How Do We Study The Stars? - Yuan - Sen ting

ท้องฟ้าในเมือง พูดตรงๆ ว่า น่าเบื่อมาก ถ้าคุณมองท้องฟ้ายามราตรี ที่อยู่ระหว่างตึกต่างๆ คุณอาจจะสังเกตเห็น กลุ่มดาวกระบวยใหญ่ (The Big Dipper) หรืออาจจะเจอดาวไถ (Orion's Belt) แต่เดี๋ยวก่อน มองไปที่ท้องฟ้ามืดๆ นั่นอีกครั้ง ยกนิ้วโป้งขึ้นมา คุณคิดว่ามีดาวกี่ดวงที่อยู่ด้านหลังนิ้วนั่น? 10, 20 ดวง เดาใหม่ดีกว่า ถ้าคุณมองไปที่ท้องฟ้าขนาดเท่านิ้วโป้ง ด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล แทนที่จะเห็นเป็นจุดแสง คุณจะเห็นปื้นแสงต่างๆ พวกมันไม่ใช่ดวงดาว พวกมันคือกาแล็กซี เหมือนกาแล็กซีทางช้างเผือกของเรา กลุ่มดาวนับพันๆ ล้านดวง มากกว่า 1,000 กาแล็กซี ที่ซ่อนอยู่หลังนิ้วโป้งคุณ เอกภพนั้นใหม่กว่าที่คุณเห็นจากในเมือง และยังใหญ่กว่าท้องฟ้าพร่างพรายดาว ที่คุณเห็นในชนบท นี่คือเอกภพในแบบที่ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เห็น ด้วยจำนวนดวงดาวที่มากกว่า ทรายทุกเม็ดในโลกรวมกัน เมื่อแหงนดูดาวยามค่ำคืน คุณได้มีส่วนร่วมในวิทยาศาสตร์ที่เก่าแก่ที่สุด ในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ การศึกษาเกี่ยวกับดาราศาสตร์นั้นเก่าแก่กว่า การเดินเรือ เกษตรกรรม หรือบางทีอาจเก่าแก่กว่าภาษาด้วยซ้ำ ดาราศาสตร์นั้นเกิดจากการสังเกตล้วนๆ ซึ่งต่างจากวิทยาศาสตร์สาขาอื่น เราไม่สามารถควบคุมตัวแปรต่างๆ ในการทดลองจากในห้องแล็ป เทคโนโลยีที่ดีที่สุดที่เรามี สามารถส่งมนุษย์ไปดวงจันทร์ และสำรวจไปจนสุดขอบระบบสุริยะ แต่ความยิ่งใหญ่นี้มีขนาดเล็กเหมือนเศษธุลี เมื่อเทียบกับความกว้างใหญ่ไพศาลระหว่างดาวต่างๆ แล้วเรารู้ถึงสิ่งต่างๆมากมาย เกี่ยวกับกาแล็กซีอื่นๆ ได้อย่างไร พวกมันทำจากอะไร มีจำนวนมากเท่าไร หรือแม้แต่ว่า มีพวกมันอยู่ตรงนั้นจริงไหม เรามาเริ่มต้นด้วยสิ่งแรกที่เราเห็น เวลามองท้องฟ้ายามค่ำคืน ซึ่งก็คือดวงดาว สิ่งที่เราพยายามศึกษาก็คือ คุณสมบัติต่างๆ ของมัน พวกมันทำจากอะไร? มีอุณหภูมิเท่าไร? ขนาดของมัน? อายุของมัน? มันไกลจากโลกมากแค่ไหน? เชื่อหรือไม่ว่า เรารู้คุณสมบัติทั้งหมดนั้นโดย การสังเกตแสงดาวบนท้องฟ้าเท่านั้น ข้อมูลชนิดหนึ่งที่เราถอดรหัสออกมาได้ โดยการแปลงแสงดาวให้กลายเป็นแถบสีรุ้ง เมื่อคุณมองรุ้งกินน้ำบนโลก แสงที่เห็นเป็นแสงที่มาจากดวงอาทิตย์ของเรา ที่เกิดการกระจายของแสง ผ่านละอองน้ำในชั้นบรรยากาศ ออกมาเป็นคลื่นแสงต่างๆ ที่ประกอบกันเป็นแสงอาทิตย์ เราศึกษาแสงที่มาจากดาวอื่นๆ เราจะสามารถสร้างแถบรุ้งขึ้นมา ไม่ใช่ด้วยละอองน้ำ แต่ด้วยเครื่องมือพิเศษ ที่กระจายแสงนั้นออกมา เมื่อเราดูแสงอาทิตย์ที่ถูกกระจายออกมา เราจะเห็นลักษณะแปลกๆ คือ เส้นดำๆที่แทรกอยู่ในแถบรุ้ง เส้นสีดำเหล่านี้เปรียบได้กับ ลายพิมพ์นิ้วมือของอะตอม อะตอมแต่ละชนิดที่อยู่ในชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์ ดูดซับแสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ เฉพาะตัว ปริมาณของมันขึ้นอยู่กับ ปริมาณของอะตอมนั้นๆ ที่มีอยู่ในดวงอาทิตย์ โดยการสังเกตว่าความยาวคลื่นของสีไหนที่หายไป มากน้อยแค่ไหน เราสามารถบอกได้ทั้งว่า ในชั้นบรรยากาศดวงอาทิตย์มีธาตุใดบ้าง หรือแม้แต่สัดส่วนของธาตุเหล่านั้นด้วย ด้วยแนวคิดนี้ เราสามารถนำไปปรับใช้ กับแสงที่มาจากดาวดวงอื่นได้เช่นกัน สร้างแถบสีรุ้งขึ้นมา ดูว่าสีอะไรที่หายไป แล้วแปลผลออกมาว่ามีธาตุใดอยู่บ้าง ไชโย ทีนี้เราก็สามารถรู้ได้ว่า ดาวที่เห็นทำมาจากอะไรบ้าง แต่เรายังไม่หยุดแค่เพียง คลื่นแสงที่ตามองเห็นเท่านั้น ลองนึกถึง คลื่นวิทยุ ใช่ คลื่นที่นำเพลงยอดฮิตติดลำดับมายังรถคุณไงล่ะ แต่มันยังสามารถเคลื่อนที่ไปทั่วทั้งจักรวาล และเพราะว่ามันมาจากที่แสนไกล คลื่นวิทยุจึงสามารถบอกเราถึง ประวัติของเอกภพในช่วงแรก นับจากไม่กี่พันปีหลังเกิดบิกแบง เรายังสามารถใช้แสงอินฟาเรด ที่กำเนิดจากวัตถุที่เย็นกว่า เช่น แก๊ส หรือ ฝุ่นดาวในอวกาศ รวมถึงแสงอัลตราไวโอเลต จากดาวร้อนที่เพิ่งถือกำเนิด การศึกษาแสงความยาวคลื่นต่างๆ ไม่เพียงบอกเรา ถึงภาพที่สมบูรณ์ขึ้นของวัตถุหนึ่งๆ แต่ยังรวมถึงมุมมองที่แตกต่างกันในเรื่องของเอกภพ ด้วยเหตุนี้ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ จึงใช้กล้องโทรทรรศน์หลากหลายรูปแบบ ครอบคลุมคลื่นแสงตั้งแต่อินฟาเรด ไปจนถึงอัลตราไวโอเลต และรังสีเอ็กซ์ โดยกล้องโทรทรรศน์วิทยุขนาดยักษ์ ไปจนถึงกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง ตรวจจับแสงที่อาจจะถูกปิดกั้น โดยชั้นบรรยากาศโลก นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ไม่เพียงเห็น ดาวนับพันๆ ล้านดวงท่ามกลางกาแล็กซี นับพันๆ ล้านกาแล็กซีในเอกภพ พวกเขาทั้งได้ยิน รู้สึกและรับรู้ถึงพวกมัน ผ่านหลากหลายช่องทาง ที่เผยถึงเรื่องราวต่างๆ กันไป แต่ทั้งหมดนั้นเริ่มต้นมาจากแสง ทั้งที่มองเห็นและมองไม่เห็น อยากรู้ความลับของเอกภพหรือ? ก็แค่มองไปตามแสงเหล่านั้น