เรียกได้ว่าทุกวันนี้คงจะไม่มีใครสงสัยว่าโลกกลมกันอีกแล้ว (เว้นเสียแต่ว่าคุณจะเป็นพวกทฤษฎีสมคบคิดที่เชื่อมั่นในเรื่องโลกแบน) แถมเรายังจะพบว่าความ ‘กลม’​ นั้น เป็นหนึ่งในไม่กี่อย่างที่ ‘โลก’ และ ‘ดาวเคราะห์’ เพื่อนบ้านในระบบสุริยะมีร่วมกัน แม้ว่าจะมีหน้าตาที่แตกต่างกันก็ตาม

ขนาดชาวโลกแบนเขายังเชื่อว่าดาวเคราะห์เป็นทรงกลมเลย!
ภาพจาก: twitter @marcposner

     แล้วทำไมถึงไม่มีดาวเคราะห์ทรงสี่เหลี่ยม พีระมิด รูปโดนัท หรือรูปแปลกประหลาดอื่นๆ อีกเลย? ทำไมถึงต้องเป็นทรงกลมด้วย?

     คำตอบสั้นๆ ก็คือ ‘สมอุลอุทกสถิต’ หรือ ‘Hydrostatic Equilibrium’

     ว่าไงนะ? นายจะบอกว่าคำตอบสั้นๆ นี้มันไม่ปัง อยากได้คำตอบแบบยาวๆ ที่มีความเป็นภาษาคนแทนใช่ไหม?

     ได้!

     แต่ก่อนอื่น เราต้องเริ่มจากทำความรู้จัก ‘แรงโน้มถ่วง’ ก่อน

     เราทุกคนรู้จักแรงโน้มถ่วงดี เรารู้ว่าถ้าปล่อยมือถือที่กำลังถืออยู่ มันจะต้องตกพื้น หน้าจออาจจะแตก แล้วก็ต้องไปเสียเงินซ่อมอีก เราคุ้นเคยกับแรงโน้มถ่วงกันทุกย่างก้าวที่เดิน และทุกเสี้ยววินาทีที่ก้นสัมผัสกับเบาะเก้าอี้ เพราะแรงโน้มถ่วงนั้นจะคอยดึงทุกอณูของเราให้ร่วงลงสู่พื้นเสมอ (ใครอยากรู้ว่าทำไมต้องมีแรงโน้มถ่วง ตามไปอ่านต่อได้ที่นี่)

     แต่นอกจากการการดึงทุกอย่างลงสู่พื้น แรงโน้มถ่วงยังมีคุณสมบัติสำคัญอีกสองข้อที่เราอาจไม่ได้นึกถึงในชีวิตประจำวันเท่าไหร่ อีกทั้งจำเป็นอย่างยิ่งในการตอบคำถามว่าทำไมดาวเคราะห์ถึงต้องเป็นทรงกลมด้วย

     1. วัตถุหรือมวลทุกอย่างสร้างแรงโน้มถ่วง: นั่นหมายความว่าตัวเรากำลังถูกมือถือเครื่องเล็กๆ ดึงดูดเข้าไปหา และเราเองก็กำลังสร้างแรงดึงดูด ดูดมือถือ ดูดโลก ดูดดวงอาทิตย์ ดูดดวงจันทร์ หรือแม้กระทั่งดูดกาแล็กซีในเอกภพให้เข้ามาหาเราอยู่เช่นกัน 

     แต่ว่าแรงโน้มถ่วงจากมวลขี้ประติ๋วเช่นตัวเรา (แม้ช่วงนี้เราจะรู้สึกว่าไม่ค่อยฟิตแอนด์เฟิร์มก็ตาม) นั้นเล็กน้อยมากเสียจนไม่มีผลอะไรเท่าไหร่ แรงโน้มถ่วงจากก้อนหินก้อนหนึ่งที่เท้าก็อาจจะเล็กน้อยมากเสียจนเราไม่รู้สึกว่าถูกดูดเข้าไปหา แต่หากเรารวมแรงโน้มถ่วงจากก้อนหินทุกๆ ก้อน น้ำทุกหยด อนุภาคแก๊สในชั้นบรรยากาศทุกอนุภาคที่ประกอบขึ้นเป็นโลกแล้ว เราก็จะพบว่าเมื่อพวกมันรวมกันสามารถดึงดูดเท้าเราให้ติดพื้นได้ตลอด

     2. แรงโน้มถ่วงเป็นแรงเข้าหาศูนย์กลาง: กล่าวคือก้อนหินก้อนหนึ่งไม่เพียงแต่จะสร้างแรงดึงดูดลง ‘ข้างล่าง’ เท่านั้น แต่ยังสร้างแรงโน้มถ่วงในทุกทิศทางเข้าหาศูนย์กลางของก้อนหินด้วย 

     นักวิทยาศาสตร์ได้ยืนยันคุณสมบัติของแรงโน้มถ่วงที่ว่านี้ไปตั้งแต่ปี 1797 ด้วยการทดลองของคาเวนดิช (Cavendish Experiment) ที่นำลูกเหล็กสองลูกมาแขวนเอาไว้ด้วยเส้นเอ็นบางๆ แม้ว่าแรงโน้มถ่วงระหว่างลูกเหล็กนั้นจะน้อยเกินกว่าขยับวัตถุใดๆ ได้ แต่เรากลับพบว่ามันมีแรงเพียงพอที่จะทำให้เส้นเอ็นที่แขวนลูกเหล็กเอาไว้บิดไป ไม่เพียงเท่านั้น เรายังสามารถยืนยันได้ว่าวัตถุใดๆ ก็ตามที่มีมวล จะสามารถดึงดูดกันในทิศทางที่พุ่งไปหาศูนย์กลางของมวลเสมอ ดังที่เห็นได้ว่าแรงยังคงดึงให้เอ็นบิดไปอยู่ไม่ว่าเราจะหมุนลูกเหล็กยังไงก็ตาม หรือไม่ว่าเราจะเปลี่ยนลูกเหล็กนี้เป็นอะไรก็ตาม

     ใจความสำคัญของการทดลองของคาเวนดิชอยู่ที่ว่า นี่เป็นจริงสำหรับทุกอย่างที่มีมวล และจะดึงเข้าหากันเสมอ ซึ่งเราสามารถยืนยันได้ด้วยการทดลอง

     เนื่องจากแรงโน้มถ่วงเป็นแรงสู่ศูนย์กลางนี่เอง จึงเป็นเหตุผลที่ว่าทำไมคนที่อยู่ซีกโลกใต้ จึงไม่ ‘ตกออกไปจากโลก’ เพราะแรงโน้มถ่วงนั้นชี้ลงหาศูนย์กลางของโลกเสมอ ไม่ว่าคุณจะอยู่บริเวณใดของโลกก็ตาม 

     หากเราพิจารณาจากธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงที่ดึงเข้าสู่ศูนย์กลางเช่นนี้เสมอแล้ว (ที่ใครๆ ก็สามารถทดสอบและยืนยันได้) เราจะพบว่าโมเดลที่โลกแบนราบแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย (เสียใจด้วยนะ พวกทฤษฎีสมคบคิด) นั่นเพราะในโลกจานแบนที่ว่านี้ผู้ที่ยืนอยู่ขอบๆ ของโลก จะต้องพบกับแรงดึงดูดเข้าหาศูนย์กลางในทิศทางที่ไม่ได้ตั้งฉากกับพื้นอีกต่อไป ก้อนหินหรือภูเขาที่อยู่ขอบโลกแบน จะต้องถูกแรงโน้มถ่วงดึงให้สไลด์ไปตามพื้นของโลก จนกระทั่งไปกองกันอยู่ที่ศูนย์กลางในที่สุด

     ซึ่งคำอธิบายข้างต้นนี้ก็คือคำอธิบายเดียวกับการบอกว่า ‘สมดุลอุทกสถิต’ คืออะไรด้วย 

ถ้าโลกไม่ใช่ทรงกลม (เช่น โลกมีรูปทรงแบน) จากกฎแรงโน้มถ่วงที่ดึงเข้าหาศูนย์กลางเสมอ 
เราจะพบว่าหินที่ยอดเขาบริเวณขอบโลกจะกลิ้งเข้าหาศูนย์กลางโลกส่วนที่ ‘บาง’ ที่สุด 
และหินที่ไปกองรวมกันจะทำให้โลกมีรูปทรงที่เข้าหาทรงกลมในที่สุด

     สมมติง่ายๆ ก็ได้ว่าเราเริ่มจากโลกที่เป็นจานแบนอย่างที่พวกโลกแบนเขาว่า 

     ภูเขาที่อยู่ตรงขอบโลกนั้นจะถูกดึงไปสู่ศูนย์กลางโดยแรงโน้มถ่วงก้อนหินทุกก้อนที่ประกอบขึ้นมาเป็นโลก (เนื่องจากกฎของแรงโน้มถ่วงที่เราสามารถยืนยันได้) ส่วนก้อนหินที่อยู่บนภูเขานี้ แทนที่จะโดนดึงลงพื้น ก็จะถูกดึงไปยังทิศทางที่เป็นศูนย์กลางของโลก จึงกลิ้งไปกองอยู่จุดที่ใกล้ศูนย์กลาง 

     ไม่เพียงเท่านี้ หากแรงโน้มถ่วงมากพอ ก้อนหินก้อนถัดๆ ไป ที่ประกอบขึ้นเป็นภูเขาตรงขอบโลกก็จะถูกดึงไปกองรวมที่จุดกึ่งกลางในแบบเดียวกัน 

     เมื่อทุกส่วนถูกดึงดูดไปกองรวมกันจนกระทั่งพื้นดินนั้นไม่สามารถเกิดการกลิ้งไปไหนได้อีก วัตถุก็จะทำมุมตั้งฉากกับทิศของแรงโน้มถ่วง ซึ่งเราก็จะได้รูปทรงสุดท้ายออกมาคือ… ทรงกลมนั่นเอง

     เราจะพบว่า ถ้าหากนำมวลสารใดก็ตามที่มีแรงโน้มถ่วงมากพอมารวมกัน และแรงโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นนั้นมีมากพอที่จะเอาชนะแรงยึดเหนี่ยวภายในระหว่างมวลสาร (เช่น ทำให้หินหลอมเหลวได้) สุดท้ายแล้วภูเขาที่สูงเกินไปก็จะถูกแรงโน้มถ่วงกดลงจนแบนราบ จนกลายเป็นส่วนหนึ่งของพื้นผิวทรงกลมไปในที่สุด ในลักษณะคล้ายๆ กับที่แรงตึงผิวของน้ำทำให้หยดน้ำมีรูปร่างเป็นทรงกลมนั่นแหล่ะ และยิ่งแรงโน้มถ่วงมีมากเท่าใด มันก็ยิ่งจะกลมมากขึ้นเท่านั้น

     และเงื่อนไขที่จะต้องมีแรงโน้มถ่วงมากพอถึงจะมี ‘สัณฐานเป็นทรงกลม’ นี่เอง ที่เป็นตัวแบ่งระหว่าง ‘ดาวเคราะห์’ (planets) ออกจาก ‘ดาวเคราะห์น้อย’ (asteroids) และ ‘ดาวหาง’ (comets) 

     โดยทั่วไปเรานิยามให้ ‘ดาวเคราะห์’ คือวัตถุที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ (ไม่นับดวงจันทร์บริวารของดาวดวงอื่น) และมีแรงโน้มถ่วงพื้นผิวมากพอที่จะดำรง ‘สมดุลอุทกสถิต’ (ซึ่งเป็นศัพท์แฟนซีของคำว่า ‘ดูด้วยตาแล้วรู้สึกกลมๆ’) 

     นั่นหมายความว่าด้วยนิยามนี้ เราจึงนับดาวพลูโต เซเรส เอริส มาเคมาเค และเฮาเมอาเป็นดาวเคราะห์ด้วย แต่เนื่องจากวัตถุเหล่านี้ยังคงต้องใช้วงโคจรร่วมกับวัตถุอื่นอยู่อีก เลยจัดเป็นดาวเคราะห์ประเภทพิเศษ ที่เรียกว่า ‘ดาวเคราะห์แคระ’ (dwarf planets) นั่นเอง

ภาพในจินตนาการของดาวนิวตรอน 

ภาพจาก: NASA’S GODDARD SPACE FLIGHT CENTER

     ดาวนิวตรอนเป็นวัตถุหนึ่งที่มีความหนาแน่นมากที่สุดในเอกภพ มวลของสสารจากดาวนิวตรอนเพียงหนึ่งช้อนชานั้นหนักกว่าพันล้านตัน หรือเทียบเท่าภูเขาเอเวอร์เรสต์หนึ่งลูก ด้วยมวลและแรงโน้มถ่วงอันมหาศาลนี้หมายความว่าภูเขาที่สูงที่สุดบนดาวนิวตรอนจะมีความสูงไม่เกิน 0.1 มม. เพราะอะไรที่สูงกว่านั้นจะถูกแรงโน้มถ่วงบนดาวดวงนี้บีบจนพังทลายและแบนแต๊ดแต๋กลับไปเป็นทรงกลมไปหมดแล้ว หากเราวางเหรียญบาทสักเหรียญลงบนพื้นผิวของดาวนิวตรอน เราจะพบว่าแรงโน้มถ่วงอันมหาศาลของมันจะกดทับเหรียญจนแบนแต๊ดแต๋ และกระจายออกไปตามพื้นผิวทรงกลมอันราบสนิทของมัน (ละลายปนกับกองอะตอมที่แผ่กระจายจนแบนปนไปกับมวลสารของสิ่งที่เคยเป็นตัวเราที่ปล่อยเหรียญนั้นน่ะแหล่ะ)

ทรงกลมซิลิกอนหนัก 1.00000000 กก. ภายใต้โครงการ Avogadro Project 

ภาพจาก: The Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation of Australia

     เมื่อเทียบกันกับวัตถุที่ ‘กลม’ ที่สุดที่มนุษย์สร้างขึ้นอย่าง ‘ทรงกลมซิลิกอน’ ที่ถูกสร้างขึ้นมาใน Avogadro Project (ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการสร้างนิยามใหม่ของน้ำหนักมาตรฐาน 1 กก.) ทรงกลมนี้ทำจากผลึกซิลิกอนผลึกเดียวขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 93.6 มม. ซึ่งมีส่วนตะปุ่มตะป่ำผิดเพี้ยนไปจากรูปทรงกลมสมบูรณ์แบบไม่เกิน 35 นาโนเมตร หรือเพียงไม่กี่ร้อยอะตอมของซิลิกอน หากเรานำทรงกลมนี้มาขยายให้เท่ากับขนาดของโลกจะพบว่าภูเขาสูงที่สุดนั้นจะมีความสูงไม่เกิน 2.4 เมตร แต่ก็เทียบกันไม่ได้เลยกับดาวนิวตรอน เพราะหากเรานำดาวนิวตรอนมาขยายให้เท่ากับขนาดของโลก จะพบว่าภูเขาที่สูงที่สุดนั้นมีความสูงเพียงไม่เกิน 5 เซนติเมตรเท่านั้นเอง

     ดังนั้น ทรงกลมที่กลมที่สุดมนุษย์สร้างขึ้นแทบจะเทียบอะไรไม่ได้เลยกับทรงกลมสมบูรณ์แบบที่เกิดขึ้นจาก ‘แรงโน้มถ่วง’ ซึ่งเป็นสิ่งที่สมมาตรที่สุดในธรรมชาติ และดาวเคราะห์ใดก็ตามที่มีแรงโน้มถ่วงมากพอ แรงโน้มถ่วงก็จะค่อยๆ บีบก้อนหินและวัตถุที่ต่างไปจากทรงกลมบนดาวเคราะห์ดวงนั้นให้กลับมาอยู่ในรูปทรงกลมนั่นเอง