บันไดระยะห่างของจักรวาล

บันไดระยะห่างของจักรวาล (อังกฤษ: Cosmic distance ladder หรือ Extragalactic Distance Scale) เป็นกระบวนการต่อเนื่องที่นักดาราศาสตร์ใช้ในการบรรยายระยะห่างของวัตถุท้องฟ้า การวัดระยะทางโดยตรงที่แท้จริงของเทหวัตถุหนึ่ง ๆ จะทำได้ก็ต่อเมื่อวัตถุนั้นอยู่ "ใกล้" กับโลกพอที่จะทำได้เท่านั้น (คือระยะไม่เกินหนึ่งพันพาร์เซก) ดังนั้นเทคนิคในการอธิบายถึงระยะห่างของวัตถุที่อยู่ไกลกว่านั้นจึงต้องใช้วิธีการหลากหลายโดยอาศัยความสัมพันธ์กับวัตถุใกล้เคียง กระบวนการต่าง ๆ เหล่านั้นจะอิงอยู่กับ เทียนมาตรฐาน ซึ่งหมายถึงวัตถุดาราศาสตร์ที่ทราบค่าความส่องสว่างสัมบูรณ์ที่แน่นอน

แผนภูมิบันไดระยะห่างของจักรวาล

การวัดระยะห่างโดยตรง

ที่ฐานล่างสุดของบันไดจะเป็นการวัดระยะห่างแบบพื้นฐานซึ่งเป็นการวัดระยะห่างโดยตรงโดยไม่ต้องใช้สมมุติฐานทางฟิสิกส์ใด ๆ มาช่วยเนื่องจากธรรมชาติของวัตถุที่ยังไม่แน่ชัด การวัดตำแหน่งที่แน่นอนของดาวฤกษ์เป็นส่วนหนึ่งของสาขาพื้นฐานในวิชามาตรดาราศาสตร์

หน่วยดาราศาสตร์

บทความหลัก: หน่วยดาราศาสตร์

การวัดระยะห่างโดยตรงกระทำได้โดยอิงกับระยะห่างมาตรฐานที่ทราบค่าแน่นอน คือระยะห่างจากโลกถึงดวงอาทิตย์ ซึ่งเรียกชื่อว่า หน่วยดาราศาสตร์ ในประวัติศาสตร์ การสังเกตการณ์การเคลื่อนที่ของดาวศุกร์เป็นสิ่งสำคัญในการระบุระยะหน่วยดาราศาสตร์ในช่วงครึ่งแรกของคริสต์ศตวรรษที่ 20 รวมไปถึงการสังเกตการณ์ดาวเคราะห์น้อยด้วย แต่ปัจจุบันเราสามารถระบุระยะหน่วยดาราศาสตร์ได้อย่างแม่นยำโดยใช้เครื่องมือวัดเรดาร์ของดาวศุกร์และดาวเคราะห์อื่นข้างเคียงร่วมกับดาวเคราะห์น้อย^[1] รวมถึงการติดตามสัญญาณจากยานอวกาศสำรวจดาวเคราะห์ที่ออกไปโคจรรอบดวงอาทิตย์ตลอดระยะต่าง ๆ ในระบบสุริยะ กฎของเคปเลอร์ช่วยให้เราทราบสัดส่วนแน่ชัดระหว่างขนาดวงโคจรของวัตถุต่าง ๆ ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่ไม่อาจทราบระยะวงโคจรนั้น ๆ เอง เรดาร์ช่วยให้เราระบุตัวเลขได้เป็นหน่วยกิโลเมตรสำหรับระยะห่างระหว่างวงโคจร จากนั้นเมื่อนำมาคำนวณร่วมกับสัดส่วนขนาดวงโคจรก็ทำให้เราสามารถคำนวณระยะห่างวงโคจรของโลกได้อย่างถูกต้อง

พารัลแลกซ์

บทความหลัก: พารัลแลกซ์

ท้องฟ้าในเวลากลางคืนที่เต็มไปด้วยดาวฤกษ์ระยิบระยับอยู่มากมาย นักดาราศาสตร์ได้พบวิธีที่จะวัดระยะห่างของดาวฤกษ์เหล่านี้โดยวิธีการใช้ แพรัลแลกซ์ (Parallax)

แพรัลแลกซ์ คือการย้ายตำแหน่งปรากฏ ของวัตถุเมื่อผู้สังเกตอยู่ในตำแหน่งต่างกัน

นักวิทยาศาสตร์ใช้ปรากฏการณ์แพรัลแลกซ์ในการวัดระยะทางของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้เคียงกับเรา โดยการสังเกตดาวฤกษ์ดวงที่เราต้องการวัดระยะทางในวันที่โลกอยู่ด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ และสังเกตดาวฤกษ์ดวงนั้นอีกครั้งเมื่อโลกโคจรมาอยู่อีกด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ ในอีก 6 เดือนถัดไป นักดาราศาสตร์สามารถวัดได้ว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นย้ายตำแหน่งปรากฏไปเท่าไรโดยเทียบกับดาวฤกษ์ที่อยู่เบื้องหลังซึ่งอยู่ห่างไกลเรามาก ยิ่งตำแหน่งปรากฏย้ายไปมากเท่าใด แสดงว่าดาวฤกษ์ดวงนั้นอยู่ใกล้เรามากเท่านั้น ในทางตรงกันข้ามถ้าตำแหน่งปรากฏของดาวฤกษ์แทบจะไม่มีการย้ายตำแหน่งเลยแสดงว่าดาวฤกษ์นั้นอยู่ไกลจากเรามาก

เราไม่สามารถใช้วิธีแพรัลแลกซ์ในการวัดระยะห่างของดาวฤกษ์ที่มากกว่า 1,000 ปีแสง เพราะที่ระยะทางดังกล่าว การเปลี่ยนตำแหน่งของผู้สังเกตบนโลกจากด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์ไปยังอีก ด้านหนึ่งของดวงอาทิตย์แทบจะมองไม่เห็นการย้ายตำแหน่งปรากฏของดาวฤกษ์นั้นเลย

เทียนมาตรฐาน

อ้างอิง

1. Ash, M.E., Shapiro, I.I., & Smith, W.B., 1967 Astronomical Journal, 72, 338-350.

แหล่งข้อมูลอื่น

• บทเรียนเริ่มต้นว่าด้วยระยะทาง จากมหาวิทยาลัยยูซีแอลเอ
• โครงการหลักของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ว่าด้วยบันไดระยะห่างของจักรวาล