การเคลื่อนที่ของทรงกลมท้องฟ้า
เมื่อเราอยู่กลางแจ้งและมองไปรอบๆ ตัว เราจะเห็นพื้นโลกทอดไกลออกไปจรดขอบฟ้าเป็นรูปครึ่งวงกลม เราเรียกเส้นตัดระหว่างพื้นโลกกับขอบฟ้าว่า เส้นขอบฟ้า (Horizon) เส้นขอบฟ้าเป็นเส้นวงกลมล้อมรอบตัวในแนวราบ เมื่อสังเกตการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ในเวลาเช้า จะเห็นดวงอาทิตย์โผล่ขึ้นมาจากขอบฟ้าด้านหนึ่ง เรียกว่า ทิศตะวันออก
และดวงอาทิตย์ จะเคลื่อนที่ขึ้นสูงที่สุดในเวลาประมาณเที่ยงวัน จากนั้นดวงอาทิตย์จะเคลื่อนต่ำลงกระทั่งตกลับขอบฟ้าอีกด้านหนึ่งเรียกว่า ทิศตะวันตก การขึ้น – ตกของดวงอาทิตย์ เกิดจากการหมุนรอบตัวเองของโลกตามแกนเหนือ – ใต้ ดังนั้นการกำหนดทิศทางบนโลก จึงแบ่งออกเป็น 4 ทิศหลัก คือ ทิศตะวันออก (East) ทิศตะวันตก (West) ทิศเหนือ (North) และทิศใต้ (South) โดยทิศทั้งสี่มีความสัมพันธ์กันดังนี้
ในการบอกตำแหน่งเทห์วัตถุท้องฟ้าอย่างง่าย ซึ่งเรียกว่า ระบบ “อัลตาซิมุท” (Alt-azimuth) นั้น เราบอกด้วยค่ามุมสองชนิด คือ มุมอาซิมุท และมุมเงยมุมอาซิมุท (Azimuth) เป็นมุมในแนวราบ นับจากทิศเหนือ ในทิศทางตามเข็มนาฬิกา ไปยังทิศตะวันออก ทิศใต้ ทิศตะวันตก และกลับมาทิศเหนืออีกครั้งหนึ่ง มีค่าระหว่าง 0 – 360 องศา มุมเงย (Altitude) เป็นมุมในแนวตั้ง นับจากเส้นขอบฟ้าขึ้นไปสู่จุดเหนือศีรษะ มีค่าระหว่าง
0 – 90 องศา จากตัวอย่างในภาพที่ 4 แสดงให้เห็นว่า ตำแหน่งของดาว มีค่ามุมอาซิมุธ 250° และมีค่ามุมเงย 50°
ระยะเชิงมุม
ในการวัดระยะห่างของดวงดาวและเทหวัตถุต่างๆ บนท้องฟ้านั้น เราไม่สามารถวัดระยะห่างออกมาเป็นหน่วยเมตร หรือกิโลเมตรได้โดยตรงถ้า เราไม่ทราบว่าวัตถุเหล่านั้น อยู่ห่างจากเราเป็นระยะทางเท่าไร ดังนั้นการวัดระยะทางดาราศาสตร์ จึงนิยมวัดออกมาเป็น ระยะเชิงมุม (Angular distance) ตัวอย่างเช่น เราบอกว่า ดาว A อยู่ห่างจาก ดาว B เป็นระยะทาง 5 องศา หรือบอกว่าดวงจันทร์มีขนาดกี่องศา ซึ่งเป็นการบอกระยะห่างและขนาดเป็นเชิงมุมทั้งสิ้น
การวัดระยะเชิงมุม
ระยะเชิงมุมที่วัดได้นั้น เป็นระยะห่างที่ปรากฏให้เห็นเท่านั้น ทว่าในความเป็นจริง ดาว A และดาว B อาจอยู่ห่างจากเราไม่เท่ากัน หรืออาจจะอยู่ห่างจากเราเป็นระยะที่เท่ากันจริงๆ ก็ได้ เนื่องจากดาวที่เราเห็นในท้องฟ้านั้นเราเห็นเพียง 2 มิติเท่านั้น ส่วนมิติความลึกนั้นเราไม่สามารถสังเกตได้
การวัดระยะเชิงมุมอย่างง่าย
ในการวัดระยะเชิงมุมถ้าต้องการค่าที่ละเอียดและมีความแม่นยำ จะต้องใช้อุปกรณ์ที่มีความซับซ้อนมากในการวัด แต่ถ้าต้องการเพียงค่าโดยประมาณ เราสามารถวัดระยะเชิงมุมได้โดยใช้เพียงมือและนิ้วของเราเองเท่านั้น เช่น ถ้าเรากางมือชูนิ้วโป้งและนิ้วก้อย โดยเหยียดแขนให้สุด ความกว้างของนิ้วทั้งสองเทียบกับมุมบนท้องฟ้า จะได้มุมประมาณ 18 องศา ถ้าดาวสองดวงอยู่ห่างกันด้วยความกว้างนี้แสดงว่า ดาวทั้งสองอยู่ห่างกัน 18 องศาด้วย
การใช้มือวัดมุม
ในคืนที่มีดวงจันทร์เต็มดวง ให้เราลองกำมือชูนิ้วก้อยและเหยียดแขนออกไปให้สุด ทาบนิ้วก้อยกับดวงจันทร์ เราจะพบว่านิ้วก้อยของเราจะบังดวงจันทร์ได้พอดี เราจึงบอกได้ว่าดวงจันทร์มี “ขนาดเชิงมุม” (Angular Diameter) เท่ากับ 1/2 องศา โดยขนาดเชิงมุมก็คือ ระยะเชิงมุมที่วัดระหว่างขอบ ของดวงจันทร์นั้นเอง ขนาดเชิงมุมของวัตถุขึ้นอยู่กับระยะห่างของวัตถุกับผู้สังเกต และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางจริงของวัตถุนั้น
ขนาดเชิงมุม
ยกตัวอย่าง : ลองจินตนาการภาพลูกบอลวางอยู่ห่างจากเรา 1 เมตร ให้เราลองวัดขนาดเชิงมุมของลูกบอล จากนั้นเลื่อนลูกบอลให้ไกลออกไปเป็นระยะทาง 3 เท่า ขนาดเชิงมุมจะลดลงเป็น 1 ใน 3 ของขนาดที่วัดได้ก่อนหน้านี้ ดังนั้น “ค่าขนาดเชิงมุม” คือ อัตราส่วนของขนาดจริง ต่อ ระยะห่างของวัตถุ
หากต่อแกนหมุนของโลกออกไปบนท้องฟ้าทั้งสองด้าน เราจะได้จุดสมมติเรียกว่า “ขั้วฟ้าเหนือ” (North celestial pole) และ “ขั้วฟ้าใต้” (South celestial pole) โดยขั้วฟ้าทั้งสองจะมีแกนเดียวกันกับแกนการหมุนรอบตัวเองของโลก และขั้วฟ้าเหนือจะชี้ไปประมาณตำแหน่งของดาวเหนือ ทำให้เรามองเห็นเหมือนว่า ดาวเหนือไม่มีการเคลื่อนที่
ขยายเส้นศูนย์สูตรโลกออกไปบนท้องฟ้าโดยรอบ เราจะได้เส้นสมมติเรียกว่า “เส้นศูนย์สูตรฟ้า” (Celestial equator) เส้นศูนย์สูตรฟ้าแบ่งท้องฟ้าออกเป็น “ซีกฟ้าเหนือ” (North
hemisphere) และ “ซีกฟ้าใต้” (South hemisphere) เช่นเดียวกับที่เส้นศูนย์สูตรโลกแบ่งโลก
ออกเป็นซีกโลกเหนือ และซีกโลกใต้
ในความเป็นจริง เราไม่สามารถมองเห็นทรงกลมฟ้าได้ทั้งหมด เนื่องจากเราอยู่บนพื้นผิวโลก จึงมองเห็นทรงกลมฟ้าได้เพียงครึ่งเดียว และเรียกแนวที่ท้องฟ้าสัมผัสกับพื้นโลกรอบตัวเราว่า “เส้นขอบฟ้า” (Horizon) ซึ่งเป็นเสมือน เส้นรอบวงบนพื้นราบ ที่มีตัวเราเป็นจุดศูนย์กลาง
หากลากเส้นโยงจากทิศเหนือมายังทิศใต้ โดยผ่านจุดเหนือศรีษะ จะได้เส้นสมมติซึ่งเรียกว่า “เส้นเมอริเดียน” (Meridian)
หากลากเส้นเชื่อมทิศตะวันออก-ทิศตะวันตก โดยให้เส้นสมมตินั้นเอียงตั้งฉากกับขั้วฟ้าเหนือตลอดเวลา จะได้ “เส้นศูนย์สูตรฟ้า” ซึ่งแบ่งท้องฟ้าออกเป็นซีกฟ้าเหนือและซีกฟ้าใต้ หากทำการสังเกตการณ์จากประเทศไทย ซึ่งอยู่บนซีกโลกเหนือ จะมองเห็นซีกฟ้าเหนือมีอาณาบริเวณมากกว่าซีกฟ้าใต้เสมอ
เมื่อมองจากพื้นโลกเราจะเห็นทรงกลมท้องฟ้าเคลื่อนที่จากทิศตะวันออกไปยังทิศตะวันตก อย่างไรก็ตามเนื่องจากโลกของเราเป็นทรงกลม ดังนั้นมุมมองของการเคลื่อนที่ของทรงกลมท้องฟ้า ย่อมขึ้นอยู่กับตำแหน่งละติจูด (เส้นรุ้ง) ของผู้สังเกตการณ์ เป็นต้นว่า ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่บนเส้นศูนย์สูตร หรือละติจูด 0° ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่ที่ขอบฟ้าด้านทิศเหนือพอดี
ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูดสูงขึ้นไป เช่น ละติจูด 13° ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่สูงจากขอบฟ้า 13° (ภาพที่ 4) ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ขั้วโลกเหนือ หรือละติจูด 90° ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่สูงจากขอบฟ้า 90° (ภาพที่ 5) เราสามารถสรุปได้ว่า ถ้าผู้สังเกตการณ์อยู่ที่ละติจูดเท่าใด ขั้วฟ้าเหนือจะอยู่สูงจากขอบฟ้าเท่ากับละติจูดนั้น
