สมาคมดาราศาสตร์ไทย

ฝนดาวตกกลุ่มดาวสิงโต ในปี 2541 และโอกาสในการชนโลกของดาวหางเทมเปล-ทัตเทิล

16 กุมภาพันธ์ 2542
ปรับปรุงครั้งล่าสุด 19 ธันวาคม 2559
โดย: วรเชษฐ์ บุญปลอด (worachateb@yahoo.com)
ฝนดาวตกกลุ่มดาวสิงโตที่เพิ่งผ่านไปเมื่อกลางเดือนพฤศจิกายน ได้สร้างทั้งความประทับใจและความผิดหวังให้แก่คนทั่วโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งประเทศในแถบเอเชีย

ผลการสังเกตการณ์ในประเทศไทยและประเทศต่าง ๆ ได้ผลตรงกันว่า จำนวนดาวตกในคืนวันที่ 16 มีมากกว่าคืนวันที่ 17 ซึ่งคาดว่าจะเป็นคืนที่มีมากที่สุด อีกทั้งความสว่างและจำนวนลูกไฟ (fireball) ยังมีมากกว่าด้วย นอกจากนี้ มีกระแสข่าวเรื่องความเป็นไปได้ในการพุ่งชนโลกของ ดาวหางเทมเปล-ทัตเทิล ซึ่งเป็นดาวหางแม่ของฝนดาวตกกลุ่มดาวสิงโต บทความนี้จะช่วยอธิบายความจริงและความเป็นไปได้ของเหตุการณ์ทั้งสอง

ที่มาของความเข้าใจที่ผิดพลาด

การใช้คำภาษาไทยว่า "ฝนดาวตก" และ "พายุฝนดาวตก" ที่แปลมาจากคำว่า meteor shower และ meteor storm อาจเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้คนทั่วไป เข้าใจความหมายผิดพลาด ความจริงแล้วการเกิดปรากฏการณ์ทั้งสองอย่างนี้ ไม่เหมือนกับฝนตกอย่างที่หลายคนจินตนาการ ฝนดาวตก เป็นลักษณะที่เกิดมีดาวตกจำนวนหนึ่งดูคล้ายกับเคลื่อนที่มาจากจุด ๆ หนึ่ง (ความจริงแล้วเป็นบริเวณแคบ ๆ บริเวณหนึ่ง) ในท้องฟ้าจำนวนมากพอที่จะสังเกตเห็น ความผิดปกติได้จากการบันทึกอย่างละเอียด อาจมีจำนวนตั้งแต่ราว ดวงต่อชั่วโมง (เรียกว่า minor meteor shower) จนมากถึงในระดับประมาณ 100 ดวงต่อชั่วโมง (เรียกว่า major meteor shower) ฝนดาวตกเกิดขึ้นทุกปี และมีหลายกลุ่มจำนวนแตกต่างกันไป ส่วนพายุฝนดาวตกจะใช้เรียกการเกิดดาวตกที่มีจำนวนมากกว่าที่เคยเป็น (บางคนใช้คำว่า meteor outburst) ส่วนสาเหตุของความเข้าใจผิดอีกอย่างคือ ภาพวาดและภาพถ่ายที่นำเสนอในสื่อต่าง ๆ ทำให้หลายคนมุ่งหวังที่จะได้เห็นเหมือนกับในภาพ ทั้งที่เงื่อนไขและเวลาต่างกัน

ฝนดาวตกสิงโต ในปี 2541


การวิเคราะห์ข้อมูลล่าสุดโดย International Meteor Organization ซึ่งได้รับรายงานดาวตก จากทั่วโลก ได้ผลสรุป คือ ดาวตกมีจำนวนสูงสุดสองครั้ง ครั้งแรกเกิดขึ้นวันที่ 17 พฤศจิกายน เวลา 1.30 UT (ตรงกับ 8.30 น.) ด้วยจำนวน 260 ดวงต่อชั่วโมง โดยมีลักษณะของการเกิดสูงสุดเป็นช่วงเวลานาน (broad peak) หลายชั่วโมง ดาวตกส่วนใหญ่ในขณะนั้นมีความสว่างมาก พร้อมกับมีลูกไฟในอัตราส่วนที่สูง หลังจากนั้นอัตราการเกิดลดลงจนถึงระดับ 100 ดวงต่อชั่วโมง ที่เวลา 16.20-17.00 UT (23.20 น ถึง เที่ยงคืนของวันที่ 17) จำนวนดาวตกกลับเพิ่มขึ้นอีกครั้งจนสูงสุดที่เวลา 20.20-22.00 UT (3.20-5.00 น. ของเช้าวันที่ 18) มีจำนวน 130 ดวงต่อชั่วโมง และกลับลดลงในระดับต่ำกว่า 40 ดวงต่อชั่วโมง ในวันที่ 19 พฤศจิกายน สาเหตุของการเกิด peak สองครั้งนี้จะอธิบายต่อไป


จำนวนดาวตกแปรผันตามมุมเงยของเรเดียนต์


อัตราการเกิดต่อชั่วโมงที่พูดถึงกันอยู่นี้ เรียกเป็นภาษาอังกฤษเต็ม ๆ ว่า Zenithal Hourly Rate (ZHR) เป็นอัตราการเกิดภายใต้เงื่อนไขหนึ่ง คือเรเดียนต์อยู่ที่จุดเหนือศีรษะ และอันดับความสว่างต่ำสุดที่ตามองเห็นคือ 6.5 ดังนั้นหากสมมุติให้อัตราการเกิดคงที่ตลอดเวลา เราจะพบว่าจำนวนดาวตกกลุ่มดาวสิงโต "ที่นับได้" เปลี่ยนแปลงตามมุมเงยของเรเดียนต์ คือเห็นจำนวนดาวตกขณะใกล้รุ่งเช้ามากกว่าเวลาใกล้เที่ยงคืน เพราะเรเดียนต์ขึ้นจากขอบฟ้าราวเที่ยงคืน และปรากฏสูงขึ้นตามการหมุนรอบตัวเองของโลก แต่ความเป็นจริงอัตราการเกิดมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ดังนั้นเราจึงเห็นว่า การเกิดฝนดาวตกกลุ่มดาวสิงโตในคืนวันที่ 16 มีอัตราการเกิดที่นับได้เพิ่มขึ้นรวดเร็ว (เพราะ ZHR กำลังเพิ่มขึ้น) แต่คืนวันที่ 17 หลัง 3.00-4.00 น. มีจำนวนลดลงเพราะ ZHR ลดลงอย่างรวดเร็ว จากคำอธิบายดังกล่าว จะสังเกตว่า การที่บอกว่าอัตราการเกิดเป็น 100 ดวงต่อชั่วโมง ก็ไม่ได้หมายความว่า ใน ชั่วโมง จะนับได้ 100 ดวง เป็นต้น

การทำนายการเกิดฝนดาวตกและผลการวิเคราะห์

การเกิดฝนดาวตกครั้งนี้ ทำให้คนทั่วไปได้เรียนรู้ว่า การทำนายการเกิดฝนดาวตกนั้นไม่แม่นยำเหมือนกับปรากฏการณ์อื่น อาทิ การทำนายอุปราคา หรือการที่ดวงจันทร์บังดาวเคราะห์ ซึ่งสามารถบอกละเอียดได้ในระดับวินาที สาเหตุหลักที่เราไม่สามารถคำนวณเวลาที่แน่นอนได้ เป็นเพราะฝุ่นอุกกาบาตที่เข้ามาในบรรยากาศ และก่อให้เกิดดาวตกนั้น มีขนาดเล็กและล่องลอยอยู่ในอวกาศ มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าหรือเครื่องมือใด ๆ จากโลก แต่อย่างน้อยเราบอกได้ว่า จะเกิดมีจำนวนมากกว่าปกติเมื่อไร อีกทั้งความแปรปรวนของลมสุริยะ และปัจจัยภายนอกอื่นเป็นสิ่งที่ไม่สามารถบอกแม่นยำได้ นักดาราศาสตร์บางคนกล่าวว่า การทำนายเวลาการเกิดฝนดาวตกนั้นเหมือนกับการ พยากรณ์อากาศล่วงหน้าหนึ่งปี
นักดาราศาสตร์ใช้ข้อมูลวงโคจรของดาวหางเทมเปล-ทัตเทิล ในการคาดหมายเวลา โดยถือเอาเวลาที่โลกโคจรตัดผ่านระนาบวงโคจรของดาวหางเป็นหลัก แต่ความเป็นจริงแล้วเราไม่สามารถล่วงรู้ความหนาแน่นของฝุ่นอุกกาบาต ภายในวงโคจรของดาวหางได้ชัดเจน จากผลการสังเกตการณ์ ที่พบว่ามีการขึ้นสูงสุดของอัตราการเกิดเป็นสองครั้งนั้น ผู้เชี่ยวชาญหลายท่านเชื่อว่าดาวตกและลูกไฟจำนวนมาก ที่มองเห็นเมื่อคืนวันที่ 16 ถึงเช้าวันที่ 17 นั้น เกิดจากฝุ่นอุกกาบาตที่ "เก่า" กว่า หลุดจากดาวหางเมื่อหลายร้อยปีมาแล้ว และยังโคจรอยู่รอบดวงอาทิตย์ (เรียกว่า background component) ส่วนฝุ่นอุกกาบาตที่ "ใหม่" กว่า ซึ่งเพิ่งหลุดจากดาวหาง จะมีขนาดเล็ก ความสว่างน้อยกว่า ไม่ปรากฏลูกไฟมากนัก และจำนวนมากกว่า (เรียกว่า storm component) ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าเหตุใดเราถึงมองเห็นดาวตกจากองค์ประกอบ ส่วนหลังไม่มากนักในปีนี้ แต่บางท่านให้ทรรศนะว่า ฝุ่นอุกกาบาตที่เล็กกว่าอาจได้รับผลกระทบจากลมสุริยะมาก เพราะอัตราส่วนของพื้นที่ผิวกับมวลมีค่ามากกว่าฝุ่นอุกกาบาตที่ขนาดใหญ่กว่า ในองค์ประกอบแรก ดังนั้นนักดาราศาสตร์จึงไม่ได้ทำนายผิดพลาดในเรื่องของ เวลาการเกิดสูงสุดที่เกิดขึ้นราว นาฬิกาเศษของคืนวันที่ 17 พฤศจิกายน เพราะเวลาที่ทำนายไว้เป็นการทำนายสำหรับฝุ่นอุกกาบาต ที่เพิ่งหลุดจากดาวหางเมื่อไม่นานมานี้.

ดาวหางเทมเปล-ทัตเทิลจะชนโลกจริงหรือ?


การทำนายการเคลื่อนที่ของดาวหางนั้น มีความแม่นยำในระดับที่ยอมรับได้ในช่วงหลายร้อยปีนับจากปัจจุบัน ทั้งนี้ขึ้นกับจำนวน และความละเอียดของข้อมูลของตำแหน่งดาวหางที่วัดได้จากโลก วงโคจรของวัตถุท้องฟ้าทุกชนิด โดยเฉพาะดาวหางและดาวเคราะห์น้อยมีการเปลี่ยนแปลง อยู่ตลอดเวลา ในที่นี้จะกล่าวถึงดาวหาง ซึ่งมีสาเหตุหลักของการเปลี่ยนแปลงของวงโคจรจากแรงรบกวนจากดาวเคราะห์ (perturbation) ซึ่งปัจจุบันเราสามารถคำนวณตำแหน่งของดาวเคราะห์ได้แม่นยำเพียงพอในการคิด แรงรบกวนนี้ต่อดาวหาง ส่วนสาเหตุรองที่มีผลน้อยกว่ามากนั้น เกิดจากแรงภายในดาวหางเองซึ่งมีลักษณะคล้ายแรงผลักดัน ในจรวด (nongravitational force) ในที่นี้เป็นแรงผลักดัน ของการระเหิดของน้ำแข็งที่นิวเคลียสของดาวหาง แรงผลักดันนี้ เป็นได้ทั้งทางเร่งหรือหน่วงการเคลื่อนที่ของดาวหาง โดยขึ้นกับการหมุนรอบตัวเองของนิวเคลียสและการวางตัวของแกนหมุน

การคำนวณทำนายตำแหน่งของดาวหางในอนาคตนั้น อาศัยข้อมูลตำแหน่งและความเร็วของดาวหางในปัจจุบัน (ข้อมูลนี้คำนวณได้จากการสังเกตการณ์ตำแหน่งของดาวหางหลาย ๆ ตำแหน่ง) โดยอาศัยวิธีการคำนวณเชิงตัวเลขที่เรียกว่า Numerical Integration คือการคำนวณตำแหน่ง และความเร็วที่เวลาต่าง ๆ โดยเปลี่ยนจุดคำนวณไปเรื่อย ๆ จนถึงเวลาที่เราสนใจ สำหรับดาวหางมีการบอกวงโคจรเป็นตัวเลขต่าง ๆ กัน ที่สำคัญคือ

1. วันเวลาที่อ้างอิง (Epoch)
2. วันเวลาที่ดาวหางเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด (Tp)
3. ระยะทางที่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด (q)
4. ค่าความรีของวงโคจร (e)
5. ลองกิจูดของจุดที่ดาวหางผ่านระนาบวงโคจรของโลก จุดโนดขึ้น (Omega)
6. มุมห่างของจุดโนดขึ้นกับจุดที่ดาวหางใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด (w)
7. มุมเอียงของวงโคจรกับระนาบวงโคจรโลก (i)
8. คาบการโคจรรอบดวงอาทิตย์ (P)
9. ตัวเลของค์ประกอบของแรงภายในนิวเคลียสของดาวหาง

ผลการคำนวณวงโคจรของดาวหางเทมเปล-ทัตเทิลในอนาคต

เราไม่สามารถใช้ค่าวงโคจร ณ เวลาอ้างอิงเวลาใดเวลาหนึ่ง ในการทำนายตำแหน่งของดาวหางในอนาคต ที่เป็นระยะเวลานานมาก ๆ ได้ สิ่งที่ต้องทำคือการคำนวณเชิงตัวเลขดังกล่าวข้างต้น องค์การ NASA ได้ให้บริการในการนี้แก่บุคคลทั่วไป ภายใต้ระบบ NASA/JPL Horizons On-Line Ephemeris System ซึ่งสามารถใช้บริการได้ที่ http://ssd.jpl.nasa.gov/horizons.html ระบบนี้มีฐานข้อมูลตำแหน่งของวัตถุต่าง ๆ ในระบบสุริยะ ซึ่งหากผู้ใช้มีความรู้ความเข้าใจกับศัพท์เทคนิคต่าง ๆ ทางดาราศาสตร์ จะได้ประโยชน์ในการคำนวณตำแหน่งวัตถุต่าง ๆ ได้แม่นยำ อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนยังได้เปรียบเทียบข้อมูลนี้กับผลการคำนวณของโปรแกรม Redshift ซึ่งสามารถคำนวณตำแหน่งดาวหางด้วยวิธี Numerical Integration นี้ได้เช่นกัน พบว่าให้ผลลัพธ์ใกล้เคียงกันมาก สามารถใช้งานได้ โดยเฉพาะกับการพิสูจน์ว่า ดาวหางเทมเปล-ทัตเทิล มีโอกาสชนโลกมากแค่ไหน
การที่ดาวหางเทมเปล-ทัตเทิลจะชนโลกได้นั้น "ต้อง" เข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดในช่วงเดือนพฤศจิกายน ของปีนั้น ๆ เพราะดาวหางจะเดินทางด้วยเวลาต่างกันไม่มากนัก ระหว่างวันที่เข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด กับวันที่ตัดผ่านระนาบวงโคจรของโลก จากการคำนวณด้วยโปรแกรม Redshift (ผู้เขียนใช้โปรแกรมนี้เนื่องจาก ระบบ Horizons มีขอบเขตของเวลาที่จำกัด แต่การเปรียบเทียบผลลัพธ์ในช่วงก่อนปี ค.ศ.2100 นี้ใกล้เคียงกันมาก และยืนยันได้ว่าดาวหางไม่มีโอกาสชนโลก ในอีกหนึ่งศตวรรษนับจากนี้แน่นอน) พบว่า องค์ประกอบของวงโคจรมีดังนี้


วัน เดือน ปี (ค.ศ.)qeiwOmegaP
28 กุมภาพันธ์ 19980.9770.906162o 29'172o 29'235o 15'33.2
20 พฤษภาคม 20310.9640.908162o 34'172o 51'235o 36'33.8
13 มีนาคม 20650.9680.907162o 31'173o 50'236o 44'33.7
26 พฤษภาคม 20980.9790.905162o 30'174o 01'236o 57'33.2


จากผลข้างต้นซึ่งห่างไกลจากเดือนพฤศจิกายนมาก จึงแน่ใจได้ว่าจะไม่มีการชนเกิดขึ้น

ผู้เขียนได้หาวันที่ดาวหางเข้าใกล้โลกมากที่สุด ภายในระยะ 0.2 หน่วยดาราศาสตร์ (AU หน่วยดาราศาสตร์ เท่ากับระยะทาง 149.6 ล้านกิโลเมตร) ในช่วงปี ค.ศ.2000 2400 พบว่ามีการเข้าใกล้กันเกิดขึ้น ครั้ง คือ
15 ธันวาคม ค.ศ.2163 -- 0.12 AU
22 ธันวาคม ค.ศ.2363 -- 0.12 AU
29 พฤศจิกายน ค.ศ.2397 -- 0.02 AU 
(วันที่และระยะห่างมีความคลาดเคลื่อนได้เล็กน้อย)

ทั้งนี้การเข้าใกล้เกิดขึ้นไม่บ่อย ประกอบกับระยะห่างของวงโคจร ที่จุดตัดของดาวหางและโลกในอนาคตมีแนวโน้มจะห่างกันมากขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้กล่าวได้ว่าโอกาสในการชนโลกของดาวหางเทมเปล-ทัตเทิลนั้น มีน้อยเกินกว่าจะต้องหวั่นเกรง

การพิสูจน์วันเวลาที่เกิดฝนดาวตกจากพงศาวดารโยนก 

หลังจากทราบข่าวว่า รศ.บุญรักษา สุนทรธรรม ได้พบบันทึก การเกิดฝนดาวตกจากพงศาวดารโยนก ของพระประชากิจกรจักร์ (แช่ม บุนนาค) โดยมีใจความว่า "จุลศักราช 895 ปีมะเส็ง เบญจศก ทูตเมืองใต้มาเจริญสัมพันธไมตรี พระเมืองเกษเกล้านำแขกเมืองใต้ ไปนมัสการพระมหาธาตุลำพูน วันพฤหัสบดี เดือนยี่ ขึ้น ค่ำ เห็นอุกกาบาตผีพุ่งไต้ในอากาศทั่วทุกทิศ อากาศเป็นดาวประกายอย่างทั่วไป"

ผู้เขียนได้คำนวณหาวันเวลาที่เกิดปรากฏการณ์ ซึ่งเกิดขึ้นในจุลศักราช 895 พบว่าตรงกับวันพฤหัสบดีที่ 23 ตุลาคม พ.ศ.2076 (ค.ศ.1533) จากวันที่ปรากฏในบันทึก ผู้เขียนเชื่อว่าผู้บันทึกเห็นฝนดาวตกก่อนรุ่งเช้าของวันศุกร์ที่ 24 เนื่องจากขณะนั้นจะเปลี่ยนวันเมื่อผ่านเวลา โมงเช้า อีกทั้งดวงจันทร์จะเป็นดวงจันทร์ครึ่งดวงครึ่งแรก (First Quarter) ในวันศุกร์ที่ 24 ตุลาคม สาเหตุที่เกิดฝนดาวตกในวันดังกล่าว ไม่ไช่วันที่ 17 พฤศจิกายน เหมือนในปัจจุบัน เนื่องจากจุดที่วงโคจรของโลก และดาวหางตัดกันมีการเปลี่ยนแปลงโดยการรบกวนจากดาวเคราะห์ (ปีนั้น ดาวหางเทมเปล-ทัตเทิล เข้าใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด วันที่ 25 กุมภาพันธ์ ค.ศ.1533) จากบันทึกดังกล่าวนี้ พบว่าสอดคล้องกับพงศาวดารของเกาหลี จีน และญี่ปุ่น ที่บันทึกไว้ในวันเดียวกันนี้เช่นกัน ทั้งนี้บันทึกเรื่องราวของฝนดาวตกกลุ่มดาวสิงโต ยังพบว่ามีมาตั้งแต่ ค.ศ.901 ในอียิปต์ และมักปรากฏในพงศาวดารจีนและญี่ปุ่นเรื่อยมา