Featured ครั้งแรกในประวัติศาสตร์ ยาน New Horizons ถ่ายภาพ Proxima Centauri แบบ Parallax เทียบกับโลก
ครั้งแรกในประวัติศาสตร์ ยาน New Horizons ถ่ายภาพ Proxima Centauri แบบ Parallax เทียบกับโลก

Chottiwatt Jittprasong

ครั้งแรกในประวัติศาสตร์ ยาน New Horizons ถ่ายภาพ Proxima Centauri แบบ Parallax เทียบกับโลก

June 20, 2020

ยาน New Horizons ที่จากโลกมาแล้วกว่า 14 ปีนับตั้งแต่วันปล่อยยานในวันที่ 19 มกราคม 2006 ยาน New Horizons นับตั้งแต่วันแรกที่มันออกจากโลกจนถึงตอนนี้มันได้เดินทางมาไกลจากโลกแล้วกว่า 6.6 ล้านกิโลเมตรและได้ทำการ Fly-by วัตถุในระบบสุริยะต่าง ๆ มาแล้วมากมาย และเมื่อวันที่ 10 มิถุนายน นี้ก็เป็นอีกครั้งที่เราได้รับสัญญาณภาพจากยาน New Horizons ผ่าน Deep Space Network และยังเป็นครั้งแรกที่เราได้นำภาพที่ถ่ายจากโพรบมาทำ Stellar Parallax หรือ Interstella Parallax อีกด้วย

Interstellar Parallax คืออะไร

การเปรียบเทียบที่เรียกว่า Stellar Parallax หรือ Interstellar Parallax คือการนำภาพที่ถ่ายจากตำแหน่งและระยะทางที่แตกต่างกันมาเปรียบเทียบกันในที่นี้ก็คือภาพจากยาน New Horizons และภาพจากกล้องโทรทรรศน์บนโลก ซึ่งปกติการทำ Parallax เราจะใช้ภาพจากโลกเท่านั้นด้วยการถ่ายภาพดาวเป้าหมายไว้หนึ่งภาพจากนั้นรอ 6 เดือนเมื่อตำแหน่งของโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์มาอยู่อีกฝั่งแล้วจึงถ่ายภาพอีกภาพซึ่งระยะห่างระหว่างตำแหน่งแรกของการถ่ายภาพกับตำแหน่งที่สองของการถ่ายภาพก็คือ Baseline นั้นเอง จากนั้นจึงเอาภาพทั้งสองที่ถ่ายได้มาเปรียบเทียบกับดาวพื้นหลังว่าดาวเป้าหมายนั้นเปลี่ยนตำแหน่งไปเท่าไหร่เพื่อหามุม Parallax เมื่อได้มุม Parallax แล้วเราก็สามารถนำมุม Parallax มาใช้ในสมการ tan p = 1 AU/d ได้โดยที่ p คือค่ามุม Parallax และ 1 AU คือค่าประมาณระยะทางจากโลกไปดวงอาทิตย์ (1 AU) แล้วหา d

การทำ Parallax – ที่มา Wikimedia Commons

ซึ่งเมื่อเราแก้ d ได้เราก็จะได้ระยะทางของจากโลกไปยังดาวเป้าหมายได้นั้นเอง แต่เมื่อเราต้องการทำ Parallax กับดาวที่อยู่ไกลขึ้นนั้นหมายความว่า Baseline ที่ 2 AU หรือ 1 รอบวงโคจรของโลกอาจจะไม่เพียงพอเพราะว่าภาพที่ถ่ายจาก Baseline เพียง 2 AU อาจจะแทบไม่เห็นความแตกต่างเพราะดาวเป้าหมายอยู่ไกลมาก ๆ เป็นผลทำให้ได้ค่า Parallax angle ที่น้อยมาก ๆ หรือคลาดเคลื่อน ทำให้เราจำเป็นต้องหาวิธีเพิ่ม Baseline ซึ่งการเพิ่ม Baseline หมายถึงเราจะต้องไปถ่ายรูปที่จะเอามาทำ Parallax จากที่อื่น

ดาวอังคาร? ไม่ ๆ ไม่ใช่ดาวอังคารแน่นอน ยังใกล้เกินไปและแทบจะไม่เห็นความแตกต่างเหมือนกัน แต่ภาพที่เราใช้ในการทำ Interstellar Parallax ครั้งนี้มี Baseline ประมาณ 6.6 ล้านกิโลเมตรนั้นก็คือภาพจากยาน New Horizons นั้นเอง ซึ่งเป็นการทำ Interstellar Parallax ที่มี Baseline ยาวที่สุดเท่าที่เคยทำมา ตำแหน่งของดาวเป้าหมายเมื่อถ่ายจากโลกและจากยาน New Horizons จะแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดเพราะระยะห่างของ Baseline นั้นเอง

ภาพจำลองการถ่ายรูป Interstellar Parallax เปรียบเทียบระหว่างมุมมองจากโลกและมุมมองจากยาน New Horizons – ที่มา NSF’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory/Pete Marenfeld

ซึ่งจากมุมมองที่แตกต่างและ Baseline ที่ยาวขึ้นกว่าเดิมเยอะมากทำให้เราสามารถหาค่ามุม Parallax ได้ละเอียดขึ้น นั้นหมายความว่าเราจะสามารถหาระยะทางของดาวที่อยู่ไกลได้มากกว่าการทำ Parallax แบบเดิม และเมื่อเปรียบเทียบการทำ Parallax แบบเดิมกับการทำ Stellar Parallax เราจะพบประโยชน์อีกข้อนึงนั้นก็คือเราไม่จำเป็นต้องรอ 6 เดือนเพื่อที่จะถ่ายภาพ Parallax แล้วเพราะว่าไม่จำเป็นต้องรอให้โลกโคจรไปอีกฟากเพื่อทำ Baseline แล้วแต่สามารถเอาภาพจาก New Horizons ที่อยู่ห่างออกไปหลายล้านกิโลเมตรได้เลย

การทำ Stellar Parallax เปรียบเทียบกับการทำ Parallax แบบเดิม – ที่มา Brian May

จากภาพนี้จะเห็นได้ว่าเราจะได้มุม Parallax ที่กว้างขึ้นกว่าเดิมเยอะซึ่งทำให้มันวัดง่ายกว่าเดิมเมื่อเปรียบเทียบกับการทำ Parallax แบบเดิม มุม Parallax อาจจะเล็กเกินจนไม่สามารถวัดเลยก็เป็นได้ แต่ทั้งนี้การทำ Stellar Parallax ก็จะละเอียดขึ้นกว่าเดิมนิดหน่อยเพราะว่ายาน New Horizons ไม่ได้หยุดนิ่งแต่กำลังเคลื่อนที่ออกจากระบบสุริยะด้วยความเร็ว 58,500 km/h (ประมาณ 16.26 km/s) ซึ่งถือเป็นวัตถุที่เดินทางเร็วที่สุดเท่าที่มนุษย์เคยสร้างมาและด้วยระยะทางกว่า 6.6 ล้านกิโลเมตร นั้นหมายถึงสัญญาณวิทยุที่เดินทางด้วยความเร็วแสงใช้เวลาประมาณ 6 ชั่วโมงจึงค่อยเดินทางถึงยาน New Horizons นั้นหมายความว่าเมื่อเราจะถ่ายภาพ Stellar Parallax เราจะต้องส่งคำสั่งถ่ายภาพไปก่อนล่วงหน้า 6 ชั่วโมง

หมายเหตุ: เวลาที่ใช้อ้างอิงคือเวลาบนโลกทั้งหมด

สมมุติว่าเราจะถ่ายภาพ Stellar Parallax ของ Proxima Centauri วันนี้ เวลา 17:00 น. ทีมควบคุมภารกิจส่งคำสั่งให้ New Horizons หันไปถ่ายรูปดาว Proxima Centauri คำสั่งจะถึงยาน New Horizons ในอีก 6 ชั่วโมงตอนเวลาประมาณ 23:00 น. หลังจากที่คำสั่งเดินทางถึงยานที่เวลา 23:00 น. ยาน New Horizons น่าจะได้รับสัญญาณจากโลกแล้วและน่าจะกำลังเริ่มถ่ายรูป เราทราบดีว่าจะต้องมีรูปจากฝั่งโลกเช่นกันนั้นหมายถึงเราต้องถ่ายรูปพร้อมกับตอนที่ยาน New Horizons ถ่าย แต่ในความเป็นจริงหากเราถ่ายรูปพร้อมกับตอนที่ New Horizons ถ่าย (ที่เวลา 23:00 น.) นั้นหมายความว่าเรากำลังถ่ายรูป “ในอดีตที่เก่ากว่า” รูปที่ยาน New Horizons เพราะ New Horizons อยู่ใกล้กับดาว Proxima Centauri มากกว่าโลกประมาณ 2.89 ชั่วโมงแสง (ประมาณ 3 พันล้านกิโลเมตร) หมายความว่าแสง “ใหม่” (ซึ่งจริง ๆ ก็แสงในอดีตเหมือนเดิมนั่นแหละ) เดินทางถึง New Horizons ก่อนโลกประมาณ 2 ชั่วโมง 53 นาที นั้นหมายความว่าถ้าเราถ่ายพร้อมกันที่ 23:00 น. เรากำลังถ่ายรูปที่ Delay ไปถึง 2 ชั่วโมง 53 นาทีทั้ง ๆ ที่ถ่ายพร้อมกันนั้นหมายความว่าหากต้องการรูปภาพที่ถ่าย ณ ช่วงเวลาเดียวกันจริง ๆ ไม่คลาดเคลื่อน ยาน New Horizons จะถ่ายรูปที่เวลา 23:00 น. ในขณะที่กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นโลกจะต้องถ่ายรูปดาว Proxima Centauri ที่เวลาประมาณ 01:53 น. ในวันใหม่เพื่อให้ได้รูปแบบเดียวกันแต่ถ่ายคนละตำแหน่งที่แท้จริงนั้นเอง

หรือถ้าเป็นอีกเคสก็คือเราต้องทำ Stellar Parallax กับดาวที่อยู่ไกลจาก New Horizons แต่ใกล้โลก วิธีต่าง ๆ ก็จะคล้าย ๆ กันเพียงแต่สลับด้านและอาจจะซับซ้อนขึ้นเล็กน้อยอย่างเช่นการถ่ายรูปดาว Wolf 369 ซึ่งอยู่ใกล้โลกกว่ายาน New Horizons ประมาณ 3.74 ชั่วโมงแสง (ประมาณ 4 พันล้านกิโลเมตร) นั้นหมายถึงภาพที่โลกได้รับจะใหม่กว่าภาพที่ New Horizons ได้รับประมาณ 3 ชั่วโมง 44 นาที ณ เวลาเดียวกัน อย่างที่เราบอกไปว่าคำสั่งที่จะสั่งให้ New Horizons ถ่ายรูปใช้เวลา 6 ชั่วโมงในการเดินทาง นั้นหมายความว่าเราจะต้องส่งคำสั่งไปหา New Horizons 3 ชั่วโมง 44 นาที ก่อนที่จะถ่ายรูปภาคพื้นโลก สมมุติว่าเราจะถ่ายรูป Wolf 369 ด้วยกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นตอน 19:00 น. เราจะต้องส่งคำสั่งไปหา New Horizons ตอนเวลา 15:16 น. จากนั้น 19:00 น. จึงถ่ายรูปด้วยกล้องภาคพื้นโลก อีก 2 ชั่วโมง 16 นาทีต่อมา New Horizons จึงค่อยเริ่มถ่ายรูป แสงที่ New Horizons และกล้องภาคพื้นโลกจึงจะเป็นแสงเดียวกัน ณ ช่วงเวลาที่ใกล้เคียงกันจริง ๆ

นอกจากนี้เรายังไม่ได้คำนวณเรื่องของ Relativity หากเราอยากได้ระยะทางที่แม่นยำมากถึงมากที่สุดเราอาจจะต้องคำนวณเรื่องของ Relativity เข้าไปด้วยไม่ว่าจะเป็น Gravitational time dilation, Relativity of simultaneity และอื่น ๆ กล่าวได้ว่าเราไม่สามารถหาระยะทางของดาวจากโลกได้แม่นยำ 100% นั้นเองเพียงแต่ใกล้เคียง

แล้วยาน New Horizons ไปถ่ายรูปดาวอะไรมา

ภาพที่ยาน New Horizons ส่งมาผ่าน DSN นั้นหากจากเรียกว่าภาพของท้องฟ้าที่เราไม่รู้จักก็คงไม่แปลก ภาพที่เราได้รับกลับมานั้นถูกถ่ายด้วยกล้อง Long-range Telescopic Camera เมื่อวันที่ 22-23 เมษายน 2020 ซึ่งเป็นภาพของระบบดาวที่อยู่ใกล้เราที่สุดเรียกว่า Proxima Centauri และอีกระบบก็คือ Wolf 359 หรือก็คือดาวที่เราอธิบายใน Case scenarios ของการทำ Stellar Parallax ไปก่อนหน้านี้นั้นเอง

Proxima Centauri อยู่ในกลุ่มดาวคนครึ่งม้า (Centaurus) เป็นดาวแคระแดงมวลน้อยในลำดับหลัก (Main sequence red dwarf) มันมีมวลเพียงแต่ 1 ใน 8 ของมวลดวงอาทิตย์เพียงเท่านั้น อยู่ห่างจากระบบสุริยะไป 4.244 ปีแสง ซึ่งถือเป็นดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุด Proxima Centauri มีความสว่างปรากฎเพียง 11.13 แมกนิจูดเท่านั้นทำให้ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

ดาว Proxima Centauri จาก Hubble Space Telescope – ที่มา ESA/Hubble

ส่วน Wolf 359 อยู่ในกลุ่มดาวสิงโต (Leo) เป็นดาวแคระแดงในลำดำดับหลัก (Main sequence red dwarf) มีมวลเพียงแค่ 9% ของมวลดวงอาทิตย์ อยู่ห่างจากระบบสุริยะไป 7.9 ปีแสง เป็นดาวที่ใกล้ที่อยู่ใกล้โลกที่สุดอันดับที่ 8 เมื่อไม่นับดวงอาทิตย์ กับระบบดาว Alpha Centauri (ซึ่งมี Proxima Centauri อยู่ในระบบ) มีความสว่างปรากฎเพียง 13.54 แมกนิจูด ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้

ภาพถ่ายดาว Wolf 359 ดาวสีส้มแดงอยู่เหนือกลางภาพไปเล็กน้อย – Klaus Hohmann

ยาน New Horizons ได้หันกล้องไปทางดาวสองดาวนี้และถ่ายภาพกลับมาเพื่อเปรียบเทียบตำแหน่งของดาวทั้งสองดวงว่าระหว่างภาพที่ถ่ายด้วยระยะทาง 6.6 ล้านกิโลเมตรจากโลกกับภาพจากโลกแตกต่างกันแค่ไหนและนี่คือภาพที่ยานถ่ายได้

ภาพของดาว Proxima Centauri จากยาน New Horizons เปรียบเทียบกับภาพที่ถ่ายจากโลก – ที่มา NASA
ภาพของดาว Wolf 359 จากยาน New Horizons เปรียบเทียบกับภาพที่ถ่ายจากโลก – ที่มา NASA

นอกจากนี้ทีม New Horizons Parallax ยังเปิดให้เราสามารถลองถ่ายรูปทางดาราศาสตร์เองเพื่อเอารูปไปทำ Parallax กับภาพจากยาน New Horizons จริง ๆ ได้อีกด้วย (แต่ก็อย่าลืมว่ามันคลาดเคลื่อนแน่ ๆ ถ้าใช่รูปถ่าย ณ ปัจจุบัน) แต่ก็ยังมีรูปจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นที่ถ่ายไว้ช่วงเวลาเดียวกันกับรูปภาพของยาน New Horizons ไว้ห้องลองเล่นเหมือนกัน หรือจะไปโหลดรูปมาดูเล่น ๆ ก็ได้ ที่นี่ เลย

อ้างอิง

NASA’s New Horizons Conducts the First Interstellar Parallax Experiment

New Horizons Parallax





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



เรื่องราวน่าสนใจ

อัพเดทเรื่องราว ข่าว และบทวิเคราะห์เจาะลึก