ปริศนาวงแหวนดาวเสาร์
กับชายผู้เป็นแรงบันดาลใจให้ไอน์สไตน์
กฎแรงโน้มถ่วง รวมทั้งกฎการเคลื่อนที่และแนวคิดเกี่ยวกับเอกภพของนิวตัน กลายเป็นเสาหลักแห่งฟิสิกส์ที่นักฟิสิกส์ยึดถือ เพราะมันอธิบายปรากฏการณ์ที่เราพบเห็นได้อย่างแม่นยำ รวมทั้งทำนายว่าความผิดปกติของวงโคจรของดาวยูเรนัสเกิดจากดาวเคราะห์ดวงใหม่ที่ยังไม่มีใครเคยพบ นำมาซึ่งการพบดาวเนปจูนด้วย
แต่ใครเล่าจะรู้ว่ากฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน ยังช่วยให้นักฟิสิกส์เข้าถึงธรรมชาติแท้จริงของวงแหวนดาวเสาร์ได้อย่างน่าอัศจรรย์อย่างยิ่ง
ดาวเสาร์เป็นดาวเคราะห์ที่มนุษย์เรารู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณ
มันเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลดวงอาทิตย์ที่สุดที่มนุษย์เห็นมันได้อย่างสม่ำเสมอด้วยตาเปล่า
กาลิเลโอ กาลิเลอี (Galileo Galilei) นักดาราศาสตร์ชาวอิตาเลียนใช้กล้องโทรทรรศน์ที่ดีที่สุดในยุคนั้นส่องไปยังดาวเสาร์จนพบความแปลกประหลาดที่เขาไม่อาจอธิบายได้ นั่นคือ โครงสร้างที่โป่งนูนออกมาด้านข้างของดาวเสาร์คล้ายกับหูของหม้อ แต่เมื่อเวลาผ่านไป เขาพบว่าโครงสร้างดังกล่าวหายไป
ในตอนแรก กาลิเลโอเชื่อว่าสิ่งที่ประกบด้านข้างของดาวเสาร์นั้นอาจเป็นดวงจันทร์ของมัน แต่เมื่อมันหายไป กาลิเลโอได้แต่งุนงงสงสัย
ทุกวันนี้เรารู้ดีว่าสิ่งที่กาลิเลโอเห็นคือ วงแหวนที่ล้อมรอบดาวเสาร์ เมื่อเวลาผ่านไป วงแหวนเอียงหันเอาสันของวงแหวนเข้าหาโลกจนเรามองไม่เห็นสันบางๆนั้น
ร้อยปีต่อมา คริสเตียน ฮอยเกนส์ (Christiaan Huygens) อัจฉริยะรอบด้านชาวดัตช์ใช้กล้องโทรทรรศน์ศึกษาดาวเสาร์จนได้ข้อสรุปว่า สิ่งที่เห็นคือ โครงสร้างรูปวงแหวนที่มีลักษณะเป็นแผ่นแบน ล้อมรอบดาวเสาร์อยู่
แม้กล้องโทรทรรศน์ของฮอยเกนส์จะดีเยี่ยมในยุคนั้น แต่ก็ยังไม่ดีพอจะเห็นวงแหวนชัดเจนเหมือนที่เราเห็นในภาพถ่ายต่างๆทุกวันนี้ เขาต้องสังเกตการณ์อย่างยาวนานเพื่อศึกษาความเปลี่ยนแปลง แล้วจินตนาการถึงรูปแบบที่เป็นไปได้จนนำมาซึ่งข้อสรุปเรียบง่ายดังกล่าว
นอกจากนี้ เขายังค้นพบดวงจันทร์ของดาวเสาร์ที่มีชื่อว่า ไททันซึ่งเป็นดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ด้วย
แนวคิดของฮอยเกนส์ เรื่องแผ่นวงแหวนดา
ต่อมา โจวันนี แคสสินี (Giovanni Domenico Cassini) นักดาราศาสตร์ชาวอิตาเลียน-ฝรั่งเศส ค้นพบดวงจันทร์ของดาวเสาร์เพิ่มขึ้น 4 ดวง และยังค้นพบว่าวงแหวนของดาวเสาร์นั้นมีช่องว่างแทรกอยู่ ช่องดังกล่าวถูกเรียกว่า ช่องแคสสินี (Cassini Division)
จากนั้นไม่นานนัก กฎแรงโน้มถ่วงของนิวตันได้แสดงพลังให้โลกได้เห็นอีกครั้ง เมื่อลาปลาซ สุดยอดนักฟิสิกส์ผู้ที่เก่งกาจจนได้สมญาว่า นิวตันแห่งฝรั่งเศส ใช้กลศาสตร์ของนิวตันวิเคราะห์วงแหวนดาวเสาร์จนพบว่า มันไม่สามารถเป็นแผ่นแบนๆติดกันได้ เพราะ แรงโน้มถ่วงจากตัวดาวเสาร์อาจฉีกแผ่นวงแหวนออกจากกัน
วงแหวนด้านในที่ติดอยู่กับตัวดาวเสาร์จะได้รับแรงโน้มถ่วงจากดาวเสาร์มากกว่า วงแหวนส่วนที่อยู่ห่างออกไป
เนื่องจากวงแหวนนั้นกระจายตัวกว้างมาก เมื่อเทียบกับสันของมัน ผลต่างของแรงสามารถฉีกวงแหวนออก หรือ ส่งผลให้มันไม่มีสเถียรภาพในการโคจร
ลาปลาซวิเคราะห์ได้อย่างถูกต้อง แต่เขาเสนอทางออกว่าวงแหวนของดาวเสาร์อาจเป็นวงย่อยๆซ้อนกันมากมายหลายวงจนเราเห็นว่าติดกันเป็นแผ่นเดียว
แรงโน้มถ่วงดาวเสาร์จะฉีกวงแหวน หากมันเป็นแผ่นๆเดียว
หลังจากนั้นราว 80 ปีในปี ค.ศ. 1859 เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell) นักฟิสิกส์ชาวสก็อตได้ตีพิมพ์ผลงานวิชาการเรื่อง เสถียรภาพเชิงการเคลื่อนที่ของวงแหวนดาวเสาร์ (On the Stability of the Motion of Saturn's Rings) เมื่ออายุ 28 ปี ผลงานดังกล่าวได้รับรางวัลอดัมส์ (Adams Prize) อันเป็นรางวัลที่ทรงเกียรติของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ชื่อของรางวัลนี้ถูกตั้งเพื่อเป็นเกีรติแก่ จอห์น คูช อดัมส์ นักดาราศาสตร์ผู้ค้นพบดาวเนปจูน
เจมส์ เคลิร์ก แมกซ์เวลล์ (James Clerk Maxwell)
ผลงานดังกล่าวนับว่ายิ่งใหญ่และอธิบายธรรมชาติวงแหวนดาวเสาร์ได้อย่างยอดเยี่ยม เพราะ เขาวิเคราะห์วงแหวนดาวเสาร์จากทุกความเป็นไปได้!
- หากวงแหวนดาวเสาร์เป็นแผ่นแบนติดกัน มันต้องมีดวงจันทร์บริวารที่มีขนาดมหึมา หรือมีการกระจายมวลของวงแหวนที่ไม่สม่ำเสมอ แต่เราไม่เคยสังเกตเห็น และ ต่อให้มันเป็นเช่นนั้นก็ยากที่จะอยู่ในเสถียรภาพได้นาน
- หากวงแหวนดาวเสาร์เป็นวงแหวนย่อยๆหลายวง หรือ เป็นดวงจันทร์บริวารเรียงกัน หากมีแรงโน้มถ่วงใดๆมารบกวนแม้เพียงเล็กน้อย มันจะสูญเสียรูปทรงไป ซึ่งก็ไม่ตรงกับการสังเกต
- หากวงแหวนดาวเสาร์เป็นของไหลจะไม่เสถียร เพราะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างของไหลไม่เพียงพอส่งผลให้มันแตกกระจายออก
-หากวงแหวนเป็นเหมือนเมฆหมอก มันก็มีความหนาแน่นต่ำเกินกว่าจะคงรูปและเสถียรได้
แมกซ์เวลล์ สรุปว่า วงแหวนต้องประกอบไปด้วยอนุภาคเล็กๆจำนวนมหาศาลที่โคจรอย่างเป็นอิสระต่อกัน แต่เรียงรายอย่างเป็นระเบียบจนดูเหมือนเป็นวงแหวนเรียบๆต่อเนื่อง แต่ละอนุภาคโคจรด้วยอัตราเร็วที่แตกต่างกันไปขึ้นกับระยะห่างจากตัวดาวเสาร์
ในปี ค.ศ. 1895 นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ เจมส์ คีเลอร์ (James Edward Keeler) ใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า spectrograph ศึกษาวงแหวนดาวเสาร์ก็พบว่าแต่ละส่วนโคจรด้วยความเร็วแตกต่างกันตามที่แมกซ์เวลล์ทำนายไว้จริงๆ มันเป็นหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่าวงแหวนดาวเสาร์ประกอบขึ้นจากอนุภาคเล็กๆ
เจมส์ คีเลอร์
แต่น่าเสียดายที่ แมกซ์เวลล์ เสียชีวิตไปก่อนหน้านั้นในปี ค.ศ. 1879
ไม่น่าเชื่อว่าด้วยการคำนวณบนกระดาษ จะทำให้มนุษย์คนหนึ่งเข้าถึงความจริงของวงแหวนของดาวเสาร์ที่อยู่ไกลออกไปได้ งานวิจัยนี้ แสดงให้เห็นพลังแห่งการประยุกต์ใช้กฎแรงโน้มถ่วงและกลศาสตร์ของนิวตันเป็นอย่างดี
ตลอดชีวิตของแมกซ์เวลล์ได้สร้างผลงานสำคัญไว้มากมาย
หนึ่งในนั้นคือ ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งอธิบายปรากฏการณ์ที่เกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้า แสง รวมทั้งทำนายการมีอยู่ของคลื่นวิทยุด้วย
ผลงานชิ้นนี้เองได้กลายเป็นแรงบันดาลใจให้กับชายคนหนึ่งที่จะสร้างทฤษฎีซึ่งสั่นคลอนฟิสิกส์แบบฉบับของนิวตัน นั่นคือ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์
อ้างอิง
***
ในปี ค.ศ. 1997 ยานอวกาศที่องค์การอวกาศยุโรปส่งไปสำรวจดาวเสาร์ถูกตั้งชื่อว่า ยานอวกาศแคสสินี เพื่อเป็นเกียรติแก่โจวันนี แคสสินี นอกจากนี้ ยานอวกาศแคสสินียังทำหน้าที่ส่งยานสำรวจไปลงจอดบนดวงจันทร์ไททันด้วย ซึ่งยานสำรวจดังกล่าวถูกตั้งชื่อว่า ยานสำรวจฮอยเกนส์ (Huygens Probe) เพื่อเป็นเกียรติแก่คริสเตียน ฮอยเกนส์ ผู้ค้นพบดวงจันทร์ไททันนั่นเอง
***
“จริงอยู่วงแหวนของดาวเสาร์นั้นอาจไม่ได้ก่อให้เกิดประโยชน์อันชัดเจนในทางดาราศาสตร์และการประยุกต์ใช้ เพราะมันทั้งอยู่ไกล และเมื่อเทียบกับทั้งระบบสุริยะแล้ว มันมีมวลน้อยมากๆ แต่หากพิจารณาให้ดีแล้ว วงแหวนดาวเสาร์เป็นวัตถุที่น่าตื่นตะลึงที่สุดอย่างหนึ่งในอวกาศ ลองนึกถึงวงแหวนที่ลอยอยู่รอบตัวดาวเสาร์กลมๆ โดยวงแหวนนั้นหมุนไปรอบๆจะพบว่ามันเป็นอะไรที่น่าอัศจรรย์ใจอย่างยิ่ง”
เขียนไว้โดย แมกซ์เวลล์
- 16
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2026 Blockdit
