ภาพแรกของขั้วเหนือดวงอาทิตย์ ทำไมมันถึงเป็นหนึ่งในภาพที่ถ่ายยากที่สุด



ถ้าให้เราเลือกถ่ายภาพวัตถุในระบบสุริยะที่ง่ายที่สุด คงไม่ต้องให้บอก หลายคนคงจะเลือกถ่ายดวงจันทร์หรือดวงอาทิตย์แน่ ๆ ซึ่งก็แน่นอนว่ามันไม่ใช่เรื่องแปลกอะไร ดวงอาทิตย์ของเรามีขนาดใหญ่กว่าโลกและสามารถบรรจุโลกได้ถึง 1,300,000 ดวง สิ่งนี้คงทำให้เห็นภาพขนาดที่ใหญ่ของมัน และปฏิกริยานิวเคลียร์ฟิวชั้นของมันทำให้มันส่องแสงสว่างในแบบที่ดาวฤกษ์ควรจะเป็น เราได้ถ่ายภาพของดวงอาทิตย์หลากหลายรูปแบบ ได้เรียนรู้เรื่องการใช้งานปริซึมเพื่อแยกเสป็คตรัมของแสง มาจนถึงการพัฒนา Spectrometer เพื่อตรวจสอบธาตุองค์ประกอบ และฮีเลียมธาตุที่พบได้บนโลกทั่วไปกลับถูกค้นพบได้จากการสังเกตดวงอาทิตย์ด้วยซ้ำ

กว่าครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์พยายามทำลายขีดจำกัดในการศึกษาดวงอาทิตย์ด้วยการส่งยานอวกาศไปสำรวจหลายลำ รวมถึงยานปัจจุบันที่กำลังทำงานอยู่อย่าง SDO, SOHO หรือ DSCOVR ที่ออกแบบมาเพื่อสำรวจดวงอาทิตย์โดยเฉพาะ

ภาพถ่ายขั้วเหนือของดวงอาทิตย์ สร้างโดยเทคนิคพิเศษ ที่มา – ESA/Royal Observatory of Belgium

ภาพถ่ายนี้นับเป็นอีกหนึ่งความสำเร็จในการศึกษาดวงอาทิตย์ภาพของมันก็เหมือนภาพทั่วไปของดวงอาทิตย์ที่เรารู้จักกัน เพียงแต่ว่าจุดกึ่งลางของภาพนี้คือขั้วเหนือของมัน ขั้วการหมุนของดวงอาทิตย์ที่มองจากด้านบนลงมา ซึ่งแน่นอนว่าเป็นภาพที่ไม่เคยมีใครได้เห็นมาก่อน แล้วนักดาราศาสตร์ถ่ายภาพนี้ได้อย่างไร ? แล้วทำไมมันจึงกลายเป็นภาพถ่ายที่ถ่ายยากที่สุดภาพหนึ่งในศาสตร์ Heliophysics (การศึกษาธรรมชาติของดวงอาทิตย์) ก็ว่าได้

ความพยายามในการถ่ายดวงอาทิตย์ให้ครบทุกมุม

เดือนตุลาคมปี 2006 ยานอวกาศ 2 ฝาแฝดถูกส่งขึ้นสู่วงโคจรรอบดวงอาทิตย์เพื่อทำภารกิจที่ไม่เคยมีมาก่อน ยานลำแรกที่ชื่อ Stereo-A ที่มาจากคำว่า “Ahead” จะบินนำหน้ายานน้องของมันที่ชื่อว่า Stereo-B “Behind” เล็กน้อย คาบการโคจรที่ไม่ Sync กัน ทำให้ยานจะออกห่างจากกันเรื่อย ๆ และเมื่อถึงจุดจุดหนึ่ง ณ​ เวลาใดเวลาหนึ่ง มันจะทำมุม 180 องศา กันพอดี โดยมีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง นั่นหมายความว่า เราจะสามารถถ่ายภาพแบบ 360 องศา ของดวงอาทิตย์ในแบบ Realtime ได้

จนกระทั่งในปี 2011 มันก็ได้ถ่ายภาพแบบ 360 องศาของดวงอาทิตย์ในแนวระนาบการโคจรออกมา ทำให้นักดาราศาสตร์ สามารถสร้างโมเดล 3 มิติของดาวฤกษ์ที่เรารู้จักดีที่สุดได้ ณ ช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง

ภาพจากยาน STEREO ทั้ง 2 ลำที่ถ่ายภาพด้านหน้าและด้านหลังของดวงอาทิตย์โดยเวลาห่างกันเพียงแค่ 1 นาที ที่มา – Heliophysics Science Division / NASA Goddard Space Flight Center

นับว่าเป็นครั้งแรกที่เราสามารถศึกษาทั้งด้านหน้าและด้านหลังของดวงอาทิตย์ได้พร้อมกัน จากเดิมที่เราจะเห็นได้ก็ต้องรอมันหมุนรอบตัวเอง ซึ่งดวงอาทิตย์ใช้เวลาหมุนรอบตัวเองใช้เวลาประมาณ 30 วัน ซึ่งทำให้ถ้าเราใช้เพียงแค่กล้องตัวเดียว เหมือนยาน SOHO, SDO หรือ DSCOVR จะทำให้เราต้องใช้เวลาถึง 30 ในการรวบรวมข้อมูล และแน่นอนว่ามันเป็นเพียงการนำภาพมาซ้อนทับกันเท่านั้นไม่ได้เกิดจากเวลาจริง

นั่นหมายความว่าเราสามารถถ่ายภาพทุกมุมของดวงอาทิตย์ได้หรือยัง คำตอบก็คือยัง แล้วขั้วเหนือหรือใต้ของมันล่ะ ? มียานอวกาศลำใดหรือเปล่าที่โคจรในแนวอื่นที่ไม่ใช่แนวระนาบเส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ (ระนาบเดียวกับที่ดาวเคราะห์ต่าง ๆ โคจรรอบดวงอาทิตย์) คำตอบก็คือมี เพียงแต่ว่ามันไม่ได้เอากล้องไปเท่านั้นเอง 

ภาพจำลองยาน Ulysses ที่มา – NASA/JPL

ยาน Ulysses เป็นยานลำแรกที่ถูกออกแบบมาให้ “เห็น” ขั้วของดวงอาทิตย์ มันถูกปล่อยไปตั้งแต่ปี 1990 ก่อนหน้าความอยากถ่ายภาพ 360 องศาของดวงอาทิตย์ถึง 16 ปี เพียงแต่มันถูกออกแบบให้ศึกษาคุณสมบัติด้านสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ ไม่ใช่ Sprectrum ของมัน Ulysses จึงไม่ได้นำเซ็นเซอร์ CCD ที่ใช้ในการบันทึกภาพเดินทางไปด้วยนั่นเอง

แล้วทำไมเราไม่ส่งยานลำอื่นไปโคจรผ่านขั้วของดวงอาทิตย์บ้างล่ะ คำตอบก็คือมันยากโคตร ๆ นั่นเอง เนื่องจากโลกและดาวเคราะห์ต่าง ๆ โคจรรอบดวงอาทิตย์ตามแนวศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ ทำให้ยานอวกาศต่าง ๆ ที่หลุดจากพันธนาการแรงโน้มถ่วงของโลกจะต้องโคจรในแนวนี้เช่นกัน หากจะปรับ Inclination (องศาการทำมุมกับเส้นศูนย์สูตร) ก็จะต้องใช้เชื้อเพลิงมหาศาล แน่นอนว่ายานอวกาศลำเล็ก ๆ ไม่สามารถมีพลังมากขนาดนั้น แต่โชคดีที่ Ulysses ถูกออกแบบมาให้แรงโน้มถ่วงมหาศาลของดาวพฤหัส เหวี่ยงมันขึ้นไป ด้วยวิธีการทำ Gravitational Slingshot ผลักมันขึ้นไปทำมุม 79.11 องศา ทำให้มันเป็นยานอวกาศที่มีวงโคจรแปลกที่สุดที่มนุษย์เคยส่งมาก็ว่าได้

ภาพถ่ายแรกของขั้วเหนือดวงอาทิตย์

น่าเสียดายที่ Ulysses ไม่สามารถทำให้เราเห็นขั้วเหนือและใต้ของดวงอาทิตย์ในแบบที่มันควรจะเห็นได้ และการส่งยานไปโคจรผ่านขั้วเหนือและใต้เพียงเพราะแค่ถ่ายรูปก็ดูจะเป็นภารกิจที่เอาแต่ใจและไม่ได้มีคุณค่าทางวิทยาศาสตร์ซักเท่าไหร่ เพราะเราก็มีโมเดลสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์สมบูรณ์ประมาณหนึ่งแล้ว แต่การได้เห็นภาพที่มนุษย์ไม่เคยเห็นมาก่อนก็เป็นความน่าตื่นเต้น

ด้วยความคิดสร้างสรรค์ของทีมนักดาราศาสตร์จาก European Space Agency และ Royal Observatory of Belgium ได้ใช้ยาน PROBA-2 ยานอวกาศที่ออกแบบให้สำรวจดวงอาทิตย์จากวงโคจรรอบโลกธรรมดา ๆ อย่าง Sun-Synchronous Orbit ในการสร้างภาพที่ทำได้ยากมากในทางปฏิบัติ

ยาน Proba 2 ของ ESA ที่มา – ESA

พวกเขาใช้ภาพถ่ายดวงอาทิตย์จากยาน แล้วแบ่งมันออกเป็นเส้น ๆ ลากผ่านตั้งแต่ขั้วเหนือลงมาถึงช่วงเส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์และเก็บข้อมูลไว้ จากนั้นรอให้ดวงอาทิตย์หมุนรอบตัวเอง แล้วนำข้อมูลที่ได้ในเส้นแต่ละเส้น มาเรียงต่อกันโดยมีจุดที่ควรจะเป็นแกนบนอยู่ตรงกลาง จากนั้นลากเส้นออกมาเรื่อย ๆ จนถึงเส้นศูนย์สูตร ดังนั้นถ้านึกภาพตามเราจะพอเดาลักษณะของภาพนี้ได้อยู่บ้าง เช่น

  • ภาพนี้เป็นภาพที่ไม่ได้ตรงตามระยะเวลาจริง เพราะเป็นการถ่ายภาพหลาย ๆ ภาพแล้วมาแปะรวมกัน
  • บริเวณขอบของดวงอาทิตย์มองจากด้านบนจะดูสว่างมาก เพราะจากภาพ Original มันคือบริเวณที่ใกล้เราที่สุด
  • แกนบนของดวงอาทิตย์ตรงกลางภาพ จะดูมืด ๆ นั่นก็เพราะว่ามันคือจุดที่ถ่ายยากที่สุดนั่นเอง
ภาพถ่ายขั้วเหนือของดวงอาทิตย์ สร้างโดยเทคนิคพิเศษ ที่มา – ESA/Royal Observatory of Belgium

ดังนั้นเราจะพอสรุปได้ว่าภาพถ่ายนี้ มันดู Photoshop ซึ่งก็ใช่ แหละ มันไม่ได้ถูกถ่ายได้ในครั้งเดียว แต่ก็อย่าลืมว่าภาพถ่ายดาวเทียมของโลกที่เราเห็น ก็ไม่ได้ถูกถ่ายในครั้งเดียวเหมือนกันนั่นแหละ แต่เป็นการนำภาพจากดาวเทียมหลาย ๆ ดวง ที่ถ่ายในวันและเวลาที่ต่างกันมาแปะรวมกันและสร้างเป็นรูปโลกจำลองขึ้นมา

The Blue Marble ที่เกิดจากการนำภาพถ่ายโลกหลาย ๆ ภาพมาตัดต่อรวมกัน ที่มา – NASA Goddard Space Flight Center

แม้กระทั่งภาพถ่ายโลกที่เราเห็นกันบ่อยที่สุด The Blue Marble ที่ถูกนำไปใช้เป็น Wallpaper ของ iPhone รุ่นแรก และใช้มาจนถึงปัจจุบัน ก็ยังเป็นภาพที่ถูกแต่งขึ้นมาโดยข้อมูลจากดาวเทียมหลายดวง นั่นหมายความว่า ถ้าเราคิดว่าภาพแกนของดวงอาทิตย์ที่ ESA ทำออกมาไม่ต่างอะไรจากภาพตัดต่อ Photoshop ภาพถ่ายทางดาราศาสตร์หลาย ๆ ภาพก็นับว่าเป็นภาพตัดต่อเช่นกัน

ภาพจำลองยาน Solar Orbiter ของ ESA ที่มา – ESA/ATG medialab

สิ่งที่สำคัญที่สุดก็คือเทคนิคการ Process ภาพ ที่ ณ ปัจจุบัน ESA มีความเชี่ยวชาญมากอยู่ระดับหนึ่ง เป็นไปได้ว่า เทคนิคนี้จะถูกนำไปใช้กับยานอวกาศลำต่อไปของ ESA ที่จะเดินทางไปสำรวจดวงอาทิตย์ในปี 2020 ที่ชื่อ Solar Orbiter ที่เป้าหมายหลักคือการศึกษาธรรมชาติของ heliosphere (บรรยากาศของดวงอาทิตย์ที่ห่อหุ้มระบบสุริยะไว้อยู่) ณ ระยะใกล้ดวงอาทิตย์ที่สุดที่ 0.28 AU ซึ่ง Solar Orbiter มีแผนที่จะใช้เทคนิค Gravitational Slingshot แบบเดียวกับที่ Ulysses ใช้ โดยให้ดาวศุกร์เหวี่ยงมันขึ้นให้มี Inclination อยู่ที่ประมาณ 25 – 30 องศา เทียบกับเส้นศูนย์สูตรของดวงอาทิตย์ เพื่อให้เห็นภาพของขั้วเหนือและใต้ของดวงอาทิตย์ชัดมากขึ้นด้วย

สุดท้ายแล้วเชื่อว่าอีกไม่นาน เราจะได้มีภาพถ่ายแบบ 360 องศา ของดวงอาทิตย์จริง ๆ แบบเห็นทั้งบนและล่างกันซักที ซึ่งก็น่าตื่นเต้นดีสำหรับเราที่อยู่ในยุคพิเศษ บรรพบุรุษของเราเห็นดวงอาทิตย์เพียงแต่ด้านใดด้านนึงตลอด แต่เราโชคดีแค่ไหนที่จะได้เห็นด้านหน้า หลัง บน และล่างของดวงดาวที่มนุษย์รู้จักดีที่สุด และใช้ชีวิตกับเรามานับแต่โลกถือกำเนิดขึ้น เหมือนกับลูกที่เติบโตและรู้จักแม่ของเขามากขึ้นในหลาย ๆ มุม

อ้างอิง

NASA – First Ever STEREO Images of the Entire Sun

NASA – The Blue Marble

Phys.org – An artificial Proba-2 view of the solar north pole

ESA – Ulysses Spacecraft