สมาคมดาราศาสตร์ไทย

เรื่องที่มักเข้าใจผิดเกี่ยวกับอัตราดาวตกในฝนดาวตก

เรื่องที่มักเข้าใจผิดเกี่ยวกับอัตราดาวตกในฝนดาวตก

11 สิงหาคม 2564 โดย: วรเชษฐ์ บุญปลอด
     ในรอบปีมีฝนดาวตกเกิดขึ้นหลายครั้ง แต่ละกลุ่มมีอัตราดาวตกไม่เท่ากัน มีทั้งที่น้อยในระดับไม่กี่ดวงต่อชั่วโมงไปจนถึงมากกว่า 100 ดวงต่อชั่วโมง ข้อมูลฝนดาวตกโดยทั่วไปมักจะบอกตัวเลขอัตราสูงสุดของฝนดาวตกกลุ่มนั้น ซึ่งอาจทำให้คนจำนวนมากเข้าใจผิดว่าการสังเกตดาวตกจะสามารถมองเห็นดาวตกเท่ากับจำนวนดังกล่าวได้ตลอดทั้งคืน แต่ในความเป็นจริงยังมีปัจจัยอื่นที่ทำให้เรามีโอกาสเห็นดาวตกได้ต่ำกว่าตัวเลขนั้นเสมอ

     ฝนดาวตกเป็นปรากฏการณ์ที่เราเห็นดาวตกหลายดวงมีทิศทางการเคลื่อนที่เสมือนพุ่งออกมาจากบริเวณเดียวกันบนท้องฟ้า เกิดจากการที่โลกฝ่าเข้าไปในบริเวณที่มีสะเก็ดดาวอยู่กันหนาแน่นในอวกาศ สะเก็ดดาวเหล่านี้ส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดจากดาวหาง จึงมีวงโคจรแบบเดียวกับดาวหางต้นกำเนิด บริเวณจุดศูนย์กลางเรียกว่าจุดกระจายดาวตก (radiant) ซึ่งชื่อของฝนดาวตกมักจะตั้งตามตำแหน่งของจุดกระจาย เช่น ฝนดาวตกสิงโต (Leonid) มีจุดกระจายอยู่ในกลุ่มดาวสิงโต ฝนดาวตกคนคู่ (Geminid) มีจุดกระจายอยู่ในกลุ่มดาวคนคู่ ฝนดาวตกเพอร์ซิอัส (Perseid) มีจุดกระจายอยู่ในกลุ่มดาวเพอร์ซิอัส (สังเกตว่าชื่อฝนดาวตกจะแปลงชื่อละตินของกลุ่มดาวให้ลงท้ายด้วย –id)

     ข้อมูลฝนดาวตกที่มักจะถูกนำมากล่าวถึงคืออัตราสูงสุดรายชั่วโมงที่จุดจอมฟ้า (Zenithal Hourly Rate หรือ ZHR) ณ เวลาที่มีจำนวนดาวตกมากที่สุด เขียนอย่างย่อว่า ZHRmax ซึ่งตามนิยาม กำหนดให้ ZHR เป็นอัตราดาวตกรายชั่วโมงเมื่อจุดกระจายดาวตกอยู่ที่จุดเหนือศีรษะของผู้สังเกต (มุมเงย 90°) และท้องฟ้ามืดจนเห็นดาวที่จางที่สุดได้ถึงโชติมาตร 6.5

     ทว่าในทางปฏิบัติ เมื่อเราทำการสังเกตการณ์จริง จุดกระจายดาวตกโดยส่วนใหญ่หรือเกือบจะตลอดเวลา ไม่ได้อยู่เหนือศีรษะ และท้องฟ้าก็ไม่มืดถึงระดับที่เห็นดาวที่สว่างน้อยได้ถึงขนาดนั้น ยกเว้นแต่จะสังเกตจากสถานที่มืด ห่างไกลจากเมือง ไม่มีแสงจันทร์ และแทบไม่มีแสงไฟฟ้ารบกวนเลย

     เพื่อพิสูจน์ให้เห็นถึงการคำนวณเพื่อคาดหมายอัตราดาวตกของฝนดาวตก พิจารณาจากสมการซึ่งแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอัตรารายชั่วโมงที่จุดจอมฟ้า (ZHR) กับอัตรารายชั่วโมงที่สังเกตได้ (HR)


     สมการนี้เขียนในรูปอย่างง่ายเมื่อกำหนดให้ท้องฟ้าเปิดโล่ง ไม่มีสิ่งใดบดบังทัศนวิสัยของผู้สังเกต

ZHR อัตรารายชั่วโมงที่จุดจอมฟ้า
HR อัตรารายชั่วโมงที่สังเกตได้
lm ขอบเขตโชติมาตร คือ โชติมาตรของดาวจางที่สุดที่ผู้สังเกตเห็นได้ ยิ่งมีค่าน้อย ท้องฟ้ายิ่งสว่าง
hR มุมเงยของจุดกระจายฝนดาวตก วัดจากขอบฟ้า
ดัชนีฝนดาวตก มีค่าต่างกันในฝนดาวตกแต่ละกลุ่ม เกี่ยวข้องกับการกระจายตัวของความสว่างของดาวตกในกลุ่ม โดยทั่วไปมีค่าระหว่าง ถึง 3

     เมื่อย้ายข้างสมการเพื่อคำนวณอัตราดาวตกที่ผู้สังเกตเห็น เราจะได้


     จากสมการ เราจะเห็นได้ชัดเจนว่าอัตราดาวตกที่ผู้สังเกตเห็น เปลี่ยนแปลงตามมุมเงยของจุดกระจายและความมืดของท้องฟ้าของผู้สังเกต

     ตารางด้านล่างนี้เป็นผลการคำนวณอัตราดาวตกรายชั่วโมงที่ผู้สังเกตมีโอกาสเห็นได้ ตามมุมเงยของจุดกระจายและขอบเขตโชติมาตรต่าง ๆ โดยใช้ฝนดาวตกเพอร์ซิอัสเป็นกรณีตัวอย่าง กำหนดให้ ZHR 100 และ 2.2

ขอบเขตโชติมาตร
มุมเงยของจุดกระจาย6.55.54.53.52.5
15°2612521
30°50231052
45°71321573
60°87391884
75°97442094
90°100452194


     จากตารางด้านบนนี้สามารถบอกได้ว่า แม้จุดกระจายจะอยู่ที่จุดเหนือศีรษะ แต่ท้องฟ้าสว่าง เห็นดาวได้จางที่สุดที่โชติมาตร 3.5 อัตราดาวตกที่เห็นได้จริงจะต่ำเพียง ดวงต่อชั่วโมง

     ในทำนองเดียวกัน แม้ว่าท้องฟ้าจะมืดจนเห็นดาวได้ถึงโชติมาตร 6.5 แต่หากจุดกระจายของฝนดาวตกมีมุมเงย 30° อัตราดาวตกที่เห็นได้จริงจะเหลือเพียง 50 ดวงต่อชั่วโมง

     หมายเหตุ ตารางนี้พอใช้ได้กับฝนดาวตกกลุ่มอื่น ๆ ที่มี ใกล้เคียง 2.2 โดยเปลี่ยนหน่วยของค่าในตารางเป็นเปอร์เซนต์ของ ZHR

แหล่งอ้างอิง

Meteor stream activity I. The annual streams P. Jenniskens, Astronomy and Astrophysics, Vol. 287, p.990-1013 (1994)
How many Perseids will see in 2021?  Bill Cooke, NASA Meteoroid Environments Office