ทรงกลมท้องฟ้า

ปรากฏการณ์ของท้องฟ้าเช่นที่ได้กล่าวมาแล้วนี้ มนุษย์ในท้องถิ่นต่างๆ ของโลกได้เคยสังเกตมาก่อนแล้วหลายสมัย แม้คนในสมัยโบราณจะไม่มีอุปกรณ์ เช่น กล้องถ่ายรูป แต่เขาก็มักมีเวลาว่างและความอดทนพอที่จะเฝ้าสังเกตและจดจำการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยของท้องฟ้าไว้เป็นระยะเวลายาวนาน และในที่สุดก็ได้ข้อสรุปที่คล้ายคลึงกับเรา กล่าวคือ ท้องฟ้าปรากฏเสมือนทรงกลมมหึมา ซึ่งครอบพื้นดินไว้โดยมีครึ่งซีกหนึ่งอยู่เหนือขอบฟ้า และอีกครึ่งซีกอยู่ใต้ขอบฟ้า ผู้สังเกตการณ์จะอยู่ที่จุดศูนย์กลางของทรงกลมนี้ไม่ว่าเขาจะไปอยู่ในที่ใดบนพื้นโลก ในกรณีที่ผู้สังเกตการณ์เป็นเช่นนักบินอวกาศที่ออกไปลอยอยู่นอกยานอวกาศห่างจากโลกออกไปไกล เขาจะเห็นท้องฟ้ารอบตัวเขา เป็นทรงกลมใหญ่ที่ห่อหุ้มเขาอยู่โดยรอบ และดาวต่างๆ จะปรากฏเป็นจุดสว่างติดอยู่กับผิวภายในของทรงกลมนั้น ในปัจจุบัน เราทราบว่าดาวฤกษ์ต่างๆ เป็นก้อนก๊าซทรงกลมมหึมาซึ่งร้อนจัดกระจายกันอยู่ในเวหาอันกว้างใหญ่ บ้างก็ลอยอยู่โดดเดี่ยว บ้างก็จับกลุ่มกันตั้งแต่สองดวงขึ้นไปจนถึงขึ้นเป็นกระจุกมีสมาชิกนับหมื่นแสนอยู่ร่วมกันเป็นระบบใหญ่โดยแรงดึงดูดต่อกันตามธรรมชาติ ดังนั้นแนวคิดที่ได้กล่าวมาแล้วว่าท้องฟ้าเป็นทรงกลมใหญ่ และดาวฤกษ์เป็นจุดสว่างติดอยู่คงที่กับผิวภายในของทรงกลมนี้ จึงเป็นแนวคิดที่ไม่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ซึ่งได้อุบัติขึ้นตั้งแต่สมัยโบราณก็มีประโยชน์มากมายใน การศึกษาวิชาดาราศาสตร์เพราะเป็นรากฐานของการกำหนดตำแหน่งดวงดาวที่เราสังเกตเห็นได้บนท้องฟ้า ในปัจจุบันแนวคิดนี้จึงยังคงใช้กันอยู่ ทรงกลมใหญ่นี้มีชื่อเรียกว่า ทรงกลมท้องฟ้า (celestial sphere) และมีสมบัติดังที่เรากำหนดให้ต่อไปนี้
๑. ทรงกลมท้องฟ้ามีเส้นรัศมียาวมาก ประมาณตามแบบคณิตศาสตร์ได้ว่า รัศมีของทรงกลมท้องฟ้าเป็นอินฟินิตี (infinity)
๒. ไม่ว่าผู้สังเกตการณ์จะไปอยู่ ณ ตำแหน่งใด จะเป็นที่พื้นโลก ที่ใจกลางของโลกหรือในอวกาศภายนอกโลก เขาจะรู้สึกเสมือนว่าเขายังคงอยู่ที่จุดศูนย์กลางของทรงกลมท้องฟ้าเสมอ
๓. ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และดวงอาทิตย์ ถือว่าอยู่ที่ผิวภายในของทรงกลมนี้ สำหรับดาวเคราะห์ ดวงอาทิตย์ และดวงจันทร์นั้น มีการเคลื่อนที่ไปบนทรงกลม ดาวฤกษ์อาจนับได้ว่าติดอยู่คงที่ และเคลื่อนที่ไปพร้อมกับการหมุนของทรงกลมท้องฟ้า
๔. ทรงกลมท้องฟ้าหมุนรอบตัวเองวันละรอบ ดังได้กล่าวมาแล้ว
๕. ผู้สังเกตการณ์ซึ่งอยู่คนละตำบล ถ้าชี้หรือตั้งกล้องเล็งไปยังดาวดวงเดียวกัน แนวที่ชี้หรือเล็งนั้นเป็นเส้นตรงที่ขนานกัน
๖. ระยะทางระหว่างวัตถุสองชิ้น (เช่น ดาวสองดวง) บนพื้นผิวทรงกลมท้องฟ้า วัดโดยการวัดมุมซึ่งเส้นรัศมีจากจุดศูนย์กลาง (ตำแหน่งของผู้สังเกตการณ์) ไปยังจุดทั้งสองกระทำต่อกัน ตัวอย่าง เช่น ระยะระหว่างดาวดูพี (Dubhe) กับดาวเมรัค (Merak) เท่ากับ ๕ องศา หรือเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ตามที่ปรากฏบนทรงกลมท้องฟ้าเท่ากับ ๑/๒ องศา

ข้อมูลจาก สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน

ทรงกลมท้องฟ้า

ปรากฏการณ์ของท้องฟ้าเช่นที่ได้กล่าวมาแล้วนี้ มนุษย์ในท้องถิ่นต่างๆ ของโลกได้เคยสังเกตมาก่อนแล้วหลายสมัย แม้คนในสมัยโบราณจะไม่มีอุปกรณ์ เช่น กล้องถ่ายรูป แต่เขาก็มักมีเวลาว่างและความอดทนพอที่จะเฝ้าสังเกตและจดจำการเปลี่ยนแปลงทีละน้อยของท้องฟ้าไว้เป็นระยะเวลายาวนาน และในที่สุดก็ได้ข้อสรุปที่คล้ายคลึงกับเรา กล่าวคือ ท้องฟ้าปรากฏเสมือนทรงกลมมหึมา ซึ่งครอบพื้นดินไว้โดยมีครึ่งซีกหนึ่งอยู่เหนือขอบฟ้า และอีกครึ่งซีกอยู่ใต้ขอบฟ้า ผู้สังเกตการณ์จะอยู่ที่จุดศูนย์กลางของทรงกลมนี้ไม่ว่าเขาจะไปอยู่ในที่ใดบนพื้นโลก ในกรณีที่ผู้สังเกตการณ์เป็นเช่นนักบินอวกาศที่ออกไปลอยอยู่นอกยานอวกาศห่างจากโลกออกไปไกล เขาจะเห็นท้องฟ้ารอบตัวเขา เป็นทรงกลมใหญ่ที่ห่อหุ้มเขาอยู่โดยรอบ และดาวต่างๆ จะปรากฏเป็นจุดสว่างติดอยู่กับผิวภายในของทรงกลมนั้น

ในปัจจุบัน เราทราบว่าดาวฤกษ์ต่างๆ เป็นก้อนก๊าซทรงกลมมหึมาซึ่งร้อนจัดกระจายกันอยู่ในเวหาอันกว้างใหญ่ บ้างก็ลอยอยู่โดดเดี่ยว บ้างก็จับกลุ่มกันตั้งแต่สองดวงขึ้นไปจนถึงขึ้นเป็นกระจุกมีสมาชิกนับหมื่นแสนอยู่ร่วมกันเป็นระบบใหญ่โดยแรงดึงดูดต่อกันตามธรรมชาติ ดังนั้นแนวคิดที่ได้กล่าวมาแล้วว่าท้องฟ้าเป็นทรงกลมใหญ่ และดาวฤกษ์เป็นจุดสว่างติดอยู่คงที่กับผิวภายในของทรงกลมนี้ จึงเป็นแนวคิดที่ไม่ถูกต้อง อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ซึ่งได้อุบัติขึ้นตั้งแต่สมัยโบราณก็มีประโยชน์มากมายใน การศึกษาวิชาดาราศาสตร์เพราะเป็นรากฐานของการกำหนดตำแหน่งดวงดาวที่เราสังเกตเห็นได้บนท้องฟ้า ในปัจจุบันแนวคิดนี้จึงยังคงใช้กันอยู่ ทรงกลมใหญ่นี้มีชื่อเรียกว่า ทรงกลมท้องฟ้า (celestial sphere) และมีสมบัติดังที่เรากำหนดให้ต่อไปนี้

๑. ทรงกลมท้องฟ้ามีเส้นรัศมียาวมาก ประมาณตามแบบคณิตศาสตร์ได้ว่า รัศมีของทรงกลมท้องฟ้าเป็นอินฟินิตี (infinity)

๒. ไม่ว่าผู้สังเกตการณ์จะไปอยู่ ณ ตำแหน่งใด จะเป็นที่พื้นโลก ที่ใจกลางของโลกหรือในอวกาศภายนอกโลก เขาจะรู้สึกเสมือนว่าเขายังคงอยู่ที่จุดศูนย์กลางของทรงกลมท้องฟ้าเสมอ

๓. ดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และดวงอาทิตย์ ถือว่าอยู่ที่ผิวภายในของทรงกลมนี้ สำหรับดาวเคราะห์ ดวงอาทิตย์ และดวงจันทร์นั้น มีการเคลื่อนที่ไปบนทรงกลม ดาวฤกษ์อาจนับได้ว่าติดอยู่คงที่ และเคลื่อนที่ไปพร้อมกับการหมุนของทรงกลมท้องฟ้า

๔. ทรงกลมท้องฟ้าหมุนรอบตัวเองวันละรอบ ดังได้กล่าวมาแล้ว

๕. ผู้สังเกตการณ์ซึ่งอยู่คนละตำบล ถ้าชี้หรือตั้งกล้องเล็งไปยังดาวดวงเดียวกัน แนวที่ชี้หรือเล็งนั้นเป็นเส้นตรงที่ขนานกัน

๖. ระยะทางระหว่างวัตถุสองชิ้น (เช่น ดาวสองดวง) บนพื้นผิวทรงกลมท้องฟ้า วัดโดยการวัดมุมซึ่งเส้นรัศมีจากจุดศูนย์กลาง (ตำแหน่งของผู้สังเกตการณ์) ไปยังจุดทั้งสองกระทำต่อกัน ตัวอย่าง เช่น ระยะระหว่างดาวดูพี (Dubhe) กับดาวเมรัค (Merak) เท่ากับ ๕ องศา หรือเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ตามที่ปรากฏบนทรงกลมท้องฟ้าเท่ากับ ๑/๒ องศาเป็นต้น (ดูภาพ)