เอกภพ
เอกภพกำลัง ขยายตัว ซึ่งมีข้อสนับสนุนจากการทดลอง เช่น ข้อมูลเกี่ยวกับเส้นสเปกตรัมของธาตุที่อยู่ในดาวฤกษ์และแกแลคซี่ ปรากฏว่าเลื่อนไปทางสีแดง แสดงถึงเป็นพวกที่มีความ ถี่ต่ำ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า "การเลื่อนไปทางสีแดง" (Red shift) ข้อมูลนี้บอกให้เราทราบว่า ดาวฤกษ์ และแกแลคซี่นั้นกำลังเคลื่อนที่ออกจากเรา จากความจริงข้อนี้นักเอกภพวิทยาได้พยายามที่จะประมวลเข้ากับความรู้สาขาอื่น ๆ เพื่อนำมาอธิบายเกี่ยวกับธรรมชาติและคุณสมบัติของเอกภพ ทั้งที่เป็นอยู่ในอดีตปัจจุบัน และที่จะเปลี่ยนไปในอนาคต ในที่สุดได้มีผู้เสนอทฤษฎีการเกิดเอกภพที่มีคนเชื่อถือมากที่สุดสองทฤษฎี ด้วยกัน คือ
1. ทฤษฎีปังใหญ่ (Big-Bang Theory)
ดังที่ทราบกันว่าปัจจุบันเอกภพกำลังเคลื่อนที่ออกจาก กันตามลักษณะการขยายตัวของเอกภพ ทำให้เกิดมีข้อสงสัยว่า
ในอดีตเอกภพคงจะอยู่ใกล้กันหรือไม่ และเพราะเหตุใดเอกภพจึงเคลื่อนที่ออกจากกัน และเมื่อใดเอกภพจึงจะหยุดการขยายตัว
เมื่อหยุดการขยายตัวแล้วเอกภพจะมีสภาพเป็นอย่างไร
เลอแมทร์ นักดาราศาสตร์ท่านหนึ่งได้ให้ความเห็นว่า ณ จุดหนึ่งในอดีตกาลทุกสรรพสิ่งแม้กระทั่งอากาศจะหดตัวอย่างแน่น บรรดาแกแลคซี่จะอยู่ในสภาวะที่รวมเป็นมวลเดียวกันและถือว่าจุด ๆ นี้เป็นวินาทีเริ่มต้นของเอกภพ จะเห็นว่าเลอแมทร์ถือว่าเอกภพจะต้องมีจุดเริ่มต้น และที่จุดๆ นี้สสารต่างๆ จะอัดกันแน่นเป็นทรงกลม ซึ่งเราเรียกว่า "อะตอมแรกเริ่ม" (primeval atom) ต่อมาเขาสมมุติว่าอะตอมเริ่มแรกจะระเบิดออกทุกทิศทาง และถือว่าเป็นการเริ่มต้นการขยายตัวของเอกภพ ดังนั้นจึงเรียกแนวคิดของเลอแมทร์ว่า "เอกภพระเบิด" (Exploding Universe) หรือ "ทฤษฎีปังใหญ่ หรือ ทฤษฎีบิก แบง" (Big-Bang Theory)
นักดาราศาสตร์อีกท่านที่สนับสนุนแนวความคิดนี้คือ จีกาโมว์ ซึ่งจากการศึกษาของเขาพบว่า อะตอมเริ่มแรกที่กำลังระเบิดจะมีอุณหภูมิสูงมาก ต่อมาอุณหภูมิจะลดลงอย่างรวดเร็วในขณะที่มีการขยายตัว จนในที่สุดเอกภพทั้งหมดตกอยู่ในห้วงแห่งความมืดและเงียบสงัด จนกระทั่งเวลาผ่านไประยะหนึ่งจะมี "โปรโตแกแลคซี" (Protogalaxy) เกิดขึ้น และเวลาผ่านไปอีกช่วงหนึ่งจึงเกิดมีดาวฤกษ์ขึ้นในแกแลคซี่ แสงสว่างเริ่มมีขึ้นในเอกภพนับแต่นี้ และดาวฤกษ์ดวงอื่นๆ ก็เริ่มเกิดและส่งแสงสว่างขึ้น มีผลทำให้เอกภพมีความสว่างดังที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน 2 ทฤษฎีสถานะคงตัว (Steady-State Theory)
เป็นอีกแนวคิดหนี่งที่ว่า สสารทุกอย่างในเอกภพเมื่อพิจารณาในภาพรวมจะยังคงเหมือนเดิมตลอดเวลาแสดงว่าแนวคิดนี้เห็นว่าเอกภพไม่มีจุด เริ่มต้นและจุดสุดท้าย อย่างไรก็ตามแนวคิดนี้ไม่ได้หมายความว่าเอกภพจะต้องอยู่นิ่ง ซึ่งแสดงว่าเอกภพจะต้องมีการเปลี่ยนไปตามกาลเวลา โดยการเปรียบถึงมวลของน้ำในแม่น้ำที่ไหลตลอดเวลา ความเร็วของสายน้ำอาจเปลี่ยนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ แต่ความเร็วของสายน้ำ ณ ตำแหน่งนั้นจะไม่เปลี่ยนไปตามกาลเวลา จึงถือได้ว่าน้ำในแม่น้ำนั้นอยู่ในสภาพสถานะคงตัว ซึ่ง เอซ บอนดี, ที โกลด์ และ เอฟฮอยล์ มีแนวความคิดคล้ายกันและได้ให้ทฤษฎีเกี่ยวกับเอกภพว่า "ทฤษฎีสถานะคงตัว" หมายถึงการที่ เอกภพมีการเปลี่ยนแปลงแบบค่อยเป็นค่อยไป ในขณะที่เอกภพกำลังขยายตัว ความหนาแน่นของมวล ณ บริเวณหนึ่งจะลดลง ขณะเดียวกันจะต้องมีสสารใหม่เกิดขึ้นในอัตราที่ทำให้ความหนาแน่น ณ บริเวณนั้นเหมือนเดิม ทั้งอัตราของสสารที่เพิ่มขึ้นแทนที่นั้นจะต้องอยู่ในระดับที่ไม่อาจตรวจพบ ได้ ตามหลัก การขยายของเอกภพบ่งว่า ขณะที่ส่วนละเอียดของเอกภพกำลังค่อยๆ ดำเนินไปตามกาลเวลา โครงสร้างใหญ่ของเอกภพจะยังปรากฏเหมือนเดิมอยู่ตลอดเวลา เช่น กลุ่มแกแลคซี่ของเราหรืออาจเรียกว่า "กลุ่มท้องถิ่น" (Local group) ย่อมเหมือนเดิมตลอดเวลาไม่ว่าในอดีต ปัจจุบัน หรืออนาคต
ทฤษฎีทั้งสองนี้มีคนเชื่อถือไม่ยิ่งหย่อนกว่ากัน ดังนั้นจึงต้องอาศัยหลักฐาน ข้อมูลต่างๆ มาสนับ สนุน เช่น กฏหรือการค้นพบหลักฐานใหม่ อาทิ กฏของฮับเบิล (Hubble's Law) ซึ่งกล่าวว่า "แกแลคซี่ที่ยิ่งอยู่ไกลจากโลกก็ยิ่งมีอัตราเร่งหนี จากโลกเรามากขึ้น และระยะห่างของแกแลคซี่ยังเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราเร่งที่แกแลคซี่วิ่งออก จากเราด้วย" กฎดังกล่าวสืบเนื่องมาจากความจริงที่ว่า แสงประกอบด้วยคลื่นเช่นเดียวกับคลื่นเสียง ซึ่งปรากฏการณ์หนึ่งของคลื่นเสียงคือ "Doppler effect" เป็นเหตุผลหนึ่งที่นำมาใช้อธิบายความหมายของสีดาวที่ มองเห็น กล่าวคือ ความถี่ของแสงที่ส่งออกมาจากดาว ถ้าสังเกตุจากโลกจะพบว่า พวกที่มีความถี่สูงมากจะให้แสงสีม่วง แต่ถ้าเป็นพวกที่มีความถี่ต่ำจะให้แสงสีแดง เป็นที่น่าสังเกตุว่าดาวต่างๆ มักจะให้คลื่นแสงไปทางสีแดง และจำนวนคลื่นแสงสีแดงจะเพิ่มขึ้นเมื่อห่างไปจากโลก ดังนั้นกฎของฮับเบิลนี้จึงเป็นข้อสนับสนุนทฤษฎีปังใหญ่ได้ดี นักดาราศาสตร์ได้สรุปว่าการขยายตัวของเอกภพคาดว่าเริ่มมาประมาณ 10 พันล้านปีมาแล้ว
ต่อมาในปี พ.ศ.2508 นักดาราศาสตร์ได้พยายามพิสูจน์หาส่วนของรังสีที่เหลือจากการระเบิด ของอะตอมแรกเริ่มตามแนวคิดของ จี กาโมว์ ที่ว่าเมื่อส่วนที่เกิดจากการระเบิดแรกเริ่มเมื่อเริ่มเย็นตัวลงจะให้รังสีในเอกภพที่อุณหภูมิราว 3 เคลวิน (1 Kelvin = -459ฐ F) ซึ่ง เอ เพนเซียส และ อาร์ วิลสัน ได้ตรวจพบรังสีที่มีการรบกวนอย่างคงตัวได้ค่า 2.7 เคลวินซึ่งในปีเดียวกันนี้ เอฟ ฮอยล์ ได้ประกาศล้มเลิกทฤษฎีสถานะคงตัวของตน
เหตุผลอีกประการหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีปังใหญ่ก็คือ การค้นพบเควซาร์ (Quasar) ซึ่งมีทั้งขนาดใหญ่เท่าแกแลคซี่และขนาดที่เล็กกว่า แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดคือ เควซาร์มีอัตราเร่งสูงถึงประมาณ 0.8 เท่าของอัตราเร็วของ แสง เป็นความเร็วที่คำนวณได้จากการเคลื่อนที่ออกจากคลื่นแสงสีแดงของเส้น สเปกตรัม
ดาวฤกษ์ใน แกแลคซี่ทางช้างเผือกมีจำนวนมากมายถึงแสนล้านดวง ดวงอาทิตย์ของเราเป็นเพียงดวงหนึ่งในจำนวนนี้ ดาวฤกษ์ที่เห็นมีความสว่างมากไม่จำเป็นว่าจะอยู่ใกล้เราเสมอไป เชื่อกันว่าดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดยกเว้นดวงอาทิตย์ คือ "พรอซิมาเซนทอรี่" (Proxima Centauri) คือ ห่างประมาณ 4.24 ปีแสง หรือประมาณ 40 ล้านล้านกิโลเมตร (1 ปีแสง = 9.463 x 1012 กิโลเมตร)
เมื่อประมาณ 120 ปีก่อนคริสต์ศักราช "ฮิพพาคุส" (Hippachus) นักดาราศาสตร์ชาวกรีก ได้แบ่งดาวฤกษ์ที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าจำนวน 1080 ดวง ออกเป็นกลุ่มตามความสว่างปรากฏ โดยเรียกกลุ่มที่มีความสว่างปรากฏมากที่สุดจำนวน 20 ดวง เป็นพวก แมกนิจูดที่ 1 (First Magnitude) พวกที่หรี่ที่สุดเท่าที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเป็นพวก แมกนิจูดที่ 6 (Sixth Magnitude) ในช่วงแมกนิจูด 1 ถึง 6 แบ่งความสว่างลดหลั่นกันตามลำดับ ดาวฤกษ์ที่มีแมกนิจูดต่างกัน 1 แมกนิจูด จะมีความสว่างต่างกันประมาณ 2.5 เท่า นอกจากความสว่างปรากฏของดาวฤกษ์ที่แตกต่างกันแล้ว ดาวฤกษ์ที่เรามองเห็นยังมีสีต่างกันอีกด้วย สีที่ต่างกันนี้เนื่องจากดาวฤกษ์มีอุณหภูมิที่ผิวต่างกัน ดาวฤกษ์สีแดง เป็นดาวฤกษ์ที่มีอุณหภูมิที่ผิวประมาณ 3,500 องศาเคลวิน ดาวฤกษ์สีน้ำเงิน หรือ น้ำเงินแกมขาว จะมีอุณหภูมิที่ผิวประมาณ 50,000 องศาเคลวิน ส่วนดวงอาทิตย์เป็นดาวฤกษ์สีเหลืองมีอุณหภูมิที่ผิวประมาณ 6,000 องศาเคลวิน
แนวความคิดเกี่ยวกับกำเนิดดาวฤกษ์มี 2 แนวคือ แนวความคิดแรกสมมุติว่า ดาวฤกษ์เกิดจากสิ่งที่เป็นกลุ่มก้อนอยู่ก่อนแล้ว ต่อมาเกิดการระเบิดแตกกระจายออกเป็นดาวฤกษ์จำนวนมากมายในอวกาศ แต่แนวความคิดนี้ยังหาเหตุผลสนับสนุนไม่เพียงพอ ส่วนอีกแนวความคิดตั้งสมมุติฐานว่า ดาวฤกษ์เกิดจาก ก๊าซ ฝุ่น และสสารในอวกาศ หรือ กลุ่มก๊าซระหว่างดาว (Interstellar gas) กลุ่มมวลสารเหล่านี้ ที่เรียกว่า "เมฆ" จะหดตัวกันเข้าและมีความหนาแน่นมากขึ้นภายใต้แรงโน้มถ่วงของกลุ่มเมฆนี้ จนในที่สุดกลุ่มเมฆนี้จะระเบิดออกเป็นกลุ่มเมฆที่มีขนาดเล็กลง นั่นคือจุดเริ่มต้นของกระจุกดาวฤกษ์ ขณะที่ดาวฤกษ์หดตัวอุณหภูมิบริเวณใจกลางจะเพิ่มมากขึ้น จนกระทั่งมากพอที่ทำให้ธาตุเบารวมตัวกลายเป็นธาตุหนักและให้พลังงานออกมา จากการศึกษาพบว่าดาวฤกษ์ที่มีมวลมากจะมีอัตราการใช้ก๊าซไฮโดรเจนมาก ขณะเดียวกันที่ใจกลางของดาวฤกษ์ก๊าซไฮโดรเจนจะเปลี่ยนเป็นธาตุฮีเลียมและให้ พลังงานออกมา ในช่วงนี้ดาวฤกษ์จะไม่หดตัวหรือขยายตัว แต่จะให้พลังงานออกมาอย่างสม่ำเสมอ เมื่อไฮโดรเจนบริเวณใจกลางถูกใช้หมด บริเวณดังกล่าวจะเปลี่ยนเป็นแกนฮีเลียมที่ล้อมรอบโดยไฮโดรเจน ต่อมาดาวฤกษ์จึงเริ่มใช้ไฮโดรเจนที่อยู่รอบนอก ขณะเดียวกันภายในดาวฤกษ์ก็จะร้อนขึ้น ๆ และ บริเวณรอบนอกจะขยายตัวออก ทำให้ผิวรอบนอกของดาวฤกษ์จะยิ่งอยู่ห่างจากแหล่งความร้อนภายใน ช่วงนี้อุณหภูมิภายในจะลดต่ำลง ขณะที่ส่วนนอกจะโป่งออก ใจกลางที่เป็นแกนฮีเลียมก็จะเพิ่มมากขึ้น คือ มีประมาณราวร้อยละสิบของมวลทั้งหมด ดังนั้นภายในใจกลางจะมีพลังงานน้อยลงจนไม่พอที่จะต้านทานแรงโน้มถ่วงของตัว เองได้ ทำให้ดาวฤกษ์หดตัวและมีอุณหภูมิสูงขี้นอีก ซึ่งมากพอที่จะทำให้ก๊าซฮีเลียมเปลี่ยนไปเป็นธาตุคาร์บอน ดังนั้นช่วง นี้ดาวฤกษ์จะมีแหล่งพลังงานสองแหล่งคือ บริเวณรอบนอกที่ธาตุไฮโดรเจนเปลี่ยนไปเป็นธาตุฮีเลียม และบริเวณแกนกลางที่ธาตุฮีเลียมเปลี่ยนไปเป็นธาตุคาร์บอน และช่วงต่อไปเชื่อว่าดาวฤกษ์จะหดตัวและวิวัฒนาการไปสู่จุดจบ โดยจะเปลี่ยนไปเป็น ดาวฤกษ์แคระสีขาว หรือ ดาวนิวตรอน (Neutron Star) ซึ่งมีความหนาแน่นมาก และในการสลายตัวของดาวฤกษ์อาจจะไม่ดับไปง่าย ๆ แต่อาจจะระเบิดออกเป็น โนวา (Nova) หรือ ซุปเปอร์โนวา (Supernova) ซึ่งมีผลทำให้ธาตุหนักที่เกิดในดาวฤกษ์สลายตัวสู่ อวกาศอีกครั้งหนึ่ง เป็นการสิ้นสุดอายุของดาวฤกษ์ ซุปเปอร์โนวาที่มีชื่อเสียงและรู้จักกันดีคือเนบิวลาปู หรือ กลุ่มหมอกเพลิงปู (Crab Nebula) ที่ระเบิดในปี ค.ศ.1054 และค้นพบโดยนักดาราศาสตร์ชาวจีน
กาแล็กซีหมายถึงส่วนของเอกภพที่ประกอบด้วยกลุ่มดาวฤกษ์ กระจุกดาว เนบิวลา ฝุ่นธุลี คอสมิค และที่ว่าง ซึ่งประกอบด้วยสารต่างๆ พลังงานและการแผ่รังสีที่ปรากฏอยู่ในอวกาศจักรวาลเป็นสิ่งที่วัดไม่ได้ และยังไม่มีใครรู้ขอบเขตที่แน่นอน ระบบสุริยะซึ่งรวมโลกเราอยู่ด้วยนี้เป็นเพียงธุลีหนึ่งในจักรวาล ดวงอาทิตย์ของระบบสุริยะเป็นเพียงดาวฤกษ์ดวงหนึ่งในจำนวนกว่าแสนล้านดวงที่ ประกอบกันเป็นกาแลกซี่ใหญ่ ที่เรียกว่า "ทางช้างเผือก" ซึ่งมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 100,000 ปีแสง (หนึ่งปีแสงคือระยะทางที่แสงเดินทางในหนึ่งปี คือ ประมาณ 9,460,530 ล้านกิโลเมตร) จักรวาลประกอบด้วยกาแลกซี่ เช่น กาแลกซี่ทางช้างเผือกจำนวนมากมายมหาศาล
กาแล็กซีมีรูปร่างแตกต่างกัน ซึ่งจากการศึกษาของฮับเบิลพบว่าสามารถจัดออกเป็นกลุ่มได้ดังนี้
1) กาแล็กซีรูปไข่หรือทรงรี (Elliptical Galaxy),
2) กาแล็กซีรูปกังหัน (Spiral Galaxy) ซึ่งยังแบ่งออกเป็น
2.1) แกแลคซี่รูปกังหันปรกติ (Normal spiral galaxy)
2.2) แกแลคซี่รูปกังหันมีแขน (Barred spiral galaxy)
3) แกแลคซี่ที่มีรูปร่างไม่แน่นอน (Irregular Galaxy)
การที่กาแล็กซีมีรูปร่างต่างๆ กัน เนื่องจากแรงเหวี่ยงจากการหมุนรอบตัวเอง ทำให้มีรูปทรงไม่เป็นทรงกลมทีเดียวจะมีลักษณะแบนที่ขั้วทั้งสองเล็กน้อย
โดยทั่วไปนักดาราศาสตร์เรียกกาแล็กซีที่เราอาศัยอยู่นี้ว่า "กาแล็กซีทางช้างเผือก (Milky Way Galaxy) หรือ กาแล็กซีของเรา (Our Galaxy) ส่วนแกแลคซี่อื่นๆ มักเรียกรวมกันว่า "แกแลคซี่ภายนอก (Exterior Galaxy) หรือ เนบิวลานอกแกแลคซี่ (Extragalactic Nebula)
ปัจจุบันทราบว่า กาแล็กซีทางช้างเผือกเป็นระบบที่แบนมาก คือมีความหนาน้อยกว่าความกว้าง แกแลคซี่ของเรานี้ประกอบด้วยดาวฤกษ์ประมาณแสนล้านดวง ก๊าซและฝุ่นคอสมิคมีมากพอที่จะทำให้เกิดดาวฤกษ์ได้อีกหลายพันล้านดวงจากการ ศึกษาพบว่า กาแล็กซีทางช้างเผือกกำลังหมุนรอบศูนย์กลางของตัวเอง ดังนั้นมวลสารต่างๆ ในแกแลคซี่จึงเคลื่อนที่วนตามไปด้วย ถ้าเราดูการหมุนจากด้านบนจะพบว่าแกแลคซี่ของเราหมุนตามเข็มนาฬิกา โดยบริเวณใกล้ศูนย์กลางจะมีลักษณะเกือบเป็นทรงกลม อาจมีอัตราการหมุนอย่างสม่ำเสมอ บรรดาดาวฤกษ์ที่อยู่ในส่วนที่แบนจะมีการเคลื่อนที่เนื่องจากการหมุนตามระยะ ที่อยู่ห่างจากศูนย์กลาง ในจักรวาลประกอบด้วยกาแลกซี่อื่นๆ มากมาย มีทั้งขนาดใหญ่และเล็ก เนบิวลาแอนโครมีดา เป็นกาแลกซี่ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดคือประมาณ 1,900,000 ปีแสง
กาแล็กซีอื่นๆ มีจำนวนมากมายอาจจะมีมากถึงล้านล้านกาแล็กซีหรือมากกว่านี้ ถึงแม้ว่าเอกภพจะมีแกแลคซี่เป็นจำนวนอนันต์ แต่เราสามารถจัดเป็นกลุ่มได้ 3 กลุ่มใหญ่ตามการศึกษาของฮับเบิล คือ แกแลคซี่รูปไข่ แกแลคซี่รูปกังหัน และ แกแลคซี่รูปไม่แน่นอน
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น