เนื้อหา

ทรงกลมฟ้า
     ทรงกลมฟ้า (celestial sphere) เป็นทรงกลมที่สามารถช่วยให้เราเข้าใจการเคลื่อนที่ของดวงดาวจากการหมุนรอบตัวเองของโลกได้ ทรงกลมฟ้าเป็นทรงกลมในจินตนาการมีจุดศูนย์กลางจุดเดียวกันกับโลก มีขั้วฟ้าเหนือ (north celestial pole) อยู่เหนือขั้วโลกเหนือ มีขั้วฟ้าใต้ (south celestial pole) อยู่เหนือขั้วโลกใต้ และมีเส้นศูนย์สูตรฟ้า (celestial equator) อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตรของโลก ส่วนเส้นสมมติบนโลกอื่น ๆ (ละติจูดและลองจิจูด) ก็จะแสดงเป็นเส้นสมมติบนทรงกลมฟ้าได้เช่นเดียวกัน

รูปที่ 1 แสดงทรงกลมฟ้าและองค์ประกอบขอทรงกลมฟ้า


     ในการศึกษาการเคลื่อนที่ของดวงดาวที่เกิดจากการหมุนรอบตัวเองของโลก เราจะสมมติให้ดวงดาวทุกดวงอยู่ห่างจากโลกเท่ากันและอยู่บนทรงกลมฟ้าเดียวกัน เมื่อเราจินตนาการการเรียงตัวของดวงดาวเป็นรูป คน สัตว์ หรือสิ่งของ ทำให้เรามองเห็นดวงดาวต่าง ๆ เป็นกลุ่มดาวอยู่บนทรงกลมฟ้า ในปัจจุบันมีกลุ่มดาวตามหลักสากลอยู่บนท้องฟ้าทั้งหมด 88 กลุ่ม และพื้นที่ของทรงกลมฟ้าก็ถูกแบ่งออกเป็น 88 ส่วนตามกลุ่มดาวด้วย

รูปที่ 2 แสดทรงกลมฟ้าที่เต็มไปด้วยกลุ่มดาว 


     การกำหนดตำแหน่งของกลุ่มดาว ดวงดาว และวัตถุท้องฟ้าอื่น ๆ บนทรงกลมฟ้า จะใช้ระบบพิกัดทรงกลมฟ้า (celestial coordinate system) ระบบนี้มีตัวแปรสองตัวคือ R.A. – Right Ascension และ DEC – Declination
     R.A. เป็นระยะทางเชิงมุม  เริ่มจากจุดวสันตวิษุวัต (vernal equinox) กวาดไปทางทิศตะวันออก ในหนึ่งรอบมีค่าเท่ากับ 24 ชั่วโมง  
     DEC เป็นระยะทางเชิงมุมจากเส้นศูนย์สูตรฟ้าขึ้นไปที่ขั้วฟ้าเหนือหรือลงไปที่ขั้วฟ้าใต้ ที่เส้นศูนย์สูตรฟ้า DEC มีค่าเป็น 0 องศา ที่ขั้วโลกเหนือ DEC มีค่าเป็น +90 องศา และที่ขั้วโลกใต้ DEC มีค่าเป็น -90 องศา 

รูปที่ 3 แสดง Right Ascension และ Declination ซึ่งเป็นตัวแปรที่กำหนดตำแหน่งของวัตถุฟ้า


     ดาวฤกษ์มีค่า R.A. และ DEC ที่ค่อนข้างคงที่ เนื่องจากดาวฤกษ์อยู่ไกลมาก จนไม่สามารถสังเกตเห็นการเคลื่อนที่ได้ ส่วนดาวเคราะห์ในระบบสุริยะนั้นจะมีค่า R.A. และ DEC เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา เนื่องจากอยู่ใกล้ทำให้เราสังเกตเห็นการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ได้ชัดเจน

การเคลื่อนที่ประจำวันของดวงดาว
     ในทุก ๆ วันเราสังเกตเห็นดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดวงดาวส่วนใหญ่เคลื่อนที่จากทางทิศตะวันออกไปทางทิศตะวันตก การเคลื่อนที่นี้เรียกว่าการเคลื่อนที่ประจำวันของวัตถุฟ้าหรือ Diurnal Motion ซึ่งเกิดจากการหมุนรอบตัวเองของโลก โลกเราหมุนรอบตัวเองแต่ทรงกลมฟ้าไม่หมุนตามไปด้วย ดังนั้นดวงดาวต่าง ๆ ที่อยู่บนทรงกลมฟ้าจึงเสมือนเคลื่อนที่สวนกับการหมุนรอบตัวเองของโลก
     การสังเกตดูดวงดาวต่าง ๆ จากบนโลกเราสามารถใช้ระบบพิกัดเส้นขอบฟ้า (Horizontal Coordinated System) ระบบนี้จะตรึงอยู่กับผู้สังเกต มีองค์ประกอบหลัก ๆ คือ จุดยอดฟ้า (Zenith) เส้นขอบฟ้า (Horizon) ทิศทั้ง 4 ทิศ (cardinal points) มุมทิศ (Azimuth) และมุมเงย (Altitude)
     มุมทิศ (Azimuth) เริ่มที่ทิศเหนือมีค่าเป็น 0 องศา กวาดไปทางตะวันออก ที่มุม 90 องศาเป็นทิศตะวันออก ที่มุม 180 องศาเป็นทิศใต้ และที่มุม 270 องศาเป็นทิศตะวันตก
     มุมเงย (Altitude) ที่เส้นขอบฟ้ามีค่า 0 องศา และที่จุดยอดฟ้ามีค่า 90 องศา สำหรับระบบพิกัดเส้นขอบฟ้า มุมทิศและมุมเงยของดวงดาวจะเปลี่ยนไปเมื่อเวลาเปลี่ยนไป แต่เป็นระบบที่สะดวกสำหรับการดูดาว เราเพียงแค่ทราบมุมทิศและมุมเงยของวัตถุฟ้า ณ ช่วงเวลาหนึ่ง เราก็สามารถมองหาวัตถุฟ้านั้นได้


รูปที่ 4 แสดงระบบพิกัดเส้นขอบฟ้า

 

การฉายดาวในท้องฟ้าจำลองกรุงเทพ
      จุดเด่นของอาคาร “ท้องฟ้าจำลองกรุงเทพ” คือโดมครึ่งทรงกลม โดมครึ่งทรงกลมเป็นการย่อส่วนท้องฟ้าจริงให้มีขนาดเล็กลง เมื่ออยู่ภายในเราจะรู้สึกเหมือนกับตอนที่เรามองดูท้องฟ้าจริง ซึ่งมีลักษณะเป็นครึ่งทรงกลมครอบตัวของเราอยู่ จุดที่อยู่สูงสุดของเพดานห้องเป็นจุดยอดฟ้า (Zenith) รอยต่อระหว่างเพดานและกำแพงห้องเป็นเส้นขอบฟ้า (Horizon) และที่รอยต่อนี้จะมีตัวอักษรภาษาอังกฤษ 4 ตัว N E S W แสดงถึงทิศหลัก ๆ ทั้ง 4 ทิศ
     ในโดมของห้องฉายดาวมีเครื่องฉายดาว ท้องฟ้าจำลองกรุงเทพมีเครื่องฉายดาว 2 ระบบ ระบบแรกเป็นระบบกลไกมอเตอร์และเลนส์ ซึ่งเป็นเครื่องฉายดาวเครื่องแรกและทำงานมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2507 เครื่องฉายดาวระบบนี้มีหลอดไฟด้านในและมีเลนส์รวมแสงอยู่โดยรอบคอยรวมแสงจากหลอดไฟให้ไปตกกระทบกับเพดานของท้องฟ้าจำลอง ปรากฏเป็นดวงดาวต่าง ๆ ตำแหน่งของเลนส์ทำให้ตำแหน่งของจุดแสงบนเพดานตรงตามตำแหน่งของดวงดาวในท้องฟ้าจริง นอกจากนี้เครื่องฉายดาวระบบนี้ยังมีเฟืองอยู่ด้านในเหมือนนาฬิกา เฟืองหลากขนาดนี้จะไปขับเครื่องฉายดาวให้หมุนรอบตัวเองเหมือนกับการเคลื่อนที่ของดวงดาวในท้องฟ้าจริงและสามารถใช้สอนดูดาวให้กับผู้ชมได้

รูปที่ 5 ใส่ภาพเครื่องฉายดาวระบบกลไกมอเตอร์และเลนส์รุ่นคาร์ลไซซ์มาร์คโฟร์


     เครื่องฉายดาวเครื่องแรกมีอายุมากว่า 50 ปีแล้ว ดังนั้นจึงมีการติดตั้งเครื่องฉายดาวระบบใหม่เข้าไป คือเครื่องฉายดาวระบบดิจิตอล เครื่องฉายดาวระบบนี้มีองค์ประกอบหลัก ๆ คือเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่และเครื่องฉาย 2 เครื่อง เครื่องคอมพิวเตอร์จะทำการสร้างจักรวาลจำลองจากข้อมูลทางดาราศาสตร์จริง แล้วส่งข้อมูลนี้ให้กับเครื่องฉายภาพทั้งสองเครื่องเพื่อฉายภาพขึ้นโดมของท้องฟ้าจำลองกรุงเทพ ถ้าเราตั้งค่าให้ผู้สังเกตอยู่บนสถานที่แห่งหนึ่งบนโลกในเวลาหนึ่ง ภาพที่ฉายในโดมของท้องฟ้าจำลองก็จะเป็นภาพดวงดาวบนท้องฟ้าที่สังเกตได้จากสถานที่นั้นและในเวลานั้น ซึ่งการฉายภาพแบบนี้ก็จะเหมือนกับการแสดงผลของเครื่องฉายดาวระบบกลไกมอเตอร์และเลนส์ที่มีอยู่เดิมและสามารถใช้สอนผู้ชมดูดาวได้เช่นกัน นอกจากนี้เครื่องฉายดาวระบบดิจิตอลยังสามารถฉายภาพยนตร์เต็มโดมได้ด้วย ภาพยนตร์เต็มโดมคือภาพยนตร์ที่มีภาพอยู่ล้อมรอบตัวเรา 360 องศา ทำให้ผู้ชมรู้สึกเสมือนกับไปอยู่ในฉากของภาพยนตร์จริง ๆ ภาพยนตร์ที่นำมาฉายภายในท้องฟ้าจำลองกรุงเทพ เป็นภาพยนตร์ที่มีเนื้อหาเกี่ยวกับดาราศาสตร์ เพื่อให้ความรู้ด้านดาราศาสตร์และความบันเทิงแก่ผู้ชม


      ใน 1 รอบการแสดงของท้องฟ้าจำลองกรุงเทพ ใช้เวลาประมาณ 50 นาที โดยที่ครึ่งแรกจะเป็นการบรรยายดาว มีเนื้อหาคือสอนให้ผู้ชมสามารถดูดาวที่จะสังเกตเห็นได้ในคำคืนของวันที่มาดูดาวในท้องฟ้าจำลองกรุงเทพ ส่วนครึ่งหลังของการแสดงจะเป็นการฉายภาพยนตร์เต็มโดม ซึ่งภาพยนตร์เต็มโดมจะมีการเปลี่ยนเรื่องใหม่ทุก ๆ 1 เดือน
     นอกจากการแสดงภายในโดมของท้องฟ้าจำลองกรุงเทพแล้ว ท้องฟ้าจำลองกรุงเทพยังมีกิจกรรมตั้งกล้องดูดาวในท้องฟ้าจริงด้วย ซึ่งเป็นกิจกรรมพิเศษสำหรับเยาวชนที่มาเข้าค่ายวิทยาศาสตร์ หรือกรณีที่มีปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ที่สำคัญ ๆ


วีดิทัศน์เรื่องอาคารท้องฟ้าจำลองกรุงเทพ