โลกเราหมุนเร็วแค่ไหน ยานสำรวจอวกาศใช้แรงเหวี่ยงนี้ จากดาวสู่ดาว

สวัสดีครับ  โลกกลมๆ ใบนี้ถือกำเนิดขึ้นตั้งแต่เมื่อประมาณ 4,540 ล้านปีก่อน ในฐานะดาวเคราะห์ดวงหนึ่งของระบบสุริยะ (Solar system) ที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง โลกที่เราอยู่ใบนี้ อยู่ใกล้ตัวเรามากเสียจนบางเรื่องเรากลับไม่รู้ หรือไม่เคยอยากรู้  ที่จริงแล้วโลกยังมีอีกหลายสิ่ง หลายเรื่องราวที่ถ้าเราได้ศึกษา เราจะได้พบกับความมหัศจรรย์แห่งโลกของเรา  แต่สำหรับวันนี้ผมอยากนำเสนอเรื่องราวเล็กๆ ที่หลายคนอาจไม่เคยรู้มาก่อน

กระทู้ที่แล้วเรื่องอินเดียส่งยานสำรวจดาวอังคารขึ้นสู่ท้องฟ้าได้สำเร็จ และหลังจากนั้น 44 นาที ยานก็ได้เข้าไปอยู่ในวงโคจรของโลก ซึ่งจะใช้เวลาอยู่ที่นี่อีกเกือบ 30 วัน เพื่อจะไปต่อยังดาวอังคาร  มีเพื่อนสมาชิกบางท่านสงสัยว่าจะไปดาวอังคารแล้วแวะทำไมที่วงโคจรโลกตั้ง 30 วัน จากความสงสัยของเพื่อนสมาชิกจึงเป็นที่มาของเรื่อง "แรงเหวี่ยงจากสนามแรงโน้มถ่วงของโลก"

โลกหมุนรอบตัวเองด้วยความเร็ว 1,674.4 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งนับว่าเร็วมาก เพราะเมื่อเทีียบกับความเร็วที่เราใช้ในการขับรถที่ 120 กม.ต่อชั่วโมง เรายังรู้สึกว่าเร็ว แต่ทำไมโลกหมุนรอบตัวเองเร็วขนาดนี้เราจึงไม่รุ้สึก  ก็เพราะขนาดของโลกมันใหญ่มากเมื่อเทียบกับขนาดตัวของเรา จึงทำให้เราไม่รู้สึกเลยว่าโลกกำลังหมุนอยู่

ไม่ใช่แค่หมุนรอบตัวเองเท่านั้น แต่โลกยังโคจรรอบดวงอาทิตย์ไปด้วยพร้อมๆ กัน ที่ความเร็ว 107,218 กิโลเมตรต่อชั่วโมง แปลกดีใช่หรือเปล่าครับ ในขณะที่เรานั่งอ่านบทความอยู่นี้ เรากำลังเดินทางด้วยความเร็วมหาศาล แต่เรากลับไม่รู้สึกอะไรเลย แล้วอย่างนี้จะไม่ให้กล่าวว่า โลกเรามหัศจรรย์ได้อย่างไรครับ

ภาพจำลองเมื่อยานแคสสินีถึงดาวเสาร์

โลกเรายังมีแรงโน้มถ่วงอีก ถ้าเราจะหนีให้หลุดพ้นจากแรงโน้มถ่วงโลก เราต้องใช้จรวดที่มีความเร็วมากกว่า 40,269.60 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เพื่อให้หลุดพ้น และพุ่งทะยานออกไปนอกโลกได้

จากแรงดึงดูดของสนามแม่เหล็กโลก, ความเร็วในการหมุนรอบตัวเองและรอบดวงอาทิตย์  นักวิทยาศาสตร์จึงใช้ประโยชน์จากเรื่องนี้ในการช่วยขับเคลื่อนยานสำรวจอวกาศ เพื่อลดการใช้พลังงานเชื้อเพลิงเพื่อสำรองไว้ใช้ในยามที่จำเป็นเท่านั้น

ยานพุ่งไปสู่จุดหมายโดยไม่มีเชื้อเพลิง ไปได้อย่างไร จริงๆ มียานสำรวจลำอื่นที่ใช้วิธีนี้ด้วยเช่นกัน แต่สำหรับบทความนี้ผมขอยกตัวอย่างยานแคสสินีในอดีตก็แล้วกันนะครับ 

จากรูปจะเห็นว่ายานอวกาศแคสสินีเดินทางออกจากโลกเมื่อวันที่ 15 ตุลาคม 1997 โดยแรกเริ่มยานอวกาศแคสสินีโคจรอยู่ในวงโคจรรูปวงรีวงโคจรหนึ่งที่มีดวงอาทิตย์เป็นจุดโฟกัสของวงรี จนวันที่ 26 เมษายน 1998 ยานอวกาศแคสสินีเดินทางไปอ้อมหลังดาวศุกร์เพื่ออาศัยสนามแรงโน้มถ่วงจากดาวศุกร์เหวี่ยงตัวยานอวกาศให้เปลี่ยนไปสู่วงโคจรรูปวงรีอีกวงโคจรหนึ่งซึ่งมีดวงอาทิตย์เป็นจุดโฟกัสเช่นกัน แต่มีระยะครึ่งแกนยาวมากกว่าเดิม ซึ่งยานอวกาศแคสสินีจะโคจรอยู่ในวงโคจรนี้อยู่ประมาณ 10 เดือน จนถึงวันที่ 24 มิถุนายน 1999 ก็ไปอยู่ตำแหน่งหลังดาวศุกร์เพื่อเหวี่ยงตัวเองให้หลุดจากวงโคจรเดิมไปสู่วงโคจรรูปวงรีอันใหม่ แต่จะอยู่ในวงโคจรนี้แค่ประมาณ 2 เดือนเท่านั้น ก็จะอาศัยแรงเหวี่ยงจากสนามแรงโน้มถ่วงของโลกและแรงเหวี่ยงจากสนามแรงโน้มถ่วงของดาวพฤหัสบดีเพื่อเดินทางไปยังจุดหมายคือดาวเสาร์ต่อไป สรุปแล้วในการเดินทางของยานอวกาศแคสสินีจากโลกไปยังดาวเสาร์ใช้เวลาประมาณเกือบ 7 ปี และอยู่ภายใต้วงโคจรรูปวงรีที่มีดวงอาทิตย์เป็นจุดโฟกัสทั้งหมด 5 วงโคจร โดยการเปลี่ยนวงโคจรจะใช้แรงเหวี่ยงจากสนามแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ 3 ดวง ดังนั้นการคำนวณแผนการเดินทางจากโลกไปยังดาวเสาร์ของยานอวกาศแคสสินีจึงต้องอาศัยความแม่นยำและรายละเอียดของตัวเลขพารามิเตอร์ต่างๆ อย่างมาก

ยานสำรวจดาวอังคารของอินเดียก็เช่นกัน ก็ใช้หลักการนี้ จึงจำเป็นที่จะต้องอยู่ในวงโคจรโลกเป็นเวลาเกือบ 30 วัน เพื่อรอจุดที่เหมาะสม และสะสมแรงเหวี่ยงเพื่อทะยานต่อไปยังดาวอังคาร โดยแทบไม่ต้องใช้พลังงานเชื้อเพลิงเลย

คลิปตัวอย่างการเดินทางโดยอาศัยแรงเหวี่ยงจากสนามแรงโน้มถ่วง

หวังว่าคงสร้างความเข้าใจให้กับผู้อ่านเกี่ยวกับการขับเคลื่อนยานโดยอาศัยแรงเหวี่ยงจากการหมุนรอบตัวเองของดวงดาว และพร้อมกับการโคจรรอบดวงอาทิตย์กันพอสมควร  อาจจะเข้าใจยากสักหน่อย แต่ไม่นานหากเราศึกษาเรื่องราวเหล่านี้เป็นประจำ เรื่องยากๆ บางเรื่อง เราก็สามารถเข้าใจได้ในที่สุด ทุกวันนี้ผมเองก็ยังคงเก็บเกี่ยวความรู้อยู่เหมือนกัน โลกเราช่างมหัศจรรย์จริงๆ  แล้วพบกันใหม่ครับ...mata

เขียนโดย  พรชัย  สังเวียนวงศ์  (mata)

ขอบคุณภาพจาก

http://rosalienebacchus.files.wordpress.com/2012/04/planet-earth-from-space.jpg

http://www.nasa.gov/images/content/59913main_interplanetary.jpg

http://202.143.161.21/astro/thaiastro.nectec.or.th/news/img/cassi01.jpg

ขอบคุณคลิปจาก

http://www.youtube.com/watch?v=nReuwuv5YRE