ภาพถ่ายทางดาราศาสตร์หลาย ๆ ภาพ ถูกมองว่าเป็นจินตนาการของนักดาราศาสตร์ที่นึกจะแต่งแต้มสีอะไรก็ได้ลงมาในภาพ นั่นกลายเป็นเหตุสนับสนุนให้เชื่อว่า “วิทยาศาสตร์เป็นเรื่องลวงโลก” แต่หากเราเข้าใจธรรมชาติของการทำงานของกล้องโทรทรรศน์อวกาศแล้ว เราก็จะเข้าใจว่าทำไมนักดาราศาสตร์ต้องใช้โปรแกรมในการช่วยให้ภาพถ่ายออกมาสมบูรณ์
กล้องโทรทรรศน์อวกาศทำงานอย่างไร
กล้องโทรทรรศน์มีหลักการทำงานง่าย ๆ คือการรวมแสง ยิ่งมีพื้นที่รับแสงมาก ยิ่งทำให้ได้ภาพที่ชัดมากยิ่งขึ้น แต่กล้องโทรทรรศน์ที่ตั้งอยู่บนโลก มีผลของชั้นบรรยากาศเข้ามาเป็นตัวแปรด้วย ดังนั้นกล้องโทรทรรศน์อวกาศจึงทำงานได้ดีกว่า เนื่องจากไม่มีชั้นบรรยากาศโลกมาคอยรบกวน
ส่วนอุปกรณ์ที่ใช้ในการเก็บภาพทางดาราศาสตร์ทั่วไปก็คือ CCD (Charged-coupled Device) ซึ่งเป็นเซนเซอร์ใกล้เคียงกับที่ใช้ในกล้องโทรศัพท์มือถือ และกล้องถ่ายภาพทั่ว ๆ ไป หลักการทำงานของ CCD โดยคร่าว ๆ คือ เมื่อมีอนุภาคของแสงหรือโฟตอนตกลงบนพิกเซล ใน CCD ตัวชิพ CCD จะเปลี่ยนสัญญาณแสงในรูปของประจุเก็บเอาไว้ และเมื่อทำการปิดชัตเตอร์ประจุที่เก็บเอาไว้ทุกพิกเซล บน CCD ก็จะถูกถ่ายโอนออกมาเพื่อทำการอ่านค่าที่ได้
CCD ทำงานโดยอาศัยหลักการของปรากฏการณ์ที่เรียกว่าโฟโตอิเล็กทริก ซึ่งอธิบายได้ครั้งแรกโดย อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ส่งผลให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1921 ส่วนผู้ประดิษฐ์ CCD คือ George E. Smith และ Willard S. Boyle ซึ่งทั้งคู่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ.2009 เพราะถือว่าเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่เปลี่ยนแปลงวงการสำรวจอวกาศไปได้อย่างโดยแท้ เพราะในอดีตการถ่ายภาพทางดาราศาสตร์ของกล้องโทรทรรศน์อวกาศใช้ฟิล์มในการถ่าย ซึ่งกว่าจะได้ภาพก็ต้องล้างฟิล์มออกมาก่อน ต่างกับ CCD ที่จะทำให้ได้ภาพทันที
ภาพที่ได้จาก CCD จริง ๆ แล้วเป็นเพียงภาพขาวดำ เนื่องจาก CCD อ่านได้เพียงจำนวนโฟตอนที่ตกลงบนพิกเซล โดยไม่สนใจว่าโฟตอนนั้นจะมีความถี่เท่าไหร่ เราสามารถทำให้ภาพมีสีได้ โดยการติดฟิลเตอร์กรองแสงเข้าไป หรือที่เรียกกันว่า RGB
RGB คืออะไร
ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจก่อนว่า วัตถุที่เราเห็นไม่ได้มีสีอย่างที่เราเห็น แต่สีที่เราเห็นคือสีที่ผิววัตถุนั้นสะท้อนออกมา นั่นแปลว่า แม้ว่าเราจะเห็นวัตถุเป็นสีแดง แต่แท้จริงแล้วผิวของวัตถุดูดซับแสงสีทั้งหมดเอาไว้ยกเว้นแสงสีแดง จึงทำให้ตาของเราเห็นวัตถุเป็นสีแดง
ดังนั้น สีขาวที่เราเห็นก็เกิดจากการสะท้อนแสงทุกช่วงคลื่นที่สามารถมองเห็นได้จากผิววัตถุเข้าตาของเรา ส่วนสีดำของวัตถุเกิดจากการดูดกลืนแสงทุกช่วงคลื่นเอาไว้ การที่เรามีเซลรูปกรวยอยู่ในเรตินาของตาเรา จึงเสมือนกับตาของเราได้ติดฟิลเตอร์ RGB ไว้แล้ว เพราะในตามนุษย์มีเซลรูปกรวยหกถึงเจ็ดล้านเซลและส่วนมากกระจุกอยู่บริเวณจุดโฟกัส และ เซลทรงกรวยมี 3 แบบด้วยกัน คือเซลทรงกรวย เอส, เซลทรงกรวย เอ็ม และสุดท้ายเซลทรงกรวย แอล ซึ่งแต่ละชนิดจะไวต่อแสงสีในช่วงคลื่นที่ต่างกันนั่นคือ แดง, เขียว และน้ำเงิน
RGB ย่อมาจาก red, green และ blue คือ กระบวนการผสมสีจากแม่สี 3 สี คือสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน จากคลาสศิลปะพื้นฐานในวัยเด็กคงทำให้หลายคนทราบแล้วว่า การผสมแม่สีแต่ละสี ในอัตราส่วนที่ต่างกันจะก่อให้เกิดสีใหม่ ๆ ขึ้นมา
ภาพถ่ายทางดาราศาสตร์ที่ได้จาก CCD จะถูกนำมาผ่านฟิลเตอร์ Red, Green และ Blue และสุดท้ายจะนำภาพถ่ายทั้งสามมารวมกันและกลายเป็นภาพอย่างที่เราเห็นกันทั่วไป
แต่นอกจากการนำภาพมาผ่านฟิลเตอร์ RGB แล้ว ยังมีกระบวนการอื่นอีกเพื่อให้ได้ภาพที่สมบูรณ์ที่สุด เช่น Dark frame ซึ่งวิธีการทำก็คือถ่ายภาพท้องฟ้ามืด ๆ หลังจากถ่ายภาพเสร็จ เพื่อนำมาซ้อนกับภาพที่ต้องการลบ Noise เพื่อกำจัดสัญญาณรบกวน กระบวนการนี้ก็ต้องอาศัยโปรแกรมช่วยอีกเช่นกัน แต่ในบทความนี้เราจะขอเน้นการพูดถึงการแต่งสีของภาพถ่ายเป็นหลัก
ซึ่งแสงแต่ละสีที่เราเห็นมีความสัมพันธ์กับโครงสร้างและคุณสมบัติของวัตถุท้องฟ้านั้น ๆ เช่น ดาวฤกษ์ที่มีอายุน้อยจะมีอุณหภูมิที่ผิวสูงและมีสีน้ำเงิน ส่วนดาวฤกษ์ที่มีอายุมากใกล้ถึงจุดสุดท้ายของชีวิตจะมีสีแดง ฉะนั้นการที่ภาพถ่ายทางดาราศาสตร์แต่ละภาพต้องผ่านการปรับแต่งจึงไม่ได้เป็นไปเพื่อความสวยงามเพียงอย่างเดียว แต่เป็นไปเพื่อการคาดเดารูปแบบโครงสร้าง และคุณสมบัติของวัตถุนั้น ๆ
ยกตัวอย่างเช่นกรณีศึกษาง่าย ๆ เช่น ภาพถ่าย Cat’s Eye Nebula ที่ถ่ายด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลผ่านความยาวคลื่นแคบ ๆ สาม ช่วง ของแสงสีแดงซึ่งสอดคล้องกับการแผ่รังสีจากอะตอมไฮโดรเจน , อะตอมออกซิเจน และไอออนของไนโตรเจน นั่นเพราะสำหรับดวงตาของมนุษย์แล้ว แสงทั้งสามของความยาวคลื่นนั้นจะแยกแยะได้ยาก ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงใช้ฟิลเตอร์ RGB กับภาพก่อนจะรวมภาพเข้าด้วยกันเพื่อเน้นหาความแตกต่างทางเคมีที่ละเอียดอ่อน
แต่นอกจากฟิลเตอร์ RGB แล้วยังต้องมีฟิลเตอร์ที่สามารถรับความยาวคลื่นในช่วงที่ตาของมนุษย์มองไม่เห็น เช่นรังสีอัลตราไวโอเลต และอินฟราเรด ซึ่งในช่วงคลื่นอินฟราเรดสีน้ำเงินนั้นสอดคล้องกับแสงดาวที่สะท้อนจากฝุ่นละอองรอบ ๆ ดาวฤกษ์ใกล้ตายและสีแดงหมายถึงรังสีความร้อนที่ปล่อยออกมาจากไฮโดรเจนโมเลกุลร้อน
ดังนั้น การกรองแสงโดยใช้ฟิลเตอร์กับภาพถ่ายทางดาราศาสตร์ไม่ได้มีจุดประสงค์เพื่อความสวยงามเพียงอย่างเดียว แต่ทำไปเพื่อหาโครงสร้าง และคุณสมบัติอื่น ๆ ต่อไป และกว่าจะได้ภาพถ่ายอันสวยงามมาหนึ่งภาพ ต้องผ่านขั้นตอนที่ยุ่งยากพอสมควรเลยทีเดียว และแต่ละภาพไม่ได้ถูกนั่งเทียนสร้างขึ้นมาแต่อย่างใด เพียงแต่มีการใช้โปรแกรมและวิธีการช่วยเพื่อให้ได้ภาพที่สมบูรณ์ ซึ่งต่างจากการตัดต่อภาพนั่นเอง
เรียบเรียงโดยทีมงาน Spaceth.co
อ้างอิง
