หากจะกล่าวถึงบทเพลงอันแสนไพเราะ ความงดงามของเสียงดนตรีที่เราได้ยินกันมาเนินนานตั้งแต่สมัยเก่าแก่ ยุคฟื้นฟูศิลปวัฒนธรรม บทเพลงที่มีการสืบสานต่อยอดและพัฒนามาเรื่อย ๆ ทุกยุคทุกสมัย มนุษย์ผู้แสนทะเยอทะยานต่างพากันแสวงหาความงดงามเหล่านี้มากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นดนตรีที่มีความหลากหลายมากขึ้น ทำนองที่มีอัตราส่วนง่าย ๆ
ความทะเยอทะยานของมนุษย์กลุ่มหนึ่งที่กำลังตามหาเสียงแห่งสวรรค์ สมองของพวกเขาพยายามค้นหาสิ่งเหล่านี้ จนพวกเขาได้พบกับเสียงดนตรีแห่งสวรรค์ นักปรัชญาในยุคเรเนซองค์ได้ค้นพบอัตราส่วนของคาบการโคจรของดาวเคราะห์กับโน้ตดนตรีนั้นมีอัตราส่วนอย่างง่าย ๆ แบบเดียวกัน
เพลงของ TRAPPIST-1
เมื่อปี 2016 องค์การนาซาได้ออกมาประกาศให้ชาวโลกได้รับรู้ว่าโลกเราอาจจะไม่ได้มีเราอยู่เพียงลำพัง พวกเขาได้ค้นพบระบบดาวเคราะห์ Trappist-1 ใหม่ที่มีจำนวนสมาชิกในครอบครัว 7 ดวง ซึ่งดาวเคราะห์ทั้งหมดที่ค้นพบนั้นมีองค์ประกอบส่วนใหญ่ไม่ได้เป็นก๊าซไฮโดรเจน และก็ยังไม่สามารถยืนยันได้ว่าพบเจอโมเลกุลของน้ำ
ดาวเคราะห์พวกนี้ถูกเรียกชื่อตั้งแต่ b จนไปถึง h โดยเรียงตามลำดับใกล้ดาวฤกษ์มากที่สุดเป็นต้นไป ดาวเคราะห์ TRAPPIST-1 b ที่อยู่ใกล้กับดาวฤกษ์มากที่สุดนั้น ใช้เวลาโคจรรอบดาวฤกษ์เพียงแค่ 1.5 วันของบนโลก ส่วนดาวเคราะห์ TRAPPIST-1 h ที่อยู่ไกลที่สุดนั้นใช้เวลาไปเพียงแค่ 18.76 วันบนโลก เห็นได้ว่าดาวเคราะห์พวกนี้มันมีอัตราการโคจรรอบดาวฤกษ์ใจกลางที่เร็วกว่าคาบการโคจรของดาวพุธที่เป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดด้วยซ้ำ
ภาพแสดงองค์ประกอบต่าง ๆ ของดาวเคราะห์ในระบบ TRAPPIST-1 เทียบกับองค์ประกอบของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ที่มา – NASA
คาบการโคจรของระบบดาวเคราะห์ TRAPPIST-1 สามารถคำนวณหาได้โดยใช้วิธีการทางดาราศาสตร์ผสมผสานกับฟิสิกส์ โดยนักดาราศาสตร์ได้สังเกตเห็นว่าอัตราการโคจรของดาวเคราะห์ในระบบนี้มีอัตราส่วนอย่างง่าย นั้นก็คือ 2:3:4:6:9:15:24 ซึ่งอัตราส่วนอย่างง่ายพวกนี้ มาจากการสั่นพ้องของวงโคจร หรือที่เรียกว่า Orbital resonances ในตอนก่อกำเนิดระบบดาวเคราะห์ TRAPPIST-1 ที่เกิดการสั่นพ้องของดาวเคราะห์จนทำให้มีอัตราส่วนเป็นเลขลงตัวอย่างง่าย ๆ
นักดาราศาสตร์ได้นำแบบจำลองของวงโคจรของดาวเคราะห์แต่ละดวงในระบบดาวเคราะห์นี้มาทำให้อยู่ในรูปของเสียงดนตรี ซึ่งเขานำคาบการโคจรมาคูณเข้ากับ 212 ล้าน เพื่อปรับให้อยู่ในคลื่นเสียงที่มีความถี่ที่มนุษย์สามารถได้ยินได้ แล้วไปเทียบกับตัวโน้ตว่าดาวเคราะห์ดวงนี้จะเป็นตัวโน้ตอะไร ต่อมาเขาได้กำหนดให้ตัวโน้ตของดาวเคราะห์แต่ละดวงจะต้องเล่นทุกครั้งเมื่อโคจรผ่านหน้าดาวฤกษ์และเสียงของกลองจะออกมาทุกครั้งเมื่อเกิดการ Orbital Resonances กันของดาวเคราะห์ที่มีการโคจรไปในตำแหน่งเดียวกัน ซึ่งสามารถฟังเสียงเพลงแห่งสวรรค์ของระบบดาว TRAPPIST-1 ได้จากวิดีโอนี้
แนวคิดเกี่ยวกับความงดงามระหว่างศิลปะและอัตราส่วนพื้นฐานของคาบการโคจรนี้ มนุษย์ได้มีการค้นพบมานานตั้งแต่สมัยยุคเรเนซองต์เมื่อนานมาแล้ว โดยนักดนตรีพบว่าเมื่อใดก็ตามที่ตัวโน้ตเหล่านั้นมีความถี่ที่เป็นสัดส่วนง่าย ๆ กัน จะเกิดความไพเราะขึ้น และแนวคิดของนักปรัชญาในยุคนั้นก็ได้สังเกตว่าอัตราส่วนระหว่างคาบการโคจรของดาวเคราะห์กับโน้ตดนตรีนี้ มีลักษณะเป็นอัตราส่วนง่าย ๆ เช่นเดียวกัน
ประวัติศาสตร์ของการค้นพบ
นักปราชญ์หลายคนในยุคเรเนซองค์ได้ศึกษาในเรื่องการโคจรของดาวเคราะห์ ยกตัวอย่างเช่น กาลิเลโอ บุคคลที่ใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องขึ้นไปบนฟากฟ้า มองหาดาวเคราะห์ดวงที่ 5 เมื่อนับจากดวงอาทิตย์ แล้วสังเกตดาวดวงเล็ก ๆ ทั้ง 4 ที่โคจรรอบดาวพฤหัสบดีดวงนี้ นับเป็นเวลาหลายวันที่เขาสังเกตการณ์และทำการจดบันทึกลงในกระดาษของเขาทุกวัน
กระดาษบันทึกบางส่วนของกาลิเลโอที่บรรทึกการสังเกตบริวารดาวพฤหัสบดีทุก ๆ วัน ที่มา – Collection of Galileo Drawing Of Jupiter
บันทึกการโคจรของดาวบริวารทั้งสี่ดวงของดาวพฤหัสบดีนี้ทำให้กาลิเลโอได้ทราบถึงข้อมูลบางอย่าง ที่สนับสนุนทฤษฎีระบบสุริยะที่กล่าวว่าดวงอาทิตย์คือศูนย์กลางของระบบสุริยะ และยังทำให้เขารู้มากขึ้นไปอีกว่า ยังมีดาวบริวารดวงอื่นที่โคจรรอบดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์อีกที (ไม่งงเนาะ)
และที่สำคัญไปกว่านั้นคือการเกิด Orbital Resonances ในบริวารของดาวพฤหัสบดีที่กาลิเลโอเป็นค้นพบ อธิบายง่าย ๆ เกี่ยวกับปรากฎการณ์นี้ก็คือการที่เราวิ่งแข่งกับเพื่อนของเราในสนามวิ่งที่เป็นวงกลม มีเราอยู่ลู่ด้านในสุด และเพื่อนอยู่ด้านนอก พอเริ่มออกตัวเรากับเพื่อนออกตัวไปพร้อมกัน แต่บังเอิญว่าเราที่อยู่ลู่วิ่งในสุด เราก็จะวิ่งเร็วมาก ๆ เร็วขนาดที่ว่าเราวิ่งมาครบรอบได้ 1 รอบแล้วแต่เพื่อนยังไปได้ไม่ถึงไหน เราจึงวิ่งไปหาเพื่อนของเราเพื่อส่งสัญญาณให้เพื่อนว่า “กูวิ่งครบรอบแล้วนะ” นี้คือหลักการของ Orbital Resonances อย่างง่าย ๆ
ส่วนภาพ GIF ด้านล่างนี้จะเสริมความเข้าใจอะไรอีกหน่อยสำหรับการเกิด Orbital resonances ของดาวบริวารดาวพฤหัสบดีที่กาลิเลโอเป็นคนค้นพบ
Orbital resonances of the Galilean moons of Jupiter ที่มา – The Planetary Society
ซึ่งแนวคิดพวกนี้ทำให้เด็กสาวผู้ที่มีใจรักทางด้านวิทยาศาสตร์และดาราศาสตร์ เริ่มสนใจเกี่ยวกับคาบวงโคจรของดาวบริวารดาวเคราะห์ต่าง ๆ ในระบบสุริยะ ที่อาจจะให้ความสัมพันธ์อะไรบางอย่างกับดนตรีในยุคเรเนซองค์ เธอได้ศึกษาเสียงดนตรีในยุคเรเนซองค์ไปพร้อม ๆ กับการศึกษางานวิจัยของชาวต่างชาติที่ศึกษาเกี่ยวกับคาบการโคจรของดาวเคราะห์ในระบบ TRAPPIST-1 กับเสียงดนตรี
เสียงดนตรีจากดวงจันทร์ของดาวยูเรนัส
น้องกิ๊ก นิศาชล คำลือ เธอเรียนอยู่ที่โรงเรียนศรีสวัสดิ์วิทยาคาร จังหวัดน่าน วิธีการที่น้องกิ๊กได้เลือกที่จะทำคือการเก็บข้อมูลด้วยตัวเองจากการถ่ายภาพบริวารดาวยูเรนัสด้วยกล้องโทรทรรศน์ ชนิดสะท้อนแสงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 เมตรจาก หอดูดาวเฉลิมพระเกียรติ 7 รอบ พระชนมพรรษา นครราชสีมา และข้อมูลเพิ่มเติมจากฐานข้อมูลที่เชื่อถือได้บนอินเทอร์เน็ต
กราฟความสัมพันธ์ระหว่างตำแหน่งของดวงจันทร์บนพิกัดแกน x ของไทเทเนียที่เปลี่ยนไปในแต่ละ วันกับเวลาได้คาบเฉลี่ย 8.27 ± 5.05 % วัน
เบื้องหลังดนตรี และสมการ
น้องกิ๊กได้นำคาบการโคจรของดาวแต่ละดวงมาหาอัตราส่วนอย่างง่าย แล้วนำคาบการโคจรของแต่ละดวงในหน่วย วินาที มาแปลงเป็นความถี่ โดยใช้สมการ f = 1/Tและนำเอาค่าที่ได้มาคูณกับค่าคงที่ในสมการ fm = fk โดยที่น้องกิ๊กกำหนดให้ความถี่ที่มนุษย์สามารถได้ยินของดาวบริวารดวงนอกสุดให้เป็น 130.81 เฮิร์ต จะได้ค่าคงที่ (k) ของสมการออกมาก แล้วนำไปแทนค่าในสมการเดิมเพื่อหาความถี่เสียงที่มนุษย์สามารถได้ยินของดาวบริวารแต่ละดวงต่อไป แล้วนำความถี่ที่ได้ไปเทียบกับตารางความถี่ของโน้ตดนตรีแต่ละตัว ก็จะได้ตัวโน้ตของดาวบริวารดวงนั้น ๆ มา
ตัวโน้ตของดาวบริวารของดาวยูเรนัสที่ได้มาจากกราฟมี 3 ดวง
- อัมเบรียล F4
- ไทเทเนีย F#3
- โอเบรอน C3
ส่วนโน้ตที่มาจากฐานข้อมูลของดาวยูเรนัสได้ตัวโน้ตทั้ง 5 ดวงคือ
- มิแรนด้า D#6
- แอเรียล F5
- อัมเบเรียล G#4
- ไทเทเนีย G#3
- โอเบรอน C3
นอกจากนี้น้องกิ๊กยังได้ศึกษาเกี่ยวกับดาวบริวารของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เพิ่มเติมจากฐานข้อมูลขององค์กรนาซา
เมื่อได้โน้ตดนตรีครบทุกตัวแล้วน้องกิ๊กได้นำเอาโน้ตดนตรีมาใส่ในโปรแกรม Mixcraft 8 Recording Studio ตามอัตราส่วนอย่างง่ายที่หาได้จากคาบการโคจรในตอนแรก และเมื่อดาวบริวารเคลื่อนที่มาเจอกันให้แทนเป็นเสียงดนตรีเคาะจังหวะตามความเหมาะสม เสร็จแล้วจะได้เสียงดนตรีจากดาวเคราะห์ในระบบสุริยะที่มีจังหวะน่าหลงไหล
คุยกับน้องกิ๊ก นิศาชล คำลือ
ทีมงาน SPACETH.CO ได้มีโอกาสพูดคุยกับน้องกิ๊กในงาน TACS 2018 ที่จัดโดยสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ เธอได้พูดคุยกับทีมงานเรื่องความชอบทางด้านดาราศาสตร์และความหลงไหลในการตั้งคำถามหาคำตอบ รวมถึงมุมมองที่มีต่อการศึกษาปัจจุบัน
สามารถฟังเสียงที่เธอสร้างได้จากคลิปวิดิโอด้านล่าง ประกอบกับบทสัมภาษณ์
ปัจจุบันโครงการของน้องกิ๊กได้รับคัดเลือกจากสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (NARIT) เพื่อร่วมนำเสนอผลงานวิชาการดาราศาสตร์ ในงาน Junior session -ASJ2019 ของ Astronomical Society of Japan ณ มหานครโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น
หลาย ๆ คนเคยพูดว่าดาราศาสตร์ และอวกาศเป็นเรื่องที่ไกลตัวเรา เรียนไปทำไม ศึกษามันไปทำไม ไร้สาระ แต่ความไร้สาระของมันทำให้เกิดเทคโนโลยีต่าง ๆ ขึ้นมามากมายไม่ว่าจะเป็นจรวด ยานอวกาศที่เราพยายามสร้างและส่งมันไปสำรวจต่าง ๆ กล้องโทรทรรศน์ แว่นขยายที่ถือกำเนิดขึ้นมา มันก็มาจากความไร้สาระของมนุษย์ที่พยายามสร้างขึ้นมาเพื่อตอบสนองความต้องการของตัวเองที่อยากรู้จักอวกาศให้มากขึ้น ไม่เพียงแต่น้องกิ๊กที่มีความสนใจในเรื่องที่เธอศึกษาและพยายามหาคำตอบให้กับตัวเอง ผู้เขียนยังเชื่อว่ามีมนุษย์อีกหลายคนที่ให้ความสนใจทางด้านดาราศาสตร์ ดวงดาวและอวกาศและกำลังพยายามหาคำตอบให้กับคำถามที่ติดอยู่ภายในจิตใจของตนเองอยู่
แล้วคุณละ อยากตามหาคำตอบให้กับคำถามนั้นหรือเปล่า ?
เรียบเรียงโดยทีมงาน SPACETH.CO
อ้างอิง
Orbital resonances of the Galilean moons of Jupiter
