ประวัติย่อของ "Transit of Venus"

- William Crabtree ขณะสังเกต Transit of Venus ในปี 1639 (ภาพโดย Mike Pilkington/Manchester City Council) -

transit of Venus หรือปรากฏการณ์ดาวศุกร์ผ่านหน้าดวงอาทิตย์มีเรื่องราวที่น่าสนใจอยู่ไม่น้อย และไม่ได้แวะเวียนมาให้ชมกันบ่อยนัก ปัจจุบันนักดาราศาสตร์ทราบว่า transit of Venus จะเกิดเป็นวัฏจักรทุก ๆ 8, 105.5, 8, 121.5 ปี หมุนเวียนเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ ดังนั้นในช่วงชีวิตหนึ่งจะมีโอกาสได้สัมผัสปรากฏการณ์ดังกล่าวมากสุดแค่ 2 ครั้งเท่านั้น (หรือใครโชคร้ายหน่อยอาจไม่มีโอกาสเลยก็เป็นได้) การติดตามเฝ้าสังเกต transit of Venus ยังช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถคำนวนค่าระยะทาง 1 AU (Astronomical Unit) หรือระยะทางจากโลกไปดวงอาทิตย์ได้อีกด้วย แต่หากจะทบทวนเรื่องราวประวัติศาสตร์ครั้งสำคัญคงต้องย้อนเวลากลับไปจนถึงช่วงศตวรรษที่ 17 เลยทีเดียว

ย้อนกลับไปเมื่อปี ค.ศ. 1627 Johannes Kepler ได้ทำนายไว้ใน The Rudolphine Tables ว่าคนบนโลกจะเห็นดาวศุกร์ผ่านหน้าดวงอาทิตย์ในวันที่ 6 ธันวาคม ค.ศ. 1631 และจะเห็นอีกครั้งในปี ค.ศ. 1761 แต่เนื่องจากไม่ทราบเวลาการเกิดปรากฏการณ์ที่แน่ชัด ทำให้ Kepler ไม่สามารถทำนายได้ว่าส่วนไหนบนโลกจะมีโอกาสได้เห็นบ้าง

  

อย่างไรก็ตาม Kepler ไม่สามารถมีชีวิตอยู่เพื่อรอพิสูจน์คำทำนายของตนเอง เขาสิ้นใจตายในวันที่ 15 พฤศจิกายน ค.ศ. 1630 และเมื่อ ค.ศ. 1631 มาถึง transit of Venus จึงเริ่มต้นถูกสังเกตโดยคนเพียงแค่ 3 คนเท่านั้น และมีเพียงแค่คนเดียว คือ Pierre Gassendi ที่คอยจดบันทึกเรื่องราวไว้ การสังเกตโดย Gassendi เกิดขึ้นในประเทศฝรั่งเศษที่บ้านพักของเขาเอง 

ต่อมาในปี ค.ศ.1635 Jeremiah Horrocks ผู้ซึ่งขณะนั้นมีอายุแค่ 17 ปี แต่มีความสนใจในคณิตศาสตร์–ดาราศาสตร์เป็นพิเศษ ได้ทบทวนงาน The Rudolphine Tables ของ Kepler ใหม่อีกรอบโดยใช้เวลาถึง 3 ปี ก่อนจะพบจุดผิดพลาดของ Kepler ตรงการคำนวนวันที่ในตาราง ดังนั้น Horrocks จึงได้ทำการแก้ไขการคำนวนใหม่จนแล้วเสร็จช่วงเดือนตุลาคม ค.ศ. 1639 และพบว่าจริง ๆ แล้ว transit of Venus ครั้งถัดไปควรจะเกิดในวันที่ 24 พฤศจิกายน ค.ศ. 1639 ตามปฏิทินจูเลียน [1] หรืออีกประมาณ 1 เดือนข้างหน้า และจะเกิดอีกครั้งในปี ค.ศ. 1761 ตามที่ Kepler ทำนายไว้ นอกจากนี้เขายังแนะนำเพื่อน ๆ ของเขาว่านักดาราศาสตร์สามารถใช้โอกาสช่วงเกิดปรากฏการณ์ดังกล่าวคำนวนหาขนาดเชิงมุมปรากฏของดาวศุกร์ได้ [2] 

ผลการทำนายของ Horrocks อาจกระชั้นชิดไปหน่อย transit of Venus แห่งปี 1639 (แทรกอยู่ระหว่างปี ค.ศ. 1631 และ 1761 ตามคำทำนายเดิมของ Kepler) จึงได้ถูกบันทึกโดยคนเพียงแค่ 2 คน คือ Horrocks เอง ซึ่งทำการสังเกตจาก Liverpool ประเทศอังกฤษ และเพื่อนของเขาคือ William Crabtree จาก Manchester ประเทศอังกฤษ (ทั้ง 2 เคยมีโอกาสพบและแลกเปลี่ยนความคิดเห็นด้านดาราศาสตร์กันที่มหาวิทยาลัย Cambridge [3] เมื่อออกจากมหาวิทยาลัย ทั้งคู่ต่างเลือกที่จะติดต่อกันผ่านจดหมายเพียงอย่างเดียว แม้ว่าพวกเขาจะอาศัยอยู่ห่างจากกันเพียงแค่ 40 กิโลเมตรเท่านั้น)

เมื่อ transit of Venus คราวนี้ปิดฉากลง Horrocks ซึ่งวางแผนจะเขียนผลการสังเกตของเขาฉบับสมบูรณ์ได้เสียชีวิตกระทันหันในวันที่ 3 กรกฎาคม ค.ศ. 1641 (ด้วยวัยเพียง 23 ปี) สาเหตุการตายไม่สามารถระบุได้ เขายังวางแผนที่จะพบกับ Crabtree เพื่อนของเขาในวันรุ่งขึ้นหากไม่เสียชีวิตเสียก่อน และนั่นจะเป็นการพบกันครั้งแรกหลังจากชีวิตนักศึกษาสิ้นสุดลงที่ Cambridge อย่างไรก็ตาม 3 ปีหลังจากนั้น Crabtree ก็ได้จบชีวิตลงเช่นกัน ตามรายงาน Crabtree ถูกสังหารช่วงปี ค.ศ. 1644 ในสมรภูมิ Naseby จากเหตุการณ์สงครามกลางเมืองครั้งแรกของประเทศอังกฤษ 

                         
 

การเฝ้าสังเกตยุคแรกผ่านพ้นไปแล้วพร้อมกับเรื่องราวที่น่าเศร้า การมาเยือนของดาวศุกร์ผ่านหน้าดวงอาทิตย์จะเกิดขึ้นอีกครั้งในปี ค.ศ. 1761 ตามคำทำนายของ Kepler แน่นอนว่าจะมีมนุษย์กลุ่มใหม่เฝ้าสังเกตปรากฏการณ์นี้ตามรอย Gassendi, Horrocks และ Crabtree แต่คนกลุ่มใหม่จะมาพร้อมกับเทคโนโลยีและองค์ความรู้ที่ล้ำหน้ากว่าเดิมถึง 1 ศตวรรษ

ก่อนที่เวลานั้นจะมาถึง ผู้จุดประกายความสนใจแก่นักดาราศาสตร์ทั้งมวลคือ Edmond Halley (คนเดียวกับที่ทำนายการกลับมาของดาวหางซึ่งต่อมาถูกตั้งชื่อตามเขาว่าดาวหาง Halley) โดยในปี ค.ศ. 1677 Halley เสนอแนวคิดที่จะจับเวลาช่วงที่ดาวศุกร์เคลื่อนผ่านดวงอาทิตย์เพื่อคำนวนหาค่าที่แท้จริงของหน่วยทางดาราศาสตร์ (1 AU) หรือ ระยะทางจริงจากโลกถึงดวงอาทิตย์ โดยใช้วิธี parallax

เนื่องจากกฏข้อที่ 3 ของ Kepler [4] ช่วยให้นักดาราศาสตร์ทราบเพียงระยะทางสัมพัทธ์ของดาวเคราะห์เทียบกับดวงอาทิตย์เท่านั้น หรือทราบเพียงระยะทางในหน่วย AU ว่าระยะทางนั้น ๆ เป็นกี่เท่าของระยะจากโลกถึงดวงอาทิตย์ แต่หากไม่ทราบระยะจริงจากโลกถึงดวงอาทิตย์ (ไม่ทราบว่า 1 AU เท่ากับกี่กิโลเมตรหรือกี่ปีแสง) ก็ไม่สามารถแปลงค่าจากระยะสัมพัทธ์เป็นระยะจริงได้ ตามแนวคิดของ Halley การจับเวลาช่วงที่เกิด transit of Venus ค.ศ. 1761 ผนวกเข้ากับการคำนวนโดยใช้หลัก parallax จะพลิกโฉมการวัดระยะทางสัมพัทธ์ ช่วยให้เราทราบระยะจริงของ 1 AU และทำให้ทราบระยะจริงของสรรพสิ่งในระบบสุริยะตามมา

เพื่อให้ง่ายต่อการสังเกตและเป็นมาตรฐานเดียวกัน นักดาราศาสตร์กำหนดช่วงการเคลื่อนเข้าไปในดวงอาทิตย์ของดาวศุกร์เป็น 4 ช่วง คือ

• First contact - ช่วงขณะที่เห็นขอบดาวศุกร์แตะขอบดวงอาทิตย์ครั้งแรก
• Second contact - ช่วงขณะที่ดาวถูกล้อมรอบด้วยแสงจากดวงอาทิตย์โดยสมบูรณ์
• Third contact - ช่วงขณะที่ดาวศุกร์แตะขอบดวงอาทิตย์อีกครั้งขณะเคลื่อนตัวออก
• Fourth contact – ช่วงขณะที่ดาวศุกร์หลุดพ้นจากดวงอาทิตย์อย่างสมบูรณ์ 

การคำนวนเริ่มด้วยการจับเวลาระหว่าง Second contact กับ Third contact ซึ่งทำให้ทราบความยาวเส้นทางที่ดาวศุกร์เคลื่อนผ่านดวงอาทิตย์ [5] เส้นทางเคลื่อนที่นี้จะปรากฏแตกต่างกันตามตำแหน่งผู้สังเกตทำให้สามารถนำหลัก parallax มาประยุกต์ใช้ การคำนวนต้องอาศัยข้อมูลจากการสังเกต 2 ตำแหน่งบนโลก โดยผู้สังเกตควรประจำอยู่ซีกโลกเหนือ–ใต้ ห่างกันให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ กฏข้อที่ 3 ของ Kepler บอกเราว่าระยะทางเฉลี่ยจากดวงอาทิตย์ไปยังดาวศุกร์มีค่า 72.3% ของระยะทางเฉลี่ยจากดวงอาทิตย์มายังโลก (ซึ่งคือระยะทางสัมพัทธ์ ไม่ใช่ระยะทางจริงเช่นกิโลเมตรหรือปีแสง) และเนื่องจากเราสามารถหาละจิจูดของผู้สังเกตรวมถึงรู้ค่าเส้นผ่านศูนย์กลางโลก เราจึงหาค่าความยาวเส้นตรงระหว่างผู้สังเกตในหน่วยระยะทางจริงได้ ค่านี้เองที่ช่วยให้เราใช้เทียบเคียงค่าสัมพัทธ์ต่าง ๆ และแปลงออกมาเป็นระยะทางจริงทั้งหมดโดยใช้หลักเราขาคณิต

Halley ตีพิมพ์แนวคิดนี้ตอนอายุ 60 แต่ยังเหลืออีก 45 ปี กว่า transit of Venus คราวหน้าจะมาถึง เขารู้ตัวว่าไม่สามารถมีชีวิตอยู่รอจนถึงวันนั้น จึงได้บอกนักดาราศาสตร์แทบทุกคนที่รู้จักให้ใช้ความพยายามอย่างเต็มที่และใช้ความสามารถที่มีทั้งหมดเฝ้าสังเกตปรากฏการณ์ดังกล่าว อย่างไรก็ตามความปราถนานี้ต้องใช้ความร่วมมือขั้นสูงสุดจากรัฐบาลหลาย ๆ ประเทศ จากหลากหลายกองทุนและองค์กร ทั้งหมดจะต้องร่วมมือกันแบ่งปันทรัพยากรที่มีไม่ว่าจะเป็นกล้องโทรทรรศน์ไปจนถึงอุปกรณ์นำร่องบอกตำแหน่งพิกัด และแน่นอนว่ามันจะกลายเป็นความร่วมมือด้านวิทยาศาสตร์ระดับนานาชาติเต็มรูปแบบครั้งแรกของโลก

Halley เสียชีวิตในวันที่ 14 มกราคม ค.ศ. 1742 ด้วยวัย 85 ปี เขาพลาดเหตุการณ์สำคัญถึง 2 เหตุการณ์ซึ่งต่อมาทำให้เขากลายเป็นบุคคลที่มีชื่อเสียงระดับโลก หนึ่งคือดาวหางที่เขาทำนาย (ถูกตั้งชื่อว่าดาวหาง Halley) กลับมาเยือนโลกอีกครั้งจริงระหว่างปี ค.ศ. 1758 – 1759 และสองคือการพิสูจน์หลักการหาระยะทาง 1 AU โดยใช้ transit of Venus ในปี ค.ศ. 1761

แนวคิดของ Halley ในการหาค่าระยะทาง 1 AU ได้แพร่กระจายอย่างกว้างขวาง แต่เมื่อ ค.ศ. 1761 มาถึง ยุโรปกลับตกอยู่ในช่วงเลวร้ายที่สุดของสงครามฝรั่งเศส-อเมริกันอินเดียนซึ่งยืดเยื้อถึง 7 ปี นักดาราศาสตร์จึงต้องฝ่าความอึมครึมของสงครามเพื่อรอต้อนรับ transit of Venus ครั้งใหม่ และเร่งสร้างความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์ท่ามกลางบรรยากาศแห่งสงคราม

ประวัติศาสตร์อาจพิสูจน์แล้วว่าสงครามไม่สามารถทำลายจิตวิญญาณวิทยาศาสตร์ transit of Venus ปี ค.ศ. 1761 ยังคงได้รับการต้อนรับโดยนักดาราศาสตร์นับร้อยจากกว่า 70 สถานีสังเกตการณ์ แต่เมื่อพวกเขานำผลที่ได้มาเปรียบเทียบกัน กลับพบว่าระยะ 1 AU มีความแตกต่างกันมากเกินไป คืออยู่ในช่วง 77,846,110 ถึง 96,162,840 ไมล์ ซึ่งห่างไกลจากความแม่นยำที่ Halley คาดหวังไว้มาก สาเหตุหลักเป็นเพราะ Black drop effect ซึ่งเกิดขึ้นในช่วง transit of Venus ปรากฏการณ์นี้จะมีลักษณะคล้ายเกิดเส้นเชื่อมสีดำยืดโยงระหว่างพื้นผิวของดาวศุกร์และดวงอาทิตย์ก่อนที่มันจะแตะกัน

เมื่อนักดาราศาสตร์ยุคนั้นทำการตรวจสอบก็พบว่า Black drop effect ถูกรายงานโดยผู้สังเกตแทบทุกคนไม่ว่าจะอยู่ ณ ตำแหน่งไหนบนโลก นั่นหมายความว่าการจับเวลาเริ่มต้นและสิ้นสุดของ transit of Venus (Second contact กับ Third contact) ของทุกคนถูกรบกวนจาก Black drop ทำให้ได้ผลลัพธ์สุดท้ายค่อนข้างคลาดเคลื่อน ทั้ง ๆ ที่มีการทุ่มเททั้งเงินทุนและทรัพยากรต่าง ๆ มากมาย แถมยังต้องเอาชนะความกดดันในยุคสงคราม ท้ายที่สุด transit of Venus ค.ศ. 1761 ก็จบลงแบบไม่ค่อยสวยงามนัก

                            

นักดาราศาสตร์ยังคงทำการทดลองตามแนวทางของ Halley แม้ว่าการหาค่า 1 AU โดยอาศัย transit of Venus ในครั้งต่อ ๆ มา คือปี ค.ศ. 1769 ,1874 และ 1882 จะมีความแม่นยำสูงขึ้น แต่ก็นับได้ว่าเป็นแค่ความสำเร็จบางส่วน Black drop effect ได้คอยย้ำเตือนนักดาราศาสตร์ให้แสวงหาวิธีใหม่ ๆ ไปพร้อม ๆ กัน ความพยายามในอดีตเป็นเสมือนแรงบรรดาลใจและคอยผลักดันให้นักดาราศาสตร์รุ่นต่อมาได้ศึกษาค้นคว้า ต่อยอดแนวความคิดจนพัฒนาเป็นองค์ความรู้ดาราศาสตร์ยุคปัจจุบัน

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

[1] วันที่ 24 พฤศจิกายน ค.ศ. 1639 ตามปฏิทินจูเลียน ตรงกับวันที่ 4 ธันวาคม ค.ศ. 1639 ตามปฏิทิน Gregorian ยุคใหม่

[2] ยามปกติดาวศุกร์สะท้อนแสงดวงอาทิตย์ได้ดีทำให้คนบนโลกเห็นดาวศุกร์สว่างสุกใสบนฟ้ายามค่ำคืน ความสว่างของมันทำให้นักดาราศาสตร์สังเกตขอบพื้นผิวของดาวศุกร์ได้ยาก เมื่อดาวศุกร์ปรากฏเป็นจุดมืดขณะผ่านหน้าดวงอาทิตย์ซึ่งส่องสว่างเจิดจ้ามากกว่าหลายเท่าจึงเปิดโอกาสให้นักดาราศาสตร์เห็นขอบ/ขนาดของดาวศุกร์ได้ชัดเจนขึ้น จึงสามารถวัดขนาดเชิงมุมปรากฏของดาวศุกร์ได้

[3] Horrocks ใช้เวลาศึกษาที่ Cambridge ได้ไม่ถึง 2 ปีก็ลาออกไปเป็นผู้สอนในโบสถ์ St. Michael เมือง Much Hoole ทางตอนเหนือของ Liverpool

[4] กฏข้อที่ 3 ของ Kepler คือ “กำลังสองของคาบวงโคจรของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ จะแปรผันตามกำลังสามของระยะห่างจากดวงอาทิตย์”

[5] Second contact และ Third contact สังเกตได้ง่ายกว่า First contact และ Fourth contact

เรียบเรียงจาก

• In the Footsteps of the First Recorded Transit of Venus, Eli Maor, Australian Sky & Telescope (May/June 2012)
• The June Transit of Venus, Fred Espenak & Jay Anderson, Australian Sky & Telescope (May/June 2012)
• The 1761 Transit of Venus, Eli Maor, Sky & Telescope (June 2012)
• http://www.transitofvenus.org/