บทท 1เอกภพวทยา

โดย ครสปปนนท วงชยเพง

เอกภพ

o ระบบทางดาราศาสตรทเรารจก

และคนเคยกนเปนอยางด คอ ระบบ

สรยะ

o ระบบสรยะประกอบไปดวย โลก

ดวงอาทตย ดาวเคราะห และสมาชก

อนๆ

o ดวงอาทตยเปนเพยงดาวฤกษ หนง

ในประมาณ 2 แสนลานดวงภายในกา

แลกซของเราหรอกาแลกซทางชางเผอก

(Milky Way galaxy)

กระจกกาแลกซ ประกอบดวยกาแลกซนบพน และ

สสารตางๆทอยระหวางกาแลกซเหลานน

<<กระจกกาแลกซ โคมา

ภายในเอกภพ

มกาแลกซไมนอยกวา

แสนลานระบบ ดงนน เอก

ภพจงเปนระบบทมขนาด

ใหญทสด ทมนษย

สามารถสงเกตได

นกดาราศาสตรเชอวา เอกภพ มขนาดใหญ

เพยงพอทจะมระบบและปรากฏการณทางธรรมชาต

ทกชนดในเอกภพ แสดงอย ณ ตาแหนงใดตาแหนง

หนงในอวกาศในชวงเวลาทนกดาราศาสตรสงเกต

เสมอ

หากนกดาราศาสตรสามารถสงเกตไดตรง

ตาแหนงและสงเกตไดอยางดเพยงพอ จะทาใหนก

ดาราศาสตรสามารถศกษาระบบและปรากฏการณ

ทางธรรมชาตทกชนดทมอยในเอกภพได

กาแลกซจานวนมากทปรากฏในกลองโทรทศนอวกาศฮบเบลซงเลงไปยง

จดๆ หนงในทศทางของกลมดาวหมใหญ ดาวฤกษ 4 ดวงทปรากฏในภาพ

อยในกาแลกซของเรา นอกนนเปนกาแลกซตางๆ

http://ww

w.fas.org/irp/im

int/docs/rst/Sect20/v_ultra-deep_field_02.jpg

มนษยเปนสวนหนงของเอกภพ แมมนษยจะมขนาดเลก

กวาฝนผงเมอเทยบกบดวงดาว แตมนษยไดใชปญญา

และกระบวนการ

ทางวทยาศาสตร ในการ

ศกษาคนควาเพออธบาย

เอกภพ และความเปนมา

ของสรรพสงในเอกภพ

มาตงแตสมยโบราณ

5.1 เอกภพวทยา

ในอดต

1. แบบจาลองเอกภพของชาวสเมเรยนและ

แบบจาลองเอกภพของชาวบาบโลน (The Sumerians

and the Babylonians)

ชาวสเมเรยนไดรเรมประดษฐคดคนการเขยนอกษร

รปลม ทเรยกวา คนฟอรม (Cuneiform)

ในบนทกตางๆ นน พบการบนทกตาแหนงของดาว

ฤกษและดาวเคราะห โดยมโลกแบนอยกบทและเปน

ศนยกลางของการเคลอนททงหมดพรอมกบมการตงชอกลม

ดาวหลายกลมในทองฟาดวย

ชาวสเมเรยนอธบายปรากฏการณการเคลอนทของ

ดวงดาวตางๆ ตามความเชอทวา เทพเจาทปกครองโลก

ทองฟา และแหลงนาตางๆ เปนผดลบนดาลใหเปนไป

ดงนน เอกภพของชาวสเมเรยนกคอทองฟา ทประกอบไป

ดวยดวงดาวตางๆ ทเคลอนทไปตามเวลา ซงเปนผลมาจาก

การดลบนดาลของเทพเจานนเอง

ชาวบาบโลน ไดรเรมสงเกตและจดบนทกการเคลอนท

ของดวงดาวตางๆ เปนประจาอยางมระบบ โดยอาศยพน

ฐานความรทางดาราศาสตรของชาวสเมเรยนและไดจดทา

แคตตาลอกของดาวฤกษและดาวเคราะห พรอมทงไดระบ

เสนทางการขนตกของดาวฤกษและดาวเคราะหทกๆวน

ทาใหชาวบาบโลน สามารถทานายการเคลอนท ของดาว

เคราะห ดวงจนทร ดวงอาทตยและการเปลยนแปลงฤดกาลบน

โลกไดอยางถกตองและแมนยา

พนฐานความรและความเชอในเรองเอกภพ

ของชาวบาบโลนกบสเมเรยนกยงคงเหมอนกน พวก

เขาเชอวา เอกภพคอทองฟาทมปรากฏการณตางๆ

เกดขน จากการดลบนดาลของเทพเจา

2. แบบจาลองเอกภพของกรก (Greek cosmology)

ชาวกรกไดอาศยขอมลและความรทางดาราศาสตรของชาวสเม

เรยนและชาวบาบโลน

และไดอาศยคณตศาสตรเปนเครองมอ ในเรองของจานวน

และเรขาคณตในการพฒนาแบบจาลองเอกภพของพวกเขา

ชาวกรกเปนชนกลมแรกทรเรมใชคาวา คอสโมโลจ

(Cosmology) ซงมความหมายวา เอกภพวทยา

อรสโตเตล พบวา โลกมลกษณะเปนทรงกลม

อรสตารคส ระบวา โลกโคจรรอบดวงอาทตยโดยดวง

อาทตยเปนจดศนยกลาง และโลกจะโคจรครบ 1 รอบในเวลา 1 ป

ดงนนแบบจาลองเอกภพของกรก จงเปนแบบจาลองท

อธบายวาโครงสรางทใหญทสดทมนษยรจกในสมยนนมลกษณะท

อธบายไดทางเรขาคณต

3. แบบจาลองเอกภพของเคปเลอร (Kepler’s model of the universe)

ทโค บราห ไดสงเกตการณเคลอนทของดาวเคราะหและจดบนทก

ตาแหนงอยางละเอยดทกวน เปนเวลานบสบป

ผลการสงเกตน ทาใหเขาไมเชอคาอธบายของโคเพอรนคส ทกลาว

วา ดาวเคราะหเคลอนทรอบดวงอาทตยเปนวงกลม

กอนทจะเสยชวตทโค บราห ไดมอบผลงานทงหมดใหแกผชวยของ

เขา ชอ โยฮนเนส เคปเลอร

ทโค บราห>>

<<โยฮนเนส

เคปเลอร

เคปเลอร ไดอธบายตาแหนงดาวเคราะหเพมเตมแลวตง

แบบจาลอง อธบายวาดาวเคราะหจะโคจรรอบดวงอาทตยเปน

วงร โดยมดวงอาทตยอยทจดโฟกสจดหนงของวงโคจรรปวงรนน

สวนดาวฤกษตางๆ อยในตาแหนงประจาท ซงไกลออกไปจาก

ดาวเคราะห

ภายหลง แบบจาลองเอกภพของเคปเลอรไดรบการ

ยอมรบและกลายเปนกฎการเคลอนท 3 ขอ ของเคปเลอร ทใชกน

อยในปจจบน

4. แบบจาลองเอกภพของกาลเลโอ (Galileo’s model of the

universe)

กาลเลโอเปนคนแรกทใชกลองโทรทศนเพอการสงเกตการณทาง

ดาราศาสตร และพบวา

ทางชางเผอกทมองดวยตาเปลาบางบรเวณนนคอดาวฤกษ

จานวนมาก

>> ผวของดวงจนทรมภเขาและหลมอกกาบาตมากมาย

<< ภาพรางการสงเกตการณดวงจนทร

ของกาลเลโอ ทาใหเหน

วาพนผวดวงจนทรนน

ขรขระ

เขาเหนดาวศกรเปนเสยว คลายขางขนขางแรมของ

ดวงจนทร

ดาวพฤหสบดมดาวบรวาร 4 ดวง (ปจจบนพบ 63

ดวง) และดาวบรวารทง 4 โคจรรอบดาวพฤหสบด ซงการ

คนพบนขดแยงกบความเชอของครสตศาสนา นกาย

โรมนคาทอลกทเชอวา โลกเปนศนยกลางของทกสงทกอยาง

กาลเลโอเชอวา ดวงอาทตยเปนศนยกลางของระบบ

โดยมดาวเคราะหตางๆ เคลอนรอบดวงอาทตยเปนวงกลม

ในขณะนน กาลเลโอพบวา ดาวเสารเปนดาวเคราะห

ทอยไกลจากโลกทสด แตทตาแหนงวงโคจรของดาวเสารน

เขาไดเขยนสญลกษณกรก ทมความหมายวาอนนตไวดวย

^แบบจาลองเอกภพของกาลเลโอ

ตอมา เซอรไอแซก นวตน ไดคนพบวา ลกษณะการ

โคจรดงกลาว เกดจากผลของแรงโนมถวงตามกฎความโนมถวง

สากล (Law of Universal Gravitation) จงทาให

นกดาราศาสตรในยคหลงสามารถอธบาย

ไดวาเพราะเหตใดดวงอาทตยจงอย

ทตาแหนงจดโฟกสจดหนงของวงรนน

5.2 กาเนดเอกภพ

ทฤษฏทเปนทยอมรบมากทสดวาเปนจดกาเนดของเอกภพ

และเวลาคอ ทฤษฏบกแบง (Big Bang) เมอเกดบกแบงขน เอกภพจะขยายตวอยางรวดเรว และมเนอ

สารเกดขนในรปของ

อนภาคมลฐานทชอวา ควารก อเลกตรอน และ นวทรโน

ปฏอนภาค คออนภาคมลฐานทมประจไฟฟาตรงขาม สวน

พลงงานทยงไมเปลยนเปนสสารจะอยในรปของโฟตอน

บกแบงและววฒนาการของเอกภพตงแตยคเรมตน

เมออนภาคและปฏอนภาคทเปนคกนเดนทางมาพบกน

จะกลายเปนพลงงานโดยการประลย(annihilation)

ในธรรมชาตมอนภาคมากกวาปฏอนภาค จงเหลอ

อนภาคมลฐานทประกอบกนเปนสสารในเอกภพ

หลงบกแบงประมาณ 10-6 วนาท อณหภมเอกภพลดลงเหลอประมาณสบลานลานเคลวน ทาใหคารกเกดการ

รวมตวกนกลายเปนนวเครยสของไฮโดรเจน(หรอ

โปรตอน) และนวตรอน

หลงบกแบงประมาณ 3 นาท อณหภมของเอกภพลดลงเหลอประมาณรอยลานเคลวน เปนผลใหโปรตอนและ

นวตรอนเกดการรวมตวเปนนวเคลยสของฮเลยม

หลงบกแบงประมาณ 1,000 ลานป เกดกาแลกซทมธาต

ไฮโดรเจนและฮเลยมเปนสารเบองตนซงใชกอกาเนดเปน

ดาวฤกษรนแรกๆสวนธาตทมมวลมากกวาฮเลยม จะเกด

การววฒนาการของดาวฤกษขนาดใหญ

<อะตอมของฮเลยม มนวเคลยสเปน

โปรตอน 2 อนภาค นวตรอน 2

อนภาค และมอเลกตรอน 2 อนภาค โคจรรอบนวเคลยส

ใน ค.ศ. 1920 เอดวน ฮบเบล ไดใชขอมลจากการสารวจกาแลกซตางๆ และพบวากาแลกซเหลานนเกดปรากฏการณ

เลอนทางแดง (redshift) ของเสนสเปกตรม ทาใหทราบวาเมอเกดปรากฏการณเลอนทางแดงของวตถทองฟาใด แสดง

วาวตถทองฟานนกาลงเคลอนทถอยหางจากผสงเกตบนโลก

ฮบเบลไดวเคราะหขอมลการเลอนทางแดงของ

กาแลกซทาใหทราบความเรวถอยหางของกาแลกซ ในขณะ

เดยวกนกวดระยะหางของกาแลกซดวย

^กราฟแสดงความสมพนธระหวางความเรวในการเคลอนทถอยหางของกาแลกซในหนวยกโลเมตรตอวนาทกบระยะหาง

ระหวางผสงเกตกบกาแลกซในหนวยเมกกะพารเซก

จากกราฟจะพบวาความสมพนธของขอมลเฉลยดงกลาวม

ลกษณะเปนเสนตรง ซงหมายความวา ความเรวในการ

เคลอนทถอยหาง (v) จะแปรผนตรงกบระยะหางจากกาแลกซ(D) เรยกความสมพนธนวา กฎฮบเบล

จากความสมพนธนทาใหฮบเบลสรปไดวา เอกภพกาลง

ขยายตวออกในปจจบนซงหาไดจากความชนของกราฟ และ

กาหนดใหเปนคา Ho (คาคงตวของฮบเบล) มหนวยเปนkm s-1 MpC-1 ซงเขยนเปนสมการไดดงน

V=HoD

กราฟเสนตรงนมความชนหรอ Ho =513.88 Km s-1

Mpc-1 ซงมความคลาดเคลอนมาก

ในปจจบนคา Ho ทเปนทยอมรบคอ 75+3 Km s-1

Mpc-1

รายงานวชาการของฮบเบลเปนการคนพบครงสาคญ

ซงแสดงใหเหนวาเอกภพไมไดมสภาพหยดนง หากแต

วาเอกภพกาลงมววฒนาการ

แนวความคดเบองตนของบกแบง

จากการคนพบวาเอกภพกาลงขยายตวตามกฎฮบเบล

นกดาราศาสตรและนกเอกภพวทยามความเชอ ณ

จดเรมตนเอกภพควรจะมขนาดเลกมาก และมความ

หนาแนนเฉลยมหาศาลและอณหภมสงมาก ซงมความ

คลายคลงกบการระเบด นกเอกภพวทยาจงเ รยก

สถานการณ ณ จดกาเนดของเอกภพนวา การระเบด

ใหญ หรอบกแบง(Big Bang) และใหบกแบงเปน

จดเรมตนของเอกภพ

บกแบงเปนการระเบดทพลงงานของเอกภพเปลยนเปน

สสารและกระจายตวออกอยางรวดเรว ขนาดของเอกภพ

จงมขนาดเพมขนอยางรวดเรวในยคตน

ภายหลงจากการเกด บกแบง

อณภมของเอกภพจะลดลง ทาให

อนภาคมลฐานตางๆ รวมกนเปน

ไฮโดรเจนและฮเลยม ยกเวนนวท

รโนทยงมอย และเมอเวลาผานไป

สสารเหลานนจงคอยๆ รวมตวกน

เ ป น ก า แ ล ก ซ ต า ง ๆ ภ า ย ใ น

กาแลกซ ม เนบวลาซ ง เ ปนตน

กาเนดดาวฤกษจานวนมาก

ขอสงเกตประการท 2 การคนพบคลนไมโครเวฟพนหลงจาก

อวกาศ ซงสอดคลองกบอณหภมเฉลยของอวกาศคอ 2.73 เคลวน

การคนพบพลงงานคลนไมโครเวฟพนหลงจากอวกาศเปนการคนพบ

โดยบงเอญของอารโน เพนเซยสและรอเบรต วลสน

^อารโน เพนเซยส ^รอเบรต วลสน

ในป ค.ศ. 1965 ทงสองไดทดลองระบบ

เครองรบสญญาณของ

กลองโทรทรรศนวทย

แตปรากฏวามสญญาณ

รบกวนสญญาณวทยใน

ชวงของคลนไมโครเวฟตลอดเวลา ถงแมวาจะเปลยนทศทาง

ของเสาอากาศไปทางใดกตาม

ภายหลงทราบวา สญญาณรบกวนทตรวจพบนน เปนสญญาณ

รบกวนทมาจากอวกาศ ซงมสเปกตรมคลายกบสเปกตรมการ

แผรงสของวตถดาทมอณหภม 2.73 เคลวน ในชวงความยาวคลนประมาณ 1.9 มลลเมตร

นกวทยาศาสตรไดสงดาวเทยมสารวจอวกาศ ชอ โคบ Cosmic

Background Explorer (COBE) ขนไปในอวกาศเพอตรวจสอบอก

ครง พบวาคลนไมโครเวฟพนหลงนมการกระจายตวสมาเสมอในทก

ทศทกทางจากอวกาศ และสอดคลองกบการแผรงสของวตถดาท

อณหภมเทากบ 2.73 เคลวน หรอพบคลนในชวงความถ 160กโลเฮรตซ ซงสอดคลองกบการกาเนดเอกภพตามทฤษฏบกแบง

ภาพแสดงกระจายอณหภมของ

CMB

^รปแสดงสเปกตรมของ CMB ซงเปนลกษณะสเปกตรมการแผรงสของวตถดา

^ภาพวาดแสดงการสงเกตการณของดาวเทยม

COBE เพอคนหาความลบของเอกภพ

นกดาราศาสตรและเอกภพวทยาจงสรปวาคลน

ไมโครเวฟพนหลงจากอวกาศนคอการแผพลงงานท

เหลอหลง บกแบงประมาณ 300,000 ป ดงนนคลนไมโครเวฟพนหลงจากอวกาศจงเปนหลกฐานท

ยนยนทฤษฏบกแบง

5.3 กาแลกซ (Galaxy)

กาแลกซ (Galaxy)

ระบบทมขนาดใหญรองลงมาจากเอกภพคอ กระจก

กาแลกซ (cluster of galaxies) กาแลกซประกอบดวยกาแลกซขนาดใหญและเลกนบพน

และสสารตางๆทอยระหวางกาแลกซ

<<กระจกกาแลกซเอเบลล 2218 (Abell 2218)

กาแลกซ คอ อาณาจกรหรอระบบของดาวฤกษจานวนนบแสนลาน

ดวง อยรวมกนดวยแรงโนมถวงระหวางมวลสารทงหมดทอยภายใน

กาแลกซกบหลมดามวลยวดยงทแกนกลางของกาแลกซ

กาแลกซตางๆ เกดขนหลงบกแบงประมาณ 1,000 ลานป

ภายในกาแลกซ ประกอบดวยดาวฤกษและตวกลางระหวางดาว

ฤกษ

กาแลกซทางชางเผอก

กาแลกซทางชางเผอกเปนกาแลกซทมระบบสรยะเปนสมาชกอย

ทางชางเผอกทเราเหน

จากกลองโทรทศน คอ ดาวฤกษ

จานวนมากทกระจายอยในทอง

ฟาบรเวณใกลเคยงกน ซงดาว

ฤกษเหลานคอดาวฤกษทอยใน

บรเวณแขน หรอ แกนกลาง ของกาแลกซทางชางเผอก

ระบบสรยะอยหางจากศนยกลางของกาแลกซประมาณ 30,000ปแสง ทางดานกลมดาวนายพราน

<<กาแลกซทางชางเผอก

เมอมองจากดานบน

กาแลกซทางชางเผอกเปนกาแลกซ

ชนดกงหน (spiral galaxy) มเสนผานศนยกลางประมาณ

100,000 ปแสง หนาประมาณ

1,000 ปแสง มมวลประมาณ

5.8 แสนลานเทาของมวลดวง

อาทตย ประกอบดวยดาวฤกษ

ประมาณ 2-4 หมนลานดวง

(ขอมลเดมเชอวากาแลกซทางชางเผอก

เปนกาแลกซชนดกงหน)

กาแลกซเพอนบาน กาแลกซเพอนบานคอกาแลกซทสามารถสงเกตเหนไดดวยตา

เปลาทอยภายนอกกาแลกซทางชางเผอก

ไดแก กาแลกซแอนโดรเมดา กาแลกซแมกเจลแลนใหญ และ

กาแลกซแมกเจลแลนเลก

<<กาแลกซ

แมกเจลแลน

ใหญ และ

กาแลกซแมก

เจลแลนเลก

กาแลกซแมกเจลแลนใหญ เปนกาแลกซไมมรปแบบซงจะ

สงเกตเหนไดใกลกบขอบฟาทศใต ทาใหเหนไดยาก

กาแลกซแอนโดรเมดาเปนกาแลกซชนดกงหน และมขนาดใหญ

กวากาแลกซทางชางเผอก อยหางจากโลก 2.3 ลานปแสงซงจะสงเกตเหนในกลมดาวแอนโดรเมดา สงเกตเหนไดงายในฤด

หนาว

^กาแลกซแอนโดรเมดา

นกดาราศาสตรแบงกาแลกซออกเปน 2 ประเภทใหญๆ คอ

1.กาแลกซปกต(regular galaxy) ซงสามารถจดแบงรายละเอยดไดตามรปรางทปรากฏของกาแลกซไดตามแผนภาพ

ของฮบเบล

2.กาแลกซไมมรปแบบ

(irregular galaxy) ดงเชน กาแลกซแมก

เจลแลนใหญ >>>>>>>

<<แผนภาพฮบเบล หรอสอมเสยงจด

ประเภทกาแลกซของ

ฮบเบล เปนการจด

หมวดหมของกาแลกซ

จากลกษณะของรปราง

ทปรากฏ

กาแลกซชนดปกต แบงออกเปน 3 กลมใหญ ตามลกษณะสณฐาน ดงน

กาแลกซร (elliptacal galaxy) มรปรางคอนขางราบเรยบ มการกระจายของแสงของดาวฤกษอยางสมาเสมอทวทง

กาแลกซ มรปรางคอนขางร ใชรหสวา E ตามดวยตวเลขซงแสดงถง

ความแปนของรปทรงรทปรากฏ เชน กาแลกซเอม 87 เปนประเภท E0

<กาแลกซเอม 87

กาแลกซชนดกงหน (spiral galaxy) เปนกาแลกซทมใจ

กลางสวางเพราะมดาวจานวนมาก และมแขนซงมดาวจานวน

นอยกวา

แขนหลกม 2 แขนคลายพดของกงหน ตรงกลางทมดาวฤกษ

หนาแนนเรยกวา ใจกลางกาแลกซ ใชรหส S

สวนใหญราวครงหนงของกาแลกซนจะมโครงสรางคลายแกน

ตรงกลางทยนออกมาจากใจกลางกาแลกซ เรยกวา

กาแลกซชนดกงหนมแกนใชรหสวา SB

เชน กาแลกซทางชางเผอกซงเปนประเภท SBb กาแลกซเอนจ

ซ 1073 เปนประเภท SBc ซงชนด a จะมแขนใกลชดกนกวา

ชนด b และ c ตามลาดบ

^กาแลกซเอนจซ 1073^กาแลกซทางชางเผอก

กาแลกซลกสะบา (lenticular galaxy) เปนกาแลกซทม

รปรางคลายเลนส อยระหวางกาแลกซรและกาแลกซชนด

กงหน ใชรหสวา S0

มใจกลางสวาง ลอมรอบดวยโครงสรางคลายแผนจาน

เชนเดยวกบกาแลกซกงหน

แตทแตกตางคอ แผนจานไมม

โครงสรางของแกนกงหนทมอง

เหนไดดวยตาเปลา

เชน กาแลกซซเอนจซ 1201

จบการนาเสนอ