หนึ่งในคำถามที่สังคมมักตั้งคำถามกับการสำรวจอวกาศคือเหตุใดยานอวกาศรุ่นใหม่ที่ออกเดินทางไปยังดาวเคราะห์ดวงต่าง ๆ กลับมีจำนวนพิกเซลของเซนเซอร์ที่น้อยกว่าจำนวนพิกเซลบนกล้องโทรศัพท์มือถือเสียอีก

หนึ่งในตัวอย่างที่คนพูดถึงกันมากที่สุดคือยานยูโรปาคลิปเปอร์ (Europa Clipper) ที่ออกเดินทางไปสำรวจดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสบดี กล้องถ่ายภาพความละเอียดสูงบนยานมีความละเอียดแค่ 8 ล้านพิกเซลเท่านั้น เทียบไม่ติดกับความละเอียดของกล้องถ่ายภาพของโทรศัพท์มือถือ หลายคนจึงตั้งข้อสงสัยว่าเพราะอะไรยานอวกาศมูลค่า 5,200 ล้านเหรียญสหรัฐ ถึงมีเทคโนโลยีที่ล้าหลังเมื่อเทียบกับสิ่งที่พวกเขาใช้งานกันในปัจจุบัน

ภาพถ่ายเปรียบเทียบกาแล็กซี M100 จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซ้ายเป็นภาพจากฮับเบิลก่อนเปลี่ยนกระจกที่มีปัญหา และขวาภาพจากฮับเบิลหลังจากเปลี่ยนกระจกที่มีปัญหาเรียบร้อย ภาพจาก NASA

จำนวนพิกเซลของเซนเซอร์ที่น้อยกว่าไม่ได้หมายความว่าภาพที่ถ่ายออกมาจะมีคุณภาพแย่กว่ากล้องถ่ายภาพที่มีจำนวนพิกเซลมากกว่า เพราะคุณภาพที่แท้จริงของภาพถ่ายไม่ได้ขึ้นกับจำนวนของพิกเซลเพียงอย่างเดียว อันที่จริง คุณภาพของภาพถ่ายนั้นขึ้นกับความสามารถในการแยกแยะรายละเอียดของภาพหรือความคมชัดของภาพ

ความคมชัดของภาพปัจจัยหลักขึ้นกับสิ่งที่เรียกว่าคุณภาพของเลนส์ เนื่องจากดาวเทียมหรือยานอวกาศส่วนใหญ่นั้นอยู่ห่างจากพื้นผิวที่ต้องการจับภาพมาก ประมาณ 50-100 กิโลเมตรจากพื้นผิว เลนส์ของกล้องถ่ายภาพจึงไม่ได้เป็นเพียงเลนส์รวบรวมแสงแบบกล้องถ่ายภาพธรรมดา แต่เป็นกล้องโทรทรรศน์ที่มีหน้าเลนส์ขนาดใหญ่มาก เช่น กล้องถ่ายภาพมุมแคบ (Narrow-angle Camera) ของระบบถ่ายภาพ (Europa Imaging System หรือ EIS) ประจำยานยูโรปาคลิปเปอร์มีหน้ากระจกปฐมภูมิขนาด 152 มิลลิเมตรและทางยาวโฟกัสที่ 1,000 มิลลิเมตร ผสานกับเซนเซอร์กล้องถ่ายภาพขนาด 8 ล้านพิกเซล ทำให้ความละเอียดของพื้นผิวที่ถ่ายได้จะอยู่ที่ 0.5 เมตรต่อ 1 พิกเซลที่ระดับความสูง 50 กิโลเมตรจากพื้นผิว ซึ่งนับว่าเป็นความละเอียดของการถ่ายภาพที่สูงมากกว่าการสำรวจดวงจันทร์ยูโรปาในอดีตที่ความละเอียด 500 เมตรต่อพิกเซล

ภาพวาดตำแหน่งของกล้อง EIS บนยาน Europa Clipper ภาพจาก NASA

การถ่ายภาพดาวเคราะห์ไม่ได้ถ่ายภาพเพียงภาพเดียวแล้วสามารถถ่ายภาพครอบคลุมได้ทั้งดวง เพราะดาวเคราะห์มีขนาดใหญ่มาก การถ่ายภาพความละเอียดสูงจึงต้องอาศัยการถ่ายภาพแบบสแกน โดยอาศัยการถ่ายภาพเจาะมุมแคบและนำมาประกอบกันเป็นภาพถ่ายดาวเคราะห์ทั้งดวง ซึ่งจะได้ออกมาเป็นภาพความละเอียดสูงเหมาะกับงานด้านวิทยาศาสตร์

นอกจากนี้ กล้องถ่ายภาพบนยานอวกาศมีขนาดเซนเซอร์ที่ใหญ่มาก เช่น กล้อง EIS มีขนาดเซนเซอร์ที่ 41x20 มิลลิเมตร ซึ่งใหญ่กว่าเซนเซอร์ของกล้องถ่ายภาพในโทรศัพท์มือถือถึง 47 เท่า มันจึงเก็บข้อมูลความละเอียดสูงในพื้นที่มีแสงน้อยอย่างดวงจันทร์ยูโรปาได้

ภาพถ่ายพื้นผิวของดวงจันทร์ยูโรปาด้วยกล้อง Stellar Reference Unit บนยานจูโน ซึ่งมอบความละเอียด 250 - 340 เมตรต่อพิกเซล นับเป็นความละเอียดสูงสุดที่เคยมีมาจากการถ่ายภาพดวงจันทร์ยูโรปา ภาพจาก NASA

เซนเซอร์และคุณภาพของเลนส์นั้นสำคัญกับการเก็บข้อมูลภาพถ่ายของยานอวกาศและกล้องโทรทรรศน์อวกาศเป็นอย่างมาก หนึ่งในเหตุการณ์ตัวอย่างคือกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลที่เมื่อปล่อยออกไปแล้วกระจกปฐมภูมินั้นมีความบิดเบี้ยวจากที่ออกแบบไว้ไปเล็กน้อย ภาพถ่ายจากกล้องฮับเบิลจึงไม่คมชัดตามที่ได้ออกแบบไว้ ส่งผลให้ต้องมีภารกิจขึ้นไปเปลี่ยนกระจกปฐมภูมิของกล้องฮับเบิลใหม่

ดังนั้นไม่ใช่ว่ากล้องถ่ายภาพของยานอวกาศที่มีจำนวนความหนาแน่นพิกเซลที่น้อยจะหมายความว่ากล้องถ่ายภาพของยานอวกาศเหล่านั้นจะมีคุณภาพที่ต่ำ อุปกรณ์วิทยาศาสตร์ถูกออกแบบมาเพื่อให้บรรลุเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์ที่วางไว้ ดังนั้นคุณภาพของอุปกรณ์วิทยาศาสตร์นั้นสูงกว่าอุปกรณ์ที่ใช้งานทั่วไปอย่างแน่นอน

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

ทำไมกล้องถ่ายภาพบนยานอวกาศมีจำนวนพิกเซลน้อยกว่ากล้องมือถือ