Innovation Grand Challenges (5)

Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

Innovation Grand Challenges (5)

ค.ศ.1492 Christopher Columbus ข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกค้นพบทวีปอเมริกา “โลกใหม่” ที่ไม่เคยอยู่บนแผนที่ของนักเดินทางคนใดจากยุโรป

เจ็ดปีต่อมาใน ค.ศ.1499 Vasco da Gama เปิดเส้นทางเรือจากยุโรปสู่เอเชียทางตะวันออกผ่านทางใต้แอฟริกา

อีกยี่สิบปีให้หลังใน ค.ศ.1522 คณะสำรวจของ Ferdinand Magellan เดินทางรอบโลกสำเร็จ

มหาอำนาจทางทะเลอย่างสเปนและโปรตุเกสเดินทางไปทั่วโลก การค้า การเผยแผ่ศาสนา การล่าอาณานิคม ฯลฯ เชื่อมยุโรป อเมริกา แอฟริกา และเอเชียเข้าด้วยกัน

แม้มนุษย์จะใช้เรือสัญจรขนส่งทางทะเลมาเป็นพันปีแล้ว แต่ที่ผ่านมาเกือบทั้งหมดเป็นการเดินทางเลาะเกาะแก่งและขอบแผ่นดินไปเรื่อยๆ

ต่างจากการเดินเรือในยุคแห่งการสำรวจ (Age of Exploration) ช่วงศตวรรษที่ 15-17 ที่ต้องข้ามมหาสมุทรออกห่างชายฝั่งไปไกลๆ

ดังนั้น หนึ่งในโจทย์ท้าทายของเหล่านักเดินเรือคือระบุพิกัดว่าตอนนี้พวกเขาอยู่ตรงไหนกลางมหาสมุทรเวิ้งว้าง ที่มองไปทางไหนก็เห็นแต่น้ำกับฟ้า

การระบุตำแหน่งผิดพลาดคือความเสี่ยงมหันต์ อาจจะไปชนหินโสโครก ติดจุดอับลม เข้าโซนทะเลคลั่ง หรือหาทางเข้าฝั่งไม่ได้หลงทางกลางสมุทรจนอดตาย

เราสามารถระบุพิกัด ณ ตำแหน่งใดๆ บนพื้นโลกในรูปแบบของค่า “ละติจูด (เส้นรุ้ง)” และ “ลองจิจูด (เส้นแวง)”

“ละติจูด (latitude)” บอกว่าเราอยู่ค่อนไปทางเหนือหรือใต้แค่ไหนจากเส้นศูนย์สูตร ละติจูดที่ 0 อยู่ตรงเส้นศูนย์สูตร ห่างออกไปได้ไกลสุดคือ 90 N และ 90 S ตรงขั้วโลกเหนือและใต้ ตามลำดับ

การระบุตำแหน่งละติจูดไม่ใช่เรื่องยากมาก เราเพียงแต่ต้องรู้ตำแหน่งของดวงอาทิตย์และวันเวลาตามปฏิทิน ที่เส้นศูนย์สูตรตอนเที่ยงตรงดวงอาทิตย์จะส่องตรงตั้งฉากกับพื้นพอดี แต่ถ้าเราขึ้นเหนือหรือลงใต้ตำแหน่งดวงอาทิตย์จะเฉียงเปลี่ยนไปตามลำดับ

“ลองจิจูด (longitude)” บอกว่าเราอยู่ทางตะวันออกหรือตะวันตกจาก “เส้นเมอริเดียนแรก (prime meridian)” หรือเส้นสมมุติที่ลากจากขั้วโลกเหนือถึงขั้วโลกใต้ผ่านจุดมาตรฐานที่ตกลงกัน อย่างในปัจจุบันจะใช้เป็นตำแหน่งเมืองกรีนนิช (Greenwich) ประเทศอังกฤษ นับตำแหน่งนี้เป็นลองจิจูดที่ 0 ห่างออกไปไกลสุดคือ 180 E และ 180 W ทางตะวันออกและตะวันตก ตามลำดับ

โจทย์การระบุตำแหน่งลองจิจูดเป็นเรื่องยากกว่าละติจูดมาก วิธีเดียวที่ทำได้คือเราต้องรู้ความต่างระหว่าง “เวลาท้องถิ่น (local time)” ณ จุดต่างๆ ที่เราสนใจเทียบกับเวลาที่ตำแหน่งมาตรฐาน เรารู้เวลาท้องถิ่น ณ จุดที่เราอยู่ได้จากการดูตำแหน่งดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และดวงดาว

ปัญหาคือเราจะรู้ได้อย่างไรว่าในขณะเดียวกันนั้นเวลาท้องถิ่น ณ ตำแหน่งอื่นบนโลกเป็นเท่าไหร่ในยุคก่อนศตวรรษที่ 20 ที่เรายังไม่สามารถสื่อสารหากันในเสี้ยววินาทีผ่านการส่งคลื่นวิทยุ?

วิธีแก้ปัญหานี้คือเราต้องมี “นาฬิกากลาง” ที่บอกเวลาตรงกันสำหรับทุกคน ณ ตำแหน่งต่างๆ บนโลกที่เราสนใจ

ด้วยนาฬิกากลางนี้เราก็สามารถเทียบว่าเวลาท้องถิ่นของเราห่างจากเวลาตามนาฬิกากลางเท่าไรแล้วเอาข้อมูลที่ได้มาคำนวณค่าความต่างของลองจิจูด หนึ่งวัน 24 ชั่วโมง โลกหมุนครบรอบ 360 องศา

ดังนั้น ความต่างของเวลาท้องถิ่น 1 ชั่วโมงเทียบได้กับความห่าง 15 องศาลองจิจูด

คำถามต่อมาคือเราจะเอา “นาฬิกากลาง” มาจากไหน? สองวิธีการหลักที่ใช้กันคือวิธีทางดาราศาสตร์ และวิธีทางกลศาสตร์

วิธีทางดาราศาสตร์อาศัยการอ้างอิงปรากฏการณ์บนท้องฟ้าที่ทุกพิกัดบนโลกจะเห็นได้พร้อมกัน เช่น การเกิดจันทรุปราคา สมมุติเมือง A เห็นจันทรุปราคาตอนสามทุ่ม เมือง B เห็นตอนสี่ทุ่ม และเมือง C เห็นตอนเที่ยงคืนตามเวลาท้องถิ่นแต่ละที่ เราก็คำนวณได้ว่าเมือง B และ C อยู่ถัดไปทางตะวันออกของเมือง A 15 และ 45 องศา ตามลำดับ

วิธีนี้ใช้ได้ดีสำหรับการหาลองจิจูดบนบก ณ ตำแหน่งที่นิ่งตายตัว และเราสามารถรอปรากฏการณ์บนท้องฟ้าที่นานๆ จะเกิดทีอย่างจันทรุปราคาได้ แต่คงไม่เวิร์กกับเรือที่เคลื่อนที่ตลอดเวลาและต้องเช็กพิกัดตัวเองสม่ำเสมอ

ส่วนวิธีทางกลศาสตร์คือเราต้องสร้างนาฬิกาขึ้นมาให้นักเดินทางพกติดตัวไปเพื่อใช้บอกเวลาท้องถิ่น ณ จุดเริ่มต้นของการเดินทาง ไม่ว่านักเดินทางจะอยู่ที่ไหนก็สามารถเทียบเวลาท้องถิ่น ณ ตำแหน่งที่ตัวเองอยู่ กับเวลาท้องถิ่นของจุดเริ่มต้นที่นาฬิกาบอกเพื่อคำนวณตำแหน่งลองจิจูด

อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ก็ยังมีปัญหาถ้านาฬิกาที่พกไปเดินไม่ตรง เรือกลางมหาสมุทรทั้งโคลงเคลง ทั้งเจอความร้อน ความชื้น เกลือทะเล ฯลฯ กลไกนาฬิกาที่ปกติใช้ได้ดีบนบกก็เพี้ยนเอาได้ง่ายๆ

ดังนั้น การเดินเรือข้ามสมุทรในสมัยก่อนอาจจะรู้ได้แน่ชัดแค่พิกัดละติจูดว่าเราอยู่เหนือหรือใต้ไกลขนาดไหนจากจุดหมายปลายทาง ส่วนพิกัดลองจิจูดที่บอกว่าเราอยู่ห่างไปขนาดไหนทางตะวันออกหรือตะวันตกนั้นไม่แน่ใจ เราอาจจะหลงเดินเรือไปเรื่อยๆ กว่าจะรู้ตัวก็เลยเป้าหมายไปแล้ว

ทางเลือกหนึ่งที่พอทำได้คือการคำนวณตำแหน่งจากความเร็ว ทิศทาง และระยะเวลาตั้งแต่เริ่มเดินทาง (dead reckoning)

อย่างไรก็ตาม อิทธิพลของกระแสลม กระแสน้ำ และปัจจัยเหนือการควบคุมอื่นๆ ก็มักทำให้นักเดินเรือคำนวณพิกัดตัวเองพลาด

https://twitter.com/matichonweekly/status/1552197630306177024