ลีโอนิดส์ : ราชาแห่งฝนดาวตก
วรเชษฐ์ บุญปลอด 19 ตุลาคม 2541

ฝนดาวตก (Meteor shower) เป็นปรากฎการณ์ที่คนบนโลกมองเห็นแนวเส้นสว่างมากมายพาดผ่านท้องฟ้ายามค่ำคืนเป็นระยะ ๆ เกิดขึ้นจากการที่โลกโคจรฝ่าเข้าไปในกลุ่มฝุ่นอุกกาบาต (meteoroid) น้อยใหญ่ ซึ่งโดยมากจะมีต้นกำเนิดมาจากดาวหางที่เคยโคจรผ่านเข้ามาในระบบสุริยะชั้นใน และทิ้งกลุ่มฝุ่นอุกกาบาตเหล่านี้ตามแนวทางโคจร ฝนดาวตกที่ผู้อ่านอาจเคยได้ยินชื่อบ่อย ๆ คือ ฝนดาวตกเปอร์ซีดส์ (Perseids) หรือรู้จักกันในนามของฝนดาวตกวันแม่ เนื่องจากจะมีมากเป็นพิเศษในช่วงวันที่ 11-12 สิงหาคมของทุกปี และดาวหางที่เป็นต้นกำเนิดของดาวตกกลุ่มนี้ก็เพิ่งโคจรผ่านเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์เมื่อปลายปี พ.ศ. 2535 ที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ทราบมานานแล้วว่า ฝนดาวตกแต่ละกลุ่มจะมีมากผิดปกติหากดาวหางต้นกำเนิดโคจรเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์ ในช่วงก่อนสิ้นศตวรรษที่ 20 นี้ ฝนดาวตกที่นับว่ามีชื่อเสียงมากที่สุดและอาจเป็นฝนดาวตกกลุ่มสำคัญกลุ่มแรกที่มีการบันทึกไว้ จะกลับมาสร้างชื่อเสียงให้กับตัวมันเองอีกครั้ง ฝนดาวตกลีโอนิดส์ (Leonids) เป็นฝนดาวตกที่ถูกยกย่องให้เป็นราชาแห่งฝนดาวตก เนื่องจากมันได้เคยสร้างความตื่นตะลึงให้กับชาวโลกเมื่อกว่าศตวรรษมาแล้ว

ภาพแกะไม้แสดงพายุฝนดาวตกปี ค.ศ. 1833 จากหนังสือ Bible Readings for the Home Circle ในปี 1879

ลีโอนิดส์ในประวัติศาสตร์

ในยุคกลาง มีความเชื่อว่าปรากฏการณ์ฝนดาวตกที่รู้จักกันในปัจจุบันนี้ เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นในบรรยากาศโลก (atmospheric feature) แทนที่จะเป็นปรากฏการณ์บนท้องฟ้า (celestial phenomena) ซึ่งอาจเป็นเหตุผลที่ศาสตร์ในการพยากรณ์อากาศถูกเรียกว่าวิชา Meteorology พื้นฐานความเชื่อนี้มีมาแต่สมัยของอาริสโตเติล ซึ่งเชื่อว่าบรรยากาศมีการเปลี่ยนแปลงได้ แต่ "สวรรค์" ปราศจากการเปลี่ยนแปลง หลังยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาการ ความสนใจในปรากฏการณ์ชนิดนี้มีเพิ่มขึ้น หลังจากรุ่งอรุณของวันที่ 13 พฤศจิกายน ค.ศ. 1833 เป็นเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงก่อนที่ดวงอาทิตย์จะขึ้นในวันนั้น ฝนดาวตกกว่าหมื่นดวงพาดผ่านท้องฟ้าทางตะวันออกของอเมริกาเหนือ ผู้คนต่างถูกปลุกจากหลับเพื่อมาดูสิ่งที่พวกเขาต้องตื่นตะลึงและอกสั่นขวัญแขวนกับเหล่าดาวตกมหาศาลที่ถาโถมราวกับกาลอวสานของโลกกำลังใกล้เข้ามา

ฝนดาวตกปี ค.ศ. 1833 ไม่ใช่จุดจบของโลกอย่างที่หวั่นกัน แต่กลับเป็นสัญญาณของจุดเริ่มวิทยาการสมัยใหม่ของความรู้เกี่ยวกับดาวตก ดาวตกจำนวนมากนี้มีทิศทางพุ่งมาจากจุดหนึ่งบริเวณส่วนหัวของกลุ่มดาวสิงโต นักดาราศาสตร์วิเคราะห์ว่าดาวตกทั้งหมดพุ่งเข้ามาในแนวขนานกันจากจุดหนึ่งในอวกาศนอกโลก เมื่อศึกษาสอบสวนกลับไปก็พบว่าเหตุการณ์เช่นนี้เคยเกิดขึ้นในยุโรปและตะวันออกกลางในเดือนเดียวกันนี้เมื่อปี ค.ศ. 1832 นอกจากนี้เมื่อปี ค.ศ. 1799 ก็มีบันทึกเหตุการณ์ลักษณะเดียวกันนี้เป็นระยะเวลา 33 ปีก่อนหน้าเหตุการณ์ในยุโรป แต่ยังไม่มีใครพิสูจน์ว่ามันคืออะไร ข้อสรุปจากการค้นคว้าดังกล่าวพบว่าโลกจะโคจรเข้าไปในกลุ่มอนุภาคจำนวนมากในทุก ๆ เดือนพฤศจิกายนของทุกปี หลังจากปี ค.ศ. 1833 ก็มีความพยายามในการบันทึกจำนวนฝนดาวตกรายชั่วโมงตลอดมา และจากข้อมูลเก่า ๆ ก่อนหน้านี้ก็พบว่ามีช่วงเวลาที่ฝนดาวตกมีจำนวนน้อยลงตลอดระยะเวลา 33-34 ปี แต่ก็จะเพิ่มมากขึ้นอย่างผิดสังเกตตามกำหนดการที่คาดหมายไว้ คือมีมากในปี 1866 แต่ก็ไม่เท่ากับปี 1833

ภาพแกะไม้แสดงพายุฝนดาวตกปี ค.ศ. 1799 จากชายฝั่งฟลอริดา ภาพนี้ตีพิมพ์ในปี 1872 จากบันทึกของ Andrew Ellicott ซึ่งกล่าวว่าเขาเห็นดาวตกมากพอ ๆ กับดวงดาวในท้องฟ้าทีเดียว ภาพจากหนังสือ The Midnight Sky โดย Edward Dunkin, F.R.A.S ภาพแกะไม้แสดงให้เห็นว่าดาวตกมีทิศทางจากจุด ๆ หนึ่งบนท้องฟ้า แต่งสีโดย Terri Field จากวารสาร Astronomy
ภาพถ่ายพายุฝนดาวตกในปี 1966 บริเวณกลุ่มดาวหมีเล็ก (Ursa Minor) โดย A. Scott Murrel จากหอสังเกตการณ์ของมหาวิทยาลัย แห่งรัฐนิวเม็กซิโก ด้วยกล้องถ่ายภาพขนาด 50mm f/1.9 ด้วยฟิล์ม Tri-X (ISO 400) โดย เปิดหน้ากล้องนาน 10-12 นาที

ปี ค.ศ. 1899 หนังสือพิมพ์หลายฉบับในอเมริกาต่างลงบทความสร้างกระแสความตื่นตัวเพื่อเตรียมพร้อมรับเหตุการณ์ฝนดาวตกนี้อีกครั้ง แต่ก็ต้องผิดหวังเพราะมันไม่ได้มีมากมายเท่าที่ควรจะเป็น ซึ่งในปี 1932 ก็เช่นกัน สิ่งเหล่านี้เป็นสัญญาณบอกว่ากลุ่มฝนดาวตกกลุ่มนี้อาจไม่ผ่านวงโคจรของโลกอีกแล้ว บาร์นาร์ด โลเวลล์ ได้ให้ทรรศนะในทศวรรษ 1950 ว่า วงโคจรของกลุ่มฝุ่นอุกกาบาตลีโอนิดส์ อาจถูกแรงดึงดูดจากดาวเคราะห์ดวงใหญ่อย่างดาวพฤหัส ดาวเสาร์ และยูเรนัสรบกวนวงโคจรให้มันเคลื่อนห่างจากโลกออกไป แต่ความจริงไม่เป็นเช่นนั้น ทศวรรษ 1940 -1950 อัตราการเกิดดาวตกกลุ่มนี้มีราว 10-15 ดวงต่อชั่วโมง และเพิ่มขึ้นเป็น 50 ดวงในปี 1961 และลดลงอีกครั้งเป็น 15-20 ดวงในปี 1962-1963 หลังจากนั้นก็เพิ่มขึ้นอีกครั้งในปี 1965 เป็น 100 ดวงต่อชั่วโมง ปี 1966 เป็นปีที่นักดาราศาสตร์คาดหมายว่ากลุ่มฝนดาวตกจะเพิ่มขึ้น ทางตะวันตกของสหรัฐอเมริกามีรายงานว่าฝนดาวตกกลุ่มนี้มีมากถึง 150,000 ดวงต่อชั่วโมง !! ขณะที่ทางตะวันออกเห็นฝนดาวตกท่ามกลางแสงรุ่งอรุณ หลังจากปีนั้นอัตราการเกิดลดลงมาในระดับปกติ คือ ราว 10-15 ดวงต่อชั่วโมง

ลีโอนิดส์กับดาวหางเทมเปล-ทัตเทิล

ดาวหางเทมเปล-ทัตเทิล (Tempel-Tuttle) เป็นดาวหางธรรมดา ๆ ดวงหนึ่ง ที่ไม่มีความสว่างมากมายและมีชื่อเสียงเทียบเท่ากับฮัลเลย์ แต่ที่มันได้รับความสนใจก็เพราะมันเป็นผู้ให้กำเนิดฝนดาวตกลีโอนิดส์ เทมเปล-ทัตเทิลมีคาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์ 33.2 ปี อันเป็นสาเหตุสำคัญที่ในทุก ๆ รอบ 33-34 ปีฝนดาวตกกลุ่มนี้มีมากเป็นพิเศษ ดาวหางเทมเปล-ทัตเทิลเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดครั้งล่าสุดเมื่อวันที่ 30 เมษายน ค.ศ. 1965 โดยเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดที่ระยะ 0.982 หน่วยดาราศาสตร์ (ใกล้เคียงกับระยะที่โลกอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มาก) ระนาบการโคจรเอียงทำมุม 163 องศากับระนาบที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ นั่นหมายความว่า หากมองดูวงโคจรจากด้านเหนือของระนาบดังกล่าว จะเห็นดาวหางโคจรสวนทางกับการโคจรของโลก เนื่องจากระนาบการโคจรและระยะที่ใกล้เคียงกันมากเช่นนี้ ทำให้โลกมีโอกาสที่จะเดินทางฝ่าเข้าไปในกลุ่มฝุ่นอุกกาบาตของดาวหางดวงนี้ได้โดยตรง และเป็นระยะเวลานานเป็นพิเศษ ด้วยการเคลื่อนที่ของอนุภาคในกลุ่มฝุ่นจากดาวหางที่มีทิศสวนทางกับโลกเช่นนี้ ทำให้ฝนดาวตกกลุ่มนี้พุ่งเข้าสู่โลกด้วยอัตราเร็ว 71 กิโลเมตรต่อวินาที นับว่าเป็นกลุ่มฝนดาวตกที่มีอัตราเร็วสัมพัทธ์กับโลกสูงที่สุดในบรรดาฝนดาวตกทั้งหมด

จากการคำนวณทางกลศาสตร์ท้องฟ้าบ่งชี้ว่า ดาวหางเทมเปล-ทัตเทิล จะโคจรเข้ามาใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดอีกครั้งในวันที่ 28 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2541 นักดาราศาสตร์ต่างเชื่อว่ากลุ่มฝนดาวตกลีโอนิดส์จะมีเพิ่มมากขึ้นอีกครั้งในปี พ.ศ. 2541-2542 อย่างที่เคยเป็น อย่างไรก็ตามมีรายงานว่าในช่วงหลายปีก่อนและหลังจากที่ดาวหางต้นกำเนิดจะโคจรมาถึง ก็มีโอกาสที่ฝนดาวตกจะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

การแสดงครั้งยิ่งใหญ่กำลังจะมาถึง

การทำนายการเกิดฝนดาวตกเปรียบเหมือนกับการพยากรณ์อากาศ นักดาราศาสตร์ใช้ข้อมูลที่มีอยู่ในอดีตทำนายถึงสิ่งที่กำลังจะมาถึงโดยตั้งอยู่บนพื้นฐานความรู้ทางฟิสิกส์ กลุ่มฝุ่นอุกกาบาตที่รายเรียงอยู่ในวงโคจรของดาวหางเทมเปล-ทัตเทิล มีการโคจรไปรอบดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับดาวหางแม่ นอกจากนี้ยังกระจัดกระจายอย่างไร้ระเบียบเนื่องจากการชนกันภายในระบบของมันเอง ทำให้กลุ่มฝุ่นอุกกาบาตกลุ่มนี้โคจรอยู่โดยรอบวงโคจรและมีมากขึ้นบริเวณใกล้ตัวดาวหาง ดังที่กล่าวมาแล้วว่ากลุ่มอนุภาคเหล่านี้พุ่งเข้าสู่โลกด้วยอัตราเร็วสูง ก่อให้เกิดแนวสว่างเป็นขีดยาวสีขาว, เขียว, และน้ำเงินเป็นระยะ ๆ และนานพอ

ในปี พ.ศ. 2524 โดนัลด์ ยีโอแมนส์ นักคำนวณวงโคจรที่มีชื่อเสียงจาก JPL และองค์การนาซา ได้ศึกษาพฤติกรรมของฝนดาวตกกลุ่มนี้จากบันทึกย้อนกลับไปถึงปี ค.ศ. 902 เขาได้สร้างโมเดลแสดงการกระจายตัวของกลุ่มฝุ่นอุกกาบาตรอบดาวหางที่สัมพันธ์กับวงโคจรของโลก พบว่าความดันจากการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์และแรงดึงดูดรบกวนจากดาวเคราะห์ส่งผลให้กลุ่มฝุ่นอุกกาบาตเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะถูกดึงห่างออกไปจากวงโคจรเดิมของมันซึ่งเข้าใกล้วงโคจรโลกมากขึ้น เป็นสาเหตุให้ลีโอนิดส์มีจำนวนฝุ่นอุกกาบาตที่พุ่งเข้าสู่โลกเป็นจำนวนมาก นอกจากนี้เขายังให้ความเห็นว่าภายในระยะ 6-7 ปีก่อนและหลังจากที่ดาวหางเทมเปล-ทัตเทิลจะโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดนั้น จำนวนดาวตกจะเพิ่มสูงขึ้นเป็นประมาณ 100 ดวงต่อชั่วโมง จากการคำนวณย้อนกลับไปพบว่าเงื่อนไขในแง่ของตำแหน่งของโลกกับดาวหางเมื่อปี ค.ศ. 1799 และปี ค.ศ. 1997 ที่ผ่านมา มีสภาพการณ์คล้ายคลึงกัน ทำให้นับจำนวนดาวตกได้มากกว่า 100 ดวงต่อชั่วโมง อย่างไรก็ตามยังมีโอกาสที่ดาวตกกลุ่มนี้จะมีมากเป็นพิเศษได้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1997-2000

ลีโอนิดส์ในอนาคต

ไบรอัน จี. มาร์สเดน และ กาเรท วิลเลียมส์ แห่ง Minor Planet Center และ โดนัลด์ เค ยีโอแมนส์ แห่ง JPL ได้คำนวณการเคลื่อนที่ของดาวหางภายใต้แรงรบกวนต่าง ๆ ในอนาคตพบว่าดาวหางเทมเปล-ทัตเทิลจะเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด อีกครั้งในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2574 แต่ก่อนที่จะถึงวันนั้นมันจะผ่านดาวพฤหัสบดี ด้วยระยะห่าง 1.5 หน่วยดาราศาสตร์ ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2572 การเข้าใกล้กันครั้งนี้ทำให้วงโคจรของโลกและดาวหางห่างกันมากขึ้นเป็น 0.0162 หน่วยดาราศาสตร์ ซึ่งมากที่สุดนับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1733 และเหตุการณ์ลักษณะนี้ยังได้เกิดขึ้นก่อนการกลับมาของดาวหางในปี 1899 กล่าวคือดาวหางผ่านใกล้ดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีในปี 1870 และ 1898 ตามลำดับ เป็นผลให้ระยะห่างของวงโคจรห่างกัน 0.0117 หน่วยดาราศาสตร์ ซึ่งทำให้ไม่เกิดพายุฝนดาวตกในปี 1899

ขณะเดียวกัน ปี พ.ศ. 2608 ระยะห่างของวงโคจรกลับลดลงมาอยู่ที่ 0.0146 หน่วยดาราศาสตร์ ซึ่งอาจทำให้ฝนดาวตกกลุ่มนี้กลับมาปรากฏอีกครั้งหนึ่งได้ กระทั่งปี พ.ศ. 2641 ระยะห่างลดลงมาที่ 0.0062 หน่วยดาราศาสตร์ และปี 2574 ที่ระยะ 0.0089 หน่วยดาราศาสตร์ ซึ่งเป็นครั้งแรกนับจากปี ค.ศ. 1633 ที่วงโคจรของดาวหางอยู่ "ภายนอก" วงโคจรของโลก

ดูได้ที่ไหนเมื่อไหร่?

ข้อจำกัดที่เราไม่สามารถทำนายการเกิดได้อย่างแม่นยำคือเราไม่อาจรู้ถึงการเคลื่อนที่ของอนุภาคทุกชิ้นได้ การคำนวณกระทำได้เพียงคาดหมายและรอให้โชคมาถึง ฝนดาวตกลีโอนิดส์เกิดขึ้นทุก ๆ ช่วงวันที่ 14-21 พฤศจิกายนของทุกปี โดยมีมากที่สุดราววันที่ 17-18 ในเวลาหลังเที่ยงคืนนับจากกลุ่มดาวสิงโตขึ้นจากขอบฟ้าจนกระทั่งถึงรุ่งเช้า ซึ่งมันจะมาอยู่ถึงกลางฟ้าพอดี นับเป็นช่วงเวลาดีที่สุดที่จะสัมผัสกับปรากฏการณ์นี้ภายใต้ท้องฟ้าที่เปิดโล่งและมืดสนิท แม้ดาวตกจะมีทิศพุ่งมาจากกลุ่มดาวสิงโตจากจุดที่เรียกว่าเรเดียนต์ (radiant) ของฝนดาวตก แต่จะสามารถมองเห็นแนวทางของดาวตกได้ทุกทิศทุกทาง ปี พ.ศ. 2541-2542 เป็นปีที่น่าจับตามองมากเนื่องจากเป็นช่วงเวลาหลังจากที่ดาวหางโคจรเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดแล้ว

ภาพถ่ายฝนดาวตกปี ค.ศ. 1966 โดย David McLean จากคิตต์พีก อริโซนา สหรัฐอเมริกา ดาวสว่างทางซ้ายบน คือดาวไรเจล (ภาพจากวารสาร Sky & Telescope)