การเกิดอุปราคา

อุปราคา หรือ Eclipse ในระบบที่ประกอบด้วย ดวงอาทิตย์-โลก-ดวงจันทร์ นั้น เกิดขึ้นเมื่อโลก หรือ ดวงจันทร์ บังเงาตะวันจากกันและกัน

ดวงอาทิตย์ใหญ่กว่าดวงจันทร์มากถึง 400 เท่า แต่ด้วยความบังเอิญ ดวงอาทิตย์ก็อยู่ห่างจากโลกมากกว่าดวงจันทร์ประมาณ 400 เท่า เมื่อมองจากโลกแล้ว ขนาดของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ จะใกล้เคียงกัน เราจึงโชคดีได้เห็นปรากฏการณ์อุปราคา ระหว่าง ตะวัน-จันทรา ได้

(ภาพที่ 1) การเกิดสุริยุปราคา คนบนโลกด้านกลางวัน เพียงส่วนน้อย จะมีโอกาสได้เห็นสุริยุปราคา ภาพโดย คณะฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทนเนสซี

ถ้าเงาของโลกไปตกลงบนดวงจันทร์ ดวงจันทร์ก็จะมืดลง เรียกว่าเกิดจันทรุปราคา แต่คนทั้งโลกด้านกลางคืนจะมองเห็น จันทรุปราคา ได้หมด

(ภาพที่ 2) แสดงการเกิด จันทรุปราคา เมือดวงจันทร์โคจรเข้าเงาของโลก ภาพโดย คณะฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทนเนสซี

ในเมื่อดวงจันทร์โคจรรอบโลกประมาณรอบละเดือน ก็น่าที่จะเกิดอุปราคาทั้งสองอย่าง เดือนละครั้ง แต่ในความเป็นจริงมันไม่เกิดเช่นนั้น แถมการเกิดอุปราคาแบบเต็มดวง ก็ยังหาดูได้ยากเสียอีก ที่เป็นเช่นนั้นก็เพราะว่า

1 วงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ และวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก ไม่ได้อยู่ในระนาบเดียวกัน หากพื้นระนาบทั้งสอง ทำมุมประมาณ 5 องศาต่อกัน

(ภาพที่ 3) แสดงพื้นระนาบวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก เอียงทำมุมกับ พื้นระนาบวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ (ecliptic plane) อยู่ประมาณ 5 องศา ภาพโดย Dr. Nick Strobel

แนวตัดของระนาบทั้งสอง จะเป็นเส้นตรง เรียกว่า Line of nodes การจะเกิดอุปราคาได้นั้น นอกจากต้องเกิดเมื่อ ดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ เรียงตัวอยู่ในเส้นตรงเดียวกันแล้ว (คืนพระจันทร์เต็มดวงเท่านั้น) ยังต้องขึ้นอยู่กับเมื่อ แนวเรียงตัวของดาวทั้งสาม ตรงกันกับ line of nodes นี้ด้วย จึงจะเกิดอุปราคาขึ้นได้

ในขณะที่โลกโคจรอยู่ตลอดเวลาไปรอบดวงอาทิตย์นั้น ดวงจันทร์ก็หมุนรอบโลกตามไป ด้วยคาบเวลาที่ต่างกัน ทำให้เส้นเชื่อมโหนดนั้นหมุนควงไปเรื่อยไม่คงที่ เวลาที่จะเกิดอุปราคาได้นั้น จะต้องเป็นยามที่เส้นเชื่อมโหนด หันตรงเข้าหาดวงอาทิตย์เท่านั้น จึงจะทำให้โลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ มาอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกันได้ ไม่เช่นนั้นดวงจันทร์จะอยู่สูงเกินไป หรือตำ่เกินไป เงาก็คลาดกันได้ ปัจจัยหลักที่จะทำให้เกิดอุปราคา จึงต้องเป็นเวลาที่ ดวงจันทร์ โคจรมาอยู่แถวๆโหนด ในเวลาที่เส้นเชื่อมโหนดหันเข้าหาดวงอาทิตย์ ระยะเวลาที่ ดวงจันทร์ โคจรอยู่แถวๆเส้นเชื่อมโหนด จะเรียกว่า eclipse season อุปราคาจึงจะเกิดขึ้นได้ นี่ก็คือเหตุผลที่ว่า ทำไมจึงไม่มีอุปราคาเกิดขึ้นทุกๆเดือนนั่นเอง

(ภาพที่ 4) ในช่วงที่ line of nodes ไม่เรียงตัวกับแนว ตะวัน-จันทร์-โลก ก็จะไม่เกิดอุปราคา ภาพโดย Dr Nick Strobel

เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนตัวมาระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก บางครั้ง ดวงจันทร์ก็จะอยู่ต่ำกว่า หรือสูงกว่านิดหน่อย ทำให้เงาของดวงจันทร์ ไม่ตกลงยังพื้นโลก จึงไม่เกิดสุริยุปราคา หรือ จันทรุปราคาไปทุกเดือน

(ภาพที่ 5) เมื่อ line of nodes ไม่เรียงตัวกับแนว ตะวัน-จันทร์-โลก เงาของดวงจันทร์ หรือเงาของโลก จะคลาดกัน ภาพโดย Dr. Nick Strobel

2 วงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก เป็นวงรี ไม่ใช่วงกลม โดยมีโลกอยู่ที่จุดโฟกัสหนึ่ง เมื่อพระจันทร์อยู่ใกล้โลกมากที่สุด(perigee อ่านว่า แพรีจี้) จะอยู่ห่างจากโลก 363,260 กิโลเมตร และเมื่อดวงจันทร์อยู่ไกลจากโลกมากที่สุด จะอยู่ห่างจากโลก 405,540 กิโลเมตร

(ภาพที่ 6) วงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก ภาพโดย Dr Nick Strobel

เมื่อวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลกเป็นวงรีเช่นนี้ ด้านยาวของวงรี ไม่ได้หันตรงสู่ดวงอาทิตย์เสมอไป ตามความเป็นจริงแล้ว จุดที่ดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกมากที่สุด (perigee) จะเคลื่อนไปถึงปีละ 40.7 องศา จึงเป็นสาเหตุที่การเกิดอุปราคา ไม่อยู่ตรงวันเดียวกันตามปฏิทิน นอกจากนี้แล้ว line of nodes ก็ยังเคลื่อนไปปีละ 19.3 องศาอีกด้วย ฉะนั้น การคำนวณการเกิดอุปราคา ไม่ใช่เรื่องกล้วยๆเสียแล้ว เพราะคนที่คำนวณ จะต้องมีตารางการโคจรอย่างละเอียด จึงจะคำนวณตำแหน่งของการเกิดอุปราคาได้ นี่ยังไม่กล่าวรวมถึงปัจจัยอื่นที่จะทำให้การคาดการณ์ ยากขึ้นไปอีก

(ภาพที่ 7) มองจากขั้วโลกเหนือลงมา จะแสดงตำแหน่งวงโคจรของดวงจันทร์ รอบโลก ที่เป็นวงรี ความรีขยายให้เกินความจริงเพื่อให้เห็นชัดๆ รูปซ้ายยังไม่ได้ปรับการเคลื่อนแกนของวงรี รูปขวาขยายให้เห็นการเคลื่อนของแกนวงรี ในขณะที่โลก และดวงจันทร์ เคลื่อนตัวโคจรไปรอบดวงอาทิตย์พร้อมๆกัน ภาพโดย Dr Nick Strobel

ข้ามไปอ่านหน้าที่ [1] [2] [3]