Bloggang.com : garnet19th - เนินพิศวง

(เนื่องจากลิงค์ข้างบนไม่ทำงาน จึงนำเนื้อหามาลงไว้ตรงนี้ครับ หากต้องการภาพประกอบให้ก็อปลิงค์ใส่เวิร์ด แล้ว กดคอนโทรลพร้อมกดลิงค์ครับ)

ไม่มีอะไรน่าพิศวงเกี่ยวกับเนินเหล่านี้ ถ้าเข้าใจเรื่อง แรงดึงดูดของโลกหรือแรงโน้มถ่วงพิภพ

เรื่องเกี่ยวกับ “เนินพิศวง” ที่ทางไปอำเภอแม่สอดนี้ ผมรู้สึกดีใจมากวันนี้ (4/8/2557) ที่ได้ไปพบของจริงหลังจากที่ได้ยินอาจารย์ที่สอนวิชาจีออเดชี (Geodesy) ของผมเล่าให้ฟังตั้งแต่ผมเป็นนักเรียนนายร้อยชั้นปีที่ 4 (พ.ศ. 2526) ซึ่งรวมเป็นเวลา 31 ปีแล้วจนถึงวันนี้

เมื่อเปิดกู้เกิลเกี่ยวกับเนินนี้ ผมพบว่า คนไทยจำนวนมากยังไม่รู้สาเหตุว่าเป็นเพราะอะไร บทความนี้ จึงขออธิบายเรื่องนี้ให้เข้าใจ และขอให้ช่วยขยายต่อไปด้วยครับ เพื่อความสงสัยนี้จะได้กระจ่างเสียที ซึ่งผมเคยคิดว่า จะมีคนรู้คำตอบและรู้กันมานานแล้วตั้งแต่ที่ผมเรียนวิชานี้

สำหรับบุคคลทั่วไปที่ไม่ได้เรียนวิชานี้ ซึ่งเป็นวิชาของนักสำรวจพิภพชั้นสูงได้พบเนินเหล่านี้ ก็จะ “พิศวง” และพยายามหาเหตุผล แล้วโดยมากจะสรุปว่าเป็น “ภาพลวงตา” นั้น แต่สำหรับนักศึกษาในศาสตร์นี้ตั้งแต่ การสำรวจ (Surveying) ไปจนถึง ศาสตร์การศึกษาสัณฐานพิภพชั้นสูง (Geodetic Science) จะเข้าใจและรู้ว่าเป็นเรื่องธรรมดา ดุจเดียวกับที่เราไม่แปลกใจเวลาเอากรวยกระดาษใส่น้ำแล้วเอาเทียนลนแล้วกระดาษจะไม่ไหม้ไฟจนกว่าน้ำในกรวยนั้นจะหมดไป

หลังจากที่ผมได้จอดรถแล้วรถวิ่งขึ้นเนินสูงด้วยตัวของมันเองขาไป และวิ่งถอยหลังด้วยตัวของมันเองขากลับ ที่ทำให้คนทั่วไปใช้คำว่า “พิศวง” หรืองงๆนั้น ผมก็รู้สึกยินดีอย่างยิ่งที่ได้พบเรื่องจริงที่อธิบายด้วยทฤษฎีนี้สมัยที่เรียนวิชาจีออเดซี่ที่โรงเรียนนายร้อยฯ

วิชานี้ ในระดับประยุกต์แบบพื้นราบก็จะเป็นวิชาสำรวจต่างๆ ที่ใช้เพื่อทำแผนที่และก่อสร้าง ส่วนในชั้นสูงก็จะเป็นการศึกษาสร้างดาวเทียมระดับ จีพีเอส ที่บอกตำแหน่ง และการนำยานอวกาศลงถูกตำแหน่งบนดาวดวงอื่นหรือคำนวณได้ว่าดาวเทียมที่หมดอายุแล้วจะมาตกที่พิกัดใดบนผิวโลกได้อย่างแม่นยำ ซึ่งนักศึกษาที่เรียนวิชานี้อย่างละเอียดในประเทศไทยจะมีอยู่ 2 สถาบันคือ โรงเรียนนายร้อยพระจุลจอมเกล้า (จปร.) คณะวิศวกรรมแผนที่ และคณะวิศวกรรมสำรวจ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย สำหรับผมไปเรียนต่อต่างประเทศที่สหรัฐและฝรั่งเศสในวิชานี้ด้วยครับ

เรื่องเนินพิศวงนี้ เป็นเรื่องเดียวกับความพิศวงในการสร้างบ้านเอียงๆบนเทือกเขาถ้าบางท่านเคยเห็น และต่อไปนี้ ผมจะอธิบายด้วยภาษาที่ง่ายที่สุด โดยหวังว่า ท่านที่ไม่ได้เรียนวิชานี้จะเข้าใจได้ง่ายครับ

ในวิชาจีออเดซี จะพูดถึง พื้นผิวของโลก 4 แบบด้วยกัน ได้แก่
1) ผิวภูมิประเทศ (Topography) หรือพื้นผิวจริงของโลกที่เราเดินเหินกันอยู่ทุกวันนี้
2) พื้นผิวเอลลิปซอยด์ (Ellipsoid) หรือ พื้นผิวทรงรี ที่มีลักษณะเป็นเรขาคณิตที่คำนวณได้ใกล้เคียงพื้นผิวของภูมิประเทศมากที่สุด ซึ่งปัจจุบันใช้ Word Geodetic System 84 (WGS 84) ซึ่งจะมีขนาดของ 3 แกน เฉพาะ (แกนราบ และแกนตั้งข้างใน) และคำนวณได้ทุกที่บนผิวโลก ก็จะได้เป็นพิกัด ละติจูด (เส้นรุ้ง) และลองกิจูด (เส้นแวง) ที่บนผิวของมัน ส่วนความสูงก็จะวัดคำนวณเพิ่มหรือลดจากผิวนี้ไปยังผิวภูมิประเทศจริง
3) ผิวทรงกลม (Sphere) เป็นผิวที่ใกล้เคียงกับทรงรีนั้น แต่จะมีความต่างจากผิวภูมิประเทศมากขึ้น เพราะจริงๆแล้วโลกของเรามีลักษณะคล้ายทรงรีมากกว่าทรงกลมเนื่องจากมันป่องกว่าที่บริเวณศูนย์สูตร มากกว่าขั้วโลกเหนือและใต้ และทรงกลมนี้จะใช้กับวิชาภูมิศาสตร์ บอกเป็นละติจูดและลองกิจูด แต่มันจะต่างกับของทรงรี คือตำแหน่งจะเพี้ยนกันไปบ้าง
4) ผิวจีออยด์ (Geoid) เป็นพื้นผิวซึ่งเกิดจากการคำนวณตามศักยภาพ (Potential) ของแรงดึงดูดของโลก ซึ่งเมื่อต่อผิวของมันต่อเนื่อง มันจะเป็นเหมือนก้อนหินที่ไม่มีรูปทรงเรขาคณิต แต่มีผิวเป็นคลื่นราบเรียบคล้ายน้ำทะเลนิ่งๆ แต่มีลักษณะเป็นคลื่นขึ้นๆลงๆ คำนวณทางพีชคณิตแบบง่ายๆไม่ได้ ตั้งคำนวณด้วยวิชาเกี่ยวกับแรงดึงดูด เป็นสูตรที่ซับซ้อนมาก

ในการบอกตำแหน่งของจุดๆหนึ่งบนผิวโลก จะบอกพิกัดทางราบหรือบนผิวเป็นละติจูดหรือลองกิจูด ซึ่งถ้าเป็นภูมิศาสตร์ธรรมดาก็จะใช้ทรงกลม แต่ถ้าละเอียดๆในวิชาจีออเดซีก็จะใช้ผิวเอลลิปซอยด์หรือทรงรี ส่วนความสูงจะวัดจากผิวจีออยด์

การคำนวณผิวจีออยด์ทั่วโลกทำได้ยากเพราะต้องรู้ความเข้มข้นของทั้งสนามแม่เหล็กและแรงดึงดูดของโลกทุกๆจุดบนผิวโลกอย่างละเอียดมาคำนวณ สมัยก่อนจนมาถึงสมัยนี้จึงใช้ “ระดับทะเลปานกลาง (mean sea level) มาแทน ซึ่งเราจะได้ยินเขาทำนายน้ำขึ้นสูงสุดและสูงสุดจากพื้นผิวนี้ ซึ่งถ้าน้ำทะเลปานกลางของทุกประเทศเป็นผิวเดียวกัน ก็จะต่อเป็นผิวจีออยด์ได้ ทว่าแต่ละประเทศเริ่มต้นไม่เท่ากันจึงต่อไม่ได้ สรุปว่า ถ้าระดับทะเลปานกลางของไทยเป็นค่าผิวจีออยด์เริ่มต้น แล้วต่อไปทั่วโลกทุกทิศทาง นั่นก็จะเป็นผิวจีออยด์ และความสูงของทุกๆจุดบนผิวภูมิประเทศก็จะวัดจากผิวนี้

สังเกตที่คลองปานามาฝั่งแปซิฟิกมีระดับน้ำสูงกว่าอีกฝั่งหนึ่งคือแอตแลนติก 20 เซ็นติเมตร แต่ศักยของมันโดยเฉลี่ยจะเท่ากัน จึงต้องทำการเพิ่มหรือลดจากฝั่งหนึ่งไปยังอีกฝั่งหนึ่งระหว่างมหาสมุทรแปซิฟิกกับแอตแลนติก โดยเติมน้ำเข้าหรือลดลงไปเป็นช่วงๆ

ผิวจีออยด์มีความสำคัญมาก เพราะถ้าเราเอาลูกดิ่งมาทิ้งดิ่งแล้ว เส้นเชือกของลูกดิ่งที่นิ่งๆนี้จะตั้งฉาก หรือทำมุม 90 องศา กับผิวจีออยด์ทุกๆจุด

ผิวทั้ง 4 นี้ จะไม่ทาบทับสนิทกัน แต่จุดที่เริ่มต้นพิกัดของโลกจะพยายามเริ่มต้นที่ผิวทั้ง 4 (ที่จริงวิชาจีออเดซีไม่รวมผิวทรงกลม เพราะยังไม่ละเอียดมาก) ทาบทับราบเป็นแนวเดียวกัน ฉะนั้น เส้นตั้งฉากกับผิวทั้ง 4 ก็จะเป็นเส้นดิ่งเดียวกัน แต่เมื่อระยะทางไกลออกไป ผิวทั้ง 4 ซึ่งต่อไปนี้จะพูดเพียง ผิวภูมิประเทศกับผิวจีออยด์ ก็จะแตกออกจากกันไปเรื่อยๆ

ผิวจีออยด์นั้น มีระยะห่างจากจุดศูนย์ถ่วงหรือจุดศูนย์กลางแห่งแรงดึงดูดของโลกไม่เท่ากัน แต่มันมีศักยเดียวกัน ส่วนใหญ่แล้วถ้าภูมิประเทศ ยิ่งอยู่ใกล้จุดศูนย์กลางโลกจะยิ่งมีศักยภาพมากขึ้น แต่ทว่าที่ใดก็ตามที่มีมวลสารมากอย่างเทือกเขา บริเวณนั้นจะมีศักยภาพมาก

ธรรมดาแล้ว เราบอกว่า น้ำไหลลงสู่ที่ต่ำ และรถควรจะไหลลงเนิน แต่แท้จริงแล้ว น้ำจะไหลไปสู่ที่ซึ่งมีศักยภาพสูงขึ้นและรถก็เช่นกัน

สำหรับในพื้นราบแล้ว ศักยภาพที่สูงขึ้นจะอยู่ต่ำกว่าพื้นดิน ฉะนั้น น้ำจะไหลลง แต่ในบริเวณภูเขา จะมีหลายจุดที่จีออยด์มุดขึ้น คืออยู่สูงขึ้น เนื่องจากมีมวลสารมากบริเวณนั้น น้ำจึงไหลขึ้นที่สูงกว่าบนผิวภูมิประเทศ หรือรถจึงไหลขึ้นไปสู่ศักยภาพที่สูงขึ้น (มีแรงดึงดูดมากขึ้น) ดังนั้น ที่เราเห็นรถไหลขึ้นเนินนั้นเป็นความจริง มันไม่ได้หลอกตา แต่มันไหลเข้าสู่ศักยภาพของแรงดึงดูดที่มากขึ้น

สำหรับการเอียงของบ้านที่สร้างนั้น เนื่องจากบนเขาสูง ผิวของภูมิประเทศกับผิวจีออยด์จะไม่ขนานกัน แต่ลูกดิ่งตั้งฉากกับผิวจีออยด์ ฉะนั้น การสร้างเสาบ้านตามลูกดิ่งจึงเฉียงไปจากผิวของภูมิประเทศ หมายความว่า เส้นที่ตั้งฉากกับผิวภูมิประเทศกับเส้นดิ่งหรือเส้นที่ตั้งฉากกับผิวจีออยด์นั้นจะแตกทำมุมกัน บ้านจึงเอียง และถ้าเอาหลอดระดับของช่างที่ใช้วัดระดับราบมาวาง ระดับของไม้วัดนั้นจะตั้งฉากกับเสาบ้าน เพราะมันจะตั้งฉากกับเส้นดิ่งที่ตั้งฉากกับผิวจีออยด์ หมายความว่า ระดับน้ำนั้นจะทำให้ผิวของไม้วัดระดับทำตัวขนานกับผิวจีออยด์ทุกๆจุดบนผิวโลก แต่ที่เราไม่เห็นผิดปกติบนพื้นราบเพราะ ผิวของจีออยด์และผิวภูมิประเทศจะค่อนข้างขนานกันจนแยกไม่ออก

บนบริเวณที่มีมวลสารมากๆตามเทือกเขาต่างๆ จึงมีโอกาสที่จะเกิดการไหลของรถขึ้นเนินได้ ด้วยเหตุผลทั้งหมดนี้ ไม่ใช่ภาพลวงตาแต่อย่างใดครับ