เข็มทิศเป็นเครื่องมือนำทางที่บอกทิศ ประกอบด้วยเข็มแม่เหล็กที่วางอยู่บนแกนหมุน ที่หมุนได้อย่างอิสระ โดยแกนหมุนจะตั้งอยู่บนหน้าปัด ที่มีเครื่องหมายบอกทิศหลัก 4 ทิศ คือ ทิศเหนือ (N: north) ทิศตะวันออก (E: east) ทิศใต้ (S: south) และทิศตะวันตก (W: west) รวมทั้งทิศที่อยู่กึ่งกลางระหว่างทิศหลักอีก 4 ทิศ คือ ทิศตะวันออกเฉียงเหนือ (NE: northeast) ทิศตะวันออกเฉียงใต้ (SE: southeast) ทิศตะวันตกเฉียงใต้ (SW: southwest) และทิศตะวันตกเฉียงเหนือ (NW: northwest) (ดังรูป 1)
รูป 1: เข็มทิศ
ที่มา: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=21968912
สืบค้นเมื่อ 10 มีนาคม 2568
การใช้เข็มทิศจะต้องหันแนวเข็มแม่เหล็กให้ตรงกับเครื่องหมายบอกทิศเหนือ เนื่องจากเข็มแม่เหล็กจะชี้ไปทางทิศเหนือเสมอ เพราะเข็มแม่เหล็กจะหมุนตัวให้อยู่ในแนวเดียวกันกับเส้นแรงแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กโลก (Earth’s magnetic field หรือ geomagnetic field)
สนามแม่เหล็กโลกทำหน้าที่ปกป้องโลกจากอนุภาคที่เป็นอันตรายในอวกาศ โดยที่สนามแม่เหล็กโลกเกิดขึ้นจากแกนโลก (Earth's core) สองส่วน ได้แก่ แกนในที่เป็นของแข็งและแกนนอกที่เป็นของเหลว เมื่อแกนโลกสองส่วนนี้เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างกัน ก็จะส่งผลให้เกิดสนามแม่เหล็กล้อมรอบโลก ราวกับว่าโลกมีแท่งแม่เหล็กขนาดใหญ่อยู่ภายใน อย่างไรก็ตามตำแหน่งของขั้วแม่เหล็กโลกจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างช้าๆ ตามกาลเวลา
ขั้วแม่เหล็กโลกไม่เหมือนกับขั้วเหนือและขั้วใต้ทางภูมิศาสตร์ โดยที่ขั้วทางภูมิศาสตร์ตั้งอยู่ที่ด้านบนสุดและด้านล่างสุดของโลก ส่วนขั้วแม่เหล็กโลกอยู่ใกล้กันแต่ไม่อยู่ในตำแหน่งเดียวกัน สำหรับเข็มทิศจะชี้ไปที่ขั้วเหนือแม่เหล็กโลก ไม่ใช่ขั้วเหนือทางภูมิศาสตร์ ดังนั้นผู้ใช้เข็มทิศจึงต้องปรับเข็มทิศเพื่อหาทิศเหนือจริง และควรใช้แผนที่ที่มีข้อมูลความคลาดเคลื่อนล่าสุด อย่างไรก็ตามเข็มทิศแม่เหล็กบางรุ่น อาจมีเครื่องมือชดเชยความคลาดเคลื่อนของสนามแม่เหล็กอัตโนมัติอยู่ในตัว อันทำให้เข็มทิศแสดงทิศทางที่แท้จริง โดยไม่ต้องพึ่งแผนที่
เข็มทิศแม่เหล็กอาจคลาดเคลื่อนได้ ถ้าอยู่ใกล้วัตถุที่ทำด้วยเหล็กหรือเครื่องมือที่สร้างสนามแม่เหล็ก เช่น เรือที่สร้างด้วยเหล็ก เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อแก้ปัญหานี้ จึงได้มีการคิดค้นเครื่องนำทางชนิดอื่น ได้แก่ ไจโรสโกป (gyroscope) เข็มทิศไจโร (gyrocompass) การนำทางด้วยวิทยุ (radio navigation) และการนำทางด้วยดาวเทียม (satellite navigation) ที่ต่อมาได้พัฒนาเป็น “จีพีเอส (GPS)” ที่เราคุ้นเคยกันในปัจจุบัน
การนำทางด้วยดาวเทียมเป็นวิธีระบุตำแหน่งทางภูมิศาสตร์โดยอัตโนมัติที่แม่นยำ ด้วยการใช้ระบบดาวเทียมตั้งแต่ 4 ดวง ขึ้นไป ที่ส่งสัญญาณวิทยุมาสู่เครื่องรับสัญญาณที่อยู่ในรัศมีของดาวเทียม เพื่อระบุตำแหน่งด้วยตัวเลขละติจูด (latitude) หรือตำแหน่งบนพื้นผิวโลกเหนือ-ใต้ และตัวเลขลองจิจูด (longitude) หรือตำแหน่งบนพื้นผิวโลกตะวันออก-ตะวันตก เราเรียกการนำทางชนิดนี้ว่า ระบบนำทางด้วยดาวเทียม (satellite navigation system)
แต่ถ้าต้องการให้สัญญาณครอบคลุมทั่วโลกก็ต้องใช้กลุ่มดาวเทียมตั้งแต่ 24 ดวง ขึ้นไป เพื่อที่จะให้เครื่องรับสัญญาณอยู่ในรัศมีของดาวเทียมตลอดเวลา โดยเรียกการนำทางชนิดนี้ว่า ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลก (global navigation satellite system, GNSS)
โครงการระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลก (GNSS) เริ่มพัฒนาขึ้นโดยกระทรวงกลาโหมของสหรัฐอเมริกาในปี 1978 และใช้ชื่อว่า Navstar GPS ที่ต่อมาเหลือเพียง GPS (global positioning system) หรือระบบบอกตำแหน่งบนพื้นโลก) จีพีเอสจะให้ข้อมูลตำแหน่งทางภูมิศาสตร์และเวลา แก่เครื่องรับจีพีเอสทุกที่บนโลกหรือใกล้โลก ที่มีเส้นทางการมองเห็นดาวเทียมในระบบ 4 ดวง หรือมากกว่าโดยไม่มีสิ่งกีดขวาง ในช่วงแรกจีพีเอสได้ถูกใช้ในกิจกรรมทางทหารเท่านั้น
ต่อมาในปี 1983 จีพีเอสเริ่มเปิดให้ประชาชนทั่วไปที่มีเครื่องรับจีพีเอสใช้ได้ด้วย แต่ยังมีข้อจำกัดในเรื่องจุดพิกัดที่ยังแคบอยู่ จนถึงปี 2000 จึงได้เปิดให้ประชาชนทั่วไปใช้โดยไม่มีข้อจำกัด อันมีผลให้จีพีเอสเป็นระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลกที่ใหญ่ที่สุดและใช้กันมากที่สุด (ดูตราสัญลักษณ์รูป 2) จนทำให้ “จีพีเอส” เป็นคำทั่วไปที่หมายถึง ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลก (ระบบ GNSS)
รูป 2: ตราสัญลักษณ์ของระบบ GNSS จากซ้ายไปขวา คือ NAVSTAR GPS, Glonass, BeiDou, Galileo
ที่มา: NAVSTAR GPS จาก https://commons.wikimedia.org/w/index.php? curid=56886687
Glonass จาก https://en.wikimedia.org/w/index.php?curid=53414087
BeiDou จาก https://en.wikimedia.org/w/index.php?curid=54314150
Galileo จาก https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=42733223
สืบค้นเมื่อ 10 มีนาคม 2568
ในปัจจุบันนอกจากจีพีเอสแล้ว ยังมีระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลกที่เปิดให้ประชาชนทั่วไปใช้อีก 3 ระบบ คือ
1. ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลก (global navigation satellite system, GLONASS) ของรัสเซีย (ดูตราสัญลักษณ์รูป 2) ที่เริ่มใช้ในปี 2000
2. ระบบนำทางด้วยดาวเทียม BeiDou (BeiDou navigation satellite system, BDS) ของจีน (ดูตราสัญลักษณ์รูป 2) ที่เริ่มใช้ในปี 2020 และ
3. ระบบนำทางด้วยดาวเทียม Galileo (Galileo navigation satellite system, Galileo) ของสหภาพยุโรป (ดูตราสัญลักษณ์รูป 2) ที่เริ่มใช้ในปี 2020
ถึงแม้ว่าเครื่องรับจีพีเอสจะเป็นเครื่องนำทางที่ดีและสะดวกที่สุด แต่ก็มีข้อเสีย คือ ต้องใช้แบตเตอรี่ ทำให้เข็มทิศยังคงเป็นเครื่องนำทางที่จำเป็น อย่างก็ตามถ้าเราไม่มีทั้งเครื่องรับจีพีเอสและเข็มทิศ เราก็ยังคงหาทางได้ด้วยการสังเกตทิศ โดยใช้ดวงอาทิตย์ในเวลากลางวัน และดาวเหนือในเวลากลางคืน
นอกจากมนุษย์ที่สามารถหาทางได้ด้วยเครื่องมือหรือการสังเกตแล้ว สัตว์บางชนิดก็สามารถหาทางได้เช่นกัน อาทิ นกพิราบสามารถบินกลับรังได้ด้วยการใช้สนามแม่เหล็กโลกนำทาง ส่วนตัวด้วงมูลสัตว์ (dung beetle) จะใช้ทางช้างเผือกนำทางกลับรัง อันทำให้นักวิจัยจากสวีเดนและแอฟริกาใต้ 5 คน (Marie Dacke, Emily Baird, Marcus Byrne, Clarke Scholtz และ Eric J. Warrant) ได้รับรางวัลอีกโนเบลสาขาชีววิทยาและดาราศาสตร์ ไปในปี 2013 สำหรับผลงานวิจัยที่พบว่า “เมื่อตัวด้วงมูลสัตว์หลงทาง มันสามารถใช้ทางช้างเผือกนำทางกลับรังได้”
รางวัลอีกโนเบล: รางวัลผลงานที่ทำให้ “ยิ้ม” ก่อน “คิด”
หมายเหตุ: ขยายความจาก “จากเข็มทิศถึงจีพีเอส” ใน ประชากรและการพัฒนา 45(4) เมษายน-พฤษภาคม 2568: 7
วรชัย ทองไทย
วรชัย ทองไทย
