Fri 29 Jan 2021

THE REASONS BEHIND SEASONS

ร่วมหาคำตอบว่า ฤดูกาลเกิดจากอะไร?

ภาพ: ms.midsummer

     คุณคิดว่าฤดูกาลบนโลกเกิดจากอะไร?

     ถ้าคุณคิดว่าฤดูกาลเกิดจากระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ที่โคจรเข้ามาใกล้และไกลออกไป จนทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนไปตามฤดูกาล…

     ขอแสดงความเสียใจด้วย เพราะนั่นคือคำตอบที่ผิด! 

     แต่ว่าคุณไม่ได้ผิดอยู่คนเดียวหรอกนะ เพราะแม้กระทั่งบิณฑิตจบใหม่จากมหาวิทยาลัยชื่อดังก็ยังตอบคำถามนี้ผิดเช่นเดียวกัน เพราะนี่คือคำตอบที่สารคดี A Private Universe ได้รับ เมื่อไปสัมภาษณ์บัณฑิตฮาร์วาร์ดจบใหม่ในปี 1987 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าคนเป็นจำนวนมาก (รวมถึงคนที่จบมหาลัยชื่อดังอย่างฮาร์วาร์ด) ยังมีความเข้าใจผิดเกี่ยวกับการเกิดของฤดูกาล

     ว่าแต่ว่า คำอธิบายนี้มันผิดตรงไหน?

     อันดับแรก ถ้าหากว่าฤดูหนาวเกิดขึ้นจากการที่โลกโคจรห่างดวงอาทิตย์จริงๆ เราก็ควรจะพบว่าทุกส่วนของโลกน่าจะหนาวพร้อมกันหมด แต่ในความเป็นจริงแล้ว ขณะที่ชาวยุโรปและอเมริกันออกไปปั้นตุ๊กตาหิมะ หรือนั่งผิงไฟรอซานต้าในช่วงเดือนธันวาคม ชาวออสเตรเลียกลับสวมบิกินี่ฉลองคริสต์มาสอยู่ที่ชายหาด เพราะในช่วงฤดูหนาวของซีกโลกเหนือเป็นฤดูร้อนของฝั่งซีกโลกใต้

     เป็นความจริงอยู่ว่าวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์นั้นเป็นวงรี โลกจึงไม่ได้อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เท่ากันตลอดทั้งปี ทำให้บางครั้งโลกก็อาจจะอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์หน่อย บางครั้งก็อยู่ห่างหน่อย แล้วเราจะเอาปรากฏการณ์นี้มาอธิบายฤดูกาลไม่ได้เลยหรือไง?

     นั่นจึงนำมาสู่คำถามถัดไปว่า คุณคิดว่าโลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด (เรียกว่า perihelion) ในช่วงเดือนไหนของปี? 

     เมษายน? มิถุนายน? สิงหาคม?

     คำตอบก็คือ… 

     ช่วงประมาณวันที่ 2 มกราคมของทุกปี

     มกราคม??? ช่วงที่เวลาจะอาบน้ำตอนเช้าต้องรวบรวมความกล้าอันมหาศาลน่ะเหรอ? 

     ใช่ ช่วงนั้นแหละ คือช่วงที่โลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด

     ซึ่งสาเหตุที่ช่วงเดือนมกราคมจะหนาว ทั้งๆ ที่โลกอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุด ก็เพราะว่าระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์แทบไม่มีผลอะไรต่อฤดูกาลน่ะสิ เพราะถึงแม้ว่าโลกจะเขยิบเข้าไปใกล้ดวงอาทิตย์กว่าปรกติถึง 5 ล้านกิโลเมตร! แต่เราก็ต้องเทียบว่าปรกติมันอยู่ห่างออกไปไกลถึง 150 ล้านกิโลเมตรด้วย เปรียบเทียบกันแล้วก็คงไม่ต่างอะไรกับการพยายามทำให้ตัวเองอุ่นขึ้นจากกองไฟที่อยู่ห่างออกไป 1 เมตร โดยการเขยิบเข้าไปใกล้ขึ้นเพียงแค่ 1 นิ้ว ซึ่งแทบไม่ได้ทำให้รู้สึกถึงความอบอุ่นอยู่ดี

     แล้วถ้างั้น… อะไรเป็นตัวการที่แท้จริงที่ทำให้เกิดฤดูกาลล่ะ?

     ตัวการที่แท้จริงที่ทำให้เกิดฤดูกาลนั้น มาจากแกนโลกที่เอียงต่างหาก 

     เราอาจจะทราบกันว่าแกนโลกเอียง 23.5 องศา ซึ่งถ้าเราไปอยู่บนดาวเคราะห์ดวงอื่นที่แกนไม่มีความเอียงเลย เราก็อาจพบว่าดาวดวงนั้นไม่มีฤดูกาล และแสงอาทิตย์ที่ตกลงที่หนึ่งบนดาวเคราะห์ดวงนั้นจะเหมือนเดิมตลอดทั้งปี แต่บนโลกของเราซึ่งแกนมีความเอียง ในบางช่วงระหว่างโลกโคจรก็จะเอียงหันเอาด้านซีกเหนือของตัวเองออกจากดวงอาทิตย์ และซีกใต้หันเข้า ทำให้เป็นฤดูหนาวในซีกโลกเหนือ และฤดูร้อนในซีกโลกใต้ และพออีกหกเดือนให้หลังก็จะสลับกัน

     ถึงตอนนี้ ผู้อ่านบางคนอาจจะคิดว่า อะฮ้า ดังนั้น ฤดูกาลก็เกิดจากการที่โลก ‘เอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์’ นั่นเอง งั้นคำตอบว่าเกิดจากระยะห่างกับดวงอาทิตย์ก็มีส่วนถูกน่ะสิ!?

     ซึ่งถึงแม้ว่าจะเป็นความจริงอยู่ว่า ช่วงฤดูหนาวของซีกโลกเหนือนั้น มาจากพื้นที่ในซีกโลกเหนือมีการหันออกจากดวงอาทิตย์ และมีระยะห่างจากดวงอาทิตย์มากกว่าปกติ… แต่นั่นเป็นระยะห่างแค่ไม่กี่พันกิโลเมตรเท่านั้น อย่าลืมว่าขนาดเราอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากกว่าปกติถึง 5 ล้านกิโลเมตรในช่วงเดือนมกราคม ฝักบัวในตอนเช้าของเรายังเย็นยะเยือกพอๆ กับจิตใจของเธอตอนไปกับเขาได้เลย ระยะห่างแค่ไม่กี่พันกิโลเมตรจึงไม่สามารถอธิบายถึงฤดูกาลที่เกิดขึ้นได้

     การจะอธิบายถึงการเกิดฤดูกาลบนโลกของเรานั้น ทำได้ง่ายกว่าหากเราอธิบายถึงสองปรากฏการณ์ที่เราสังเกตได้บนโลก

     1. ระยะเวลาของกลางวัน-กลางคืนที่เปลี่ยนไป: ช่วงเดือนมกราคม ซีกโลกเหนือจะหันออกไปจากดวงอาทิตย์ นั่นหมายความว่าเราใช้เวลาส่วนมากอยู่ในเงามืดของโลก กลางคืนจึงยาวกว่ากลางวันในซีกโลกเหนือ

     2. มุมเงยของดวงอาทิตย์ที่เปลี่ยนไป: ในช่วงที่แกนโลกหันซีกโลกเหนือออกจากดวงอาทิตย์ จะทำให้เราที่อยู่ในซีกโลกเหนือเห็นดวงอาทิตย์ต่ำกว่าปกติ แทนที่ดวงอาทิตย์ตอนเที่ยงวันจะเป็นแดดเปรี้ยงๆ อยู่เหนือศีรษะ ก็กลายเป็นเยื้องลงมาทางใต้หน่อย เทียบเท่าแดดอ่อนๆ แค่ตอนสายๆ แสงที่ควรจะเป็นบ่ายแก่ๆ จึงเปรียบได้กับตอนเย็น เราจึงได้รับแสงอ่อนกว่าปกติ เพียงเพราะแสงอาทิตย์ต้องลงมาเฉียดๆ พื้นที่เราอยู่แทนที่จะลงมาตรงๆ

โลกช่วงฤดูหนาวเดือนธันวาคมในซีกโลกเหนือ จะเห็นได้ว่าจากตำแหน่งประเทศไทยนั้น เราจะใช้เวลาอยู่ในช่วงเวลากลางวันน้อยลง และดวงอาทิตย์จะทำมุมที่ต่ำลง

     ดังนั้น หากเราต้องการจะตอบสั้นๆ ง่ายๆ ว่าทำไมบางช่วงถึงหนาวกว่าช่วงอื่นในฤดู (season) หรือช่วงอื่นในปีเดียวกัน คำตอบก็คือ หนึ่ง—กลางวันสั้นลง สอง—ดวงอาทิตย์อยู่ต่ำกว่าเดิม ซึ่งทั้งหมดเป็นเพราะว่า #แกนโลกมันเอียง

     แต่หากเราอยากจะกวนตีนและเกรียนกว่านี้ ลองถามต่อไปว่า “แล้วทำไมช่วงนี้ถึงหนาว…เมื่อเทียบกับหลายล้านปีก่อน” คำตอบที่ได้ก็จะเป็นอีกแบบหนึ่งโดยสิ้นเชิง เพราะอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงในช่วงระดับหลายหมื่นหรือล้านปีนั้น จะเป็นเรื่องของ ‘สภาพอากาศ’ (climate) ที่ไม่เกี่ยวกันกับ ‘ฤดูกาล’ (season)

     อุณหภูมิเฉลี่ยของโลกนั้นมีการเปลี่ยนแปลงตลอด เป็นที่รู้กันว่าราว 20,000 ปีที่แล้ว โลกเราอยู่ในยุคน้ำแข็ง พื้นที่โลกส่วนมากปกคลุมไปด้วยน้ำแข็ง แต่หากเราสามารถนั่งไทม์แมชชียนย้อนเวลากลับไปในยุคไดโนเสาร์สัก 65 ล้านปีที่แล้ว… สิ่งแรกที่เราจะพบก็คือมนุษย์อย่างเราๆ นั้นอาจจะหายใจได้ลำบาก เนื่องจากสภาพอากาศที่ร้อนอบอ้าวและองค์ประกอบในชั้นบรรยากาศที่ต่างกันออกไป ทวีปแอนตาร์กติกาในยุคนั้นกลับเต็มไปด้วยพืชและไดโนเสาร์มากมาย[2] และขั้วโลกทั้งสองนั้นไม่ได้ปกคลุมไปด้วยน้ำแข็งอย่างทุกวันนี้

ความจริงแล้วอุณหภูมิบนโลกนั้นไม่ใช่สิ่งที่คงที่ และมีการเปลี่ยนแปลงสลับไปมาตลอดระหว่างยุคที่เย็นและยุคที่อุ่น และสภาพอากาศบนโลกนั้นแทบไม่เคยเหมือนเดิมเลย

     ซึ่งถ้าเราย้อนไปศึกษาอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกที่ถูกบันทึกเอาไว้ในหลักฐานทางธรณีวิทยา[3] ก็จะพบว่าอุณหภูมิของโลกมีการแกว่งไปแกว่งมาในลักษณะที่เป็นวัฎจักร อันเรียกว่า Milankovitch cycles[4] ซึ่งเกิดจากหลายปัจจัยที่ค่อนข้างซับซ้อน ตั้งแต่ความรีของวงโคจรโลก การค่อยๆ ส่ายไปมาของแกนโลก และความเอียงของแกนก็ค่อยๆ เปลี่ยนได้ด้วยอีก ทั้งหมดนี้ทำให้ปริมาณแสงอาทิตย์ที่สาดส่องมาเปลี่ยนแปลงไป และหากแสงอาทิตย์ที่ตกลงมาลดน้อยลงอีกหน่อย อาจทำให้โลกมีน้ำแข็งปกคลุมมากยิ่งขึ้น จนพื้นโลกเป็นสีขาว สะท้อนแสงได้ดี ซึ่งก็จะดูดซับพลังงานแสงได้น้อยลงไปอีก และอาจกลายเป็นยุคน้ำแข็งได้ แต่หากมีปริมาณแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้น ก็จะเกิดภาวะตรงข้าม และทำให้ร้อนขึ้น

     นอกจากนี้ เรื่องของสภาพอากาศยังมีเรื่องของปริมาณก๊าซเรือนกระจกมาเกี่ยวข้องด้วย เพราะปริมาณก๊าซเรือนกระจกโดยเฉพาะคาร์บอนไดออกไซด์ สามารถเปลี่ยนรูปจากก๊าซในชั้นบรรยากาศมาเก็บเอาไว้ในรูปของสิ่งมีชีวิต หรือฟอสซิล (ที่อาจรู้จักกันภายใต้ชื่อของ carbon capture) ทำให้บางครั้งโลกก็มีก๊าซเรือนกระจกมาก แต่บางครั้งก็มีน้อยลง ถ้าโลกมีก๊าซเรือนกระจกมากยิ่งขึ้น ก็จะเปรียบได้กับรถยนต์ที่ตากแดดเปรี้ยงๆ ตอนกลางวัน ที่เปิดประตูออกมาทีก็ร้อนระอุเสียจนไม่อยากขึ้นไปนั่งบนรถ ทำให้โลกร้อนเอาๆ กลายเป็นสภาวะโลกร้อนที่เรากังวลกันอยู่ ณ ตอนนี้นี่เอง

     แม้ว่าทุกวันนี้ สภาพอากาศของเราจะ ‘หนาว’ กว่าในยุคไดโนเสาร์มาก แต่ถ้าเราเทียบกับเมื่อ 20,000 ปีที่แล้ว ก็ถือว่าเราร้อนกว่าเป็นอย่างมาก และเมื่อเราเทียบดูสภาพอากาศในช่วงไม่ถึงร้อยปีที่ผ่านมา เราก็จะพบว่ามันมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เร็วเกินกว่าที่เคยเกิดขึ้นในประวัติศาสตร์โลก ซึ่งนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากก็ตั้งข้อสังเกตว่ามันจะเกี่ยวอะไรกับที่เราไปขุดเอาศพไดโนเสาร์ (ที่เราเรียกกันว่า ‘น้ำมัน’) มาเผาแล้วปล่อยก๊าซเรือนกระจกอย่างคาร์บอนไดออกไซด์ ไปในบรรยากาศแบบไม่บันยะบันยังหรือเปล่านะ ซึ่งเป็นที่มาของไอ้สิ่งที่เราพูดกันเสมอๆ ว่า ‘โลกร้อน’ หรือ climate change นั่นเอง

     ด้วยเหตุนี้ ถ้าเราย้อนกลับไปที่คำถามว่า “ทำไมช่วงนี้ถึงหนาว” เราก็อาจจะพบว่าคำตอบมันอาจจะไม่ได้ง่ายๆ เหมือนกัน

อ้างอิง

https://www.learner.org/series/a-private-universe/1-a-private-universe/

https://www.antarctica.gov.au/about-antarctica/geography-and-geology/geology/antarctic-prehistory/

https://en.wikipedia.org/wiki/Geologic_temperature_record

https://en.wikipedia.org/wiki/Milankovitch_cycles