เรื่องและภาพโดย “ไอซี” วริศา ใจดี
ภาพถ่ายทางดาราศาสตร์เป็นผลงานศิลปะอันงดงามของท้องฟ้าในยามค่ำคืนที่ฉันหลงไหล และนั่นคือเหตุผลที่ฉันสมัครเป็น Planewave Telescope Observer ของ Wellesley College
สาระวิทย์ในศิลป์ฉบับนี้ ฉันจะพาทุกคนมาส่องชีวิตประจำวันของงานพาร์ตไทม์ยามดึกที่ฉันได้ทำมาตลอดทั้งปี ซึ่งงานนี้จะต่างไปจากอาชีพช่างถ่ายภาพที่ฉันเคยฝันอยากเป็นเมื่อตอนเด็ก ๆ นิดหน่อย เพราะนายแบบนางแบบของเราอยู่ไกลโพ้นเป็นปีแสงบนอวกาศนู่น จะเป็นอย่างไรนั้น มาติดตามกันเลย ! Lights, Camera, Action!
ท้องฟ้ายามค่ำคืนที่แสนมืดกับแสงจากวัตถุที่เดินทางมาจากระยะไกล การจับแสงริบหรี่นั้นทำได้ยากด้วยตาเปล่า การถ่ายภาพด้วยกล้องโทรทรรศน์ Planewave ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.7 เมตรของเรานั้นต้องมีตัวช่วย โดยอุปกรณ์ที่ใช้จับแสงอันริบหรี่ให้ได้ความละเอียดสูงนั้นคือ CCD camera (CCD นั้นย่อมาจาก charge-coupled device)
กล้องนี้ประกอบไปด้วย CCD เซนเซอร์ในรูปของพิกเซลเล็กจิ๋วที่ไวต่อแสงจำนวนมาก เมื่อแสงเดินทางมาถึงพิกเซลเหล่านี้ มันจะสร้างอนุภาคอิเล็กตรอนที่มีจำนวนแปรผันตรงกับความเข้มของแสงจากวัตถุนั้น ๆ เมื่อจำนวนอิเล็กตรอนสะสมขึ้นเรื่อย ๆ ก็จะอ่านค่าได้ในรูปของดิจิทัล นึกภาพตามง่าย ๆ ให้แต่ละพิกเซลใน CCD เป็นถังน้ำที่เรียงต่อกันเป็นแถวและคอลัมน์ รอรับฝนหรือก็คือโฟตอนที่ตกลงมา ถังน้ำแต่ละถังจะเปิดรับน้ำฝนในระยะเวลาเท่ากัน และเติมเต็มไปด้วยปริมาณน้ำต่างกันไป หลังจากนั้น CCD จะอ่านค่าปริมาณน้ำฝนไปทีละถัง ซึ่งทำได้โดยเทน้ำต่อไปในถังว่างที่อยู่ในคอลัมน์ถัดไป แล้วส่งต่อไปเรื่อย ๆ จนไปถึงถังสุดท้ายที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของตัวกล้องจะอ่านค่าออกมาและแปลงค่านั้นเป็นรูปแบบที่คอมพิวเตอร์สามารถบันทึกไว้ได้ หลังอ่านค่าจนครบ เราจะมีถังน้ำว่างไว้รอรับฝนรอบต่อไป หรือก็คือ ค่าการเปิดรับแสง (exposure) ถัดมานั่นเอง
ภาพเปรียบเทียบลำดับการทำงานของพิกเซลใน CCD เข้ากับถังน้ำฝน ดูแบบภาพเคลื่อนไหวได้ที่ https://specinstcameras.com/what-is-a-ccd/
ด้วยวิธีนี้เองผลที่ได้จากการถ่ายภาพในแต่ละครั้งจะปรากฏออกมาเป็นรูปภาพขาวดำเทาที่แต่ละพิกเซลนั้นมีค่าตัวเลขประจำพิกเซล บ่งบอกถึงความเข้มของแสง ณ ตำแหน่งนั้น ๆ
ตัวอย่างภาพที่ถ่ายผ่านฟิลเตอร์ R (red), V (visible light), B (blue), และ H-alpha จะเห็นได้ว่าแสงสีแดงและไฮโดรเจนแอลฟาแสดงให้เห็นโครงสร้างของเนบิวลาชัดเจนที่สุด นั่นเพราะว่าเนบิวลาเป็นแหล่งกำเนิดดาวอันอุดมไปด้วยไฮโดรเจนซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักของดาว และแสงที่เปล่งออกเมื่ออิเล็กตรอนของไฮโดรเจนถูกกระตุ้นจากรังสีของดวงดาวโดยรอบนั้นอยู่ในช่วงคลื่นของ H-alpha ที่สอดคล้องกับแสงสีแดงตามที่เรามองเห็น
เอาละ นี่เป็นเพียงขั้นแรก การจะได้ภาพสีสวย ๆ จากภาพข้างต้นนั้น เราจำเป็นต้องถ่ายรูปแบบนี้อีกนับสิบ โดยทั่วไปการถ่ายภาพเนบิวลาให้ออกมาสวย ๆ ต้องมีระยะการเปิดรับแสงรวมขั้นต่ำสองถึงสามชั่วโมงในคืนที่ไม่มีแสงรบกวนจากดวงจันทร์ ยิ่งเราใช้เวลาถ่ายนานแค่ไหน ภาพที่ออกมาก็จะยิ่งคมชัดเท่านั้น งานที่ฉันทำต้องใช้เวลาอย่างน้อยคืนละ 4 ชั่วโมง นับตั้งแต่ดวงอาทิตย์ตกดินยาวไปถึงตี 1 หรือจนกว่าจะง่วงนอนและละเมอเดินกลับหอพักไปเอง โดยปกติแล้วฉันจะไปถึงหอดูดาวก่อนเวลา เพื่อเตรียมการเปิดโดม เปิดกล้อง ปรับโฟกัส และเริ่มหมุนกล้องและโดมไปยังวัตถุที่ต้องการเพื่อเริ่มถ่ายภาพ แน่นอนว่าด้วยเทคโนโลยีที่ก้าวไกล ฉันสามารถทำทั้งหมดนี้ได้ผ่านคอมพิวเตอร์ในห้องควบคุม แต่ก็มีบ้างบางครั้งที่ต้องปีนขึ้นไปยังตัวกล้องเพื่อตรวจดูความเรียบร้อย
พวกเรามีสมุดบันทึกที่ระบุไว้ว่าต้องการจะเก็บข้อมูลสำหรับวัตถุใดบ้างในแต่ละคืน เทอมที่มีวิชาเรียนดาราศาสตร์ภาคปฏิบัติ ข้อมูลเหล่านี้จะใช้ในการศึกษาวิจัยของเพื่อน ๆ ในห้องเรียน สำหรับบางค่ำคืนที่ไม่มีการระบุหรือร้องขอมาพิเศษ ฉันจะใช้เวลาเก็บข้อมูลระบบดาวเคราะห์นอกระบบแล้วส่งให้อาจารย์ส่งต่อไปยังนาซา เพื่อเป็นการติดตามผลสำรวจของนาซาจากกล้อง TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ด้วยกล้อง ground-based telescope ด้วยการนี้เราก็จะแน่ใจได้ว่าดาวเคราะห์นอกระบบที่พบนั้นมีอยู่จริง ไม่ใช่การเข้าใจผิดจากแหล่งสัญญาณรบกวนอื่น ๆ
อีกอย่างหนึ่งที่ฉันชอบมากเช่นกันก็คือ การได้ถ่ายภาพสวย ๆ ใช่แล้ว วัตถุอวกาศทั้งหลายนั้นมีหลากสีสันตามช่วงคลื่นของแสงที่มันเปล่งออกมา แต่การที่เรามองจากบนโลกและถ่ายด้วยกล้องที่จับได้แค่สว่างหรือมืดนั้น จะให้ได้ภาพสีสวย ๆ ออกมาก็ต้องผ่านขั้นตอนพิเศษอีกนิดหน่อย นั่นคือการถ่ายภาพในหลาย ๆ ฟิลเตอร์ (filter) และการย้อมสีเทียม (pseudo-coloring) แม้จะไม่ใช่สีจากการถ่ายภาพโดยตรง แต่ก็ถ่ายทอดออกมาเป็นสีสันที่ดวงตามนุษย์เราสามารถจะมองเห็นได้
ฟิลเตอร์เป็นอีกอุปกรณ์ในกล้องของเรา เป็นเลนส์กรองแสงพิเศษที่เลือกเฉพาะช่วงคลื่นบางช่วงให้ผ่านเข้ามาได้เท่านั้น เช่น ถ้าเราถ่ายภาพผ่านฟิลเตอร์สีแดง ความเข้มแสงในภาพที่เราถ่ายออกมาจะถ่ายทอดความเข้มของแสงสีแดง ด้วยวิธีนี้ถ้าเรามีรูปที่ถ่ายจากฟิลเตอร์สีต่าง ๆ ได้ครบ 3 สีหลัก แดง เขียว และฟ้า เราก็สามารถย้อมสีแต่ละภาพและนำมาซ้อนกันให้เกิดการซ้อนผสมสีออกมาเป็นภาพสีสวย ๆ อย่างที่ฉันเคยอวดไว้ในฉบับที่แล้วได้ (หลักการคล้ายกับกระบวนการพิมพ์ภาพออฟเซตที่ต้องถ่ายเพลตแยกออกเป็นสีต่าง ๆ)
ภาพแสดงฟิลเตอร์ช่วงคลื่นต่างๆภายในกล้อง CCD โดยภาพนี้ฉันถ่ายจากตู้แสดงโชว์ในหอดูดาวของ Wesleyan University
แต่ยังไม่จบเพียงแค่นั้น เรามาดูภาพกันอีกที
ภาพแสดงสัญญาณรบกวนจากแหล่งต่างๆ
จะเห็นได้ว่าในข้อมูลดิบที่ได้จากการถ่ายภาพวัตถุนั้นเต็มไปด้วยสัญญาณรบกวนจำนวนมาก สังเกตดูรอยขีดข่วนและพิกเซลที่สว่างผิดปกติ ไม่ว่าจะเป็น
(1) dust donut วงแหวนโดนัทจากแสงที่กระจายโดยฝุ่นบนเลนส์กล้อง
(2) hot pixels พิกเซลที่ทำงานผิดปกติจนรับรู้ค่าต่างไปจากที่เป็นจริง
(3) แสงจากดาวเทียมที่เคลื่อนผ่านหรือแสงจากรังสีคอสมิก
(4) dark current ค่าพิกเซลอันเนื่องมาจากอิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นเมื่อตัวกล้องมีอุณหภูมิสูง ไม่ได้เกี่ยวข้องกับภาพที่เราต้องการถ่ายแต่อย่างใด
พวกนี้ล้วนเกิดจากจากปัจจัยภายในตัวกล้องและจากแสงรบกวนในอวกาศ แต่ไม่ต้องกังวลไปว่าปัจจัยพวกนี้จะก่อกวนภาพสวย ๆ ของเรา เพราะเรามีวิธีวัดสัญญาณก่อกวนพวกนี้และจัดการลบมันออกจากภาพก่อนที่จะรวมภาพสีออกมา
และนี่คือสาเหตุที่ฉันกำลังวิ่งไปยังหอดูดาวก่อนที่ดวงอาทิตย์จะตก ! เพื่อเตรียมตัวถ่าย calibration frame หรือเฟรมภาพที่ใช้ในการตัดแต่งเอาสัญญาณรบกวนออกไป แล้วฉบับหน้าฉันจะมาเล่าให้ฟังว่า calibration frame แต่ละแบบได้มาอย่างไรและมีหน้าที่อะไรบ้าง ? ฉบับนี้ขอลาไปด้วยภาพเนบิวลามังกรบิน “สุขสันต์ปีมังกร 2567 ค่ะ”
Flying Dragon Nebula (Sh2-114) เนบิวลาเปล่งแสง ในกลุ่มดาว Cygnus
ภาพจากแหล่งข้อมูล DSS-II (Digitized Sky Survey II) เข้าถึงผ่าน AladinLite https://aladin.cds.unistra.fr/AladinLite/
About Author
