ฤดูกาลและการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์

มีคนจำนวนไม่น้อยเข้าใจผิดว่า ฤดูกาลเกิดจากการโคจรเป็นวงรีของโลกรอบดวงอาทิตย์ ทำให้ระยะทางจากโลกถึงดวงอาทิตย์เปลี่ยนไปเป็นวงรอบทุกๆ หนึ่งปี แต่เหตุผลนี้ไม่ถูกต้อง เพราะไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมช่วงเดือนมกราคมเป็นฤดูหนาวสำหรับประเทศไทย แต่เป็นฤดูร้อนที่ประเทศออสเตรเลีย และในความเป็นจริง โลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดในช่วงประมาณวันที่ 3 มกราคมของทุกปี!

เหตุผลที่ถูกต้องของการเกิดฤดูกาลคือการที่แกนหมุนของโลกเอียงทำมุม 23.5º กับเส้นตั้งฉากของระนาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์ ดังที่แสดงในภาพที่ 1

season1
ภาพที่ 1: แผนภาพแสดงการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์แบบง่ายๆ
แสดงการเกิดฤดูกาลจากการเอียง 23.5º ของแกนโลกเมื่อเทียบกับระนาบการโคจร
(ระยะทางและขนาดไม่ได้วาดให้ถูกสัดส่วน)

ในวันครีษมายัน (Summer Solstice) ซึ่งตรงกับช่วงวันที่ 21-22 มิถุนายน จะเป็นวันที่แกนหมุนของโลกชี้เข้าหาดวงอาทิตย์ ทำให้ประเทศที่อยู่เหนือเส้นศูนย์สูตร รวมทั้งประเทศไทย ได้รับแสงอาทิตย์มาตกกระทบมาก และมีกลางวันยาวนานที่สุด (บางประเทศที่อยู่ใกล้ขั้วโลกเหนือมาก จะไม่มีเวลากลางคืนเลย) จึงเกิดเป็นฤดูร้อนในซีกโลกเหนือ ในขณะที่ซีกโลกใต้ได้รับแสงอาทิตย์น้อยกว่าและมีกลางคืนที่ยาวนานที่สุด (เช่นกัน พื้นที่ที่อยู่ใกล้ขั้วโลกใต้มาก จะไม่มีเวลากลางวันเลย) จึงกลายเป็นฤดูหนาวในซีกโลกใต้ สถานการณ์กลับกันจะเกิดในช่วงวันที่ 22-23 ธันวาคม ในวันเหมายัน (เห-มา-ยัน หรือ Winter Solstice) เมื่อแกนหมุนของโลกชี้ออกจากดวงอาทิตย์ ทำให้ประเทศทางซีกโลกเหนือกลายเป็นฤดูหนาว ในขณะที่ซีกโลกใต้จะเป็นฤดูร้อน  สำหรับประเทศไทยซึ่งตั้งอยู่ระหว่างเส้นรุ้ง (Latitude) ที่ 6º-19º เหนือเส้นศูนย์สูตร ในช่วงฤดูร้อน แดดจะส่องเข้ามาจากทางทิศเหนือเล็กน้อย ดังรูปครีษมายันในด้านขวาของภาพที่ 1 ในทางตรงกันข้าม ในช่วงฤดูหนาว แดดจะส่องเข้ามาจากทางทิศใต้อย่างมาก ดังรูปเหมายันในด้านซ้ายของภาพที่ 1 ความรู้นี้อาจเป็นประโยชน์ต่อการเลือกที่อยู่อาศัยของเรา

ช่วงเวลากึ่งกลางระหว่างครีษมายันและเหมายัน จะเกิดวันที่เรียกว่าวิษุวัต (Equinox) ซึ่งเป็นวันที่กลางวันกับกลางคืนของทุกที่ทั่วโลกมีระยะเวลาเท่ากันพอดี วันนี้จะเกิดขึ้นเมื่อแกนหมุนของโลกตั้งฉากกับเส้นที่เชื่อมระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ หรือก็คือแกนโลกไม่ได้ทั้งชี้เข้าหาหรือชี้ออกจากดวงอาทิตย์ ในหนึ่งปีเหตุการณ์นี้จะเกิดขึ้นสองครั้ง คือในช่วงวันที่ 20-21 มีนาคม ที่เรียกว่าวสันตวิษุวัต (Vernal Equinox) และในช่วง 22-23 กันยายน ที่เรียกว่าศารทวิษุวัต (Autumnal Equinox) มนุษย์เรารับรู้ถึงวันวิษุวัตนี้มานานแล้ว ดังจะเห็นได้จากที่โบราณสถานมากมายหลายที่จะสร้างให้เกิดความพิเศษในวันนี้ ตัวอย่างใกล้ตัวก็คือ นครวัดในประเทศกัมพูชา ซึ่งมีอายุเก่าแก่กว่า 900 ปี เมื่อมองจากทางเข้าหลักที่อยู่ฝั่งตะวันตกของปราสาท ในช่วงวันวิษุวัตทั้งสองวันนี้ ดวงอาทิตย์จะขึ้นมาแตะบนยอดปราสาทกลาง ทำให้เกิดภาพอันสวยงามดังภาพที่ 2 ถ้าอยากได้รูปสวยๆ แบบนี้ เราก็วางแผนไปเที่ยวนครวัดให้ถูกช่วงเวลา  หลายคนอาจเคยได้ยินคำเล่าลือที่ว่าวันวสันตวิษุวัตเป็นเพียงวันเดียวที่เราตั้งไข่ดิบได้ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์ได้ระนาบกับโลกพอดี เรื่องนี้ไม่จริงแต่อย่างใด ถ้าเราฝึกฝนมากพอ เราก็สามารถตั้งไข่ดิบในวันใดก็ได้ทั้งปี

season2
ภาพที่ 2: ดวงอาทิตย์ขึ้นในช่วงวันวสันตวิษุวัตในปี พ.ศ. 2555 โดยขึ้นไปแตะปราสาทใหญ่ของนครวัด
(ที่มาของภาพ: National Geographic Photo Contest 2012 ถ่ายโดย Josh Ramsay)

จะเห็นได้ว่าดาราศาสตร์ไม่ได้เป็นเรื่องไกลตัวสำหรับเราเลย ความเข้าใจในปรากฏการณ์ต่างๆ ในเชิงดาราศาสตร์สามารถเป็นประโยชน์ในชีวิตประจำวันของเราได้ตลอดเวลา ยังมีเรื่องน่ารู้น่าสนใจอีกมาก เช่น ปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง ทำไมโลกหมุนรอบตัวเองในทิศทางเดียวกับที่โลกและดาวเคราะห์อื่นๆ ทุกดวงโคจรรอบดวงอาทิตย์และยังเป็นทิศทางเดียวกันกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก ด้วยอนุภาคพลังงานสูงในอวกาศและผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศของโลก ต่อระบบสื่อสาร และต่อสุขภาพของผู้โดยสารเครื่องบิน รวมถึงเรื่องอื่นๆ อีกมากมาย ในบางคำถามเราก็ทราบเหตุผลนำมาประยุกต์ใช้ประโยชน์แล้ว แต่บางเรื่องก็ยังเป็นสิ่งที่เรายังต้องศึกษาค้นคว้ากันต่อไปเพื่อทำความเข้าใจกับจักรวาลอันกว้างใหญ่นี้

————————————————————————————————————————————–

Warit_M
โดย ดร.วฤทธิ์ มิตรธรรมศิริ
ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล