วันนี้จะขอเสนอวิธีการหาระยะทางของวัตถุอวกาศในระยะใกล้เช่น ดาวฤกษ์ต่าง ๆ ที่เรามองเห็นด้วยตาเปล่าไปจนถึงวัตถุที่ไกลมากอย่างแกแลคซี่ ครับ
วิธีที่นักดาราศาสตร์ใช้กันจะมี 4 วิธี รายละเอียดตามนี้
- Trigonometric parallax
หากดาวดวงนั้นอยู่ไม่ไกลมากนักคือไม่เกิน 500 ปีแสง จะใช้วิธี Trigonometric parallax ครับโดยเราจะใช้ ตำแหน่งโคจรของโลก ทั้ง 2 ฟากดวงอาทิตย์ซึ่งมีตำแหน่งห่างกันประมาณ 310 ล้านกิโลเมตรเป็นจุดกำหนดสำหรับการใส่ลงไปในสามเหลี่ยมตรีโกณมิติ และคำนวณระยะของดาวที่ต้องการหาได้ครับ
อีกรูปแบบหนึ่งของ Parallax ที่จะดูง่ายกว่ามาก
2. Spectroscopic Parallax
หากระยะทางของดาวไกลกว่านั้น ก็จะใช้วิธีที่เรียกว่า Spectroscopic Parallax
โดยการวิเคราะห์แสงจากดาวดวงนั้น เรียกว่ากระบวนการ photometry ตาม Diagram ในภาพล่างนี้ครับ หลักการสำคัญของวิธีนี้ ก็คือจะต้องหาค่าความสว่าง 2 อย่างให้ได้ แล้วนำมาเข้าสูตร
ซึ่งการจะหาค่าของ Appearent magnitude นั้นไม่ยากเพราะกล้องโทรทรรศน์จะแสดงค่าได้อยู่แล้ว แต่ค่าความสว่างสัมบูรณ์ (Absolute magnitude) นี่สิ ที่จะต้องมีขั้นตอนหน่อยนึง
ในวิธีนี้ จะมีแผนภาพหนึ่งที่มีความสำคัญมาก ๆ ในการใช้หาค่า Absolute magnitude
แผนภาพนี้ชื่อว่า Hertzsprung-Russelll diagram (HR Diagram) ภาพล่างนี้คือ HR diagram ที่แสดงรายละเอียดครบ ส่วนสำคัญก็คือ Spectral Class ของดาว (ด้านบนสุด)
และตรงกลางของ diagram ก็คือการ plotting ดาวจำนวนมากกว่า 22,000 ดวง
ซึ่งเป็นการ plot ความสัมพันธ์ระหว่าง ความสว่าง และ Spectral ของดาวฤกษ์ครับ
ในการเทียบหา absolute magnitude ของวิธีนี้ เราก็จะต้องทราบ spectral class ของดาว
และ Luminustry class (ที่เป็นเลขโรมัน) เรากจะสามารถลากกราฟไปหาค่า absolute magnitude ได้ครับ
Spectral class ของดาว จะมี format การเขียนตามมาตรฐานของ Morgan–Keenan (MK) system ดังนี้ ….
1. ตัวอักษร Spectal
2. เลข sub spectral แสดงความสว่าง (0 – 9)
3. เลขโรมัน แสดง luminosity class
เช่น ดวงอาทิตย์ของเรา คือ G2V (ดาว class G2 ที่อยู่ในแถบลำดับหลัก Vเลขโรมัน)
3. Variable Star
และ …. หากเป็นการหาระยะของ วัตถุอวกาศที่มีระยะไกลมาก นักดาราศาสตร์ใช้วิธีคำนวณระยะจากการวัดความสว่างของ Cepheid variable stars (ดาวแปรแสงชนิดเซเฟอิด) และ ดาวแปรแสงแบบอาร์อาร์ไลแร (RR Lyrae) ซึ่งดาวฤกษ์ทั้ง 2 ชนิดนี้ มีคาบการแปรแสงคงที่มาก ทำให้เราสามารถนำเอา absolute luminosity (ค่าส่องสว่างสัมบูรณ์) และ appearent magnitude (ความสว่างปรากฏ) ของมันมาหาระยะทางอันแน่นอนได้ครับ ซึ่งวิธีนี้จะแม่นยำที่สุดในการหาระยะของตำแหน่งใด ๆ ในแกแลคซี่ หรือ กระจุกดาว ที่มีดาวฤกษ์ประเภทนี้อาศัยอยู่ ครับ
วิธีการ จะเริ่มด้วยการหาค่าของ ช่วงเวลาที่ดาวแปรแสง ขึ้น และ ลง ก่อนครับ ว่าคาบเวลานั้นกี่วัน
ต่อจากนั้น ก็นำไปเทียบกับฐานข้อมูลว่าดาวแปรแสงทั้ง 2 ชนิดนั้น หากมีคาบเท่านี้จะมี Absolute magnitude เท่าใด เมื่อได้ครบ 2 อย่าง คือทั้ง Appearent – Absolute magnitude …… ก็นำไปเข้าสูตรได้เลยครับ
4. Red shift & Hubble constant
สุดท้าย การหาระยะทางของวัตถุที่อยู่ไกลมาก ๆ เช่น แกแลคซี่ไกลโพ้น จะต้องใช้วิธี Doppler’s redshift ครับ วิธีการก็คือ จะใช้ Spectograph ของกล้องโทรทรรศน์ในการวิเคราะห์ แถบ Hydrogen เพื่อหา ความยาวคลื่นที่ Shift ออกไป โดยเทียบกับ Spectrum มาตรฐานครับ และเมื่อได้ความยาวคลื่นที่เปลี่ยนไปแล้วก็นำไปคำนวณหา ความเร็ว ของแกแลคซี่นั้นได้เลย จากสูตรนี้
และเมื่อได้ความเร็วจากสมการด้านบนแล้ว ก็นำไปหา ระยะทาง ได้เลยจากสูตรนี้ครับ
d = V / H0
d = ระยะทางจากโลกถึงกาแลกซี
V = ความเร็วในการถอยห่างของกาแลกซี
H0 = ค่าคงที่ของฮับเบิล = 71 km/s/Mpc
ค่าคงตัวของ Hubble (Hubble constant) นี้ มาจากการวิเคราะห์ของนักดาราศาสตร์ Edwin Hubble ที่ว่าความเร็วในการถอยห่างจากเราของแกแลคซี่ไกลโพ้น กับ ระยะทางของแกแลคซี่ นั้นเป็นกราฟเส้นตรง ดังนั้นจึงสามารถกำหนดค่าคงตัวได้ และนำไปคูณกับความเร็วของแกแลคซี่เป็นสูตรง่าย ๆ ได้ครับ
