ทำไมท้องฟ้ากลางคืนจึงมืด

เราทราบว่าท้องฟ้าเวลากลางวันสว่างเพราะแสงอาทิตย์ ผืนฟ้ามีสีฟ้าเนื่องจากการกระเจิงของแสงในบรรยากาศโลก แล้วถ้าถามว่าสาเหตุใดที่ทำให้ท้องฟ้ากลางคืนมืดมิด ประดับด้วยดวงดาราต่างๆ เราอาจตอบว่าเป็นเพราะดวงอาทิตย์ตกลับขอบฟ้าไปแล้ว หรือเป็นเพราะแสงดาวสว่างน้อยเกินกว่าจะทำให้ท้องฟ้ายามราตรีสว่างขึ้นมาได้ เชื่อหรือไม่ว่านั่นดูจะเป็นเหตุเป็นผลกันก็จริง แต่เมื่อพิจารณาให้ลึกซึ้ง นักดาราศาสตร์บอกว่าคำตอบนี้ไม่ถูกต้อง

....วรเชษฐ์ บุญปลอด

กลางวันเป็นเวลาที่โอลเบอร์สดูแลผู้ป่วยที่โรงพยาบาลแห่งหนึ่งในเมืองเบรเมน ทางเหนือของเยอรมนี กลางคืนเขาเปลี่ยนบทบาทเป็นนักดาราศาสตร์ เฝ้าค้นหาดาวหางและดาวเคราะห์น้อย ผลงานเด่นคือการค้นพบดาวเคราะห์น้อย 2 ดวง แพลลัสและเวสตา กับดาวหางอีก 5 ดวง โดยใช้เวลานอนหลับพักผ่อนไม่เกิน 4 ชั่วโมงต่อวัน โอลเบอร์สแสดงความเห็นเรื่องฟ้ามืดเวลากลางคืนว่าเป็นโชคดีของเราที่ธรรมชาติกำหนดให้โลกไม่ได้รับแสงดาวจากทุกจุดบนผืนฟ้า ไม่เช่นนั้นแล้ววิชาดาราศาสตร์คงไม่พัฒนาไปไหน เพราะท้องฟ้าจะสว่างอยู่ตลอดเวลา สังเกตดวงอาทิตย์ได้จากจุดมืดบนผิวของมันเท่านั้น ดวงจันทร์และดาวเคราะห์ก็คงปรากฏให้เห็นเป็นวัตถุตัดกับฉากหลังที่สว่าง

โอลเบอร์สไม่ใช่คนแรกที่ตั้งคำถามเรื่องท้องฟ้ามืดในเวลากลางคืนทั้งที่มีดาวอยู่เป็นจำนวนมาก ค.ศ. 1576 ทอมัส ดิกส์ เขียนไว้ในภาคผนวกของหนังสือที่บิดาชาวอังกฤษของเขาเป็นผู้เขียน หนังสือเล่มนี้กล่าวยอมรับในทฤษฎีโลกเป็นศูนย์กลางของเอกภพ แต่ดิกส์ผู้เป็นบุตรกลับแสดงความเห็นในทางตรงกันข้าม และยอมรับในทฤษฎีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางที่เสนอโดยโคเพอร์นิคัส เขายังพยายามอธิบายด้วยว่าที่ท้องฟ้ากลางคืนมืด เพราะดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลออกไปมีแสงจางเกินกว่าที่เราจะเห็นได้

คำอธิบายของดิกส์ไม่ถูกต้อง แม้ดาวจะจางมากแต่เมื่อรวมกันหลายดวง เราก็สามารถมองเห็นมันได้ เช่นเดียวกับที่เราเห็นทางช้างเผือกเป็นหมอกฝ้าคล้ายแถบเมฆ เห็นดาราจักรแอนดรอเมดา ซึ่งเป็นดาราจักรที่เห็นได้ด้วยตาเปล่าเป็นฝ้าจางทรงรี โดยไม่สามารถแยกแยะดาวในดาราจักรออกเป็นดวงๆ ได้ กระดาษที่เราถืออยู่นี้ก็ประกอบด้วยอะตอมที่มองไม่เห็น

โยฮันเนส เคพเลอร์ (Johannes Kepler) นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน เจ้าของผลงานกฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ก็เคยกล่าวถึงเรื่องนี้ไว้ในปี 1610 เขาเชื่อว่าดาวในเอกภพต้องมีจำนวนจำกัด ไม่เช่นนั้นแล้วท้องฟ้ากลางคืนจะต้องสว่างไปด้วยแสงดาว ศตวรรษต่อมา เอ็ดมันด์ แฮลลีย์ (Edmond Halley) กล่าวไว้ในปี 1721 ที่ราชสมาคมดาราศาสตร์แห่งอังกฤษ ว่า สาเหตุที่ทำให้ท้องฟ้ามืดในเวลากลางคืนเพราะสาเหตุ 2 อย่าง อย่างแรก แสงจากดาวหลายดวงที่อยู่ไกล ไม่สว่างเท่ากับแสงดาวไม่กี่ดวงที่อยู่ใกล้ อย่างที่สองคือ แสงดาวที่อยู่ไกล จางเกินกว่าประสาทสัมผัสของเราจะรับรู้ได้ ซึ่งทั้ง 2 ข้อนี้ในทางเอกภพวิทยาแล้วไม่ถูกต้อง

ค.ศ. 1744 ชองฟิลิปป์ โลยส์ เดอ เชโซซ์ (JeanPhilippe Loys de Cheseaux) นักดาราศาสตร์ชาวสวิส เขียนถึงเรื่องนี้ไว้ในภาคผนวกของหนังสือที่เขาเขียนรายงานการสังเกตดาวหางสว่างใหญ่ดวงหนึ่งที่เขาเองเป็นผู้ค้นพบ เชโซซ์อธิบายว่าท้องฟ้ามืดในเวลากลางคืนเพราะอวกาศไม่โปร่งใส มีสสารที่ดูดกลืนแสงไว้ คำอธิบายนี้ไม่ถูกต้องอีกเช่นกัน หากมีสสารนั้นอยู่มันต้องดูดซับแสงไว้จนตัวมันเองแผ่พลังงานออกมา เปรียบได้กับพื้นดินใต้ต้นไม้ยามฝนตก ตอนแรกพื้นดินบริเวณนั้นไม่เปียก แต่เมื่อฝนตกนานเข้า หยดน้ำจากใบไม้ก็ไหลรินลงบนพื้น ทำให้พื้นเปียกจนได้

ผู้ที่สามารถอธิบายความมืดของราตรีกาลได้เป็นคนแรกไม่ใช่นักดาราศาสตร์ เขาคือ เอ็ดการ์ อัลลัน โพ (Edgar Allan Poe) นักเขียนชาวอเมริกันผู้ซึ่งมีผลงานแนวลึกลับสยองขวัญ ความกลัว สิ่งเหนือธรรมชาติ และแนวสืบสวน โพเสียชีวิตขณะมีอายุ 40 ปี ด้วยสาเหตุการตายที่ไม่แน่ชัด

เอ็ดเวิร์ด แฮร์ริสัน (Edward Harrison) เป็นคนแรกที่อ้างถึงงานเขียน Eureka : A Prose Poem ของโพ ซึ่งเขียนไว้เมื่อปี 1848 ก่อนเขาตายเพียงปีเดียว ข้อความย่อหน้าหนึ่งในนั้น พรรรณนาสาเหตุที่ทำให้ท้องฟ้ามืดโดยสรุปว่าแสงจากดวงดาวไกลโพ้นไม่อาจทำให้ท้องฟ้าเวลากลางคืนสว่างขึ้นมาได้ เพราะแสงดาวยังเดินทางมาไม่ถึง นั่นเป็นประโยคเด็ดที่นำเราไปสู่คำตอบที่ถูกต้อง

ค.ศ. 1901 ลอร์ด เคลวิน (Lord Kelvin) นักฟิสิกส์ชาวสกอต อธิบายสอดคล้องกับความคิดของโพว่าเมื่อเรามองขึ้นไปบนท้องฟ้าเวลากลางคืน เท่ากับเรามองดูสิ่งที่เกิดขึ้นในอดีต ไม่ใช่สิ่งที่เกิดขึ้นในปัจจุบัน อันเป็นผลจากการที่แสงมีความเร็วจำกัด กว่าแสงจากดาวที่อยู่ไกลแสนไกลจะเดินทางมาถึงเรา ต้องใช้เวลานาน เคลวินคำนวณว่าท้องฟ้ากลางคืนจะสว่างได้ก็ต่อเมื่อเอกภพมีอายุหลายร้อยล้านล้านปี แต่ในความเป็นจริงแล้วเอกภพมีอายุน้อยเพียงไม่ถึง 15,000 ล้านปี

ยังมีอีกสาเหตุหนึ่ง แฮร์ริสันพบว่าเอกภพมีพลังงานน้อยเกินไป ดาวฤกษ์มีอายุขัยที่จำกัด การอาศัยพลังงานแสงจากดาวเพื่อที่จะทำให้เอกภพสว่างขึ้นก็เหมือนกับจุดเทียนไข 1 เล่ม วางไว้ในห้องที่มีอากาศหนาวเย็น แม้จะใช้เวลาเนิ่นนานจนเทียนหมดเล่ม ก็ไม่สามารถทำให้ทั่วทั้งห้องอุ่นขึ้นมาได้

แม้ว่าปฏิทรรศน์โอลเบอร์สจะมีประวัติยาวนานย้อนไปหลายศตวรรษ เกี่ยวข้องกับนักดารา ศาสตร์และนักเขียนหลายคน แต่มันเพิ่งเป็นที่รู้จักในทศวรรษ 1950 เมื่อถูกอ้างถึงในหนังสือ Cosmology แต่งโดย แฮร์มันน์ บอนดี (Hermann Bondi) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษออสเตรีย

ปรากฏการณ์ท้องฟ้า

เวลาหัวค่ำ เมื่อท้องฟ้ามืดลงพอสมควร หากฟ้าเปิดจะเห็นดาวศุกร์กับดาวอังคารอยู่เหนือขอบ ฟ้าทิศตะวันตกด้วยมุมเงยประมาณ 15 องศา ทั้งคู่ตกลับขอบฟ้าในเวลาเกือบ 2 ทุ่ม ดาวพฤหัสบดีอยู่ทางทิศตะวันออก มันเพิ่งจะผ่านตำแหน่งตรงข้ามกับดวงอาทิตย์เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว จึงยังเห็นดาวพฤหัสบดีได้ตลอดทั้งคืนโดยขึ้นไปอยู่สูงสุดบนท้องฟ้าในเวลาก่อนเที่ยงคืนเล็กน้อย หลังจากนั้นจึงคล้อยต่ำลงไปอยู่ใกล้ขอบฟ้าทิศตะวันตกในเวลาเช้ามืด

ดวงจันทร์เต็มดวงเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว สัปดาห์นี้จึงเป็นข้างแรม ดวงจันทร์อยู่บนท้องฟ้าเวลาเช้ามืด ส่วนสว่างของดวงจันทร์ลดลงเรื่อยๆ สว่างครึ่งดวงในวันที่ 1 ต.ค. ก่อนหน้านั้น ดวงจันทร์จะอยู่ใกล้กระจุกดาวลูกไก่ในเช้ามืดวันที่ 28 ก.ย.

เช้ามืดวันที่ 27 ก.ย. มีโอกาสเห็นสถานีอวกาศนานาชาติเป็นดาวสว่างข้ามท้องฟ้าในช่วงเวลาประมาณ 05.0105.06 น. กรุงเทพฯ และจังหวัดใกล้เคียงจะเห็นสถานีอวกาศเคลื่อนจากทิศใต้ไปยังทิศตะวันออกเฉียงเหนือ (เคลื่อนไปทางซ้าย) ถึงจุดสูงสุดที่มุมเงยประมาณ 40 องศา ทางทิศตะวันออกเฉียงใต้