นักถ่ายภาพทั่วไปทำไมถึงถ่ายภาพหลุมดำไม่ได้

Share

หลังจากวันที่ 10 เมษายน พ.ศ. 2562 ที่ผ่านมาได้มีการแถลงข่าวการถ่ายภาพหลุมดำเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ ด้วยเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์อีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope : EHT) ซึ่งเป็นกล้องโทรรศน์วิทยุ จากหอดูดาวจากสถาบันดาราศาสตร์ 8 แห่งทั่วโลก ได้แก่ อเมริกา สเปน เม็กซิโก ในฮาวาย 2 แห่ง ชิลี 2 แห่ง และตั้งอยู่ขั้วโลกใต้อีก 1 แห่ง

ภาพถ่ายกาแล็กซี Galaxy M87 ด้วยกล้องโทรทรรศน์ในช่วงคลื่นแสงที่ตามนุษย์มองเห็น

(ภาพโดย : กีรติ คำคงอยู่ / Telescope :Takahashi TOA130 / Camera : CCD Moravian G 16200 / Focal length : 1000 mm. / Aperture : f/7.7)

 

        โดยการถ่ายภาพหลุมดำ นักดาราศาสตร์ใช้เทคนิคในการถ่ายภาพ คือ การใช้เทคนิคการแทรกสอดระยะไกล (Very Long Baseline Interferometer : VLBI) โดยใช้คลื่นวิทยุความถี่สูงของหอดูดาว 8 แห่งทั่วโลก มารวมกันเป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ที่เสมือนว่ามีกล้องที่มีขนาดหน้าจานเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก ถ่ายภาพหลุมดำพร้อมกัน เวลาเดียวกัน ตำแหน่งเดียวกัน ในช่วงความถี่ 230 GHz เทียบเท่าความยาวคลื่น 1.3 มิลลิเมตร ทำให้ได้ภาพที่มีความละเอียดเชิงมุมระดับ 20 ไมโครอาร์คเซค เปรียบเสมือนมีความละเอียดเพียงพอที่จะอ่านหนังสือพิมพ์ในนิวยอร์คได้จากร้านกาแฟในปารีส ที่ระยะห่างกว่า 6,000 กิโลเมตร

 

 

        ภาพเปรียบเทียบระยะห่าง ของการใช้เทคนิคการรวมกล้องโทรทรรศน์วิทยุหลายๆ ตัวมาทำให้เป็นกล้องตัวเดียว ด้วยเทคนิคที่เรียกว่า Very Long Baseline Interferometer : VLBI ซึ่งสามารถเปรียบได้กับความละเอียดสูงพอที่จะอ่านหนังสือพิมพ์ในนิวยอร์คได้จากร้านกาแฟในปารีส ที่ระยะห่างกว่า 6,000 กิโลเมตร

 

การถ่ายภาพหลุมดำ

ภาพถ่ายหลุมดำเครือข่ายกล้องโทรทรรศน์วิทยุอีเวนต์ฮอไรซัน (Event Horizon Telescope : EHT) 

ภาพจาก https://eventhorizontelescope.org

 

        ปัจจุบันการถ่ายภาพวัตถุบนท้องฟ้าทำได้ 2 วิธีคือ บันทึกภาพจากวัตถุที่เปล่งแสงออกมา และจากคลื่นวิทยุที่ส่งมาถึงโลก แต่การถ่ายภาพหลุมดำนั้น ไม่ได้ง่ายด้วยปัจจัยต่างๆ มากมาย ทั้งขนาดของกล้อง ประเภทของกล้องที่ใช้ ช่วงความยาวคลื่นที่จะสามารถถ่ายภาพได้ และเทคนิคการประมวลผลภาพต่างๆ ล้วนเป็นปัจจัยที่ส่งผลให้สามารถถ่ายภาพได้ แต่คำถามที่เกิดขึ้นมากมายสำหรับนักถ่ายภาพสมัครเล่นนั้น จะมีอะไรกันบ้างนั้นไปหาคำตอบกันครับ  

 

 

คำถาม : เราจะใช้กล้องโทรทรรศน์ธรรมดาทั่วไปกับกล้องดิจิตอลหรือ CCD ถ่ายภาพหลุมดำได้หรือไม่ 

ตอบ : ไม่ได้ เพราะต่อให้เราสามารถสร้างกล้องโทรทรรศน์ธรรมดาทั่วไปหรือในช่วงความยาวคลื่นแสงที่ตามนุษย์มองเห็น (ความยาวคลื่นช่วงนี้อยู่ระหว่าง 380-750 นาโนเมตร) ให้มีขนาดใหญ่เท่าโลกก็ถ่ายหลุมดำไม่ได้ เนื่องจากในช่วงคลื่นแสงที่ตามนุษย์มองเห็นนั้นตรงบริเวณใจกลางกาแล็กซีที่เป็นหลุมดำที่ต้องการถ่ายภาพ ยังมีบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกเป็นอุปสรรค รวมทั้งฝุ่นต่างที่อยู่ในอวกาศขวางกั้น ทำให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบางความยาวคลื่นไม่สามารถแผ่ลงมาถึงพื้นโลกได้ จนไม่สามารถจะถ่ายภาพได้ แต่กล้องโทรทรรศน์วิทยุนั้นสามารถถ่ายภาพได้เนื่องจากสามารถถ่ายภาพในช่วงคลื่นวิทยุความถี่สูงได้  

 

 

คำถาม : ทำไมเราไม่ถ่ายภาพหลุมดำตรงใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือก ทั้งๆ ที่มันเป็นบริเวณใจกลางกาแล็กซีที่ใกล้เรามากที่สุด

ตอบ : เพราะหลุมดำบริเวณกาแล็กซีทางช้างเผือกมีขนาดเล็กเกินไป ที่จะถ่ายภาพได้ แต่นักดาราศาสตร์เลือกถ่ายภาพบริเวณใจกลางกาแล็กซี M87 ซึ่งเป็นหลุมดำมวลขนาดยักษ์ (Supermassive Black Hole) ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่ามากหลายเท่า (กาแล็กซี M87 ห่างจากโลกประมาณ 55 ล้านปีแสง มีหลุมดำยักษ์บริเวณใจกลางกาแล็กซี M87 ที่มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์ 6,500 ล้านเท่า) และก็เช่นเดียวกัน กาแล็กซีแอนโดรเมดา M31 ถึงแม้จะมีระยะห่างจากโลกเพียง 2.6 ล้านปีแสง แต่ก็ไม่ได้มีขนาดหลุมดำที่ใหญ่พอจะถ่ายภาพได้

 

 

คำถาม : นักดาราศาสตร์ใช้วิธีไหนในการถ่ายภาพหลุมดำ

ตอบ : ใช้วิธีที่เรียกว่า การแทรกสอดระยะไกล (Very Long Baseline Interferometer : VLBI) โดยใช้คลื่นวิทยุความถี่สูงของหอดูดาว 8 แห่งทั่วโลก มารวมกันเป็นกล้องโทรทรรศน์วิทยุ ที่ทำตัวเสมือนว่าเป็นกล้องที่มีขนาดหน้าจานเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก ถ่ายภาพพร้อมกัน เวลาเดียวกัน ตำแหน่งเดียวกัน ในช่วงความถี่ 230 GHz ทำให้ได้ภาพที่มีความละเอียดสูงมาก 

        หลังจากนั้นก็ต้องนำเอาข้อมูลประมาณ 1 ล้านกิกะไบต์ จากหอดูดาวทั้งหมดมาประมวลผลโดยเทคนิคทางคอมพิวเตอร์ โดยใช้เวลากว่า 2 ปี โดยนักดาราศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์จากสถาบันต่างๆ ช่วยวิเคราะห์และยืนยันภาพเหล่านี้แล้วจึงประกาศถ่ายทอดเผยแพร่มายังคนทั่วไปพร้อมกัน

 

เปรียบเทียบภาพกาแล็กซีทางช้างเผือกที่ความยาวคลื่นต่างๆ

 

ภาพถ่ายของกาแล็กซีทางช้างเผือกในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน

 

ภาพถ่ายของกาแล็กซีทางช้างเผือกในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน

แสงที่ตามองเห็น (Optical)

แสดงให้เห็นความสว่างของทางช้างเผือกตามที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

 

รังสีอินฟราเรด (Infrared)

แสดงให้เห็นแก๊สและฝุ่นทึบแสงที่มีอุณหภูมิต่ำ ที่อยู่ในแขนกังหันของทางช้างเผือก

รังสีแกมมา (Gamma Ray)

แสดงให้เห็นถึงบริเวณที่เป็นดาวเกิดใหม่มีอุณหภูมิสูง ในใจกลางของทางช้างเผือก 

คลื่นวิทยุความถี่ 408MHz (Radio Continuum)

แสดงให้เห็นถึงแผ่ออกมาจากบริเวณรอบๆ ทางช้างเผือก 

 

 

        จะเห็นได้ว่า การถ่ายภาพทางช้างเผือกด้วยช่วงความยาวคลื่นต่างๆ ทำให้เราสามารถเห็นรายละเอียดต่างๆได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตามเราไม่สามารถมองเห็นวัตถุท้องฟ้าจากพื้นโลกได้ทุกความยาวคลื่น เนื่องจากบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกเป็นอุปสรรค รวมทั้งฝุ่นต่างที่อยู่ในอวกาศ ทำให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบางความยาวคลื่นไม่สามารถแผ่ลงมาถึงพื้นโลกได้ นักดาราศาสตร์จึงมีการสร้างกล้องโทรทรรศน์ในช่วงคลื่นต่างๆ เพื่อก้าวข้ามอุปสรรคต่างและนำมาซึ่งข้อมูลอันมหาศาลนั่นเอง และทั้งหมดนี้จึงเป็นคำตอบว่า “ทำนักดาราศาสตร์สมัครเล่น ที่ใช้กล้องถ่ายภาพแบบธรรมดาทั่วไปจึงไม่สามารถถ่ายภาพหลุมดำได้”