สำหรับระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ ๓ โลก ดวงดาว และอวกาศ สำหรับระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่ ๓
สิ่งที่อยู่นอกโลก คืออะไร? มนุษย์ เฝ้ามองดวงดาวบนท้องฟ้ามาตั้งแต่สมัยยุคดึกดำบรรพ์ และจินตนาการ เกี่ยวกับดวงดาวเป็นเรื่องราวต่างๆ ซึ่งทุกภูมิภาคทั่วโลกต่างก็มีนิทานปรัมปรา เกี่ยวกับดวงดาว แต่ที่โด่งดังและแพร่หลายมากที่สุด คือ เทพปกรณัม ของอารย ธรรมกรีก ซึ่งได้กล่าวถึงการกำเนิดจักรวาล การดำรงอยู่ของจักรวาล การเกิดดาว ฤกษ์ และดาวเคราะห์ต่างๆ
จินตนาการของมนุษย์เกี่ยวกับดวงดาว และอวกาศ วิชาจักรวาลวิทยา (Cosmology) เป็นวิชาที่ศึกษาเกี่ยวกับการเกิดของ จักรวาล และความเป็นไปในจักรวาล โดยอาศัยความเชื่อ ทฤษฎี กฎทางฟิสิกส์ และ การสังเกต วิชาจักรวาลวิทยา อาศัยความรู้ในศาสตร์ต่างๆ มากำหนดเป็นทฤษฎี ซึ่ง แท้จริงแล้วคือ ความเชื่อว่าเป็นไปได้ ซึ่งได้รับการยอมรับจากนักวิทยาศาสตร์ใน ยุคนั้นๆ
ปฐมบทแห่งการศึกษาเรื่องดาราศาสตร์ ตามตำนานเทพปกรณัมกรีก เคออส (Chaos) เป็นสภาพแรกเริ่มของการมีอยู่ อันเป็นต้น กำเนิดของเหล่าทวยเทพรุ่นแรก หรืออีกนัยหนึ่งก็คือความว่างเปล่าอันมืดดำของอวกาศ ลักษณะสำคัญของ เคออส มีสามประการหลัก คือ เคออส เป็นหลุมลึกไร้ก้น ซึ่งถ้าหากมีอะไรตกลงไปก็จะตกลงไปไม่มีที่สิ้นสุด ซึ่งตรงกันข้ามกับโลก (Earth) อย่างมาก ซึ่งโลกกำเนิดมาจากความว่างเปล่านี้ แต่โลกประกอบด้วยพื้นดิน เคออสเป็นสถานที่ที่ปราศจากทิศทางแน่นอน โดยสิ่งต่างๆจะตกไปตามทิศทางต่างๆได้รอบ เคออสเป็นพื้นที่ว่าง ที่แยกโลกและท้องฟ้าออกจากกัน และ เคออส ก็ยังคงสภาพคั่นกลางของสองสิ่ง นั้น เคออส ให้กำเนิด พระแม่ธรณี ไกอา (Gaia) เทพีแห่งกลางคืน นิกซ์ (Nyx) และเทพแห่ง ความมืดมิด เอเรบัส (Arebus) ซึ่งเทพีและเทพสององค์หลังให้กำเนิด เฮเมรา (Hemera) เทพีแห่งกลางวัน และอีเธอร์ (Ether) เทพแห่งอากาศ ในเวลาต่อมา
เราศึกษาเรื่อง โลก ดวงดาว และอวกาศ ไปเพื่ออะไร? มนุษย์เกิดมาพร้อมกับความปรารถนาที่จะเข้าใจในสรรพสิ่ง รู้ถึงอดีต ปัจจุบัน และ อนาคตของสรรพสิ่งต่างๆรอบๆตัว และในบางครั้ง ปรารถนาที่จะควบคุมสรรพสิ่ง ต่างๆด้วย มนุษย์พยายามที่จะเข้าใจถึงปรากฏการณ์ต่างๆที่อยู่รอบตัวมาตั้งแต่สมัยอดีตจนถึง ปัจจุบัน และพยายามทำนายปรากฏการณ์ต่างๆที่เกิดขึ้นในอดีตและอนาคตด้วย ความช่างสงสัยและความเพียรพยายามหาคำตอบนี้จึงเป็นที่มาของวิชาดารา ศาสตร์และจักรวาลวิทยา
จักรวาล (Universe) คืออะไร?
จักรวาล กำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร? ไม่มีใครรู้แน่ชัดว่าจักรวาลถือกำเนิดมาได้อย่างไร แต่มีทฤษฎีที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกให้การยอมรับ เกี่ยวกับการกำเนิดของจักรวาล คือ ทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่ ซึ่งพัฒนามาจากแนวคิดของ Monseigneur Georges Henri Joseph Édouard Lemaître บาทหลวงชาวเบลเยียม เป็นศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยคาทอลิกเลอเฟิน ภาพจากเว็บไซต์ https://th.wikipedia.org/wiki/บิกแบง
ทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่ (Big Bang) มีใจความว่า เอกภพเมื่ออดีตมีสมบัติเป็นเนื้อเดียวกันและมีสมบัติเหมือนๆกันในทุกทิศทาง โดยมีความ หนาแน่นของพลังงานที่สูงมาก มีอุณหภูมิและความดันที่สูงมาก ต่อมาจึงขยายตัวออกในทันทีทันใดและมี อุณหภูมิลดลง หลักฐานที่สนับสนุนทฤษฎีการระเบิดครั้งใหญ่ คือ? รังสีพื้นหลังของจักรวาล การขยายตัวและการเย็นตัวลงของจักรวาล
กำเนิดและวิวัฒนาการของจักรวาล ภาพจากเว็บไซต์ http://www.baanjomyut.com/library/bigbang/03.html
จุดกำเนิดของสสารในจักรวาล เลแมตร์ (G.Lemaitre) ได้กล่าวไว้ว่า ในอดีตเอกภพมีลักษณะเป็นรูปทรงกลมเส้นผ่าศูนย์กลาง ประมาณ 6,400 กิโลเมตร (4,000ไมล์) เลอร์แมตร์ เรียกทรงกลมที่เป็นจุดกำเนิดของสสารนี้ว่า “อะตอมดึกดำบรรพ์” (Primeval Atom) เป็นอะตอมขนาดยักษ์ นำหนักประมาณ 2 พันล้านตันต่อ ลูกบาศก์นิ้ว (ซึ่งขัดแย้งกับความเป็นจริงกับความหมายของอะตอมในปัจจุบันที่ให้ความหมายของ อะตอม ว่าเป็นส่วยย่อยของโมเลกุล) อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์ได้ถกเถียงและค้นหาข้อเท็จจริงเกี่ยวกับทฤษฎีนี้อย่างจริงจัง และกา โมว์ (G.Gamow) เป็นคนหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีของเลอร์เเมตร์ จากผลการคำนวณของกาโมว์ ในขณะที่อะตอมดึกดำบรรพ์ระเบิดขึ้น จะมีอุณภูมิสูงถึง 3×109 เคลวิน (3,000,000,000 เคลวิน) หลังจากเกิดการระเบิดประมาณ 5 วินาที อุณภูมิได้ลดลงเป็น 109 เคลวิน (1,000,000,000 เคลวิน) และเมื่อเวลาผ่านไป 3 ปี 3×108 (300,000,000 ปี) อุณภูมิของเอกภพลดลงเป็น 200 เคลวิน ใน ที่สุดเอกภพก็ตกอยู่ในความมืดและเย็นไปนานมากจนกระทั่งมีดาราจักรเกิดขึ้น จึงเริ่มมีแสงสว่าง และอุณภูมิเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ
จุดกำเนิดของสสารในจักรวาล ในปี พ.ศ.2472 ฮับเบิล (Edwin P.Hubble) ได้ศึกษาสเปกตรัมของดาราจักรต่างๆ 20 ดาราจักร ซึ่ง อยู่ไกลที่สุดประมาณ 20 ล้านปีแสง พบว่าเส้นสเปกตรัมได้เคลื่อนไปทางแสงสีแดง ดาราจักรที่อยู่ ห่างออกไปจะมีการเคลื่อนที่ไปทางแสงสีแดงมาก แสดงว่าดาราจักรต่างๆ กำลังคลื่นที่ห่างไกล ออกไปจากโลกทุกทีทุกทีๆ พวกที่อยู่ไกลออกไปมากๆจะมีการเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดาราจักรที่ห่าง ประมาณ2.5พันล้านปีแสง มีความเร็ว 38,000 ไมล์ต่อวินาที ส่วนพวกดาราจักร ที่อยู่ไกลกว่านี้มีค วาเร็วมากขึ้นตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางของดาราจักรและ ความเร็วแห่งการ เคลื่อนที่ เรียกว่า “กฎฮับเบิล” ทฤษฎีนี้อาจเรียกว่า “การระเบิดของเอกภพ” (Exploding Universe) ซึ่งก็สนับสนุนกับแนวคิดของเลแมตร์เช่นกัน
จุดกำเนิดของสสารในจักรวาล ตามหลักกลศาสตร์ควอนตัม( quantum mechanics) นั้น การดำรงอยู่ของสสารเป็นการ ซ่อนทับกันของคลื่น ซึ่งอธิบายได้ตามสมการการเคลื่อนที่ของคลื่น เพราะฉะนั้น ทฤษฎีที่ว่า เอก ภพเกิดขึ้นทันทีทันใด จากเดิมที่ไม่มีอะไรอยู่เลย จึงมีความเป็นไปได้ และอาจกล่าวได้ว่าสสาร จำนวนหนึ่ง ณ เวลาหนึ่งที่แน่นอน มีความเป็นไปได้ว่าจะสูญหายไปทันทีเหมือนอยู่อีก ณ เวลา หนึ่ง แม้มีโอกาสน้อยมากที่จะเกิดขึ้นแต่ก็ไม่ใช่ว่าจะเป็นไปไม่ได้เลย อย่างไรก็ตามเมื่อวัตถุหดตัว เล็กลงมันจะขนาดเล็กมากจนอาจเกิดสภาพที่บางก็มีอยู่ บางครั้งก็หายไปที่เป็นแนวคิดเกี่ยวกับ การกำเนิดเอกภพที่เอ็ดเวิร์ด เฟรดกิน เสนอไว้ในปี ค. ศ. 1980 ข้อมูลจากเว็บไซต์ https://manthana2013.wordpress.com
กำเนิดระบบสุริยะ ทฤษฎีของ คานท์ และ ลาพลาส (Kant and laphace) ทฤษฎีของคานท์และลาพลาส โดยนักดาราศาสตร์ชื่อ เอมมานูเอล คานท์ ชาวเยอรมัน และปีแอร์ ลาพลาส ชาวฝรั่งเศส เชื่อว่า "ระบบสุริยะเกิดจากกลุ่มแก๊สที่ร้อนจัดขนาดใหญ่ และหมุนรอบตัวเองจนเกิดแรงเหวี่ยง ทำให้เกิดวงแหวนเป็นชั้นๆ ต่อมากลุ่มแก๊สบริเวณศูนย์กลางของวงแหวนรวมตัวกันกลายป็นดวงอาทิตย์ ส่วนวงแหวนกลายเป็นดาวเคราะห์และบริวาร” ข้อสังเกต : ดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ เกิดพร้อมกัน ข้อสนับสนุน : ดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ หมุนไปทางเดียวกัน ข้อคัดค้าน : ดวงอาทิตย์น่าจะหมุนเร็วกว่านี้ กลุ่มแก๊สร้อนน่าจะกระจายตัวออกไปมากกว่าจะมารวมตัวกัน เป็นดาวเคราะห์
กำเนิดระบบสุริยะ ทฤษฎีของ เจมส์ ยีนส์ (James Jeans) มีใจความสรุปว่า "มีดาวฤกษ์ขนาดใหญ่เคลื่อนที่ผ่านเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดแรง ดึงดูดมหาศาลระหว่างดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์จนมวลบางส่วนของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ หลุดออกมากลายเป็นดาวเคราะห์ โลก และสิ่งอื่นๆ ในระบบสุริยะจักรวาล"
กำเนิดระบบสุริยะ ทฤษฎีของเฟรด ฮอยล์ และฮานส์ อัลเฟน ทฤษฎีของเฟรด ฮอยล์ และฮานส์ อัลเฟน เป็นทฤษฎีที่อาศัยทฤษฎีของคานท์และลาพลาส ประกอบกับหลักฐานจากการศึกษาปรากฏการณ์ท้องฟ้าเพิ่มเติม มีใจความสรุปว่า "ดวง อาทิตย์เกิดขึ้นก่อนจากการรวมตัวของกลุ่มก๊าซและฝุ่นละอองต่อมาดวงอาทิตย์เริ่มมีแสง สว่าง และยังคงมีกลุ่มก๊าซและฝุ่นละอองห้อมล้อมอยู่และหมุนไปรอบๆ ดวงอาทิตย์ ต่อมา กลุ่มก๊าซและฝุ่นละอองเหล่านี้จะถูกดึงดูดและอัดตัวแน่นขึ้นและรวมกันเป็นก้อนขนาดใหญ่ ขึ้นกลายเป็นดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์"
วิวัฒนาการของดาวฤกษ์