl อยู่ในฝุ่นที่ลอยขึ้นมานั้น

ก่อนหน้านี้ข้อมูลจากกล้องฮับเบิลเคยแสดงข้อมูลเบื้องต้นว่าอาจจะมีไฮดรอกซิลในฝุ่นที่ลอยขึ้นมา แต่ช่วงเวลาที่แถลงข่าวนั้นยังไม่มีการยืนยัน

ขนาดหลุมที่เกิดขึ้นจากการพุ่งชนมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 20-30 เมตร (60-100 ฟุต)

สำหรับการสังเกตการพวยฝุ่นที่ทางนาซ่าคาดว่าน่าจะใช้อุปกรณ์สมัครเล่นทำ ได้นั้นกลับไม่สามารถทำได้เนื่องจากสภาพอากาศ แต่ทางนาซ่าก็ได้ถ่ายภาพไว้แล้ว

ลักษณะทางกายภาพ

ดวงจันทร์เป็นดาวเคราะห์ที่ประกอบด้วยองค์ประกอบอันหลากหลาย ที่มีความแตกต่างทางเคมีภูมิวิทยาอย่างชัดเจนระหว่างส่วนของพื้นผิว ส่วนของเปลือก และส่วนของแกน เชื่อว่าลักษณะทางโครงสร้างเช่นนี้เป็นผลมาจากการก่อตัวขึ้นเป็นส่วนๆ จากทะเลแมกม่าที่เกิดขึ้นหลังจากการกำเนิดดาวเคราะห์ไม่นานนัก คือราว 4.5 พันล้านปีที่แล้ว พลังงานที่ใช้ในการหลอมเหลวผิวชั้นนอกของดวงจันทร์เชื่อว่าเกิดจากการปะทะครั้งใหญ่ ซึ่งให้เกิดระบบการโคจรระหว่างโลกกับดวงจันทร์ขึ้น

ตัวอย่างปรากฎดาวจันทร์ใกล้โลก

วงโคจรและการหมุนรอบตัวเอง

วงโคจรและการหมุนรอบตัวเอง

การหมุน

ความเอียงของแกนโลกสัมพันธ์กับแกนการหมุนและระนาบวงโคจร

คาบการหมุนรอบตัวเองของโลกสัมพัทธ์กับดวงอาทิตย์หรือวันสุริยะนั้นเท่ากับ 86,400 วินาที จากเวลาสุริยะกลาง (86,400.0025 วินาที เอสไอ) เพราะวันสุริยะของโลกในปัจจุบันยาวกว่าวันในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เล็กน้อยอันเนื่องมาจากผลการเร่งจากแรงไทด์ ในแต่ะละวันจึงยาวขึ้นผันแปรไประหว่าง 0 ถึง 2 มิลลิวินาที เอสไอ

คาบการหมุนรอบตัวเองของโลกสัมพัทธ์กับดาวฤกษ์ไม่เคลื่อนที่เรียกว่าวันดาราคติโดยหน่วยงานการหมุนรอบตัวเองของโลกและระบบอ้างอิงสากล (IERS: International Earth Rotation and Reference Systems Service) คือ 86,164.098903691 วินาที จากเวลาสุริยะกลาง (ยูที (เวลาสากล) 1) หรือ 23^ช 56^น 4.098903691คาบการหมุนรอบตัวเองของโลกสัมพัทธ์กับการหมุนควงหรือการเคลื่อนที่เฉลี่ยของวสันตวิษุวัตมักเรียกว่าวันดาวฤกษ์ คือ 86,164.09053083288 วินาที จากเวลาสุริยะกลาง (ยูที1) หรือ (23^ช 56^น 4.09053083288^ว) ณ ปี 1982 (พ.ศ. ๒๕๒๕) ดังนั้นเองวันดาวฤกษ์จึงสั้นกว่าวันดาราคติประมาณ 8.4 มิลลิวินาที

ความยาวของเวลาสุริยะกลางในหน่วยวินาทีเอสไอสามารถนำมาใช้อ้างอิงได้จากหน่วยงานไออีอาร์เอสสำหรับช่วงเวลาจากปี 1623-2005 (พ.ศ. ๒๑๖๖-๒๕๔๘) และปี 1962-2005 (พ.ศ. ๒๕๐๕-๒๕๔๘)

ต่างจากดาวตกในบรรยากาศและดาวเทียมวงโคจรต่ำต่าง ๆ วัตถุเทหฟ้าโดยมากมีการเคลื่อนที่ปรากฏไปทางด้านตะวันตกของท้องฟ้าของโลกในอัตรา 15 องศาต่อชั่วโมง หรือ 15 ลิปดาต่อนาที สำหรับวัตถุที่อยู่ใกล้กับเส้นศูนย์สูตรฟ้าจะเคลื่อนไปเทียบเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางปรากฏของดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์ในทุก ๆ สองนาที เมื่อมองจากพื้นโลกขนาดปรากฏโดยประมาณของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์นั้นถือว่าเท่ากัน

วงโคจร

โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยระยะห่างเฉลี่ยประมาณ 150 ล้านกิโลเมตรในทุก ๆ 365.2564 วันสุริยะกลาง หรือหนึ่งปีดาวฤกษ์ ส่งผลให้การเคลื่อนที่ปรากฏของดวงอาทิตย์คล้อยไปทางตะวันออกเทียบกับดาวฤกษ์ฉากหลังในอัตราราวหนึ่งองศาต่อวัน หรือเทียบเท่าขนาดปรากฏของดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์ในทุก ๆ 12 ชั่วโมง การเคลื่อนไปเช่นนี้ใช้เวลาเฉลี่ยราว 24 ชั่วโมงหรือหนึ่งวันสุริยะสำหรับการหมุนรอบตัวเองตามแกนครบหนึ่งรอบของโลกซึ่งดวงอาทิตย์กลับสู่เมอริเดียนอีกครั้ง ความเร็วของโลกในวงโคจรโดยเฉลี่ยประมาณ 29.8 กิโลเมตรต่อวินาที (107,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) ซึ่งเร็วมากพอที่จะเคลื่อนผ่านระยะทางเท่ากันกับเส้นผ่านศูนย์กลางของโลกที่ประมาณ 12,742 กิโลเมตรในเจ็ดนาที และผ่านระยะทางถึงดวงจันทร์ที่ประมาณ 384,000 กิโลเมตร ในเวลาราว 3.5 ชั่วโมง

โลกและดวงจันทร์โคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมในทุก ๆ 27.32 วัน สัมพัทธ์กับดาวฤกษ์พื้นหลัง เมื่อประกอบกันเข้ากับระบบโลก-ดวงจันทร์ โคจรไปรอบดวงอาทิตย์ เกิดเป็นคาบของเดือนจันทรคตินับจากอมาวสีหนึ่งไปอีกอมาวสีหนึ่งราว 29.53 วัน เมื่อมองจากขั้วเหนือท้องฟ้า การเคลื่อนที่ของโลก ดวงจันทร์ และการหมุนรอบแกนดาวของทั้งคู่ล้วนเป็นไปในทิศทวนเข็มนาฬิกา เมื่อมองจากจุดสูงเหนือขั้วเหนือของทั้งดวงอาทิตย์และโลก วงโคจรของโลกจะมีทิศทางทวนเข็มนาฬิการอบดวงอาทิตย์ วงโคจรและระนาบการหมุนนั้นไม่ได้วางตัวอยู่ในระนาบเดียวกันโดยแกนหมุนของโลกมีการเอียงประมาณ 23.4 องศาจากแนวตั้งฉากกับระนาบการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ (หรือสุริยวิถี) และระนาบการโคจรของดวงจันทร์รอบโลกมีการเอียง ±5.1 องศา เทียบกับระนาบโลก-ดวงอาทิตย์ หากปราศจากการเอียงเช่นนี้อุปราคาจะเกิดขึ้นในทุก ๆ สองสัปดาห์สลับกันไประหว่างจันทรุปราคาและสุริยุปราคา

ทรงกลมฮิลล์หรือทรงกลมอิทธิพลโน้มถ่วงของโลกมีรัศมีประมาณ 1.5 พันล้านเมตร หรือ 1,500,000 กิโลเมตรเป็นระยะทางสูงสุดที่แรงโน้มถ่วงของโลกมีอิทธิพลเหนือกว่าดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์อื่น ๆ ที่อยู่ห่างออกไป วัตถุใด ๆ จะต้องโคจรรอบโลกภายในรัศมีนี้หรือไม่ก็หลุดลอยออกไปโดยการรบกวนเชิงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์

โลกรวมทั้งระบบสุริยะทั้งหมดนั้นตั้งอยู่ในดาราจักรทางช้างเผือก และโคจรด้วยระยะห่างประมาณ 28,000 ปีแสงจากศูนย์กลางดาราจักร อยู่ในแขนเกลียวนายพรานเหนือกว่าระนาบดาราจักรประมาณ 20 ปีแสง

การเอียงของแกนโลกและฤดูกาล

ภาพแสดงการเอียงของแกนโลกสัมพันธ์กับช่วงการเกิดฤดูหนาวในซีกโลกเหนือและฤดูร้อนในซีกโลกใต้ (ขนาดและระยะทางไม่ได้เป็นไปตามสัดส่วนจริง)

เนื่องมาจากการเอียงของแกนโลก ปริมาณของแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบจุดใด ๆ บนพื้นผิวจึงผันแปรไปตามแต่ละช่วงของปี ก่อให้เกิดการเปลี่ยนฤดูกาลในแต่ละภูมิอากาศโดยฤดูร้อนในซีกโลกเหนือจะเกิดขึ้นเมื่อขั้วเหนือชี้เข้าหาดวงอาทิตย์ และฤดูหนาวจะเกิดขึ้นแทนที่เมื่อขั้วได้ชี้ออกไป ในระหว่างฤดูร้อนช่วงกลางวันจะมีความยาวนานกว่าและดวงอาทิตย์จะมีตำแหน่งสูงขึ้นบนท้องฟ้า ส่วนในฤดูหนาวภูมิอากาศจะหนาวเย็นลงโดยทั่วไปและช่วงกลางวันจะสั้นลง ในละติจูดเขตอบอุ่นทางเหนือดวงอาทิตย์จะขึ้นเหนือกว่าทิศตะวันออกจริงระหว่างครีษมายันและลับฟ้าเหนือกว่าทิศตะวันตกจริง (การณ์จะกลับกันในฤดูหนาว) ในช่วงหน้าร้อนของเขตอบอุ่นในซีกโลกใต้ดวงอาทิตย์จะขึ้นใต้กว่าทิศตะวันออกจริงและลับฟ้าไปใต้กว่าทิศตะวันตกจริง

เหนือกว่าอาร์กติกเซอร์เคิลขึ้นไปจะมีกรณีสุดขั้วชนิดที่ตลอดช่วงหนึ่งของปีจะไม่มีแสงอาทิตย์ส่องถึงเลย ยาวนานได้ถึงหกเดือนเต็มที่บริเวณขั้วโลกเหนือเอง เรียกว่ากลางคืนขั้วโลก ส่วนในซีกโลกใต้สถานการณ์จะกลับตรงกันข้ามโดยการที่ขั้วโลกใต้วางตัวในแนวตรงข้ามกับขั้วโลกเหนือ อีกหกเดือนให้หลังขั้วโลกเหนือก็จะประสบกับอาทิตย์เที่ยงคืนคือเป็นกลางวันตลอด 24 ชั่วโมง และสถานการณ์ด้านขั้วโลกใต้ก็จะกลับกัน

โดยอนุสัญญาทางดาราศาสตร์ ฤดูกาลทั้งสี่นั้นกำหนดขอบเขตโดยอายันซึ่งเป็นจุดในวงโคจรที่แกนโลกเอียงเข้าหาหรือออกจากดวงอาทิตย์มากที่สุด และวิษุวัตซึ่งเป็นจุดที่ทิศทางการเอียงของแกนกับทิศทางสู่ดวงอาทิตย์ตั้งฉากกัน สำหรับซีกโลกเหนือเหมายันจะเกิดขึ้นประมาณวันที่ 21 ธันวาคม ครีษมายันเกิดขึ้นใกล้กับวันที่ 21 มิถุนายน วสันตวิษุวัตเกิดขึ้นราววันที่ 20 มีนาคม และศารทวิษุวัตจะประมาณวันที่ 23 กันยายน สำหรับซีกโลกใต้สถานการณ์จะกลับกันโดยวันที่เกิดครีษมายันกับเหมายันและวสันตวิษุวัตกับศารทวิษุวัตจะสลับกัน

ภาพจากยานอวกาศแคสซีนีของนาซาแสดงภาพโลกและดวงจันทร์(ทางด้านขวาล่าง)จากดาวเสาร์ (19 กรกฎาคม 2013)

มุมการเอียงของแกนโลกถือว่ามีความเสถียรโดยอนุโลมตลอดคาบระยะเวลายาวนาน ความเอียงของแกนยังมีการส่ายซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ขึ้นลงเล็กน้อยอย่างไม่สม่ำเสมอด้วยคาบการเกิดหลักราว 18.6 ปี ทิศทางการวางตัวของแกนโลกนอกเหนือจากมุมเอียงแล้วยังมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในลักษณะการหมุนควงโดยครบรอบวัฏจักรในทุก ๆ เวลาประมาณ 25,800 ปี ลักษณะการหมุนควงนี้เป็นสาเหตุที่ทำให้มีความแตกต่างกันระหว่างปีดาวฤกษ์กับปีฤดูกาลและทำให้ตำแหน่งดาวเหนือเคลื่อนที่ การเคลื่อนทั้งสองรูปแบบดังกล่าวเกิดขึ้นโดยความดึงดูดที่ผันแปรไปของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ที่กระทำต่อส่วนโป่งบริเวณศูนย์สูตรของโลก ขั้วโลกทั้งคู่ยังมีการเคลื่อนตำแหน่งได้หลายเมตรไปมาตามพื้นผิวโลก การเคลื่อนของขั้วนี้ประกอบกันขึ้นจากวัฏจักรที่หลากหลายซึ่งเรียกรวม ๆ กันว่าการเคลื่อนกึ่งคาบ ตัวอย่างการเคลื่อนลักษณะนี้ซึ่งเกิดเป็นประจำด้วยวัฏจักรประมาณ 14 เดือนก็คือการส่ายแชนด์เลอร์ อัตราเร็วในการหมุนรอบตัวเองของโลกยังผันแปรไปตามปรากฏการณ์ต่าง ๆ รู้จักกันในชื่อการผันแปรความยาวของวัน

ในสมัยปัจจุบัน จุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดของโลกเกิดขึ้นประมาณวันที่ 3 มกราคม และจุดไกลดวงอาทิตย์ที่สุดเกิดขึ้นประมาณวันที่ 4 กรกฎาคม วันเวลาที่เกิดขึ้นจะมีการเปลี่ยนแปลงไปตลอดอันเนื่องมาจากการหมุนควงและปัจจัยอื่นทางวงโคจร ซึ่งเป็นไปตามแบบแผนที่เกิดซ้ำเป็นรอบ ๆ รู้จักกันในชื่อวัฏจักรมิลานโควิตช์ การเปลี่ยนแปลงระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ทำให้พลังงานจากดวงอาทิตย์มาถึงโลกเพิ่มขึ้น ณ จุดใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดเทียบกับจุดไกลดวงอาทิตย์ที่สุดประมาณร้อยละ 6.9 เพราะซีกโลกใต้มีการเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ในเวลาใกล้เคียงกันกับตำแหน่งที่โลกเดินทางเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด ซีกโลกใต้จึงได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์มากกว่าที่ซีกโลกเหนือได้รับเล็กน้อยตลอดช่วงเวลาของปี ผลที่เป็นอยู่นี้มีนัยสำคัญน้อยกว่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานอันเนื่องมาจากความเอียงของแกนอยู่มาก และส่วนใหญ่ของพลังงานส่วนเกินที่ได้รับมาจะถูกดูดซับไปโดยน้ำอันเป็นพื้นที่ส่วนใหญ่ของซีกโลกใต้ 

ตัวอย่างวงโคจรและการหมุนของโลก

กำเนิดเอกภพ

กำเนิดเอกภพ

  ปัจจุบันเอกภพประกอบดัวยกาแล็กซีจำนวนเป็นแสนล้านกาแล็กซีระหว่างกาแล็กซีเป็นอวกาศที่เวิ้งว้างกว้างไกล เอกภพจึงมีขนาดใหญ่โดยมีรัศมีไม่น้อยกว่า 13,700 ล้านปีแสง ภายในกาแล็กซีแต่ละแห่งประกอบด้วยดาวฤกษ์จำนวนมากโลกของเราเป็นดาวเคราะห์หืดวงหนึ่งในระบบสุริยะ ซึ่งเป็นสมาชิกของกาแล็กซีของเรา บิกแบงเป็นทฤษฎีที่อธิบายถึงการระเบิดครั้งยิ่งใหญ่ที่ทำให้พลังงานส่วนหนึ่งเปลี่ยนเป็นสสารมีวิวัฒนาการต่อเนื่องจนเกิดเป็นกาแล็กซี เนบิวลา ดาวฤกษ์ ระบบสุริยะ โลก ดวงจันทร์ และสิ่งมีชีวิตต่างๆ ในปัจจุบัน

 เอกภพ(Universe) เป็นระบบรวมของดาราจักรที่มีอาณาเขตกว้างใหญ่ไพศาลมาก เชื่อกันว่าในเอกภพมีดาราจักรรวมอยู่ประมาณ 10,000,000,000 ดาราจักร (หมื่นล้านดาราจักร) ในแต่ละดาราจักรจะประกอบด้วยระบบของดาวฤกษ์ (Stars) กระจุกดาว (Star clusters) เนบิวลา (Nebulae) หรือหมอกเพลิง ฝุ่นธุลีคอสมิก (Cosmic dust) ก๊าซ และที่ว่างรวมกันอยู่

จุดเริ่มต้นของสรรพสิ่ง หมายความว่า ก่อนหน้านั้นไม่มีสิ่งใดดำรงอยู่เลย หลังจากจุดนั้นสรรพสิ่งเริ่มปรากฎ ขึ้น คำพูดที่ว่าทารกได้ “กำเนิด” ขึ้นจากเดิมที่ไม่มีอยู่ สามารถใช้ได้กับการกำเนิดของเทหวัตถุบนท้องฟ้า เช่น การกำเนิดโรค การกำเนิดระบบสุริยะ การกำเนิดดวงดาว และการกำเนิดกาแล็กซีเป็นต้น โลกกำเนิดจากการรวมตัวของผงฝุ่น ความจริงแล้วไม่เพียงแต่ระบบสุริยะ ดวงดาว และกาแล็กซีเท่านั้น แม้แต่ทารกก็กำเนิดจากการรวมตัวของมวลสารในโลกอันได้แก่ อะตอมและ โมเลกุล ซึ่งประกอบกันขึ้นโดยในรูปแบบการรวมตัวที่แตกต่างกัน แสดงให้เห็นว่ามวลสารที่เคยมีอยู่เดิมนั้น เดียวนี้ก็คงยังมีอยู่แต่เปลี่ยนแปลงรูปแบบของการรวมตัวเท่านั้น ที่มาหรือกำเนิดเอกภพเป็นอย่างไร เอกภพประกอบขึ้นจากสรรพสิ่งที่อยู่รอบตัวเรา มนุษย์ โลก ดวงอาทิตย์ ดวงดาว เนบิวลา และกาแล็กซีเป็นต้น เอกภพมีการกำเนิดเหมือนกับโลกหรือไม่ ก่อนหน้าที่จะถึง ณ เวลาหนึ่ง เอกภพไม่ได้ดำรงอยู่ แต่หลังจาก ณ จุดเวลานั้นจึงมีเอกภพปรากฏขึ้น สำหรับดวงดาว ก่อนหน้าดวงดาวจะกำเนิดขึ้น มวลสารต่างๆที่ประกอบขึ้นเป็นดวงดาวอยู่ในรูปของอะตอมและโมเลกุล

สำหรับเอกภพแล้วไม่มีสิ่งใดที่จะรองรับอะตอมและโมเลกุลเหล่านี้ อะตอมและโมเลกุลเหล่านี้มาจากที่ใด ยังคงเป็นปัญหาต่อไป มีความเห็นแตกต่างกันมากมายเกี่ยวกับกำเนิดเอกภพจนถึงปัจจุบันก็ยังมีข้อสรุปและไม่มีทฤษฎีที่แน่ชัด แต่ที่ไดรับการยอมรับที่สุด คือ ทฤษฎีการระเบิดใหญ่ (big-bang theory หรือทฤษฎีบิกแบง) โดย เลแมตร์ (G.Lemaitre) ได้กล่าวไว้ว่า ในอดีตเอกภพมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 6,400  กิโลเมตร  (4,000ไมล์) เลอร์แมตร์ เรียกทรงกลมที่เป็นจุดกำเนิดของสสารนี้ว่า “อะตอมดึกดำบรรพ์” (Primeval Atom) เป็นอะตอมขนาดยักษ์ นำหนักประมาณ 2 พันล้านตันต่อลูกบาศก์นิ้ว (ซึ่งขัดแย้งกับความเป็นจริงกับความหมายของอะตอมในปัจจุบันที่ให้ความหมายของอะตอม ว่าเป็นส่วยย่อยของโมเลกุล) อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ได้ถกเถียงและค้นหาข้อเท็จจริงเกี่ยวกับทฤษฎีนี้อย่างจริงจัง และกาโมว์ (G.Gamow) เป็นคนหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีของเลอเมตร์ จากผลการคำนวณของกาโมว์ ในขณะที่อะตอมดึกดำบรรพ์ระเบิดขึ้น จะมีอุณภูมิสูงถึง 3 x 10^9 เคลวิน (3,000,000,000 เคลวิน) หลังจากเกิดการระเบิดประมาณ 5 วินาที อุณภูมิได้ลดลงเป็น 10^9 เคลวิน (1,000,000,000 เคลวิน) และเมื่อเวลาผ่านไป 3 x 10^8 ปี (300,000,000 ปี) อุณภูมิของเอกภพลดลงเป็น 200 เคลวิน ในที่สุดเอกภพก็ตกอยู่ในความมืดและเย็นไปนานมากจนกระทั่งมีดาราจักรเกิดขึ้น จึงเริ่มมีแสงสว่างและอุณภูมิเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในปี พ.ศ.2472 ฮับเบิล (Edwin P.Hubble) ได้ศึกษาสเปกตรัมของดาราจักรต่างๆ 20 ดาราจักร ซึ่งอยู่ไกลที่สุดประมาณ 20 ล้านปีแสง พบว่าเส้นสเปกตรัมได้เคลื่อนไปทางแสงสีแดง ดาราจักรที่อยู่ห่างออกไปจะมีการเคลื่อนที่ไปทางแสงสีแดงมาก แสดงว่าดาราจักรต่างๆ กำลังคลื่นที่ห่างไกลออกไปจากโลกทุกทีทุกทีๆ พวกที่อยู่ไกลออกไปมากๆจะมีการเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดาราจักรที่ห่างประมาณ2.5พันล้านปีแสง มีความเร็ว 38,000 ไมล์ต่อวินาที ส่วนพวกดาราจักร ที่อยู่ไกลกว่านี้มีควาเร็วมากขึ้นตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของดาราจักรและ ความเร็วแห่งการเคลื่อนที่ เรียกว่า “กฎฮับเบิล” ทฤษฎีนี้อาจเรียกว่า “การระเบิดของเอกภพ” (Exploding Universe) ซึ่งก็สนับสนุนกับแนวคิดของเลแมตร์เช่นกัน

อายุของเอกภพ

     การใช้ค่าคงที่ของฮับเบิลคำนวณหาอายุของเอกภพ ปัจจุบันยังไม่สามารถหาอายุที่แท้จริงของเอกภพได้ เราอาจเข้าใจว่าโลกและเอกภพมีมาตั้งแต่โบราณไม่เปลี่ยนแปลงแต่ความจริงแล้ว เพราะเอกภพถือกำเนิดขึ้น ณ เวลาหนึ่ง แต่เวลาผ่านมานานเท่าไรแล้วล่ะ หากเราต้องการหาอายุของโลก เราสามารถใช้เรดิโอไอโซโทปมาวัดอายุและเวลาในการก่อสร้างในการก่อตัวของหินเปลือกโลกทำให้รู้ว่าโลกก่อตัวขึ้นมานานเท่าไร แต่ถ้าต้องการคำนวณหาเวลาที่เอกภพก่อตัวขึ้นจำเป็นต้องวัดอายุของดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ที่มีสมบัติแตกต่างกันจะมีอายุต่างกันด้วย กระจุกดาวทรงกลม (globula cluster)ที่เก่าแก่ที่สุดราว 12,000ล้านปี ดังนั้นเอกภพจึงน่ามีอายุมากกว่านี้ เราใช้ของฮับเบิลเป็นข้ออ้างอิงในการคำนวณหาอายุของเอกภพเริ่มจากกำหนดให้ระยะทางห่างแต่เดิม ระหว่างกาแล็กซีสองแห่งเป็น r และv เป็นความเร็วในการถอยห่างออกจากกัน จะได้ค่าของเวลาคือ t=r/v เพื่อนำมาหาค่าของเวลาที่กาแล็กซีอยู่ติดกันกฎของฮับเบิลแสดงได้เป็น v=hr บอกให้เรารู้ว่ากาแล็กซีซึ่งปัจจุบันอยู่ห่างไกลกันมากนั้น ก่อนหน้าเวลา1/h กาแล็กซีเหล่านี้รวมกันเป็นจุดเดียว ค่า H นี้เรียกว่า ค่าคงที่ของฮับเบิล ( hubble constant )จากการคำนวณของฮับเบิลในปี ค.ศ. 1929ได้ผลออกมาว่าทุกๆระยะห่าง 3 ล้านปีแสงความเร็วถอยห่างจะเป็น 200กิโลเมตรต่อวินาที เมื่อนำค่า H มาคำนวณหาเอกภพจะได้ค่าราว 5,000 ล้านปีซึ่งน้อยกว่าของกระจุกดาวทรงกลมที่มีอายุ 12,000 ล้านปี จึงนับว่าเป็นผลลัพธ์ที่น่าแปลก ทั้งนี้เป็นเพราะขณะที่ฮับเบิลคำนวณระยะห่างเขาใช้มาตรวัดระยะผิดพลาด กล่าวคือใช้ดาวแปรแสงแบบเซฟิด (Cepheid variabie star) เป็นหลักในการคำนวณ แต่ระดับความสว่างของดาวแปรแสงแบบเซฟิด เดิมกำหนดผิดไปขั้นหนึ่ง ทำคลาดเคลื่อน

 

     ถ้าเอกภพกำลังขยายตัวก็แสดงว่าถ้าเราย้อนเวลากลับไปในอดีต เอกภพก็ต้องมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ ยิ่งย้อนเวลามากก็ยิ่งเล็กลง แล้วเมื่อเล็ก ลงอย่างที่สุดจะเกิดอะไรขึ้น เอกภพจะลดลงจนสลายไปหรือหวังว่าจะมีจุดหนึ่งที่เอกภพกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นกรณีใดจะเห็นว่าเราจะต้องเกี่ยวข้องกับ การเริ่มของเอกภพทั้งนั้น ผู้แรกที่เริ่มศึกษาปัญหาเหล่านี้อย่างจริงจังคือนักฟิสิกส์ซึ่งเกิดที่รัสเซียชื่อ กามอฟ แต่ภายหลังอพยพไปอยู่อเมริกาในช่วง ปี 1948 ที่จริงกามอฟไม่ได้ตั้งใจที่จะคิดค้นเกี่ยวกับการเริ่มของเอกภพตั้งแต่ตอนแรก แต่ระหว่างที่เขากำลังคิดค้นเกี่ยวกับการเกิดของธาตุ เขาก็ได้ 

เอกภพ (จักรวาล – universe) คือ ระบบที่รวบรวมทุกสิ่งทุกอย่างในธรรมชาติ ข้อมูลสำคัญของเอกภพคือ เส้นสเปกตรัมของดาราจักรเลื่อนไปทางสีแดงทำให้รู้ว่าเอกภพกำลังขยายตัว

การขยายตัวของเอกภพ
เราทราบแล้วว่าเอกภพคือแหล่งรวมทุกสรรพสิ่งในธรรมชาติ รวมทั้งที่ว่างหรืออวกาศด้วย นักดาราศาสตร์ต่างได้ศึกษาเส้นสเปกตรัมจากธาตุที่อยู่ในดาราจักรแล้วพบว่า เส้นเลื่อนไปทางแดงหรือทางความถี่ต่ำแสดงว่าดาราจักรกำลังเคลื่อนที่ออกห่างไปเรื่อย ๆ ทำให้เกิดปัญหาข้อถกเถึยงกันถึงลักษณะของดาราจักรและเอกภพในอดีตว่าเป็นอย่างไร

ในวงการดาราศาสตร์ได้มีทฤษฎีหนึ่งที่จะอธิบายการกำเนิดเอกภพและสาเหตุที่ดาราจักรกำลังเคลื่อนที่คือ ทฤษฎีการระเบิดใหญ่ (big-bang theory หรือทฤษฎีบิกแบง) โดย เลแมตร์ (G.Lemaitre) ได้กล่าวไว้ว่า ในอดีตเอกภพมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 6,400 กิโลเมตร (4,000 ไมล์) เลอร์แมตร์ เรียกทรงกลมที่เป็นจุดกำเนิดของสสารนี้ว่า “อะตอมดึกดำบรรพ์” (Primeval Atom) เป็นอะตอมขนาดยักษ์ นำหนักประมาณ 2 พันล้านตันต่อลูกบาศก์นิ้ว (ซึ่งขัดแย้งกับความเป็นจริงกับความหมายของอะตอมในปัจจุบันที่ให้ความหมายของอะตอม ว่าเป็นส่วยย่อยของโมเลกุล) อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ได้ถกเถียงและค้นหาข้อเท็จจริงเกี่ยวกับทฤษฎีนี้อย่างจริงจัง และกาโมว์ (G.Gamow) เป็นคนหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีของเลอเมตร์ จากผลการคำนวณของกาโมว์ ในขณะที่อะตอมดึกดำบรรพ์ระเบิดขึ้น จะมีอุณภูมิสูงถึง 3 x 10^9 เคลวิน (3,000,000,000 เคลวิน) หลังจากเกิดการระเบิดประมาณ 5 วินาที อุณภูมิได้ลดลงเป็น 10^9 เคลวิน (1,000,000,000 เคลวิน) และเมื่อเวลาผ่านไป 3 x 10^8 ปี (300,000,000 ปี) อุณภูมิของเอกภพลดลงเป็น 200 เคลวิน

ในที่สุดเอกภพก็ตกอยู่ในความมืดและเย็นไปนานมากจนกระทั่งมีดาราจักรเกิดขึ้น จึงเริ่มมีแสงสว่างและอุณภูมิเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในปี พ.ศ.2472 ฮับเบิล (Edwin P.Hubble) ได้ศึกษาสเปกตรัมของดาราจักรต่างๆ 20 ดาราจักร ซึ่งอยู่ไกลที่สุดประมาณ 20 ล้านปีแสง พบว่าเส้นสเปกตรัมได้เคลื่อนไปทางแสงสีแดง ดาราจักรที่อยู่ห่างออกไปจะมีการเคลื่อนที่ไปทางแสงสีแดงมาก แสดงว่าดาราจักรต่างๆ กำลังคลื่นที่ห่างไกลออกไปจากโลกทุกทีทุกทีๆ พวกที่อยู่ไกลออกไปมากๆจะมีการเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดาราจักรที่ห่างประมาณ2.5พันล้านปีแสง มีความเร็ว 38,000 ไมล์ต่อวินาที ส่วนพวกดาราจักร ที่อยู่ไกลกว่านี้มีควาเร็วมากขึ้นตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของดาราจักรและ ความเร็วแห่งการเคลื่อนที่ เรียกว่า “กฎฮับเบิล” ทฤษฎีนี้อาจเรียกว่า “การระเบิดของเอกภพ” (Exploding Universe) ซึ่งก็สนับสนุนกับแนวคิดของเลแมตร์เช่นกัน