การค้นพบของ เอ็ดวิน ฮับเบิลEdwin Hubble 's Discovery ผู้ที่สนใจศึกษาเรื่องดาวดาว คงจะรู้สึกประทับใจแทบทุกครั้ง ที่ได้เห็นภาพสวยๆแต่ละภาพ จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล สิ่งประดิษฐ์ที่ให้ข้อมูล รายละเอียด เกี่ยวกับดวงดาวและเอกภพ จนทำให้เราสามารถ ปฏิวัติความรู้ ความคิด ในหลายๆสาขาของดาราศาสตร์ แต่ถ้าคุณได้ศึกษาเรื่องของ เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) คุณจะพบว่า สิ่งที่เขาค้นพบ ก็มีอิทธิพลมากมายทีเดียว ต่อการศึกษาด้านดาราศาสตร์ในปัจจุบัน เขาพบความจริง ที่ทำให้เราไม่อาจมองเอกภพ ในลักษณะเดิมๆอีกต่อไป การค้นพบของเอ็ดวิน ฮับเบิล แสดงให้เราเห็นว่า กาแล็กซีในเอกภพไม่ได้มีเพียงแค่ กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา และแต่ละกาแล็กซี กำลังเคลื่อนห่างจากกัน ออกไปเรื่อยๆ เขาชี้ให้เราเห็นข้อพิสูจน์ว่า เอกภพกำลังขยายตัวออกไป ทำให้อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ต้องปรับปรุง สูตรคณิตศาสตร์ ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และเมื่อกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลขึ้นสู่ห้วงอวกาศ ก็มีหนึ่งในหลายๆภาระกิจ คือ รวบรวมข้อมูลเพื่อคำนวณหา ค่าคงที่ของฮับเบิล (Hubble Constant) เอ็ดวิน ฮับเบิล เกิดในเคนตักกี สหรัฐอเมริกา ขณะศึกษาด้านวิทยาศาสตร์ ในมหาวิทยาลัยชิคาโก เนื่องจากฮับเบิล มีความสามารถ ทั้งด้านการเรียนและกีฬา เขาจึงได้รับทุน ไปศึกษาต่อด้านกฏหมาย ที่มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด ประเทศอังกฤษ หลังจากเรียนจบทางด้านกฏหมาย (รวมทั้งด้านอักษรศาสตร์ และภาษาสเปน) เขากลับมาสหรัฐฯ ทำงานเป็นครู ในโรงเรียนมัธยมแห่งหนึ่ง และอยากที่จะศึกษาด้านวิทยาศาสตร์อีกครั้ง หนึ่งปีถัดมา เขาก็สมัครเข้าศึกษา ที่หอดูดาวเยิร์คส์ ในชิคาโก และที่นี่เอง เขาเริ่มศึกษาเกี่ยวกับเนบิวลา อันจะปูทางไปสู่ การค้นพบอันยิ่งใหญ่ ในอนาคต และได้รับปริญญา PhD สาขาดาราศาสตร์ เมื่อปีค.ศ.1917 ด้วยความสามารถอันโดดเด่นทางด้านดาราศาสตร์ เขาได้รับการเสนองานในหอดูดาวเขาวิลสัน ซึ่งเพิ่งจะเปิดทำการ และเป็นหอดูดาว ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในสมัยนั้น แต่เนื่องจากอยู่ในระหว่างสงคราม เขาจึงต้องไปเข้าร่วมในกองทัพ เพื่อรบในสงครามโลกครั้งที่ 1 ในปีค.ศ.1919 เอ็ดวิน ฮับเบิล ปลดประจำการจากกองทัพ เดินทางขึ้นสู่เขาวิลสัน พร้อมที่จะทำงานด้านดาราศาสตร์ ในเครื่องแบบนายทหารยศพันตรี (Major) |
|
เอ็ดวิน ฮับเบิล เริ่มศึกษาเกี่ยวกับเนบิวลา ที่เขาคุ้นเคย ( Nebula - เนบิวลาแปลว่าหมอกหรือเมฆในภาษาละติน เป็นลักษณะของฝ้าจางๆ บนท้องฟ้ายามราตรี )
บนเขาวิลสัน ฮับเบิลได้พบกับ ฮาร์โลว์ แชปลีย์ (Harlow Shapley) ผู้ซึ่งกำลังภูมิใจ กับความสำเร็จ ในการวัดขนาดของ กาแล็กซีทางช้างเผือก และตำแหน่งของระบบสุริยะของเรา โดยใช้ดาวแปรแสงประเภทซีฟีอิด (Cepheid Variable อ่านรายละเอียดได้ใน เรื่องกาแล็กซีแอนโดรมีดา) สำหรับฮาร์โลว์ แชปลีย์ เนบิวลาก็ไม่มีอะไรมากไปกว่ากลุ่มก๊าซที่อยู่ไม่ไกล ในทางช้างเผือกของเรา |
|
ฮับเบิลเริ่มศึกษา เนบิวลาที่มีชื่อว่า NGC 6822 (ในกลุ่มดาว Sagittarius), M33 (ในกลุ่มดาว Triangulum) และ M31 (ในกลุ่มดาวแอนโดรมีดา) ด้วยประสิทธิภาพของกล้องฮูเคอร์ สามารถแยกรายละเอียดของฝ้าจางๆ ออกเป็นดวงดาวจำนวนมากมาย เขามองหา ดาวแปรแสงประเภทซีฟีอิด แล้วคำนวณหาระยะทางจากโลก ไปถึงแต่ละเนบิวลา
ด้วยวิธีการง่ายๆ คล้ายๆกับที่ฮาร์โลว์ แชปลีย์ใช้ เขาแสดงให้เราเห็นว่า เนบิวลาทั้งสาม อยู่นอกกาแล็กซีทางช้างเผือก และมันไม่ใช่เนบิวลาธรรมดา แต่เป็นกาแล็กซีอื่นที่คล้ายๆกับ กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา การค้นพบของฮับเบิล บอกเราว่ามีอะไรอยู่นอกกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา แต่ก็สร้างปริศนาอื่นๆออกมาอีกมากมาย กาแล็กซีเป็นเพียงจุดเล็กกระจายไปทั่วเอกภพ(Universe) หรือกาแล็กซีก็เป็นหน่วยเล็กๆของอะไรบางอย่าง ที่เป็นโครงสร้างของเอกภพ และที่จริงโครงสร้างของเอกภพเป็นอย่างไรกันแน่ มันคงที่หรือเปลี่ยนแปลงอย่างไร ฮับเบิลไม่ได้หยุดการค้นพบของเขาไว้เพียงแค่นั้น เขาเริ่มตามหากาแลกซีอื่นๆ วัดระยะทาง การกระจายของกาแล็กซีในเอกภพ วัดขนาด หาค่าความสว่าง และรูปร่างลักษณะของแต่ละกาแล็กซี เขาสร้างแผนภูมิ(แบบ Tuning fork) ใช้จำแนกลักษณะของกาแลกซีที่ยังคงใช้มาถึงปัจจุบัน การค้นพบที่ยิ่งใหญ่กว่าเดิม ของฮับเบิล เริ่มขึ้นเมื่อเขาศึกษาเรื่องสเป็คตรัมของกาแล็กซี  เรื่องของแสงที่สามารถแยกออกเป็นสเป็คตรัมสีรุ้ง เราทราบกันมาตั้งแต่สมัยของเซอร์ ไอแซค นิวตัน (Sir Isaac Newton) สเป็คตรัมของดาวฤกษ์บอกอะไรเราหลายๆอย่าง ในสเป็คตรัมที่ดูเหมือนต่อเนื่อง เราสามารถพบขีดสีเข้มบ้าง ทึบบ้าง จางบ้าง กระจายอยู่ สิ่งเหล่านี้เป็นลักษณะเฉพาะของธาตุที่ประกอบเป็นดาวฤกษ์ และก๊าซที่อยู่ผิวรอบนอกของดาวฤกษ์
นอกจากนี้แสงของดวงดาว ยังสามารถบอกความเร็วของดวงดาว ซึ่งเคลื่อนที่ เมื่อเทียบกับผู้สังเกตได้อีกด้วย ในปีค.ศ.1842 คริสเตียน ดอปเปลอร์ (Christian Doppler) ได้ศึกษาดาวฤกษ์ในระบบดาวคู่ เขาพบว่า ดวงดาวที่เคลื่อนที่เข้ามาทางผู้สังเกต จะมีความถี่ของแสงสูงขึ้น เปลี่ยนไปในทางสีน้ำเงิน - Blue shifted ส่วนดวงดาวที่เคลื่อนที่ออกห่างจากผู้สังเกต จะมีความถี่ของแสงต่ำลง เปลี่ยนไปในทางสีแดง - Red shifted ปรากฎการณ์นี้เรียกว่า ปรากฎการณ์ดอปเปลอร์ (Doppler Effect) คล้ายๆกับการที่เราได้ยินเสียงไซเรนของรถ เสียงสูงขึ้น เวลารถเคลื่อนที่เข้าหาเรา และเสียงไซเรนทุ้มลง เมื่อรถเคลื่อนออกห่างจากเรา |
|
ในปีค.ศ.1917 เวสโต สลิฟเฟอร์ (Vesto Slipher) ได้ศึกษาสเป็คตรัมของหลายๆกาแล็กซี เขาพบว่า สเป็คตรัมของกาแล็กซี เลื่อนไปในทางสีแดง - Red shifted เขาคำนวณได้ว่าบางกาแล็กซีเคลื่อนที่ออกห่างจากเรา ด้วยความเร็วถึง 500km/s แต่ในสมัยนั้น ไม่สามารถวัดระยะทางได้ว่า มันอยู่ไกลแค่ไหน (สมัยนั้น ยังไม่มีใครทราบแน่ว่ามันอยู่นอกทางช้างเผือก)
ฮับเบิลศึกษาสเป็คตรัมของอีกหลายกาแล็กซี ตามแนวทางคล้ายๆที่ สลิฟเฟอร์เคยศึกษาไว้ ในปีค.ศ.1929 ฮับเบิลเปรียบเทียบ Red shift ของ 24 กาแล็กซีเทียบกับระยะห่างจากโลก เขาพบว่า Red shift มากขึ้น ถ้ากาแล็กซีอยู่ห่างออกไปมากขึ้น 6 ปีถัดมาฮับเบิลร่วมมือกับ มิลตัน ฮัมแมสสัน (Milton Humason) รายงานการศึกษา ถึงกว่า 140 กาแล็กซี ยืนยันว่า Red shift สัมพันธ์กับระยะห่างจริง และยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจาก Red shift แสดงถึงความเร็วที่กาแล็กซีเคลื่อนห่างออกไป แสดงว่า ยิ่งกาแล็กซีอยู่ห่างจากเราไปเท่าไร ก็จะยิ่งเคลื่อนห่างจากเราด้วยความเร็วที่สูงขึ้น เรียกว่า กฎของฮับเบิล (Hubble's law) อัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วตามระยะทางนี้ เรียกว่า ค่าคงที่ของฮับเบิล (Hubble Constant) กฎของฮับเบิล กลายเป็นเครื่องมือหนึ่งในการวัดระยะที่ห่างมากๆในเอกภพ ถ้าคุณทราบว่ากาแล็กซีหนึ่งมี Redshift เท่าไร สามารถคำนวณ ได้ว่ามันเคลื่อนห่างจากเราไป ด้วยความเร็วเท่าไร คุณก็จะคำนวณได้ว่ากาแล็กซีนั้น อยู่ห่างเราไปเท่าไร ถ้าเพียงแต่เราทราบ ค่าคงที่ของฮับเบิล ปัญหาก็คือ ต่อให้ใช้กล้องดูดาวที่ประสิทธิภาพสูงที่สุดในสมัยของฮับเบิล ค่าคงที่ของฮับเบิล ที่คำนวณได้ก็ยังไม่เที่ยงตรงแม่นยำพอ ค่าคงที่ของฮับเบิลที่คำนวณได้ ในแต่ละยุคสมัย จึงเปลี่ยนไปเรื่อยๆ |
|
กฎของฮับเบิลพิสูจน์อะไรให้เราเห็นมากมาย
มันบอกเราว่า แต่ละกาแล็กซีกำลังเคลื่อนห่างออกจากกัน ด้วยความเร็วเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ นั่นคือเอกภพ (Universe) กำลังขยายตัวออกไป (Expanding) และถ้าเราคิดย้อนกลับ แสดงว่าครั้งหนึ่งในอดีต (นานแสนนาน) ทุกสรรพสิ่งในเอกภพเคยรวมกันอยู่ ณ จุดๆหนึ่ง (Cosmic Singularity) แล้วขยายออกไปเรื่อยๆ (Bigbang) ค่าคงที่ของฮับเบิล ก็เป็นกุญแจสำคัญ ในการคำนวณกลับไปว่า จุดเริ่มต้นของการขยายตัว (Bigbang) หรือต้นกำเนิดของสรรพสิ่งในเอกภพ (Universe) เริ่มขึ้นเมื่อไร กฎของฮับเบิลที่แลดูสั้นๆง่ายๆ สร้างความเปลี่ยนแปลง ต่อวงการดาราศาสตร์มากมาย หลายๆเรื่องที่เคยถกเถียง เริ่มปรับเข้าสู่ข้อเท็จจริงเดียวกัน และเปิดยุคใหม่ของการศึกษาจักรวาลวิทยา (Cosmology) อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (General theory of Relativity) ไว้ตั้งแต่เมื่อปีค.ศ.1925 ซึ่งสามารถอธิบาย ลักษณะของอวกาศและเอกภพ เนื่องจากไอน์สไตน์เชื่อว่า เอกภพนั้นคงที่(Static) เขาจึงใส่ค่าคงที่ตัวนึง เรียกว่า Constant of integration หรือ Cosmological constant (Lambda) ไว้ใน สูตรคณิตศาสตร์ที่สามารถอธิบายลักษณะเอกภพ เพื่ออธิบายแรง ในระดับเอกภพ ซึ่งทำให้เอกภพอยู่ในสภาพคงที่(Static) ภายหลังเมื่อทราบกันดีว่าเอกภพนั้นขยายตัว(Expanding) ไอน์สไตน์ยอมรับว่าเป็นความผิดพลาด และตัด Cosmological constant นั้นออกไป ในปีค.ศ.1931 ระหว่างที่ไอน์สไตน์ไปเยี่ยมชมที่คาลเทค(California Institute of Technology) เขาได้เดินทางไปที่เขาวิลสัน เพื่อชมกล้องโทรทรรศน์ และขอพบฮับเบิลอีกด้วย แต่สิ่งหนึ่งที่ยังคงเป็นปัญหาในสมัยนั้น คือ ค่าคงที่ของฮับเบิล มีค่าเท่าไรกันแน่ ค่าคงที่ของฮับเบิล สามารถนำมาคำนวณหาอายุของเอกภพ เนื่องจากค่าที่ได้ยังไม่เที่ยงตรงแม่นยำพอ อายุของเอกภพจึงยังไม่ชัดเจน คำนวณได้อยู่ประมาณ 10,000 - 15,000 ล้านปี แต่จาการคำนวณอายุของกระจุกดาวทรงกลม (Globular cluster) ในกาแล็กซีทางช้างเผือกพบว่ามีอายุประมาณ 12,000 ล้านปี จึงอาจเป็นไปได้ว่ามันมีอายุมากกว่าเอกภพ แต่จะเป็นไปได้หรือ ที่ดวงดาวในเอกภพมีอายุมากกว่าตัวเอกภพเอง ดังนั้น อายุของกระจุกดาวทรงกลม จึงมักถูกใช้อ้างอิงเพื่อแสดงความน่าเชื่อถือของ ค่าคงที่ของฮับเบิลที่เราคำนวณได้ หลังจากเก็บข้อมูลอยู่นานหลายปี เฝ้าค้นหาดาวแปรแสง(Cepheid Variable)จำนวนมากมาย คำนวณระยะห่าง หา red shift จาก 30กาแล็กซี ไกลออกไปกว่า ร้อยล้านปีแสง ในปีค.ศ.2000 ก็คำนวณค่าคงที่ของฮับเบิล ได้ประมาณ 74 km/sec/Mpc (+/- 10%) และคำนวณอายุของเอกภพได้ประมาณ 12,600ล้านปี จบบันทึกเรื่อง การค้นพบของ เอ็ดวิน ฮับเบิล _ Edwin Hubble 's DiscoveryLast updated 04/09/2001 |
