ข่าวใหญ่ประจำสัปดาห์ (ยานลงดาวหาง) จำลองวิวัฒนาการ กลความเฉื่อย

DSC08072

อัลบั้มภาพการเรียนการสอนอยู่ที่นี่ครับ

ถ้าสงสัยว่าไม่เห็นรูปหรือวิดีโอ เข้าไปดูที่เว็บ http://witpoko.com/ นะครับ ส่วนใหญ่ถ้าอ่านในเมล์จะไม่เห็นวิดีโอครับ สำหรับบันทึกการสอนต่างๆในอดีตเข้าไปดูที่ http://atriumtech.com/sci_kids/ นะครับ

(คราวที่แล้วเรื่อง “ดูคลิปน่าสนใจเรื่องก๊าซ คุยกันเรื่องวิวัฒนาการต่อ ของเล่นลูกดอกหลอดกาแฟ” ครับ)

วันอังคารที่ผ่านมานี้ผมไปทำกิจกรรมวิทยาศาสตร์กับเด็กๆกลุ่มบ้านเรียนปฐมธรรมและอนุบาลบ้านพลอยภูมิครับ วันนี้เด็กประถมได้ฟังผมเล่าข่าวใหญ่ประจำสัปดาห์ที่นักวิทยาศาสตร์จากองค์การอวกาศยุโรป (ESA) ส่งยานอวกาศ (Rosetta/Philae) ไปพบและลงจอดบนดาวหาง โดยใช้เวลาประมาณสิบปีในอวกาศ เด็กๆได้เข้าใจวิธีการเพิ่มความเร็วและเปลี่ยนทิศทางยานอวกาศโดยใช้แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ (Gravity Assist) จากนั้นได้ดูวิดีโอคลิปการใช้หลักการวิวัฒนาการมาจำลองในคอมพิวเตอร์ เพื่อออกแบบหุ่นยนต์ที่เคลื่อนไหวแบบต่างๆกัน สำหรับเด็กอนุบาลผมสอนวิธีเล่นกลที่ใช้หลักการความเฉื่อย โดยเอาเหรียญทับกระดาษวางไว้บนปากขวด แล้วดึง ดีด หรือตีกระดาษให้หลุดออกไปเร็วๆให้เหรียญยังอยู่ที่เดิมบนปากขวดครับ

วันพุธสัปดาห์ที่แล้ว มีข่าวใหญ่ด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีครับ คือชาวโลกได้ส่งยานอวกาศไปวิ่งคู่กับดาวหางและปล่อยยานลูกลงไปจอดบนดาวหางสำเร็จครับ สัปดาห์นี้ผมเลยมาเล่าเรื่องนี้ให้เด็กประถมฟังกัน

ผมเริ่มจากการอธิบายว่าวงโคจรของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเราจะค่อนข้างเป็นวงกลม แต่มีดาวหางจะโคจรเป็นวงรีมากๆโดยมีช่วงเวลาหนึ่งที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์และเวลาที่เหลืออยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ ช่วงที่ห่างจากดวงอาทิตย์จะวิ่งช้าเมื่อใกล้ดวงอาทิตย์จะวิ่งเร็วดังคลิปข้างล่างนี้ครับ (สีเหลืองคือดวงอาทิตย์ สีม่วงคือดาวหาง):

 

เจ้าดาวหางเนี่ย ความเร็วของมันเป็นหมื่นๆกิโลเมตรต่อชั่วโมงเมื่อเทียบกับโลก เราจะทำยังไงดีให้ส่งยานอวกาศไปพบกับมันและให้มีความเร็วเท่าๆกับมันจะได้อยู่ใกล้ๆได้นานๆ (ผมยกตัวอย่างเวลามีรถสองคัน ถ้าวิ่งด้วยความเร็วเท่าๆกัน รถก็จะตีคู่กันไปนานๆ ถ้าความเร็วต่างกันมาก รถก็จะผ่านกันแป๊บเดียว)

ผมให้เด็กๆเสนอความเห็นว่าจะทำยังไงดี เด็กๆหลายๆคนเสนอว่าให้ใช้จรวดทำให้ยานอวกาศวิ่งเร็วๆเท่าดาวหาง ผมบอกเด็กๆว่าข้อเสียของจรวดคือเราต้องมีเชื้อเพลิงเยอะมาก ถ้าเคยเห็นรูปการยิงจรวดจะเห็นว่าส่วนหัวที่เป็นยานอวกาศหรือดาวเทียมมีขนาดเล็กมาก ส่วนที่เหลือส่วนใหญ่เป็นเชื้อเพลิงสำหรับจรวด เราไม่สามารถขนเชื้อเพลิงขึ้นไปเยอะๆให้ยานอวกาศวิ่งตามดาวหางได้

ส่วนที่เป็นยานอวกาศจะเป็นส่วนหัวเล็กๆของจรวดทั้งอัน พื่นที่ส่วนใหญ่เป็นที่เก็บเชื้อเพลิงสำหรับยิงจรวด

ผมให้เด็กๆสังเกตว่าดาวหางหรืออุกกาบาตวิ่งได้เร็วๆเพราะอะไร เพราะมันตกด้วยแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์เช่นโลก หรือดาวฤกษ์เช่นดวงอาทิตย์ เช่นถ้าเอาหินใหญ่ๆไปปล่อยในอวกาศไกลๆแถวดวงจันทร์แล้วให้มันตกใส่โลก มันจะเคลื่อนที่เร็วเป็นหมื่นกิโลเมตรต่อชั่วโมงตอนใกล้โลกเหมือนกัน

ด้วยหลักการนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงใช้วิธีอาศัยแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ต่างๆมาเปลี่ยนแปลงความเร็ว (ให้เร็วขึ้นหรือช้าลง) และเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของยานอวกาศ วิธีนี้เรียกว่า Gravity Assist เป็นวิธีหลักๆในการส่งยานอวกาศไปไกลๆในปัจจุบัน

ผมให้เด็กๆดูคลิปวิดีโอวงโคจรที่ยานอวกาศ Rosetta ถูกปล่อยจากโลกเมื่อสิบปีที่แล้วและอาศัยการเคลื่อนที่ของโลกสามครั้งและดาวอังคารหนึ่งครั้งทำ Gravity Assist ให้มีความเร็วพอที่จะไปเทียบกับดาวหาง 67P ที่มีขนาดประมาณ 4 กิโลเมตรและอยู่ห่างจากโลกตอนนี้ประมาณ 500 ล้านกิโลเมตรครับ เส้นขาวๆคือเส้นทางการเดินทางของยานอวกาศครับ

การปล่อยยานอวกาศ Rosetta ไปยังดาวหาง 67P โดยอาศัยการเคลื่อนที่และแรงโน้มถ่วงของโลกและดาวอังคาร

หลังจากยาวอวกาศ Rosetta ไปเจอกับดาวหาง 67P แล้ว ยาน Rosetta ก็ปล่อยยานลูกชื่อ Philae ไปจอดบนดาวหางเมื่อคืนวันพุธสัปดาห์ที่แล้วครับ

หน้าตาดาวหาง 67P ครับ ยาวประมาณ 4 กิโลเมตร
_76737945_rosetta_satellite_annotated_624
หน้าตายาน Rosetta และยานลูก Philae ครับ

แผนการลงจอดคือยานลูก Philae จะยิงฉมวกไปยึดติดกับผิวดาวหาง เพราะแรงโน้มถ่วงดาวหางน้อย ถ้าไม่ยึดอาจเคลื่อนที่ไปมาได้  ปรากฎว่าตอนลงจอดจริงๆฉมวกไม่ทำงานทำให้ยานลูก Philae ลงไปกระแทกกับพื้นดาวหางแล้วกระเด้งทั้งหมดสามครั้งก่อนที่จะจอดตะแคงๆ ทำให้รับแสงอาทิตย์มาชาร์จแบ็ตเตอรี่ไม่พอครับ ก็เลยมีเวลาสำรวจพื้นผิวอยู่ประมาณสองวันแล้วส่งข้อมูลมาโลกก่อนที่จะปิดไฟจำศีลรอเวลาชาร์จแบ็ตครับ ส่วนยานแม่  Rosetta ก็ยังโคจรรอบๆดาวหางถ่ายรูปและใช้เรดาร์ดูหน้าตาและองค์ประกอบของดาวหางอยู่ครับ เราน่าจะรู้ผลการศึกษาภายในปีหน้าครับ ตอนนี้ลองเข้าไปดูรูปที่ลิงค์นี้ดูก่อนก็ได้ครับ

ผมบอกเด็กๆว่าเราไปสำรวจดาวหางกันเพราะว่าดาวหางเป็นของที่มีอายุเก่าแก่ น่าจะเก่าเท่ากับระบบสุริยะหรือเก่ากว่า มันคือของที่หลงเหลืออยู่ไม่ได้รวมเป็นดวงอาทิตย์หรือดาวเคราะห์ และไม่น่ามีขบวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเหมือนบนดาวเคราะห์ทั้งหลาย เราจึงศีกษามันเพื่อเรียนรู้เกี่ยวกับการเกิดของระบบสุริยะครับ นอกจากนี้เรายังพยายามตรวจสอบดูว่ามันมีน้ำหรือสารอินทรีย์หรือสิ่งมีชีวิตไหม จะได้รู้ว่าน้ำบนโลกอาจจะมาจากไหน ชีวิตเริ่มที่ไหน และเรื่องอื่นๆที่เรายังคิดไม่ถึงครับ

สำหรับเด็กประถมปลาย ผมให้เห็นเว็บที่เรียกว่า My Solar System ซึ่งเป็นที่ทดลองวงโคจรแบบต่างๆที่เราออกแบบเองได้ครับ ถ้ามีโอกาสแนะนำให้เข้าไปเล่นดูครับ

 เด็กๆประถมได้ดูขบวนการวิวัฒนาการจำลองในคอมพิวเตอร์ด้วยครับ อันแรกคือการวิวัฒนาการการเคลื่อนที่ของ”สัตว์”จำลอง ที่ประกอบด้วยเนื้อเยื่อสี่ชนิด (กล้ามเนื้อหด-ขยาย กล้ามเนื้อขยาย-หด เนื้อ และกระดูก) โดยเนื้อเยื่อจะประกอบกันแบบสุ่มๆก่อน แล้วถ้าสัตว์จำลองตัวไหนเคลื่อนที่เร็ว มันก็มีโอกาสแพร่พันธุ์มากกว่าตัวเคลื่อนที่ช้า หลังจากผ่านไปเป็นร้อยเป็นพันรุ่น เราก็มีสัตว์หลายประเภทที่เคลื่อนที่กันได้ไวกว่าบรรพบุรุษมาก

 อีกอันหนึ่งคือเกมวิวัฒนาการการเดิน โดยเอากล่องสี่เหลี่ยมมาต่อกันให้คล้ายคนแล้วให้หัดเดินครับ ตัวไหนเดินได้มากก้าวกว่าก่อนจะล้มก็มีโอกาสอยู่ต่อในรุ่นต่อๆไป ดูตลกดีครับ

 สำหรับเด็กอนุบาลสาม ผมไปสอนกลที่อาศัยความเฉื่อยครับ ผมเอากระดาษวางไว้บนปากขวดแล้วเอาเหรียญสามสี่เหรียญทับ แล้วผมก็ถามเด็กๆว่าเราหาทางให้เหรียญอยู่บนปากขวดโดยเอากระดาษออกและไม่จับเหรียญไปวางได้ไหม หลังจากเด็กๆบอกวิธีต่างๆให้ผมทำแต่ไม่สำเร็จแล้ว ผมก็เฉลย โดยการดึง ดีด หรือตีกระดาษเร็วๆให้กระดาษกระเด็นออกไปเร็วๆ ผิวกระดาษที่เรียบและลื่นพอก็จะไม่ดึงเหรียญให้กระเด็นตามไปด้วย เหรียญจึงติดอยู่ที่ปากขวดครับ หลังจากทำให้เด็กดูแล้ว เด็กๆก็หัดเล่นกันเองครับ ผมมีคำอธิบายเกี่ยวกับความเฉื่อยที่เหมาะกับเด็กประถมอยู่ที่ “ความเฉื่อยครองโลก” นะครับ

 ต่อไปนี้คือบรรยากาศและบันทึกการเรียนรู้ของเด็กๆครับ อัลบั้มเต็มอยู่ที่นี่นะครับ

 

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *