มหัศจรรย์ฟ้าฝน

มหัศจรรย์ ฟ้าฝน

หมวดวิทยาศาสตร์ ISBN 978-974-484-329-6 ราคา 220 บาท

มหัศจรรย์ ฟ้าฝน ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ

ทำ�ไมท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้า ? รุ้งไม่ได้มีแค่ตัวเดียว รู้จักกับรุ้งสะท้อน ซูเปอร์รุ้ง และอีกหลายรุ้ง ตามล่าหาเส้นโค้งอาทิตย์ทรงกลดกว่า 30 แบบ นาคเล่นนํ้า เหมือนหรือต่างจาก ทอร์นาโด

220.-

มหัศจรรย์ ฟ้าฝน ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ ชมรมคนรักมวลเมฆ

เข้าถึงความงามของสวรรค์ชั้นฟ้า

รังสีลำ�แสง ทรงกลด เงาเมฆ มิราจ รุ้ง นาคเล่นนํ้า

4

จากผู้เขียน

เรื่องราวเกี่ยวกับลมฟ้าอากาศไม่ได้มีแค่เพียงแค่เรื่องฝน พายุ หรือฟ้าร้อง ฟ้าผ่า เท่านั้น แต่ปรากฏการณ์อ่นื ๆ อย่างเช่น รุ้ง การทรงกลด และแสงสี บนท้องฟ้าแบบต่าง ๆ ก็น่าสนใจไม่น้อยเช่นกัน น่าสังเกตว่าเราไม่ค่อยได้ พูดถึงรุ้งอีกนับสิบแบบ และอาทิตย์ทรงกลดอีกกว่า 30 แบบ ที่อาจเกิด ขึ้นได้และมีความน่าทึ่งชวนฉงนจนบางครั้งถึงกับเป็นข่าวในโทรทัศน์ หรือ ลงหน้า 1 ของหนังสือพิมพ์เลยทีเดียว

คุณผู้อ่านที่สนใจเรียนรู้เรื่องราวเกี่ยวกับเมฆ & ปรากฏการณ์ ทางลมฟ้าอากาศแบบสบาย ๆ และเป็นกันเอง สามารถแวะเยี่ยมเว็บของ ชมรมคนรักมวลเมฆ ได้ที่ www.CloudLoverClub.com และสมัครเข้า ร่วมกลุ่มชมรมคนรักมวลเมฆ ใน Facebook ซึ่งในขณะที่เขียนคำ�นำ� อยู่นี้ ชมรมฯ มีสมาชิกราว 2,500 คน และภาพอีกกว่า 7,500 ภาพ

ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ

ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ buncha2509@gmail.com ชมรมคนรักมวลเมฆ จันทร์ 29 พฤศจิกายน 2553

5

สารบัญ

เล่าเรื่องเมืองสวรรค์ บรรยากาศของโลกมีลักษณะอย่างไร ? สีสันท้องฟ้าแสนสดใส อะไรกำ�หนด ? รุ้ง ซูเปอร์รุ้ง & สารพัดรุ้ง รังสีครีพัสคิวลาร์ & เงาเมฆ แสงสุดอลังการ กลอรี่ & เงาปิศาจแห่งบร็อกเคิน มิราจ ภาพลวงตาน่าอัศจรรย์ “อาทิตย์ทรงกลด” ใครว่ามีแค่วงกลม ? เบื้องหลังดวงจันทร์ทรงกลดแบบโคโรนา อัศจรรย์ “จันทร์สีเลือด” เกิดขึ้นได้อย่างไร ? ฝนตก “ห่า” หนึ่ง มากแค่ไหนกัน ? มหัศจรรย์แห่ง “นาคเล่นนํ้า” ทอร์นาโด & นาคเล่นนํ้า มีกลไกการเกิดอย่างไร ? ศิลปะแห่งนํ้าแข็งในธรรมชาติ ดัชนี

6 14 20 42 54 66 78 120 130 134 140 154 174 188

มหัศจรรย์ ฟ้าฝน

6

เล่าเรื่องเมืองสวรรค์ บรรยากาศของโลก มีลักษณะอย่างไร? สวรรค์ ในความคิดของแต่ละคนนั้นอาจจะแตกต่างกันไป บางท่านก็ว่า สวรรค์อยู่ที่การมีชีวิตอย่างสุขสบาย มีกิน มีใช้ ได้เที่ยวสนุก หลายท่านก็ อาจจะบอกว่า สวรรค์อยูใ่ นอก นรกอยูใ่ นใจ แต่ถา้ ถือตามหนังสือไตรภูม-ิ พระร่วง ก็จะบอกว่า สวรรค์เป็นทีอ่ ยูข่ องเทวดา และแบ่งได้เป็นเจ็ดชัน้ หลัก (เอ๊ะ ! ทำ�ไมถึงคล้ายคอนโดฯ สมัยใหม่ ?) เรียงจากตํ่าสุดไปสูงสุด คือ จาตุมหาราชิก ดาวดึงส์ ยามา ดุสิต นิมมานรดี ปรนิมมิตวสวัตดี และ พรหมโลก

สวรรค์ช้นั ล่างสุดหรือจาตุมหาราชิกนั้น เป็นแดนแห่งท้าวจตุโลกบาลผู้ดูแลรักษาโลกทั้งสี่ทิศ และอยู่สูงจากพื้นโลกถึง 46,000 โยชน์ หรือ 736,000 กิโลเมตร (ลองตรวจสอบดูเองด้วยสูตร 1 โยชน์ = 400 เส้น, 1 เส้น = 20 วา และ 1 วา = 2 เมตร) ซึง่ ถ้าคิดตามข้อมูลปัจจุบนั ก็แสดงว่า อยู่ไกลกว่าดวงจันทร์ออกไปอีก เพราะดวงจันทร์อยู่ห่างจากโลก 384,400 กิโลเมตร สำ�หรับสวรรค์ชั้นดุสิต หรือคอนโดชั้น 3 ซึ่งมีแต่ความบันเทิง ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ

7

นั้น เทวดามีอายุยืนถึง 4,000 ปีทิพ ซึ่งเท่ากับ 576 ล้านปีของมนุษย์ !

(1 ปีทิพ = 144,000 ปีมนุษย์)

ส่วนนักอุตุนิยมวิทยาจะบอกว่า สูงขึ้นไปจากผิวโลกนั้น บรรยากาศก็ แ บ่ ง ได้ เ ป็ น ชั้ น ๆ เหมื อ นกั น แต่ ไ ปแค่ ร ะดั บหลายร้อยกิโลเมตร เท่านั้น ไม่ถึงดวงจันทร์แต่อย่างใด โดยวิธีการแบ่งก็มีหลายแบบ แต่ที่ ฮอตฮิตที่สุดคือ แบ่งตามการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเป็นหลัก แถมด้วย ลักษณะเฉพาะต่าง ๆ ได้แก่ องค์ประกอบทางเคมี การเคลื่อนไหว และ ความหนาแน่นของอากาศ ในชั้นล่างสุดซึ่งนับจากผิวโลกนั้น ถ้าสูงขึ้น ไปเรื่อย ๆ อุณหภูมิก็จะยิ่งตํ่า นั่นคือ “ยิ่งสูงยิ่งหนาว” แต่พอพ้นชั้นนี้ อุณหภูมิก็จะค่อนข้างคงที่ในช่วงสั้น ๆ แล้วกลับกลายเป็น “ยิ่งสูงยิ่งร้อน” แผนภาพอย่างง่ายแสดงชั้นบรรยากาศของโลก

มหัศจรรย์ ฟ้าฝน

8

ในชั้นที่ 2 และถ้าเลยออกไปอีกก็จะกลับเป็น “ยิ่งสูงยิ่งหนาว” อีกครั้งใน ชั้นที่ 3 จนสุดท้ายพลิกกลับเป็น “ยิ่งสูงยิ่งร้อน (มาก)” อีกครั้งในชั้นที่ 4 คราวนีจ้ ะร้อนแบบสุด ๆ ส่วนชัน้ ถัดไปเป็นแนวชายแดนระหว่างบรรยากาศ ของโลกกับอวกาศ

ถ้ า ถามนั ก อุ ตุ ฯ ว่ า “สวรรค์ ” ของท่ า นสำ � คั ญ ไฉน ? ท่ า นก็ จ ะ อธิบายว่า หากแม้นไม่มี “สวรรค์” หรือชั้นบรรยากาศแล้วไซร้ กลางวัน บนโลกจะร้อนกว่า 100 ํC ส่วนกลางคืนจะหนาวได้ถึง -180 ํC ทีเดียว นั่นคือ สิ่งมีชีวิตคงจะอยู่กันลำ�บากเหลือเกิน (ถ้ายังทนอึดอยู่ได้)

สวรรค์ชั้นล่างสุดของนักอุตุฯ ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศที่อยู่ติดกับผิว โลกหนาประมาณ 13 กิโลเมตร (แถวเส้นศูนย์สูตรจะหนาถึง 18 กิโลเมตร ส่วนแถวขัว้ โลกจะหนาเพียง 8 กิโลเมตร) ในชัน้ นีอ้ ณ ุ หภูมจิ ะลดลงประมาณ 6.5 ํ​ํC ทุก ๆ ความสูง 1 กิโลเมตร ตามกฎยิง่ สูงยิง่ หนาว จึงไม่นา่ แปลกใจ ที่เวลาเราไปเที่ยวยอดดอย อากาศถึงได้เย็น และแม้แต่ยอดเขาเอเวอเรสต์ ซึ่งสูงที่สุดในโลกถึง 9 กิโลเมตร (29,141 ฟุต) ก็ยังอยู่ในบรรยากาศชั้น ล่างสุดนี้ บรรยากาศชั้นนี้สำ�คัญเหลือเกิน เพราะไม่เพียงแต่จุมวลอากาศ ถึง 75% เท่านั้น แต่มหกรรมทางลมฟ้าอากาศทั้งหลาย ไม่ว่าเมฆจะเกิด ฝนจะตก ฟ้าจะร้อง พายุจะถล่ม หรือเอลนีโญจะมาเยือน ก็จะออกอาการ ในบรรยากาศชั้นนี้ทั้งสิ้น นี่เองคือเหตุผลที่นักวิชาการเรียกบรรยากาศ ชั้นล่างสุดอันเต็มไปด้วยกิจกรรมหลากหลายว่า โทรโพสเฟียร์ (troposphere) ซึ่งมาจากคำ�ว่า tropo (การเปลี่ยนแปลง) + sphere (บริเวณ) ข่าวเกี่ยวกับลมฟ้าอากาศที่กรมอุตุฯ ประกาศหรือเตือนเราอยู่ทุกวี่ทุกวัน ก็คือ ความเคลื่อนไหวของอากาศในชั้นโทรโพสเฟียร์นี่เอง

สวรรค์ชั้นถัดไป หรือบรรยากาศชั้นที่ 2 เป็นบริเวณที่ไม่มีการ หมุนเวียนของอากาศ จึงไม่มีฝน ไม่มีฟ้าแลบฟ้าร้อง ไม่มีพายุ (แต่อาจพบ เมฆชั้นสูงที่เรียกว่า เมฆขนนก (cirrus) ได้บ้าง) อากาศที่สงบนี้จึงเหมาะ ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ

9

ภาพถ่ายชั้นบรรยากาศโลก แถบสีส้มคือชั้นโทรโพสเฟียร์ แถบสีชมพูคือ ชั้นสตราโตสเฟียร์ และแถบสีฟ้าเป็นบริเวณตั้งแต่ชั้นเมโซสเฟียร์จนถึง ชั้นบรรยากาศนอกสุด

บรรยากาศชั้นโทรโพสเฟียร์ซึ่งเต็มไปด้วยมหกรรมทางลมฟ้าอากาศ

มหัศจรรย์ ฟ้าฝน

14

สีสันท้องฟ้าแสนสดใส อะไรกำ�หนด?

ครั้งหนึ่ง ไอแซก อาซิมอฟ ยอดนักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ชื่อดัง ได้ ไป ประชุมที่ภาควิชาฟิสิกส์ของ MIT (Massachusette Institute of Technology นะครับ ไม่ใช่ Made in Thailand) ในช่วงพักเขาไปเข้าห้องนํ้า พลัน สายตาก็เหลือบเห็นกลอนบนผนังห้องซึ่งมีคน (มือบอน) ละเลงไว้อย่าง หวานซึ้งว่า

Tell me why the stars do shine. บอกฉันหน่อยเถิดว่าทำ�ไมดวงดาราจึงส่องแสง Tell me why the ivy twines. บอกฉันหน่อยเถิดว่าทำ�ไมไม้เลื้อยจึงเลื้อยพัน Tell me why the sky is blue. บอกฉันหน่อยเถิดว่าทำ�ไมท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้า And I’ll tell you why I love you ... แล้วฉันจะบอกเธอว่าทำ�ไมฉันจึงรักเธอ…

ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ

15

แต่ละคำ�ถามนี่น่าสนใจทั้งนั้น (โดยเฉพาะคำ�ถามสุดท้าย) แต่ เนื่องจากหนังสือเล่มนี้ไม่เกี่ยวกับปัญหาหัวใจ ผมจึงขอเลือกเฉพาะปัญหา เด็ก ๆ คือเรื่องสีของท้องฟ้าก็แล้วกัน ;-) รู้ ๆ กันอยู่ว่า ท้องฟ้าไม่ได้มีแต่สีฟ้าเท่านั้น ดูอย่างบางลัทธินั่นสิ

เขาบอกว่า “เมื่อฟ้าสีทองผ่องอำ�ไพ ประชาชนจะเป็นใหญ่ในแผ่นดิน !” หรือท้องฟ้ายามเย็นมักมีสีเหลือง ๆ ส้ม ๆ ซึ่งบางทีก็กลายเป็นสีชมพู

สีสันท้องฟ้าเหนือท้องทะเล

ท้องฟ้าสีส้มยามสนธยา

มหัศจรรย์ ฟ้าฝน

54

กลอรี่

&

เงาปิศาจแห่งบร็อกเคิน

ในรายการ เรื่องเล่าเสาร์-อาทิตย์ ซึ่งแพร่ภาพทางช่อง 3 โดยมีคุณสรยุทธ สุทัศนจินดา และคุณภาษิต อภิญญาวาท เป็นผู้ดำ�เนินรายการ มีอยู่ครั้ง หนึ่งได้นำ�เสนอภาพแปลกตาอย่างยิ่ง นั่นคือ ภาพเงาของคนทอดยาวออก ไป โดยมีวงแสงสีรุ้งอยู่รอบเงาของศีรษะ ภาพลักษณะนี้อาจทำ�ให้บางคน นึกถึงนักบุญ (หรือนักบวช) ที่มีวงแสงรอบศีรษะซึ่งดูแล้วศักดิ์สิทธิ์ และ ในช่ ว งหนึ่ ง ของรายการก็ นำ � เสนอข้ อ มู ล ในลั ก ษณะดั ง กล่ า วให้ ผู้ ช มใช้ วิจารณญาณกันเอง

อย่างไรก็ดีปรากฏการณ์เช่นนี้สามารถอธิบายได้ด้วยวิทยาศาสตร์ และอาจเกิดขึ้นในบริบทอื่น ๆ ซึ่งมีเงื่อนไขพื้นฐานทางกายภาพในทำ�นอง เดียวกัน

สมมติ ว่ า คุ ณ ยื น อยู่ บ นที่ สู ง (เช่ น สั น เขา) โดยหันหลังให้ดวง อาทิตย์ซึ่งอยู่สูงจากขอบฟ้าพอประมาณ เบื้องหน้ามีหมอกลอยอยู่ตํ่ากว่า ระดับที่ยืนอยู่ สิ่งที่คุณจะเห็นก็คือ เงาของคุณเองซึ่งทอดยาวออกจาก ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ

55

กลอรี่และเงาปิศาจบร็อกเคิน

ปลายเท้า โดยมีวงแสงสีรุ้งล้อมรอบเงาศีรษะ

ในเบื้ อ งต้ น ผมขอให้ ชื่ อ เรี ย กปรากฏการณ์ ทั้ ง สองอย่ า งนี้ คื อ หนึ่ง – เงาที่ทอดยาวออกไป เรียกว่า เงาปิศาจแห่งบร็อกเคิน (Brocken spectre หรือ The spectre of the Brocken) และสอง – วงแสงสีรุ้ง มหัศจรรย์ ฟ้าฝน

130

อัศจรรย์

“จันทร์สีเลือด” เกิดขึ้นได้อย่างไร?

มั ก อธิ บ ายกั น ง่ า ย ๆ ว่ า จั น ทรุ ป ราคา (lunar eclipse) เกิ ด จากการที่ ดวงจันทร์โดนเงาของโลกบัง โดยจะเกิดในวันเพ็ญ ขึ้น 15 คํ่า หรือวัน แรม 1 คํ่าที่ดวงจันทร์เต็มดวงเท่านั้น แต่ถ้าอธิบายแค่น้ี ก็ง่ายไปหน่อย เพราะจะทำ�ให้คนขี้สงสัยถามว่า แล้วทำ�ไมจันทรุปราคาถึงไม่เกิดทุกเดือน ทั้ง ๆ ที่แต่ละเดือนจะมีวันเพ็ญอย่างน้อยหนึ่งครั้งเสมอ ?

เรื่องนี้เป็นเพราะระนาบที่ดวงจันทร์โคจรไปรอบโลกนั้น ไม่ได้ เป็นระนาบเดียวกับระนาบที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่จะทำ�มุมกัน ประมาณ 5 องศา หากเงาของโลกจะทาบบนดวงจันทร์ ได้ก็แสดงว่า ดวงจันทร์ต้องโคจรมาอยู่ในแนวเดียว (หรือใกล้เคียงมาก ๆ) กับดวง อาทิตย์และโลกพอดี ตำ�แหน่งที่ว่านี้คือจุดตัดระหว่างระนาบของดวง จันทร์-โลก กับ โลก-ดวงอาทิตย์ นั่นเอง

ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ

131

ภาพแผนผังแสดงระนาบการโคจรของดวงจันทร์รอบโลก เอียงทำ�มุมกับระนาบการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์

ภาพแผนผังแสดงบริเวณเงามืดและเงามัว

แต่เรื่องยังไม่จบแค่นี้ เพราะเงาของโลกยังมีเงามืด (umbra) กับ เงามัว (penumbra) โดยในเงามืด โลกจะบังดวงอาทิตย์ไว้มิด แต่ในเงามัว นั้น โลกจะบังดวงอาทิตย์ไว้ไม่หมด จึงยังเหลือแสงที่พุ่งตรงมาบ้าง มหัศจรรย์ ฟ้าฝน

134

ฝนตก “ห่า” หนึ่ง มากแค่ไหนกัน?

ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ

135

เมื่อฝนตกหนัก ๆ เราอาจบอกว่า ฝนตกลงมาห่าใหญ่ ส่วน “ห่าฝน” นั้น ใช้เปรียบเทียบกับอะไรก็ตามที่กระหนํ่าหรือประดังเข้ามามาก ๆ เช่น ฝูง เครื่องบินทิ้งระเบิดถล่มเป้าหมายเป็นห่าฝน ในช่วงสงกรานต์ของทุก ๆ ปี ประกาศสงกรานต์จะมีข้อความ

ตอนหนึ่งพาดพิงหน่วย “ห่า” นี้ด้วย เช่น ประกาศสงกรานต์ของปี พ.ศ.

2551 ระบุว่า “ปีนี้ วันอาทิตย์เป็นอธิบดีฝน บันดาลให้ฝนตก 400 ห่า ตกใน

โลกมนุษย์ 40 ห่า ตกในมหาสมุทร 80 ห่า ตกในป่าหินพานต์ 120 ห่า ตกในเขาจักรวาล 160 ห่า นาคให้นํ้า 4 ตัว...” น่าสงสัยไหมล่ะครับว่า ฝน 1 ห่านั้นมากน้อยแค่ไหนกัน ?

ลองเปิดพจนานุกรมฉบับมติชนก็ได้ความโดยย่อว่า

ห่า น. จำ�นวนฝนที่วัดโดยวิธีเอาผ้ากว้างวายาววากางกลางแจ้ง แล้วเอาบาตรรอง นํ้าฝนเต็มบาตรเท่ากับ 1 ห่า

ส่วนพจนานุกรมฉบับราชบัณฑิตยสถาน พ.ศ. 2542 ก็ ให้ความ หมายไว้ ในทำ�นองเดียวกัน

ห่า (โบ) น. หน่วยวัดปริมาณนํ้าฝนโดยกำ�หนดว่า ถ้าตกลงมา เต็มบาตรขนาดกลางที่ตั้งรองไว้กลางแจ้ง เรียกว่า นํ้าฝนห่าหนึ่ง

ความหมายของคำ�ว่า ห่า จากพจนานุกรมทั้งสองเล่มนี้เป็นแบบ ย่อเท่านั้น เพราะมีผู้ ให้คำ�จำ�กัดความละเอียดกว่า คือ สมเด็จพระมหา สมณเจ้า กรมพระยาปวเรศวริยาลงกรณ์ ซึ่งถือว่าเป็นบุคคลแรกของไทย ที่ริเริ่มการวัดนํ้าฝนอย่างจริงจัง และมีแง่มุมอันน่าทึ่งที่สุดคือ ท่านทรงคิด วิธีการวัดปริมาณนํ้าฝนด้วยตนเอง อีกทั้งยังทรงจดบันทึกปริมาณฝนตก รายวันอย่างต่อเนื่องยาวนานถึง 45 ปี ! ในบทความ “จดหมายเหตุ ก ารวั ด นํ้ า ฝนของสมเด็ จ พระมหา

สมณเจ้า กรมพระยาปวเรศวริยาลงกรณ์” เขียนโดย ศาสตราจารย์ (พิเศษ) มหัศจรรย์ ฟ้าฝน

มหัศจรรย์ ฟ้าฝน

หมวดวิทยาศาสตร์ ISBN 978-974-484-329-6 ราคา 220 บาท

มหัศจรรย์ ฟ้าฝน ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ

ทำ�ไมท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้า ? รุ้งไม่ได้มีแค่ตัวเดียว รู้จักกับรุ้งสะท้อน ซูเปอร์รุ้ง และอีกหลายรุ้ง ตามล่าหาเส้นโค้งอาทิตย์ทรงกลดกว่า 30 แบบ นาคเล่นนํ้า เหมือนหรือต่างจาก ทอร์นาโด

220.-

มหัศจรรย์ ฟ้าฝน ดร. บัญชา ธนบุญสมบัติ ชมรมคนรักมวลเมฆ

เข้าถึงความงามของสวรรค์ชั้นฟ้า

รังสีลำ�แสง ทรงกลด เงาเมฆ มิราจ รุ้ง นาคเล่นนํ้า