นักบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติบันทึกภาพปรากฏการณ์ทางแสงสุดตระการตาเหนือมหาสมุทรอินเดีย เผยให้เห็น “พระจันทร์ทรงกลด” (Lunar Halo) ในมุมมองจากวงโคจรที่แตกต่างจากบนพื้นโลกอย่างสิ้นเชิง ภาพนี้แสดงให้เห็นส่วนโค้งของแสงที่โอบล้อมดวงจันทร์ไว้อย่างอ่อนช้อย ท่ามกลางบรรยากาศชั้นบนสุดของโลกที่เต็มไปด้วยผลึกน้ำแข็งขนาดจิ๋ว
ปรากฏการณ์พระจันทร์ทรงกลดที่เราเห็นนี้ เกิดจากการที่แสงจันทร์เดินทางไปกระทบกับผลึกน้ำแข็งขนาดเล็กที่ลอยตัวอยู่ในชั้นบรรยากาศของโลก แสงจะเกิดการหักเหและสะท้อนผ่านผลึกเหล่านั้นจนแยกตัวออกเป็นแถบสีหรือวงแหวนสว่างล้อมรอบดวงจันทร์ โดยปกติแล้วเรามักจะเห็นทรงกลดเป็นวงกลมเต็มวงขนาด 22 องศา แต่จากมุมมองบนสถานีอวกาศนานาชาติซึ่งโคจรอยู่สูงเหนือชั้นบรรยากาศขึ้นไปประมาณ 400 กิโลเมตร นักบินอวกาศจะเห็นแสงนี้เป็นส่วนโค้งที่พาดผ่านขอบฟ้า เนื่องจากตำแหน่งของดวงจันทร์อยู่หลังชั้นน้ำแข็งบางๆ ในบรรยากาศชั้นเมโซสเฟียร์พอดี
ความลับของรูปร่างทรงกลดที่สวยงามนี้ขึ้นอยู่กับเรขาคณิตของผลึกน้ำแข็งเป็นสำคัญ โดยเฉพาะผลึกน้ำแข็งรูปหกเหลี่ยมที่จะหักเหแสงในมุมที่แม่นยำจนเกิดเป็นวงแหวน ในภาพถ่ายครั้งนี้ทรงกลดปรากฏเป็นเพียงส่วนโค้งสว่างแทนที่จะเป็นวงกลมสมบูรณ์ เนื่องจากมุมมองของนักบินอวกาศประกอบกับการกระจายตัวของผลึกน้ำแข็งที่ไม่ได้ล้อมรอบดวงจันทร์ทั้งหมดในขณะนั้น การเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยของทิศทางผลึกน้ำแข็งอาจส่งผลต่อรูปร่างและความคมชัดของแสงสว่างที่ปรากฏขึ้น
เจาะลึกความลับ “น้ำแข็งที่ขอบอวกาศ” และเทคนิคการถ่ายภาพบนวงโคจร
ชั้นบรรยากาศเมโซสเฟียร์ (Mesosphere) ที่ความสูงประมาณ 50-85 กิโลเมตร คือบริเวณที่หนาวเย็นที่สุดของโลก โดยอุณหภูมิอาจดิ่งลงต่ำกว่า -90 องศาเซลเซียส ผลึกน้ำแข็งที่เกิดในชั้นนี้มีความแตกต่างจากเมฆฝนทั่วไปอย่างมาก เนื่องจากอากาศที่เบาบางทำให้ไอน้ำต้องอาศัย “ฝุ่นอวกาศ” ที่เกิดจากสะเก็ดดาวตกหรืออนุภาคจากการพ่นไอเสียของจรวดเป็นแกนกลางในการควบแน่น
เมื่อไอน้ำอันน้อยนิดไปเกาะตัวกับฝุ่นเหล่านี้ในอุณหภูมิที่เย็นจัด ผลึกน้ำแข็งรูปหกเหลี่ยมขนาดเล็กจะค่อยๆ ก่อตัวขึ้น ความพิเศษคือผลึกเหล่านี้มักจะถูกจัดเรียงตัวด้วย คลื่นความโน้มถ่วง (Gravity Waves) ซึ่งไม่ใช่คลื่นในอวกาศ แต่เป็นคลื่นอากาศที่เกิดจากพายุรุนแรงหรือลมที่พัดผ่านเทือกเขาสูงบนพื้นโลกแล้วกระเพื่อมขึ้นสู่ด้านบน แรงกระเพื่อมนี้เองที่ไปจัดระเบียบให้ผลึกน้ำแข็งเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบ จนเมื่อแสงจันทร์ส่องผ่านจึงเกิดการหักเหในมุมที่พอเหมาะ กลายเป็นวงโค้งที่นักบินอวกาศบันทึกได้นั่นเอง
การถ่ายภาพในสภาวะแสงน้อยบนสถานีอวกาศนานาชาติ
การถ่ายภาพ “พระจันทร์ทรงกลด” จากสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) ไม่ใช่เรื่องง่าย เพราะสถานีอวกาศกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงถึง 28,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง การจะเก็บรายละเอียดแสงที่นุ่มนวลท่ามกลางความมืดมิดโดยไม่ให้ภาพเบลอนั้นต้องอาศัยเทคนิคและอุปกรณ์เฉพาะทาง
- การชดเชยการเคลื่อนที่: นักบินอวกาศต้องใช้ขาตั้งกล้องชนิดพิเศษหรืออุปกรณ์ที่เรียกว่า NightPod ซึ่งจะช่วยหมุนกล้องตามตำแหน่งของโลกและวัตถุบนท้องฟ้าโดยอัตโนมัติ เพื่อชดเชยความเร็วของสถานีอวกาศ ทำให้สามารถเปิดหน้ากล้องได้นานพอที่จะเก็บแสงจากพระจันทร์ทรงกลดที่เบาบางได้
- การจัดการแสงสะท้อน: ภายในโมดูลคิวโปลา (Cupola) หรือหน้าโดมกระจกของ ISS มักจะมีแสงไฟจากอุปกรณ์ภายในรบกวน นักบินอวกาศจะต้องดับไฟหรือใช้ผ้าคลุมสีดำปิดรอบตัวกล้องเพื่อไม่ให้แสงสะท้อนบนกระจกหน้าต่างมาบดบังรายละเอียดของแสงจันทร์
ความได้เปรียบทางทัศนวิสัย: การที่ ISS อยู่เหนือชั้นบรรยากาศหนาแน่น ทำให้นักบินอวกาศสามารถใช้เลนส์ที่มีรูรับแสงกว้างบันทึกภาพได้โดยไม่มี “การกระพริบ” ของแสง หรือความฟุ้งกระจายที่เกิดจากละอองลอย (Aerosols) ในอากาศชั้นล่าง ภาพที่ได้จึงมีความคมชัดและแสดงให้เห็นชั้นบรรยากาศเป็นเส้นบางๆ แยกออกจากกันอย่างชัดเจน
สถานีอวกาศนานาชาติถือเป็นจุดสังเกตการณ์ชั้นเลิศที่ช่วยให้เราเห็นปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เนื่องจากอยู่เหนือระบบสภาพอากาศส่วนใหญ่ของโลก ทำให้ภาพที่ได้ปราศจากความบิดเบี้ยวจากเมฆหรือมลภาวะในอากาศชั้นล่าง การถ่ายภาพลักษณะนี้อยู่ภายใต้การดูแลของ NASA’s Crew Earth Observations ซึ่งไม่ได้มีเพียงความสวยงามเท่านั้น แต่ยังเป็นเครื่องมือสำคัญที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสง สภาพอากาศ และองค์ประกอบทางเคมีของโลก
ที่น่าสนใจคือผลึกน้ำแข็งที่ทำให้เกิดทรงกลดครั้งนี้ไม่ใช่เมฆทั่วไปที่เราเห็นกันในชีวิตประจำวัน แต่เป็นผลึกน้ำแข็งในชั้นเมโซสเฟียร์ที่อยู่สูงจากพื้นดินประมาณ 50 ถึง 85 กิโลเมตร ซึ่งเป็นบริเวณที่อากาศเบาบางและหนาวเย็นจัด ผลึกน้ำแข็งเหล่านี้มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสูงมาก และมักได้รับอิทธิพลจาก “คลื่นความโน้มถ่วง” หรือคลื่นที่เกิดจากการกระเพื่อมของอากาศเนื่องจากพายุหรือสภาพภูมิประเทศด้านล่าง ซึ่งช่วยหล่อหลอมโครงสร้างน้ำแข็งอันละเอียดอ่อนจนกลายเป็นปรากฏการณ์ส่องสว่างที่สวยงามอย่างที่เราได้เห็นกัน
ข้อมูลจากภาพถ่ายเหล่านี้ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ในโครงการ NASA’s Crew Earth Observations สามารถวิเคราะห์ความหนาแน่นและตำแหน่งของผลึกน้ำแข็งในชั้นเมโซสเฟียร์ได้ ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญในการศึกษาสภาวะโลกร้อน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในบรรยากาศชั้นบนเป็นดัชนีชี้วัดที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลกเรา
ข้อมูลอ้างอิง: NASA
