สุริยุปราคา: ปรากฏการณ์ธรรมชาติ

สุริยุปราคาเต็มดวงเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่สวยงาม น่าตื่นเต้น และสร้างความประทับใจแก่คนที่ได้ชม ผู้คนจำนวนมากต่างพากันเดินทางไปยังดินแดนอันห่างไกลเพื่อคอยเฝ้าสังเกตปรากฏการณ์นี้ สุริยุปราคาเต็มดวงเมื่อ พ.ศ. 2542 ที่เห็นได้ในทวีปยุโรป ทำให้สาธารณชนหันมาสนใจสุริยุปราคาเพิ่มขึ้นมาก สังเกตได้จากจำนวนประชาชนที่เดินทางไปเฝ้าสังเกตสุริยุปราคาวงแหวนใน พ.ศ. 2548 และสุริยุปราคาเต็มดวงใน พ.ศ. 2549 สุริยุปราคาครั้งที่ผ่านมาเมื่อเร็ว ๆ นี้ คือสุริยุปราคาวงแหวนเมื่อวันที่ 26 มกราคม พ.ศ. 2552 สุริยุปราคาเต็มดวงเมื่อวันที่ 22 กรกฎาคม พ.ศ. 2552 และสุริยุปราคาบางส่วนเมื่อวันที่ 26 ธันวาคม พ.ศ. 2562

สุริยุปราคามี 4 ชนิด ได้แก่

• สุริยุปราคาเต็มดวง (total eclipse): ดวงจันทร์บังดวงอาทิตย์หมดทั้งดวง
• สุริยุปราคาบางส่วน (partial eclipse) : มีเพียงบางส่วนของดวงอาทิตย์เท่านั้นที่ถูกบัง
• สุริยุปราคาวงแหวน (annular eclipse) : ดวงอาทิตย์มีลักษณะเป็นวงแหวน เกิดเมื่อดวงจันทร์อยู่ในตำแหน่งที่ห่างไกลจากโลก ดวงจันทร์จึงปรากฏเล็กกว่าดวงอาทิตย์
• สุริยุปราคาผสม (hybrid eclipse) : ความโค้งของโลกทำให้สุริยุปราคาคราวเดียวกันกลายเป็นแบบผสมได้ คือ บางส่วนของแนวคราสเห็นสุริยุปราคาเต็มดวง ที่เหลือเห็นสุริยุปราคาวงแหวน บริเวณที่เห็นสุริยุปราคาเต็มดวงเป็นส่วนที่อยู่ใกล้ดวงจันทร์มากกว่า

สุริยุปราคาจัดเป็นอุปราคาประเภทหนึ่ง เกิดขึ้นเฉพาะในวันที่ดวงจันทร์มีดิถีตรงกับจันทร์ดับ

การที่ขนาดของดวงอาทิตย์กับดวงจันทร์เกือบจะเท่ากันถือเป็นเหตุบังเอิญ ดวงอาทิตย์มีระยะห่างเฉลี่ยจากโลกไกลกว่าดวงจันทร์ประมาณ 400 เท่า

แล้วเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงอาทิตย์ก็ใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของดวงจันทร์ประมาณ 400 เท่า ตัวเลขทั้งสองนี้ซึ่งไม่ต่างกันมาก ทำให้ดวงอาทิตย์กับดวงจันทร์มีขนาดใกล้เคียงกันเมื่อมองจากโลก คือปรากฏด้วยขนาดเชิงมุมราว 0.5 องศา

วงโคจรของดวงจันทร์รอบโลกเป็นวงรีเช่นเดียวกันกับวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ ขนาดปรากฏของดวงอาทิตย์กับดวงจันทร์จึงไม่คงที่ อัตราส่วนระหว่างขนาดปรากฏของดวงจันทร์ต่อดวงอาทิตย์ขณะเกิดคราส เป็นสิ่งที่บ่งบอกได้ว่าสุริยุปราคาอาจเป็นชนิดใด ถ้าคราสเกิดขึ้นระหว่างที่ดวงจันทร์อยู่บริเวณจุดใกล้โลกที่สุด (perigee) อาจทำให้เป็นสุริยุปราคาเต็มดวง เพราะดวงจันทร์จะมีขนาดปรากฏใหญ่มากพอที่จะบดบังผิวสว่างของดวงอาทิตย์ที่เรียกว่าโฟโตสเฟียร์ (Photosphere) ได้ทั้งหมด ตัวเลขอัตราส่วนนี้จึงมากกว่า 1 แต่ในทางกลับกัน หากเกิดคราสขณะที่ดวงจันทร์อยู่บริเวณจุดไกลโลกที่สุด (apogee) คราสครั้งนั้นอาจเป็นสุริยุปราคาวงแหวน เพราะดวงจันทร์จะมีขนาดปรากฏเล็กกว่าดวงอาทิตย์ อัตราส่วนนี้จึงมีค่าน้อยกว่า 1 สุริยุปราคาวงแหวนเกิดได้บ่อยกว่าสุริยุปราคาเต็มดวง เพราะโดยเฉลี่ยแล้วดวงจันทร์อยู่ห่างจากโลกมากเกินกว่าจะบดบังดวงอาทิตย์ได้ทั้งหมด

รูปแบบ

 

แผนภาพทางขวาแสดงให้เห็นการเรียงตัวกันของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และโลก ระหว่างการเกิดสุริยุปราคา บริเวณสีเทาเข้มใต้ดวงจันทร์คือเขตเงามืด ซึ่งดวงอาทิตย์จะถูกดวงจันทร์บดบังไปทั้งดวง บริเวณเล็ก ๆ ที่เงามืดทาบกับผิวโลกคือจุดที่สามารถมองเห็นสุริยุปราคาเต็มดวงได้ บริเวณสีเทาอ่อนที่กว้างกว่าคือเขตเงามัว ซึ่งจะสังเกตเห็นสุริยุปราคาบางส่วน

ระนาบวงโคจรของดวงจันทร์เอียงทำมุมประมาณ 5 องศา กับระนาบวงโคจรโลกรอบดวงอาทิตย์ ด้วยเหตุนี้ ในเวลาที่ดวงจันทร์โคจรมาที่ตำแหน่งจันทร์ดับ ส่วนใหญ่มันจะผ่านไปทางด้านเหนือหรือด้านใต้ของดวงอาทิตย์โดยเงาของดวงจันทร์ไม่สัมผัสผิวโลก จึงไม่เกิดสุริยุปราคา สุริยุปราคาจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อจันทร์ดับเกิดในช่วงที่ดวงจันทร์เคลื่อนมาอยู่บริเวณใกล้จุดตัดของระนาบวงโคจรทั้งสอง

วงโคจรของดวงจันทร์เป็นรูปวงรี ทำให้ระยะห่างระหว่างดวงจันทร์กับโลกแปรผันได้ประมาณ 6 เปอร์เซ็นต์จากค่าเฉลี่ย เพราะฉะนั้น ขนาดปรากฏของดวงจันทร์จึงแปรผันไปตามระยะห่างซึ่งส่งผลต่อการเกิดสุริยุปราคา ขนาดเฉลี่ยของดวงจันทร์เมื่อมองจากโลกมีขนาดเล็กกว่าดวงอาทิตย์เล็กน้อย ทำให้สุริยุปราคาส่วนใหญ่เป็นแบบวงแหวน แต่หากในวันที่เกิดสุริยุปราคานั้น ดวงจันทร์โคจรมาอยู่บริเวณจุดใกล้โลกที่สุด ก็จะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ส่วนวงโคจรของโลกก็เป็นวงรีเช่นกัน ระยะห่างระหว่างดวงอาทิตย์กับโลกก็แปรผันไปในรอบปี แต่ส่งผลไม่มากนักต่อการเกิดสุริยุปราคา

ดวงจันทร์โคจรรอบโลกใช้เวลาประมาณ 27.3 วัน เมื่อเทียบกับกรอบอ้างอิงคงที่ เรียกว่าเดือนดาราคติ (sidereal month) แต่โลกก็โคจรรอบดวงอาทิตย์ในทิศทางเดียวกัน ทำให้ระยะเวลาจากจันทร์เพ็ญถึงจันทร์เพ็ญอีกครั้งหนึ่งกินเวลานานกว่านั้น คือ ประมาณ 29.6 วัน เรียกว่า เดือนจันทรคติ (lunar month) หรือเดือนดิถี (synodic month)

การนับเวลาที่ดวงจันทร์โคจรผ่านจุดโหนดขึ้น (ascending node) ซึ่งเป็นจุดที่ดวงจันทร์เคลื่อนที่จากใต้ระนาบสุริยวิถีขึ้นไปทางเหนือครบหนึ่งรอบก็เป็นการนับเดือนอีกวิธีหนึ่งเช่นกัน เดือน แบบนี้สั้นกว่าแบบแรกเล็กน้อย เนื่องจากจุดโหนดเคลื่อนที่ถอยหลังโดยเกิดจากอิทธิพลแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ด้วยคาบ 18.6 ปี เรียกเดือนแบบนี้ว่า เดือนราหู (draconic month)

เดือนอีกแบบหนึ่งนับจากที่ดวงจันทร์โคจรผ่านจุดใกล้โลกที่สุด 2 ครั้งติดกัน เรียกว่า เดือนจุดใกล้ (anomalistic month) มีค่าไม่เท่ากับเดือนดาราคติ เนื่องจากวงโคจรของดวงจันทร์ส่ายไปโดยรอบด้วยคาบประมาณ 9 ปี

ความถี่

 

วงโคจรของดวงจันทร์ตัดกับสุริยวิถี 2 จุด ซึ่งห่างกัน 180 องศา ดังนั้น ดวงจันทร์ในวันจันทร์ดับจะอยู่บริเวณจุดนี้ปีละ 2 ช่วง ห่างกัน 6 เดือน ทำให้เกิดสุริยุปราคาอย่างน้อยปีละ 2 ครั้ง บางครั้งเกิดจันทร์ดับ 2 ครั้งติดกันใกล้ ๆ กับจุดโหนด ส่งผลให้บางปีสามารถเกิดสุริยุปราคาได้มากถึง 5 ครั้ง อย่างไรก็ตาม เงามืดของดวงจันทร์มักจะทอดเลยออกไปทางเหนือหรือใต้ของโลกโดยไม่สัมผัสผิวโลก จึงเกิดเป็นสุริยุปราคาบางส่วนเท่านั้น นอกจากนี้ เงามืดอาจสัมผัสผิวโลกในที่ห่างไกลบริเวณใกล้ขั้วโลกอย่างอาร์กติก และทวีปแอนตาร์กติกา ซึ่งยากต่อการเดินทางไปสังเกตการณ์

ระยะเวลา

สุริยุปราคาเต็มดวงจะเกิดในเวลาสั้น ๆ เนื่องจากดวงจันทร์โคจรรอบโลกอย่างรวดเร็ว ในขณะที่โลกก็โคจรไปรอบดวงอาทิตย์ด้วยเช่นกัน ทำให้เงามืดที่ตกบริเวณโลกเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วจากตะวันตกไปตะวันออกในระยะเวลาสั้น ๆ

หากสุริยุปราคาเกิดขึ้นเมื่อดวงจันทร์โคจรอยู่ใกล้ตำแหน่ง perigee มาก ๆ จะทำให้สุริยุปราคาเต็มดวงสามารถสังเกตได้ในบริเวณกว้าง ประมาณ 250 กิโลเมตร และเวลาในการเกิดนั้นอาจนานประมาณ 7 นาที

สุริยุปราคาบางส่วน ซึ่งเกิดจากเงามัวของดวงจันทร์นั้นสามารถเกิดได้ในบริเวณกว้างกว่าสุริยุปราคาเต็มดวงมาก

บันทึกในประวัติศาสตร์เล่าถึงสงครามกับปรากฏการณ์อุปราคาที่เลื่องลือที่สุด คือ เมื่อครั้งเกิดสุริยุปราคาเต็มดวง วันที่ 28 พฤษภาคม ก่อน พ.ศ. 41 ปี ท้องฟ้าสว่างไสวในตอนกลางวันกลายเป็นกลางคืนไปชั่วขณะหนึ่ง เป็นเหตุให้สงครามเปอร์เซียที่นานยืดเยื้อถึง 6 ปี ระหว่างชาวลิเดียกับชาวเมเดสยุติลงได้ด้วยการเจรจาสันติภาพ และผูกสัมพันธ์ด้วยการแต่งงานกัน 2 คู่ ทั้งนี้ด้วยความยำเกรงในอำนาจสิ่งศักดิ์สิทธิ์ที่แสดงอิทธิฤทธิ์ในบัดดล ในครั้งนั้นเธลีส (Thales) นักดาราศาสตร์และนักปรัชญาชาวกรีกได้ทำนายการเกิดสุริยุปราคาไว้ก่อนแล้ว แต่ทั้งสองชนชาติอาจไม่รู้ถึงการทำนายนั้น

พระเจ้าหลุยส์ จักรพรรดิผู้ยิ่งใหญ่แห่งดินแดนยุโรปครั้งนั้น ถึงกับพิศวงงงงวยกับปรากฏการณ์ฟากฟ้าที่ดวงอาทิตย์มืดหมดดวงนานถึง 5 นาที ในวันที่ 5 พฤษภาคม พ.ศ. 1383 แล้วพระองค์ก็สิ้นพระชนม์ เล่ากันว่าคงเป็นเพราะความตกใจ หลังจากนั้นเกิดศึกแย่งชิงบัลลังก์ยาวนานถึง 3 ปี มายุติลงด้วยสนธิสัญญาแวร์เดิง (Treaty of Verdun) ซึ่งแบ่งยุโรปออกเป็นดินแดน 3 ประเทศ ที่รู้จักกันทุกวันนี้คือ ฝรั่งเศส เยอรมัน และอิตาลี

 

การมองดวงอาทิตย์ด้วยตาเปล่าไม่ว่าจะมองในเวลาใดก็ตามส่งผลเสียต่อดวงตา แม้แต่มองดวงอาทิตย์ขณะเกิดสุริยุปราคา แต่สุริยุปราคาก็เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่น่าสนใจและศึกษาอย่างมาก การใช้อุปกรณ์ช่วยในการมอง เช่นกล้องสองตาหรือกล้องโทรทรรศน์ ก็ยิ่งทำให้เป็นอันตรายมากยิ่งขึ้นไปอีก

ดังนั้นการดูดวงอาทิตย์จึงต้องอาศัยอุปกรณ์ช่วยกรองรังสีบางชนิดที่จะเข้าสู่ดวงตา การใช้แว่นกันแดดในการมองเป็นวิธีการที่ไม่ถูกต้อง เพราะไม่สามารถป้องกันสิ่งที่เป็นอันตราย รวมทั้งรังสีอินฟราเรดที่มองไม่เห็นซึ่งจะเป็นอันตรายต่อเรตินาได้ การสังเกตจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่ทำมาโดยเฉพาะ จึงจะสามารถมองดูดวงอาทิตย์ได้ตรง ๆ

การสังเกตที่ปลอดภัยมากที่สุด คือการฉายแสงจากดวงอาทิตย์ผ่านอุปกรณ์อื่น เช่น กล้องสองตา หรือกล้องโทรทรรศน์ แล้วใช้กระดาษสีขาวมารองรับแสงนั้น จากนั้นมองภาพจากกระดาษที่รับแสง แต่การทำเช่นนี้ต้องมั่นใจว่าไม่มีใครมองผ่านอุปกรณ์นั้นโดยตรง ไม่เช่นนั้นจะทำอันตรายต่อดวงตาของคนนั้นอย่างมาก โดยเฉพาะถ้ามีเด็กอยู่บริเวณนั้นต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษ

อย่างไรก็ตาม สามารถดูดวงอาทิตย์ด้วยตาเปล่าโดยตรงได้เฉพาะในช่วงที่เกิดสุริยุปราคาเต็มดวงเท่านั้น นอกจากจะไม่เป็นอันตรายแล้ว สุริยุปราคาเต็มดวงยังสวยงามอีกด้วย ขณะเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงจะเห็นบรรยากาศชั้นโคโรนาแผ่ไปรอบดวงอาทิตย์ บางครั้งอาจเห็นโครโมสเฟียร์ (chromosphere) และเปลวสุริยะ (prominence) ที่พุ่งออกมาจากขอบดวงอาทิตย์ ซึ่งปกติจะไม่สามารถมองเห็นได้ แต่ควรหยุดดูดวงอาทิตย์ก่อนที่จะสิ้นสุดสุริยุปราคาเต็มดวงเล็กน้อย

ประโยชน์ของการสังเกตสุริยุปราคา

นักดาราศาสตร์ใช้การเกิดสุริยุปราคาเต็มดวงในการสังเกตบรรยากาศชั้นโคโรนาของดวงอาทิตย์ ซึ่งตามปกติจะถูกแสงที่สว่างจ้าของบรรยากาศชั้นโฟโตสเฟียร์กลบจนไม่สามารถมองเห็นได้

สุริยุปราคามีระยะเวลา หรือวงรอบของการเกิดที่แน่นอน ทำให้สามารถทำนายการเกิดสุริยุปราคาครั้งต่อไปได้โดยการคำนวณอย่างง่าย ๆ จากความเร็วในการเคลื่อนที่ไปรอบดวงอาทิตย์ เปรียบเทียบตำแหน่งกับการที่ดวงจันทร์หมุนรอบโลก

จากบันทึกในประวัติศาสตร์

อาณาจักรอยุธยา มีบันทึกการสังเกตสุริยุปราคาในสมัยสมเด็จพระนารายณ์มหาราช ในตอนสายของวันที่ 30 เมษายน พ.ศ. 2231 เป็นสุริยุปราคาเต็มดวงที่แนวคราสมืดไม่ได้พาดผ่านสยามประเทศ จึงสังเกตเห็นเป็นชนิดบางส่วน

กรุงรัตนโกสินทร์

• ครั้งที่ 1 เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง 18 สิงหาคม พ.ศ. 2411 ตรงตามเวลาที่พระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวทรงคำนวณไว้ ที่ตำบลหว้ากอ จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ เป็นสุริยุปราคาเต็มดวงครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของไทย
• ครั้งที่ 2 เกิดสุริยุปราคาเต็มดวงเมื่อวันที่ 6 เมษายน พ.ศ. 2418 โดยเป็นสุริยุปราคาเต็มดวงครั้งแรกที่เห็นได้ในกรุงเทพมหานครนับตั้งแต่สถาปนากรุงรัตนโกสินทร์เป็นต้นมา โดยกินหมดดวงเวลา 14:31:29 น.–14:35:21 น. ตามเวลามาตรฐานประเทศไทยในปัจจุบัน แต่เส้นกึ่งกลางคราสไม่ผ่านกรุงเทพฯ
• ครั้งที่ 3 เกิดสุริยุปราคาเต็มดวงวันที่ 9 พฤษภาคม พ.ศ. 2472 เห็นได้ที่จังหวัดสตูล สงขลา ยะลา ปัตตานี นราธิวาส โดยพระบาทสมเด็จพระปกเกล้าเจ้าอยู่หัวเสด็จไปทอดพระเนตรที่จังหวัดปัตตานี โดยมีคณะนักดาราศาสตร์จากต่างประเทศขนอุปกรณ์มาศึกษาสุริยุปราคาด้วย แต่หลังจากนั้นก็มีการประดิษฐ์เครื่องมือศึกษาดวงอาทิตย์ได้โดยไม่ต้องพึ่งสุริยุปราคาอีก
• ครั้งที่ 4 เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ในหลายจังหวัด เมื่อวันที่ 20 มิถุนายน พ.ศ. 2498 นับเป็นสุริยุปราคาเต็มดวงครั้งที่สองที่เห็นได้ในกรุงเทพฯ
• ครั้งที่ 5 เกิดสุริยุปราคาเต็มดวง ในเขต 11 จังหวัด ได้แก่ จังหวัดตาก จังหวัดกำแพงเพชร จังหวัดอุทัยธานี จังหวัดนครสวรรค์ จังหวัดลพบุรี จังหวัดเพชรบูรณ์ จังหวัดนครราชสีมา จังหวัดบุรีรัมย์ จังหวัดสระแก้ว จังหวัดพิจิตร และ จังหวัดชัยภูมิ เมื่อวันที่ 24 ตุลาคม พ.ศ. 2538

การตรวจสอบด้วยคณิตกรณ์

อาณาจักรอยุธยา ระหว่าง พ.ศ. 1893–2310 เวลาถึง 417 ปี ควรมีสุริยุปราคาครบทุกรูปแบบ ไม่ว่าแบบบางส่วน แบบวงแหวน แบบเต็มดวง และแบบผสม หลายครั้งแนวคราสก็พาดผ่านเข้ามาในเขตสยาม แต่หากเจาะจงเฉพาะเกาะเมืองกรุงศรีอยุธยา ความน่าจะเป็นที่จะได้เห็นสุริยุปราคาเต็มดวงพาดผ่าน มีอย่างน้อย 1–2 ครั้ง เพราะโดยเฉลี่ยทั่วโลกแล้ว จะใช้เวลาประมาณ 360 ปีถึงจะได้เห็นสุริยุปราคาเต็มดวงในจุดเดิมอีกครั้ง แต่จากการตรวจสอบด้วยคณิตกรณ์ มีสุริยุปราคาเต็มดวงที่แนวคราสพาดผ่านเกาะเมืองอยุธยาถึง 3 ครั้ง ซึ่งถือว่าสูงกว่าค่าเฉลี่ยทั่วโลก แต่กลับไม่มีในบันทึกประวัติศาสตร์เลยสักครั้ง

• ครั้งที่ 1 วันที่ 21 กันยายน พ.ศ. 2111 แนวคราสกว้างครอบคลุมถึงบางกอก และยังเฉียดไปใกล้กับหงสาวดี
• ครั้งที่ 2 วันที่ 20 มีนาคม พ.ศ. 2186
• ครั้งที่ 3 วันที่ 3 มิถุนายน พ.ศ. 2285 ตอนเช้าตรู่

• ส่วนสุริยุปราคาเต็มดวง ที่จะเห็นในประเทศไทยครั้งต่อไป จะเกิดในวันที่ 11 เมษายน พ.ศ. 2613 ที่จังหวัดประจวบคีรีขันธ์

• อุปราคา
• จันทรุปราคา
• ชั้นบรรยากาศของดวงอาทิตย์