การเกิดอุปราคา สาเหตุการเกิดอุปราคา อุปราคาเกิดขึ้นได้อย่างไร อุปราคา หมาย ถึง

การเกิดอุปราคา สาเหตุการเกิดอุปราคา อุปราคาเกิดขึ้นได้อย่างไร อุปราคา หมาย ถึง
การเกิดอุปราคา

อุปราคา หรือ Eclipse ในระบบที่ประกอบด้วย ดวงอาทิตย์-โลก-ดวงจันทร์นั้น เกิดขึ้นเมื่อโลกหรือดวงจันทร์ บังเงาตะวันจากกันและกัน

ดวงอาทิตย์ใหญ่กว่าดวงจันทร์มากถึง 400 เท่า แต่ด้วยความบังเอิญดวงอาทิตย์ก็อยู่ห่างจากโลกมากกว่าดวงจันทร์ประมาณ 400 เท่า เมื่อมองจากโลกแล้วขนาดของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์จะใกล้เคียงกัน เราจึงโชคดีได้เห็นปรากฏการณ์อุปราคาระหว่าง ตะวัน-จันทรา ได้

(ภาพที่ 1) การเกิดสุริยุปราคา คนบนโลกด้านกลางวันเพียงส่วนน้อยจะมีโอกาสได้เห็นสุริยุปราคา ภาพโดย คณะฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทนเนสซี

ถ้าเงาของโลกไปตกลงบนดวงจันทร์ ดวงจันทร์ก็จะมืดลงเรียกว่าเกิดจันทรุปราคา แต่คนทั้งโลกด้านกลางคืนจะมองเห็นจันทรุปราคาได้หมด

(ภาพที่ 2) แสดงการเกิดจันทรุปราคาเมือดวงจันทร์โคจรเข้าเงาของโลก ภาพโดย คณะฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเทนเนสซี

ในเมื่อดวงจันทร์โคจรรอบโลกประมาณรอบละเดือน ก็น่าที่จะเกิดอุปราคาทั้งสองอย่างเดือนละครั้ง แต่ในความเป็นจริงมันไม่เกิดเช่นนั้น แถมการเกิดอุปราคาแบบเต็มดวงก็ยังหาดูได้ยากเสียอีก ที่เป็นเช่นนั้นก็เพราะว่า

1 วงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ และวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก ไม่ได้อยู่ในระนาบเดียวกัน หากพื้นระนาบทั้งสอง ทำมุมประมาณ 5 องศาต่อกัน

(ภาพที่ 3) แสดงพื้นระนาบวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก เอียงทำมุมกับพื้นระนาบวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ (ecliptic plane) อยู่ประมาณ 5 องศา ภาพโดย Dr. Nick Strobel

แนวตัดของระนาบทั้งสองจะเป็นเส้นตรงเรียกว่า Line of nodes การจะเกิดอุปราคาได้นั้น นอกจากต้องเกิดเมื่อดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ เรียงตัวอยู่ในเส้นตรงเดียวกันแล้ว (คืนพระจันทร์เต็มดวงเท่านั้น) ยังต้องขึ้นอยู่กับเมื่อ แนวเรียงตัวของดาวทั้งสามตรงกันกับ line of nodes นี้ด้วย จึงจะเกิดอุปราคาขึ้นได้

ในขณะที่โลกโคจรอยู่ตลอดเวลาไปรอบดวงอาทิตย์นั้น ดวงจันทร์ก็หมุนรอบโลกตามไปด้วยคาบเวลาที่ต่างกัน ทำให้เส้นเชื่อมโหนดนั้นหมุนควงไปเรื่อยไม่คงที่ เวลาที่จะเกิดอุปราคาได้นั้น จะต้องเป็นยามที่เส้นเชื่อมโหนดหันตรงเข้าหาดวงอาทิตย์เท่านั้น จึงจะทำให้โลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ มาอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกันได้ ไม่เช่นนั้นดวงจันทร์จะอยู่สูงเกินไป หรือตำ่เกินไปเงาก็คลาดกันได้ ปัจจัยหลักที่จะทำให้เกิดอุปราคา จึงต้องเป็นเวลาที่ดวงจันทร์โคจรมาอยู่แถวๆโหนด ในเวลาที่เส้นเชื่อมโหนดหันเข้าหาดวงอาทิตย์ ระยะเวลาที่ดวงจันทร์โคจรอยู่แถวๆเส้นเชื่อมโหนดจะเรียกว่า eclipse season อุปราคาจึงจะเกิดขึ้นได้ นี่ก็คือเหตุผลที่ว่าทำไมจึงไม่มีอุปราคาเกิดขึ้นทุกๆเดือนนั่นเอง

(ภาพที่ 4) ในช่วงที่ line of nodes ไม่เรียงตัวกับแนว ตะวัน-จันทร์-โลก ก็จะไม่เกิดอุปราคา ภาพโดย Dr Nick Strobel

เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนตัวมาระหว่างดวงอาทิตย์กับโลก บางครั้งดวงจันทร์ก็จะอยู่ต่ำกว่า หรือสูงกว่านิดหน่อย ทำให้เงาของดวงจันทร์ไม่ตกลงยังพื้นโลก จึงไม่เกิดสุริยุปราคาหรือจันทรุปราคาไปทุกเดือน

(ภาพที่ 5) เมื่อ line of nodes ไม่เรียงตัวกับแนว ตะวัน-จันทร์-โลก เงาของดวงจันทร์หรือเงาของโลกจะคลาดกัน ภาพโดย Dr. Nick Strobel

2 วงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก เป็นวงรี ไม่ใช่วงกลม โดยมีโลกอยู่ที่จุดโฟกัสหนึ่ง เมื่อพระจันทร์อยู่ใกล้โลกมากที่สุด(perigee อ่านว่า แพรีจี้) จะอยู่ห่างจากโลก 363,260 กิโลเมตร และเมื่อดวงจันทร์อยู่ไกลจากโลกมากที่สุดจะอยู่ห่างจากโลก 405,540 กิโลเมตร

(ภาพที่ 6) วงโคจรของดวงจันทร์รอบโลก ภาพโดย Dr Nick Strobel

เมื่อวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลกเป็นวงรีเช่นนี้ด้านยาวของวงรี ไม่ได้หันตรงสู่ดวงอาทิตย์เสมอไป ตามความเป็นจริงแล้ว จุดที่ดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกมากที่สุด (perigee) จะเคลื่อนไปถึงปีละ 40.7 องศา จึงเป็นสาเหตุที่การเกิดอุปราคาไม่อยู่ตรงวันเดียวกันตามปฏิทิน นอกจากนี้แล้ว line of nodes ก็ยังเคลื่อนไปปีละ 19.3 องศาอีกด้วย ฉะนั้นการคำนวณการเกิดอุปราคาไม่ใช่เรื่องกล้วยๆเสียแล้ว เพราะคนที่คำนวณจะต้องมีตารางการโคจรอย่างละเอียด จึงจะคำนวณตำแหน่งของการเกิดอุปราคาได้ นี่ยังไม่กล่าวรวมถึงปัจจัยอื่นที่จะทำให้การคาดการณ์ยากขึ้นไปอีก

(ภาพที่ 7) มองจากขั้วโลกเหนือลงมาจะแสดงตำแหน่งวงโคจรของดวงจันทร์รอบโลกที่เป็นวงรี ความรีขยายให้เกินความจริงเพื่อให้เห็นชัดๆ รูปซ้ายยังไม่ได้ปรับการเคลื่อนแกนของวงรี รูปขวาขยายให้เห็นการเคลื่อนของแกนวงรี ในขณะที่โลกและดวงจันทร์เคลื่อนตัวโคจรไปรอบดวงอาทิตย์พร้อมๆกัน ภาพโดย Dr Nick Strobel

 จันทรุปราคา

จันทรุปราคาเกิดขึ้นเมื่อโลกมาอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์กับดวงจันทร์ โดยที่ดวงจันทร์จะต้องโคจรผ่าน ecliptic plane หรือแนวระนาบวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ เงาของทรงกลมเช่นโลกหรือดวงจันทร์ ที่ได้รับแสงจากแหล่งกำเนิดแสงใหญ่เช่น ดวงอาทิตย์จะมีลักษณะเป็นกรวย

(ภาพที่ 8) แสดงการเกิดจันทรุปราคาเต็มดวง เมื่อดวงจันทร์ผ่านเข้าทั้งเงามืดและ เงาสว่างของโลก ภาพโดย Juan Parada

ลักษณะเป็นกรวยเงามืด(Umbra อ่านว่า อัมบรา) และ เงาสว่าง (penumbra - อ่านว่า พีนัมบรา) หากสมมติว่ามันไปทาบจอในอวกาศ มองจากโลกจะเห็นเป็นวงกลมซ้อนกันสองวง วงในเป็นเงามืดและวงนอกเป็นเงาสว่าง เนื่องจากการที่พื้นระนาบของวงโคจรทั้งสองไม่ได้อยู่ร่วมพื้นเดียวกัน เงาจึงมีสูงมีต่ำมิได้เข้าเขตเงามืดเสมอไป จึงจัดจันทรุปราคาเป็นสามแบบคือ

1 จันทรุปราคาแบบเต็มดวง (Total Lunar Eclipse) เกิดขึ้นเมื่อ ดวงจันทร์ ผ่านเข้าเขตเงามืดดังกล่าวข้างบน

(ภาพที่ 9) จันทรุปราคาแบบเตค็มดวง ภาพโดย NASA's GSFC

เมื่อดวงจันทร์ผ่านเข้าเงามืดของโลกนั้นดวงจันทร์จะไม่มืดสนิททีเดียว เพราะโลกมีชั้นบรรยากาศที่หนาพอสมควร บรรยากาศของโลกจะดูดซับแสงสีฟ้า (จึงเป็นเหตุที่เรามองเห็นท้องฟ้าเป็นสีฟ้า) แล้วปล่อยให้แสงสีส้มและแดงหักเหผ่านไป จึงไปจับดวงจันทร์ให้เห็นเป็น พระจันทร์สีเลือด หรือออกสีส้มๆไป

(ภาพที่ 10) แสดงการหักเหแสงผ่านชั้นบรรยากาศของโลก

(ภาพที่ 11) เมื่อจันทร์เจ้าลับเข้าเงาสีเลือด ผลจากการหักเหแสงผ่านบรรยากาศของโลก ภาพโดย Fred Espenak แห่งนาซ่า

2 จันทรุปราคาแบบกึ่งเงามืด กึ่งเงาสว่าง (Partial Lunar Eclipse)

เกิดขึ้นเมื่อวงโคจรของดวงจันทร์ไม่ได้ทับกับระนาบวงโคจรของ โลก-ดวงอาทิตย์ได้สนิทนัก ดวงจันทร์จึงคลาดเงามืดไปหน่อย แต่ก็เข้าไปในเขตเงามืดเป็นบางส่วน ส่วนที่เข้าเงามืดนั้นจะดูเหมือนพระจันทร์แหว่งหายไปหน่อย

(ภาพที่ 12) เมื่อดวงจันทร์คลาดเงามืดไปหน่อย เรียกว่า Partial Lunar Eclipse ภาพโดย NASA's GSFC

(ภาพที่ 13) ภาพถ่ายจันทรุปราคาแบบกึ่งมืดกึ่งสว่าง โดย Steven Henderson

3 จันทรุปราคาแบบกึ่งเงาสว่าง (Penumbral Eclipse)

จันทรุปราคาแบบนี้ เกิดขึ้นเมื่อดวงจันทร์คลาดเงามืด แต่ผ่านเข้าเงาสว่างส่วนหนึ่งหรือทั้งดวง จะปรากฏว่าดวงจันทร์มืดลงหน่อย ถ้าตาไม่ดี หรือไม่ทราบล่วงหน้ามาก่อนก็พลาดไปได้

(ภาพที่ 14) เมื่อดวงจันทร์เพียงเฉียดเข้าเงาสว่าง แบบ Penumbral Lunar Eclipse ภาพโดยนาซ่า

Animation ของการเกิด Penumbral Lunar Eclipse ในวันที่ 13 มีนาคม 1998 โดย Bengst Ask

สุริยุปราคา

(ภาพที่ 15) ภาพโดย Juan Parada แห่งประเทศ Venezuela

สุริยุปราคาเกิดขึ้นได้ในคืนเดือนมืดแรมสิบห้าค่ำ เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนมาอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์และโลก บนแนวเส้นตรงเดียวกัน ในยามนั้นเงาของดวงจันทร์จะกวาดผ่านพื้นโลกบางส่วน 
ทำให้คนบนโลกที่อยู่บริเวณที่เงาของดวงจันทร์พาดผ่านไปนั้น จะเห็นดวงอาทิตย์ถูกบังโดยดวงจันทร์ อย่างที่คนโบราณเรียกว่า "ราหูอมตะวัน" จะเห็นได้โดยคนส่วนหนึ่งบนพื้นโลก ด้านที่เป็นตอนกลางวันเท่านั้น

Animation จากยานอวกาศ GOES เป็นภาพเงาของดวงจันทร์ที่เคลื่อนผ่านโลก ในยามที่เกิดสุริยุปราคาในวันที่ 26 กุมภาพันธ์ คศ 1998

สภาพที่เส้นเชื่อมโหนดหันเข้าหาดวงอาทิตย์ หากจะมองจากมุมที่ต่างกันเพื่อช่วยให้เข้าใจได้ชัดเจนยิ่งขึ้นดังรูปข้างล่างนี้

(ภาพที่ 16) จุดที่เรียกว่า descending node คือจุดที่ดวงจันทร์เริ่มเคลื่อนตัวลงครึ่งล่างของระนาบวงโคจร ที่อยู่ใต้ระนาบวงโคจรของโลก จุดที่เป็น ascending node นั้นก็คือจุดที่ดวงจันทร์เริ่มโผล่ขึ้นมาโคจร ในส่วนที่อยู่เหนือระนาบวงโคจรของโลก ภาพโดย Brian Brewer

จากรูปข้างบนนี้จะเห็นได้ว่า สุริยุปราคาจะเกิดขึ้นได้เมื่อดวงจันทร์มาอยู่แถวๆ descending node และจะเกิดจันทรุปราคา เมื่อดวงจันทร์เคลื่อนตัวอยู่แถวๆ ascending node เขาคำนวณมาว่าหากดวงจันทร์มาอยู่ก่อนหรือหลัง descending node เป็นเวลา 18 3/4 วัน ก็จะทำให้เกิดสุริยุปราคาได้ ช่วงเวลาก่อนหลังที่รวมกันแล้วเป็นเวลา 37 วันครึ่งจึงเรียกว่า eclipse season

ดวงอาทิตย์นั้นใหญ่กว่าดวงจันทร์ 400 เท่า โดยคิดจากเส้นผ่าศูนย์กลาง ดวงจันทร์ย่อมไม่สามารถบังดวงอาทิตย์ได้ แต่โดยความบังเอิญดวงจันทร์อยู่ใกล้โลกกว่าดวงอาทิตย์ประมาณ 400 เท่า ด้วยเหตุที่วัตถุที่อยู่ใกล้ย่อมดูใหญ่กว่าวัตถุที่อยู่ไกล โดยทั่วไปแล้วดวงจันทร์จึงสามารถบังดวงอาทิตย์ จนเกิดสุริยุปราคาแบบเต็มดวงได้

แต่เนื่องจากวงโคจรรอบโลกของดวงจันทร์เป็นวงรี และวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ก็เป็นวงรีเช่นกัน ระยะห่างจึงยืดหยุ่นต่างกันบ้างเล็กน้อย ยามอยู่ใกล้หน่อยก็มีผลทำให้ขนาดของเงาของดวงจันทร์ ใหญ่พอที่จะบังดวงอาทิตย์เกิดเป็นสุริยุปราคาแบบเต็มดวง หรือ Total eclipse ได้ หรือเมื่ออยู่ห่างออกไปหน่อย เงาของดวงจันทร์ก็เล็กลงหน่อยก็บังดวงอาทิตย์อย่างหมิ่นเหม่ไม่มิดดีนัก เกิดเป็นสุริยุปราคาแบบวงแหวน หรือ annular eclipse ขึ้น

(ภาพที่ 17) สุริยุปราคาแบบวงแหวน Annular Eclipse

(ภาพที่ 18) สุริยุปราคาแบบเต็มดวง

ในบางครั้งเมื่อเกิดสุริยุปราคาเมื่อดวงจันทร์ห่างจากโหนดไปมาก แต่ยังอยู่ในeclipse seasonอยู่ ดวงจันทร์ก็เคลื่อนอยู่สูง หรือต่ำกว่าโลกจนเงาเกือบไม่ตกถึงโลก มีเพียงบางส่วนเท่านั้น ทำให้เห็นดวงอาทิตย์เป็นเสี้ยวเรียกว่า Partial Solar Eclipse

(ภาพที่ 19) สุริยุปราคาแบบเสี้ยว

ภาพทั้งสามข้างบนที่เป็น Diagram โดย Juan Parada; ภาพถ่ายโดย Fred Espanek แห่ง NASA's GSFC

อ้างอิง

NASA's Goddard Space Flight Center(GSFC)'s Eclipse Homepage by Fred Espenakhttps://sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse/eclipse.html

Bengst Ask https://www.df.lth.se/~bengt/index.shtml
Brian Brewer จากหนังสือ Eclipse https://www.earthview.com/book/bookorder.htm 
Steven Henderson https://www.steven.dimitri.henderson.org/
Juan Parada https://members.xoom.com/juan_parada/eclipse/guia/guide2.html
Dr. Nick Strobel, "Astronomynotes.com" https://www.astronomynotes.com/nakedeye/nakedeyc.htm

แหล่งที่มา : vcharkarn.com