ไขปริศนาจักรวาลกับฮับเบิล ตอนที่ 10: ฮับเบิลสร้างจักรวาลให้มีชีวิต

เราอยู่ในเอกภพที่มีหลายอย่างเหนือจินตนาการ และมีความงดงามอย่างสุดจะบรรยาย ดาวฤกษ์ส่องแสงได้อย่างไร กาแล็กซีและเนบิวลาต่างก็อวดโฉมตัวเองอย่างน่าตื่นตะลึง
 
หลายคนคงเคยเห็นภาพที่สวยงามของฮับเบิลแล้วสงสัยว่า มันสร้างภาพขึ้นมาได้อย่างไร
 
มีอะไรเกิดขึ้นหลังจากแสงจางๆ ของวัตถุที่อยู่แสนไกลเดินทางมาถึงกล้องฮับเบิล มันมีกระบวนการอย่างไรจึงทำให้พลังงานในรูปของแสงแห่งจักรวาลเหล่านี้ถูกแปลงไปเป็นภาพที่มีสีสันสวยงาม ที่นี่ เป็นภาพติดผนัง หรือหน้าจอคอมพิวเตอร์
 
ในคืนฟ้าแจ่มใส เมื่อเราเงยหน้ามองสรวงสวรรค์เบื้องบน เราจะเห็นดวงดาวนับพันส่องแสงระยิบระยับ ตาของเราเป็นเครื่องมือตรวจรู้ที่มหัศจรรย์ แต่ก็ยังมีข้อจำกัดอยู่ไม่น้อย มันยังไม่มีศักยภาพเพียงพอที่จะมองเห็นได้ไกลออกไปมากๆ ในอวกาศ
 
อีกอย่าง เราเห็นเฉพาะแสงในช่วงคลื่นที่ตามองเห็นเท่านั้น เราไม่เห็น ช่วงอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรด แต่กล้องฮับเบิลเห็นได้
นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมนักดาราศาสตร์ที่ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล จึงตื่นเต้นกับเครื่องมือสำรวจเอกภพชิ้นนี้มาก
 
ข้อดีอีกอย่างคือ อยู่สูงขึ้นไป 600 กิโลเมตร จากพื้นโลก ฮับเบิลจึงถือเป็นหน้าต่างที่เปิดตรงสู่เอกภพ
มาดูกระบวนการสร้างภาพของฮับเบิลกัน
 
เริ่มจากแสงของวัตถุที่อยู่แสนไกล มีทิศทางเพื่อเดินทางมาถึงเรา หลังจากเดินทางท่องอวกาศไกลแสนไกล กระจกขนาดกว้าง 2.4 เมตรของฮับเบิลจะจับแสงนั้นได้ แสงนั้นจะถูกส่งไปยังกล้องถ่ายภาพกล้องหนึ่ง ที่นี่พลังงานแสงจะถูกแปลงเป็นประจุไฟฟ้าโดยอุปกรณ์สร้างสัญญาณภาพจากประจุไฟฟ้าหรือ ซีซีดี คล้ายการสร้างภาพในกล้องถ่ายภาพดิจิทัล
 
อุปกรณ์พิเศษอีกอย่างคือ กล้องถ่ายภาพเพื่อการสำรวจขั้นสูง มีจุดสร้างองค์ประกอบภาพหรือพิกเซล มากกว่า 16 ล้านพิกเซล คล้ายกับเป็นถ้วยขนาดเล็กที่เก็บรวบรวมแสงต่างๆ เอาไว้
 
กล้องจะตรวจสอบว่ามีแสงเข้ามามากน้อยเท่าไรที่อยู่ในถ้วยเก็บแต่ละถ้วย จากประจุไฟฟ้าแต่ละพิกเซลแล้วสร้างภาพออกมา ข้อมูลเหล่านี้จะถูกส่งกลับมายังโลก ในลักษณะชุดข้อมูลตัวเลข เก็บไว้ในฐานข้อมูลในสหรัฐอเมริกาและยุโรป
 
 
ภาพเอกภพจากกล้องของฮับเบิล จะผ่านแผ่นกรองแสงสีที่แตกต่างกัน มีลักษณะแบบนี้ มันจะเป็นตัวแยกช่วงคลื่นของแสง ที่มีคุณสมบัติทางกายภาพเฉพาะตัวแตกต่างกัน เช่นอาจจะแยกออกเป็นส่วนที่แตกต่างกันไปตามระยะห่างของกาแล็กซีและเนบิวลา แผ่นกรองแต่ละแผ่นจะทำให้เกิดภาพเพียงสีเดียว แต่ละแผ่นก็มีแต่ละสี
 
ภาพสีเดียวนี้จะถูกเลือกมาใช้แต่ละส่วนมากน้อยต่างกัน เพื่อนำมารวมกัน แม้สีที่ได้ไม่ใช่สีที่แท้จริงก็ตาม อาจใช้แค่เพียง 2 ภาพ หรือถึง 6 ภาพมารวมกัน เพื่อสร้างภาพสีสุดท้ายออกมา
 
มาดูภาพการชนกันของกาแล็กซีหนวดแมลง
 
 
ฮับเบิลถ่ายภาพกาแล็กซีชนกันนี้ ผ่านแผ่นกรอง สีแดง เขียว และน้ำเงิน ทำให้เห็นรายละเอียดที่แตกต่างกันในกาแล็กซี อย่างเช่น แสงสีแดงเป็นแสงที่มาจากดาวฤกษ์อายุมากและแสงจากก๊าซไฮโดรเจน แสงสีน้ำเงินแสดงถึงดาวฤกษ์ร้อนแรงที่กำลังรวมตัวกัน จากปรากฏการณ์ชนกันในจักรวาล
 
ภาพที่มี สีแดง เขียวและน้ำเงิน เมื่อนำมารวมกันจะสร้างภาพสุดท้าย เป็นสีรวมกันหลายสี
 
สิ่งท้าทายอย่างหนึ่งในการสร้างภาพ คือ ในภาพที่มีแสงสว่างเจิดจ้ามากๆ แต่มันมีทั้งวัตถุสว่างมากรวมกับพวกแสงจางๆ และภาพทางดาราศาสตร์ต้องมีข้อมูลที่หลากหลาย มากกว่าที่ตาของเราและจอคอมพิวเตอร์ไม่สามารถแสดงได้ทั้งหมด
 
เป็นเรื่องยากที่ภาพๆ เดียวจะให้ข้อมูลได้ครบถ้วนและหลายคนก็อยู่ในสถานการณ์ท้าทายแบบนี้
 
ลองนึกถึงการถ่ายภาพทิวทัศน์ทั่วๆ ไป ก่อนที่เราจะถ่ายภาพ เราอาจจะเลือกเน้นภาพส่วนสว่างของท้องฟ้าให้ชัดเจนหรือจะให้ส่วนมืดใต้ร่มไม้ชัดเจน เราทำได้
 
แต่จะทำได้ยากถ้าให้ 2 ส่วนนั้นชัดเจนในภาพเดียวกัน กระบวนการสร้างภาพพิเศษแบบนี้ คือการบีบอัดช่วงความสว่างเข้าด้วยกัน
เราจะเห็นภาพทั้งหมด มีความแตกต่างกันน้อยมาก ผู้เชี่ยวชาญด้านภาพจะใช้โปรแกรม FITS Liberator ที่คิดค้นโดย ESA , ESO และ NASA มาสร้างภาพขยายเพิ่มขึ้นหลายเท่า ซึ่งทำให้แยกแยะรายละเอียดด้วยตาเราได้
 
แล้วเราจะใช้ตาเปล่าสังเกตลักษณะดังกล่าวนี้โดยตรงจากกล้องฮับเบิลได้หรือไม่ คำตอบคือ ทำไม่ได้
 
 
ดูภาพนี้ กาแล็กซีซิการ์ เป็นภาพในช่วงแสงที่ตามองเห็นปกติ ตาของเรายังมีศักยภาพไม่เพียงพอที่จะมองเห็นแสงจางๆ ของวัตถุที่อยู่ไกลออกไป แม้จะดูผ่านกล้องโทรทรรศน์ก็ตาม เหตุผลที่อุปกรณ์ของฮับเบิลทำสิ่งนี้ได้ คือ กล้องจะรวบรวมแสงจนเพิ่มความเข้มมากขึ้นในช่วงเวลาที่ยาวนานมาก ซึ่งแบบนี้ตาเราทำไม่ได้
 
อีกอย่างหนึ่ง กล้องโทรทรรศน์บางประเภท สามารถตรวจจับช่วงคลื่นบางช่วงที่ตามองไม่เห็น ภาพนี้แสดงช่วงคลื่นรวมกัน เกินความสามารถของตาปกติ หรือกล้องโทรทรรศน์เพียงกล้องเดียวจะเห็นได้
 
บางส่วนของภาพนี้ได้มาจากกล้องตรวจจับรังสีเอกซ์ จันทรา ซึ่งแสดงช่วงรังสีเอกซ์ออกมาและบางส่วนจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิทเซอร์ ที่ถ่ายในช่วงอินฟราเรด
 
คุณก็สามารถทดลองสร้างภาพด้วยตัวเองได้ เพียงเข้าไปใน Google แล้วพิมพ์คำว่า ‘FITS Liberator’
 

แปลและเรียบเรียง
อ.สิทธิชัย จันทรศิลปิน