วิเคราะห์หลุมบนดวงจันทร์ โดยใช้ข้อมูลจาก Liverpool Telescope

ภารกิจ ภารกิจต่อไปนี้ จะให้นักเรียนได้สังเกตภาพถ่ายของดวงจันทร์โดยละเอียด เพื่อที่จะระบุว่าความหนาแน่น ขนาด และรูปร่างของหลุมอุกกาบาตบนดวงจันทร์นั้นมีความแตกต่างกันอย่างไรตามแต่ละส่วนของพื้นผิวดวงจันทร์

ภารกิจ - อภิปราย ถึงแม้ว่าจะมีวิธีอื่นที่จะวัดขนาด ความหนาแน่น และความสว่างของวัตถุที่อยู่บนพื้นผิวดวงจันทร์ เช่น โดยข้อมูลจากเรดาร์ของดาวเทียมที่โคจรรอบดวงจันทร์ วิธีที่เราใช้ในที่นี้ จะเป็นวิธีอย่างง่ายๆ ที่เราสามารถทำได้ โดยเครื่องมือที่เรามีอยู่ในห้องเรียน

ข้อมูลพื้นหลัง ดวงจันทร์เป็นเพื่อนบ้านที่ใกล้เราที่สุดในอวกาศ และเป็นวัตถุท้องฟ้าเพียงวัตถุเดียวที่เราสามารถเห็นรายละเอียดของพื้นผิวได้ด้วยตาเปล่า หากเราสังเกตอย่างละเอียด เราจะพบว่าพื้นผิวของดวงจันทร์นั้นไม่ได้ราบเรียบ แต่เต็มไปด้วยบริเวณที่มืดและสว่างมากมาย เทือกเขา และหลุมอุกกาบาตนับหลายพันหลุม ในกิจกรรมนี้ เราจะมาศึกษาข้อมูลจากภาพถ่ายดวงจันทร์ที่บันทึกเอาไว้โดย Liverpool Telescope และพยายามกะปริมาณรายละเอียดบนพื้นผิวเหล่านี้

เฟสของดวงจันทร์ เมื่อเราสังเกตดวงจันทร์เต็มดวง ดวงอางทิตย์จะอยู่ข้างหลังเรา และแสงอาทิตย์จะตกลงพื้นผิวดวงจันทร์โดยตรง ทำให้เรามองเห็นรายละเอียดของหลุมอุกกาบาตโดยเฉพาะในบริเวณที่สว่างได้ค่อนข้างยาก อย่างไรก็ตาม เมื่อดวงจันทร์อยู่ในช่วงใกล้เคียงกับจันทร์ครึ่งดวง (ขึ้น 8 ค่ำ หรือแรม 8 ค่ำ) หลุมบนดวงจันทร์จะสามารถสังเกตได้ง่ายกว่าจากเงาที่ทอดยาวไปตามพื้นผิวของดวงจันทร์ ทำให้พื้นผิวของดวงจันทร์ดูเป็นสามมิติมากขึ้น

The planet Mercury ©NASA ทำนายผล ถ้าเราศึกษาภาพของดาวเคราะห์ดวงเล็กๆ เช่น ดาวพุธ (ภาพทางขวา) เราอาจจะคิดว่าพื้นผิวของดาวเคราะห์หินควรจะมีหลุมอุกกาบาตกระจายอยู่ทั่วไปอย่างเท่าเทียมกันทั่วทุกบริเวณ เพราะว่าดาวเคราะห์น้อยที่ทำให้เกิดหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ควรจะมีการกระจายตัวอยู่ทั่วไปในระบบสุริยะ ในช่วงที่มีการชนกันบ่อยครั้ง และถ้าหากต้นเหตุที่ทำให้เกิดหลุมอุกกาบาตมีการกระจายตัวอย่างเท่ากันแล้ว เราก็อาจจะคิดว่าหลุมอุกกาบาตก็ควรจะมีการกระจายตัวอยู่อย่างเท่าเทียมกันเช่นกัน The planet Mercury ©NASA

สิ่งที่ต้องทำ - การวิเคราะห์พื้นผิว งานของเราก็คือ เลือกพื้นที่บนดวงจันทร์สักสองสามบริเวณเพื่อทำการศึกษา เริ่มโดยการทำการวัด และบันทึกสิ่งที่พบเห็น เราจะสามารถระบุความแตกต่างระหว่างบริเวณที่เลือกมาได้

การประกอบโมเสคดวงจันทร์ เราจะต้องทำการรวมโมเสคของดวงจันทร์ขนาดใหญ่ที่รวมภาพถ่ายดวงจันทร์กว่า 20 ภาพ เพื่อที่เราจะได้เลือกบริเวณของดวงจันทร์ที่จะทำการศึกษา ภาพถ่ายเหล่าได้นี้ได้ทำการเปลี่ยนให้อยู่ในรูปของไฟล์ JPEG เป็นที่เรียบร้อยแล้ว เราสามารถที่จะปริ๊นท์มันออกมาและนำมาเรียงต่อกันได้ในลักษณะเดียวกับจิ๊กซอว์ สังเกตว่าแต่ละภาพจะมีการเหลื่อมกันเล็กน้อยเพื่อให้การต่อกันเป็นไปได้ราบรื่นยิ่งขึ้น

โมเสคดวงจันทร์ เอาไฟล์ moonmap.jpg ที่ให้มาเพื่อพิจารณาว่าแต่ละส่วนของไฟล์ JPEGs ในโมเสคควรจะอยู่ในบริเวณใด

ขนาดของหลุมที่ใหญ่ที่สุด (ซม.) ทำการวัดค่า หลังจากที่เราได้ประกอบโมเสคเป็นที่เรียบร้อยแล้ว เลือกบริเวณสองถึงสามบริเวณ (หรือแผ่นภาพ) เพื่อที่จะทำการศึกษา และมอบหมายให้แต่ละกลุ่มในห้องเรียนรับผิดชอบ สิ่งแรกที่เราจะวัดก็คือจำนวนหลุมอุกกาบาตที่ใหญ่กว่าขนาดหนึ่งในบริเวณนี้ อย่าเลือกขนาดที่เล็กจนเกินไปเสียจนต้องใช้เวลาทั้งวันในการนับ ตกลงถึงขนาดขั้นต่ำที่เราจะทำการวัดให้ตรงกันเสียก่อนที่จะเริ่ม บริเวณของดวงจันทร์ จำนวนหลุม ขนาดของหลุมที่ใหญ่ที่สุด (ซม.) บริเวณที่ 1 บริเวณที่ 2 บริเวณที่ 3 อย่าลืมระบุหมายเลขหลุมอุกกาบาตแต่ละหลุมในโมเสคของดวงจันทร์ และทุกคนใช้หน่วยเดียวกันในการวัด

รัศมีของดวงจันทร์ = 1738 km การปรับหน่วยการวัด ลำดับถัดไป เราจะต้องทำการปรับหน่วยการวัดเพื่อที่เราจะได้สามารถอธิบายขนาดของหลุมในหน่วยที่เราสามารถทำความเข้าใจได้ เช่น กิโลเมตร เราสามารถทำได้โดยวัดรัศมีของดวงจันทร์ด้วยไม้บรรทัด เทียบกับรัศมีที่แท้จริง และเทียบบรรญัติไตรยางค์เพื่อหาขนาดหลุมของเรา การหารัศมีของดวงจันทร์นั้นสามารถทำได้หลายวิธี แต่สำหรับกิจกรรมนี้เราจะให้ รัศมีของดวงจันทร์ = 1738 km เราสามารถแปลงหน่วยได้โดย:  

อธิบายสิ่งที่พบ ลำดับถัดไปคือการสังเกตพื้นที่ที่ได้รับมอบหมายและพยายามอธิบายสิ่งที่พบ พื้นที่นี้เต็มไปด้วยหลุมอุกกาบาต หรือว่ามีพื้นที่ราบเรียบอยู่ในนี้หรือไม่ ลองพยายามประมาณค่าดูว่าพื้นที่นี้เป็นหลุมอุกกาบาตคิดเป็นพื้นที่ประมาณกี่เปอร์เซ็นต์ มีทิวเขาที่สามารถสังเกตเห็นในนี้ได้หรือไม่ ทิวเขาเหล่านี้ทอดยาวแค่ไหน มีรายละเอียดแปลกอื่นใดที่สามารถสังเกตเห็นได้หรือไม่? เมื่อเราตกลงกันในรายละเอียดที่สังเกตเห็นได้แล้ว จดลงในกระดาษเพื่อที่จะสามารถกลับมาดูในภายหลังได้

อภิปราย สิ่งที่เราทำนายในตอนแรกบ่งชี้ว่าพื้นผิวดวงจันทร์ควรจะมีหลุมอุกกาบาตปกคลุมอย่างเท่าเทียมกันทั้งหมด คำทำนายของเราสอดคล้องกับสิ่งที่เห็นแค่ไหน? เป็นที่แน่นอนว่า วิธีที่เราใช้จะสามารถบอกได้เพียงการประมาณโดยคร่าวถึงพื้นผิวดวงจันทร์เฉพาะที่เราเลือกมาศึกษาเท่านั้น เราสามารถนึกถึงขั้นตอนการศึกษาขั้นตอนใดของเราหรือไม่ที่อาจจะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการวัดของเรา? เราพอจะนึกถึงวิธีที่จะสามารถบอกถึงความแตกต่างระหว่างแต่ละพื้นที่บนดวงจันทร์ได้หรือไม่?

คำถาม และแบบฝึกหัด หลังจากที่เราได้นับจำนวนหลุมอุกกาบาตขนาดใหญ่ในแต่ละส่วนแล้ว เราอาจจะลองบันทึกขนาดหลุมแต่ละหลุมที่เราระบุเอาไว้ เพื่อที่จะดูว่าขนาดหลุมโดยเฉลี่ยในแต่ละพื้นที่แตกต่างกันหรือไม่ เราคิดว่าค่าที่ได้ควรจะต่างกันหรือไม่? เราอาจจะลองค้นคว้าเพิ่มเติมดูว่าภูเขาที่บริเวณกึ่งกลางของหลุมอุกกาบาตนั้นถือกำเนิดขึ้นมาได้อย่างไร ดูที่โมเสคอีกครั้ง และลองพยายามหาวิธีหาคำตอบดูว่ามันถูกถ่ายเอาไว้ในช่วงข้างขึ้นหรือข้างแรม ลองพยายามระบุดูว่าดวงจันทร์กำลังโคจรไปในทิศทางใด ในวงโคจรรอบโลก