สอนวิทย์มัธยม 1: ขนาดโลก ดาวต่างๆ และระยะทางระหว่างดวงดาว

วันนี้ผมไปสอนวิทย์ม.1 มาครับ คราวนี้เราพยายามเข้าใจว่าจักรวาลที่เราอยู่มันใหญ่แค่ไหน

ในประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่จนกระทั่งไม่กี่ร้อยปีที่ผ่านมา คนนึกว่าเราเป็นศูนย์กลางของจักรวาล จนกระทั่งกาลิเลโอมีกล้องดูดาวแล้วเริ่มส่องไปนอกโลก ความรู้เกี่ยวกับจักรวาลเพิ่มขึ้นมากมายในรอบไม่กี่ร้อยปีที่ผ่านมา ตอนนี้คนที่มีความรู้จะเข้าใจแล้วว่าเราไม่ใช่ศูนย์กลางจักรวาล เราอยู่บนก้อนหินกลมๆที่เรียกว่าโลก โคจรรอบดวงอาทิตย์ที่เป็นดาวฤกษ์ดวงหนึ่งในนับแสนล้านดวงที่โคจรรอบซึ่งกันและกันในแกแล็คซีที่เรียกว่าทางช้างเผือกหรือ Milky Way galaxy ส่วนกาแล็คซีทางช้างเผือกก็เป็นเพียงอันหนึ่งในนับแสนล้านแกแล็คซีที่อยู่ในจักรวาลที่เราสังเกตได้

เราเริ่มโดยให้เด็กๆเดาก่อนว่าขนาดเส้นรอบวงโลกที่เราอยู่มีขนาดเท่าไร หลังจากเด็กๆเดากันเสร็จเราก็ตรวจสอบตัวเลขจริงๆ พบว่าโลกมีเส้นรอบวงประมาณ 40,000 กิโลเมตร โดยเส้นรอบวงวัดตรงเส้นศูนย์สูตรจะยาวกว่าวัดรอบขั้วโลกเหนือ-ใต้ประมาณ 70 กิโลเมตรเพราะโลกหมุนอยู่ ส่วนพุงของมันแถวๆเส้นศูนย์สูตรเลยอ้วนออกมาหน่อยนึง

เด็กๆได้เดาว่าเส้นผ่าศูนย์กลางโลกควรจะเป็นเท่าไรด้วยครับ เราลองวาดวงกลมแล้วกะๆเอา เด็กๆเดาว่าเส้นรอบวงน่าจะเป็นสามเท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางโลก ผมบอกว่าเกือบถูก จริงๆเส้นรอบวงจะเป็นพาย (pi) เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลาง โดยพายเป็นค่าคงที่ = 3.141592653… มีตัวเลขต่อไปเรื่อยๆไม่รู้จบ

เส้นรอบวงเท่ากับค่าคงที่ที่เรียกว่าพายคูณกับเส้นผ่าศูนย์กลางครับ พาย = pi = 3.14159...
เส้นรอบวงเท่ากับค่าคงที่ที่เรียกว่าพายคูณกับเส้นผ่าศูนย์กลางครับ พาย = pi = 3.14159…

เราพยายามเข้าใจ 40,000 กิโลเมตรโดยคิดว่าถ้าขับรถรอบโลกได้ที่ความเร็ว 100 กิโลเมตรต่อชั่วโมงจะใช้เวลา 400 ชั่วโมงหรือประมาณ 17 วัน หรือถ้านั่งเครื่องบินที่ความเร็วประมาณ 1,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมงก็ใช้เวลา 40 ชั่วโมงหรือเกือบสองวัน

ทุกคนเข้าใจตรงกันว่าโลกมีขนาดใหญ่

แต่แล้วเราก็ลองดูคลิปสองอันนี้ที่เปรียบเทียบโลกกับดาวเคราะห์และดาวฤกษ์อื่นๆ รวมไปถึงกาแล็คซีด้วยครับ:

เราพบว่าโลกมีขนาดเล็กมากๆๆๆเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ต่างๆ

ถึงกระนั้นก็ตาม แม้แต่ดาวฤกษ์ก็มีขนาดเล็กมากๆๆๆเมื่อเทียบกับระยะทางระหว่างดวงดาวด้วยกัน

เพื่อจะพยายามเข้าใจระยะทางระหว่างดาว เราทดลองทำกิจกรรมแบบจำลองระยะห่างระหว่างโลกและดวงอาทิตย์และโลกถึงดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดดวงต่อไปกันครับ

เรารู้ว่าดวงอาทิตย์มีเส้นผ่าศูนย์กลางมากกว่าโลกประมาณ 100 เท่า (จริงๆ 109 เท่า) คือเส้นผ่าศูนย์กลางโลกเกือบๆ 13,000 กิโลเมตร เส้นผ่าศูนย์กลางดวงอาทิตย์เกือบๆ 1.4 ล้านกิโลเมตรดังนั้นเราจึงจำลองดวงอาทิตย์ด้วยก้อนโฟมกลมๆขนาด 10 เซ็นติเมตรและจำลองโลกด้วยเม็ดโฟมขนาด 1 มิลลิเมตรครับ หน้าตาเป็นอย่างนี้ครับ:

ขนาดโลกเทียบกับดวงอาทิตย์
ขนาดโลกเทียบกับดวงอาทิตย์ครับ

ต่อไปก็ให้เด็กๆเดาว่าถ้าขนาดดวงอาทิตย์เท่ากับ 10 เซ็น ขนาดโลกเท่ากับ 1 มิล ระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์จะไกลแค่ไหน เด็กๆเดากันแต่ใกล้เกินไปหมดครับ

ระยะห่างจากโลกไปดวงอาทิตย์คือประมาณ 150 ล้านกิโลเมตร หรือประมาณ 100 เท่าขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางดวงอาทิตย์ครับ ดังนั้นเราต้องจับโลกจำลองของเราให้ห่างจากดวงอาทิตย์จำลองที่มีขนาด  10 เซ็นออกไป 100 x 10 เซ็น = 1,000 เซ็นหรือ 10 เมตรครับ  (จริงๆมันควรจะเป็น 109 เท่า แต่เราประมาณให้จำง่ายๆครับ)

เราเอาสายวัดระยะออกมา 10 เมตรแล้วเอาดวงอาทิตย์จำลองไว้ด้านหนึ่ง และโลกจำลองไว้อีกด้านหนึ่งครับ

ขนาดวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ครับ
ขนาดวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ครับ ลูกขาวๆคือดวงอาทิตย์เส้นผ่าศูนย์กลาง 10 เซ็นติเมตร โลกจำลองขนาด 1 มิลลิเมตรอยู่อีกปลายของสายวัดระยะ 10 เมตรที่เด็กๆยืนอยู่ครับ

เราเห็นกันว่าระยะห่างระหว่างดวงอาทิตย์กับโลกห่างกันแค่ไหนแล้วครับ คำถามต่อไปคือระยะห่างถึงดาวฤกษ์ดวงต่อไปมันใหญ่แค่ไหน

ดาวฤกษ์ที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดชื่อพร็อกซิมา เซ็นทอรี (Proxima Centauri) ซึ่งอยู่ห่างไปประมาณ 4 ปีแสง ซึ่งหมายความว่าแสงต้องเดินทางด้วยความเร็ว 300,000 กิโลเมตรต่อวินาทีเป็นเวลา 4 ปีถึงจะไปถึง ถ้าคิดเป็นกิโลเมตรจะเท่ากับประมาณ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที x 60 วินาที/นาที x 60 นาที/ชั่วโมง x 24 ชั่วโมง/วัน x 365 วัน/ปี x 4 ปี = 37,843,200,000,000 หรือประมาณ 38 ล้านล้านกิโลเมตร

เราแปลงระยะทางสี่ปีแสงมาเป็นระยะทางในแบบจำลองของเราโดยใช้ความรู้ที่ว่าแสงเดินทางไปดวงอาทิตย์ใช้เวลาประมาณ 8 นาที ถ้าแสงใช้เวลา 4 ปีเดินทาง ระยะทางนั้นต้องใหญ่เป็น 4 ปี/8 นาที เท่าของระยะทางไปดวงอาทิตย์  เราดูว่าจำนวนนาทีใน 4 ปีจะประมาณ 2 ล้าน ดังนั้น 4 ปี/8 นาทีก็จะเท่ากับประมาณ 2,000,000/8 = 250,000

ระยะทางไปดาว Proxima Centauri ใหญ่ประมาณ 250,000 เท่าของระยะทางจากโลกไปดวงอาทิตย์ ในแบบจำลองของเราระยะทางไปดวงอาทิตย์เป็น 10 เมตร ดังนั้นระยะทางไปดาว Proxima Centauri = 250,000 x 10 เมตร = 2,500,000 เมตร หรือ 2,500 กิโลเมตร หรือเท่ากับระยะทางจากประเทศไทยไปไต้หวันครับ ไกลไหมล่ะครับ

ขนาดในแบบจำลองของเราครับ
ขนาดในแบบจำลองของเราครับ

นี่เป็นระยะทางที่ไปดาวที่ใกล้ที่สุดนะครับ ยังมีดาวอีกเป็นแสนล้านดวงในทางช้างเผือก และทางช้างเผือกก็เป็นแค่หนึ่งในแสนล้านแกแล็คซีในจักรวาลของเรา

 

 

 

3 thoughts on “สอนวิทย์มัธยม 1: ขนาดโลก ดาวต่างๆ และระยะทางระหว่างดวงดาว”

Leave a Reply

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