เราเห็นดวงจันทร์เหมือนกันหรือไม่?

แน่นอนว่ามนุษย์ทุกคนบนโลกเห็นดวงจันทร์ดวงเดียวกัน แต่หากเราทุกคนบนโลกพยายามจะมองดวงจันทร์พร้อมกัน ภาพดวงจันทร์ที่ปรากฏจะแตกต่างกันเล็กน้อย

อันดับแรก ประชากรครึ่งหนึ่งบนโลกจะมองไม่เห็นดวงจันทร์ เนื่องจากพวกเขาจะอยู่บนโลกบริเวณที่หันออกไปจากดวงจันทร์ ส่วนประชากรที่เห็นดวงจันทร์นั้น จะเห็นตำแหน่งของดวงจันทร์แตกต่างกันเล็กน้อย เมื่อเทียบกับดาวเบื้องหลัง เนื่องจากดวงจันทร์นั้นมีระยะห่างที่ใกล้กว่าดาวฤกษ์มาก ซึ่งเราสามารถเห็นความแตกต่างได้โดยใช้ระยะห่างระหว่างผู้สังเกตเพียงแค่จากเชียงใหม่ไปกรุงเทพ โดยหากเราสามารถวัดมุมมองของดวงจันทร์ที่เปลี่ยนไป เทียบกับระยะห่างระหว่างผู้สังเกต เราก็จะสามารถคำนวณระยะทางถึงดวงจันทร์ได้ วิธีนี้เรียกว่าพารัลแลกซ์ดวงจันทร์ ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับที่มนุษย์ใช้วัดระยะทางถึงวัตถุทุกอย่างในชีวิตประจำวันโดยการเปรียบเทียบมุมที่แตกต่างกันระหว่างตาซ้ายกับตาขวา

วิธีการวัดพารัลแลกซ์ดวงจันทร์นั้นมีการวัดกันมาตั้งแต่สมัยกรีกโบราณ โดยอริสตาร์คัส ฮิปปาร์คัส และพโทเลมี และสามารถทำได้ไม่ยากในยุคปัจจุบัน โดยใช้กล้องถ่ายภาพและกล้องโทรทรรศน์ธรรมดา และเป็นโครงงานอย่างง่ายๆ ที่นักเรียนและอาจารย์สามารถทำได้ อย่างไรก็ตาม การวัดระยะทางถึงดวงจันทร์โดยใช้วิธีนี้เพื่อให้ได้ความแม่นยำสูงในระดับนั้นทำได้ยากในทางปฏิบัติ เนื่องจาก

1) ดวงจันทร์มีความสว่างมากเมื่อเทียบกับดวงดาว ทำให้มักจะมองไม่เห็นดวงดาวในภาพเดียวกัน
2) ต้องอาศัยผู้สังเกตที่อยู่ห่างกันเป็นระยะห่างที่ไกลมากหลายร้อยหรือพันกิโลเมตร
3) ต้องอาศัยการระบุเวลาที่แม่นยำในการถ่ายภาพ เพื่อให้ได้ภาพของดวงจันทร์

แต่ในวันที่ 19 มกราคม 2019 หรือหนึ่งปีที่แล้ว เกิดปรากฏการณ์จันทรุปราคาขึ้น ไม่เพียงเท่านั้น ระหว่างที่เกิดจันรุปราคาเต็มดวงนี้ ก็ได้เกิดอุกกาบาตชนเข้ากับดวงจันทร์ ที่สามารถสังเกตเห็นได้พร้อมกันทั่วโลก (ในด้านที่เป็นเวลากลางคืน) และถูกบันทึกเอาไว้พร้อมกันโดยนักดาราศาสตร์จำนวนมากมายที่กำลังสังเกตจันทรุปราคาอยู่

ซึ่งเหตุการณ์นี้ เป็นประจวบเหมาะที่สุดที่จะสามารถวัดระยะห่างถึงดวงจันทร์โดยวิธีพารัลแลกซ์ได้ เนื่องจากเงื่อนไขทั้งสามเบื้องต้นนั้นได้ถูกแก้ไปโดยปริยาย

1) ดวงจันทร์มีความสว่างลดลงอย่างมาก เนื่องจากเกิดจันทรุปราคาเต็มดวง
2) มีผู้สังเกตจำนวนมาก กำลังสังเกตดวงจันทร์พร้อมกัน ทั่วทุกมุมโลก
3) การระบุเวลาที่เกิดขึ้นสามารถทำได้โดยอัตโนมัติ เนื่องจากหลุมอุกกาบาตที่เกิดขึ้นเป็นตัวยืนยันว่าเวลาที่บันทึกภาพนั้นมีความเหลื่อมล้ำกัน แม่นยำในระดับเสี้ยววินาที

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ จึงทำให้ผมเกิดความสนใจที่จะลองทำการวัดระยะทางถึงดวงจันทร์โดยระยะทางพารัลแลกซ์ โดยต้องการจะทราบว่าด้วยเหตุการณ์ที่ประจวบเหมาะเช่นนี้ เราจะสามารถวัดได้แม่นยำเพียงใด และจะสามารถทำสถิติความแม่นยำของการวัดระยะทางโดยวิธีนี้ได้หรือไม่ จึงได้ทำการรวบรวมภาพจันทรุปราคาที่ติดการชนของอุกกาบาตที่ได้ส่งเข้ามาทางเว็บไซท์ Astronomy Picture of the Day (APOD) ที่ได้บันทึกเอาไว้โดยนักดาราศาสตร์สมัครเล่นทั่วทุกมุมโลก

จากนั้น ผมได้ติดต่อกับ Jorge I. Zuluaga จาก University of Antioquia ที่กำลังทำการศึกษาการชนของอุกกาบาตบนดวงจันทร์จากภาพถ่ายของนักดาราศาสตร์สมัครเล่นเช่นเดียวกัน และได้มีการ collaborate กัน เพื่อนำภาพที่ได้ทั้งหมดมาวิเคราะห์ข้อมูลเกี่ยวกับการชนกันของอุกกาบาต

สิ่งที่ทำให้งานนี้น่าสนใจมากๆ ก็คือข้อมูลที่ได้ทั้งหมดเป็นข้อมูลที่มาจากนักดาราศาสตร์สมัครเล่นทั้งสิ้น สิ่งที่เราสนใจอย่างหนึ่งก็คือ ในยุคปัจจุบันนี้ นักดาราศาสตร์สมัครเล่นยังสามารถมีส่วนร่วมในงานวิจัยทางดาราศาสตร์อีกหรือไม่ ในยุคที่การสังเกตเกือบทั้งหมดถูกทำให้อัตโนมัติโดยหุ่นยนต์ และกล้องโทรทรรศน์ที่ออกแบบมาสำหรับงานวิจัย กล้องโทรทรรศน์หลังบ้านของนักดาราศาสตร์สมัครเล่นยังสามารถให้ข้อมูลที่สามารถนำไปใช้ในงานวิจัย และเปิดเผยข้อมูลที่นักดาราศาสตร์อาชีพยังไม่ทราบได้อีกหรือไม่

จากความสงสัยส่วนตัวเกี่ยวกับพารัลแลกซ์ดวงจันทร์ จึงกลายไปเป็นการระบุตำแหน่งการชนของอุกกาบาตจากภาพถ่ายทั้ง 7 ไปจนถึงการวัดความสว่างของการชนเพื่อหาพลังงานจากการชน ซึ่ง collaborator ของผมนำไปเพื่อคำนวณหาเส้นทางเดินของอุกกาบาตที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ต่อไป

จากการศึกษา ทำให้เราพบว่าการชนของอุกกาบาตนี้นั้นเกิดขึ้นที่พิกัด (−29.43⁠, −67.89) บนดวงจันทร์ และภารกิจของดาวเทียม LRO ในอนาคตอาจจะสามารถยืนยันหลุมอุกกาบาตที่เกิดขึ้นใหม่ในบริเวณนี้ของดวงจันทร์ได้ นอกจากนี้เรายังสามารถคำนวณความสว่างที่เกิดขึ้นจากการชนกันของหลุมอุกกาบาต จากภาพถ่ายโดยกล้องถ่ายภาพธรรมดาของนักดาราศาสตร์สมัครเล่น ซึ่งได้ค่าที่สอดคล้องกับค่าที่วัดได้จาก MIDAS ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ของนักดาราศาสตร์อาชีพเพียงกล้องเดียวที่บันทึกปรากฏการณ์นี้เอาไว้ โดยแมกนิจูดที่วัดได้มีค่าอยู่ที่ประมาณ 6.7 หรือสามารถสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า หากเราบังเอิญว่ากำลังแหงนหน้ามองดวงจันทร์ในขณะเสี้ยววินาทีนั้นพอดี

แต่ที่สำคัญกว่านั้น คือเราสามารถยืนยันได้ว่าแม้กระทั่งในทุกวันนี้ นักดาราศาสตร์สมัครเล่นก็ยังสามารถให้ข้อมูลอันสำคัญและเป็นส่วนหนึ่งของการไขความลับของธรรมชาติได้อยู่

ส่วนเรื่องของการวัดระยะทางโดยวิธีพารัลแลกซ์ดวงจันทร์นั้น ถึงแม้จะไม่ใช่หัวข้อหลักของงานวิจัยนี้อีกต่อไป แต่เราก็ยังคงใส่รายละเอียดนั้นเอาไว้ในส่วนของ appendix

ในภาพนี้ เป็นภาพดวงจันทร์ระหว่างการเกิดจันทรุปราคาเต็มดวงเมื่อวันที่ 19 มกราคม 2019 ปีที่แล้ว โดยภาพทุกภาพถูกบันทึกเอาไว้ในเสี้ยววินาทีเดียวกัน โดยผู้สังเกตจากตำแหน่งบนพื้นโลกที่แตกต่างกัน 7 ตำแหน่ง และภาพดวงจันทร์ทั้ง 7 ภาพถูกนำมาแสดงเอาไว้บนภาพเดียวโดยเทียบกับดาวเบื้องหลังเพื่อแสดงให้เห็นว่าดวงจันทร์ที่ผู้สังเกตแต่ละคนเห็นนั้นแตกต่างกันมากเพียงใด เราจะพบว่าตำแหน่งปรากฏของดวงจันทร์นั้น เป็นการสะท้อนถึงตำแหน่งบนผิวโลกของผู้สังเกตไปโดยปริยาย โดยผู้สังเกตที่อยู่ห่างกันมากที่สุดมีระยะปรากฏของดวงจันทร์ห่างกันถึง 2-3 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางดวงจันทร์

จากข้อมูล เราพบว่าข้อมูลที่มีนั้นสามารถระบุระยะห่างถึงดวงจันทร์ได้แม่นยำในระดับเพียงไม่กี่ร้อยกม. หรือ 0.01% โดยในขณะที่เกิดการชนกันของอุกกาบาตนั้นศูนย์กลางของดวงจันทร์อยู่ห่างจากศูนย์กลางของโลก 356,553 กม. ถึงแม้ว่าการวัดระยะห่างถึงดวงจันทร์ในปัจจุบันสามารถทำได้โดยการยิงเลเซอร์ไปที่ Lunar Laser Ranging experiment แต่การวัดระยะห่างในครั้งนี้ก็น่าจะเป็นการวัดโดยวิธี parallax ที่แม่นยำที่สุดครั้งหนึ่งในประวัติศาสตร์ เป็นเรื่องที่น่าเสียดายว่าไม่ได้มีหน่วยงานใดเก็บบันทึกสถิตินี้เอาไว้ แต่จนถึงทุกวันนี้ผู้เขียนก็ยังไม่สามารถหาบันทึกการวัดระยะห่างดวงจันทร์โดยวิธีพารัลแลกซ์ที่แม่นยำกว่านี้ได้

โดยความแม่นยำของระยะห่างนั้น มีความแม่นยำเพียงพอที่จะสามารถสังเกตเห็นความแตกต่างของระยะห่างระหว่างส่วนผิวของดวงจันทร์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด ไปจนถึงส่วนที่อยู่บริเวณขอบ มากเพียงพอที่เราจะสามารถสังเกตเห็นว่าดวงจันทร์เป็นทรงกลม และดวงจันทร์มีการ "ส่าย" เล็กน้อย เมื่อผู้สังเกตจากสองทวีปทำการมองดวงจันทร์จากคนละฟากของโลก การส่ายนี้เราเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า diurnal motion ซึ่งเราสามารถสังเกตเห็น diurnal motion ได้ในภาพนี้ โดยเฉพาะหากเราใช้เทคนิคการมองภาพสามมิติมามองภาพดวงจันทร์

ข้อมูลทั้งหมดนี้ ได้ถูกตีพิมพ์ลงในวารสาร Monthly Notices of the Royal Astronomical Society เมื่อวานนี้ ซึ่งเป็นเวลาหนึ่งปีหลังจากเกิดอุกกาบาตพอดี [1] แต่สามารถหาอ่านเวอร์ชั่นฟรีได้ทาง arXiv preprint[2]

ซึ่งหากเรากลับมาที่คำถามเดิม ว่าเราสามารถเห็นดวงจันทร์ได้เหมือนกันหรือไม่? คำตอบก็คือ แม้ว่าเราจะเห็นดวงจันทร์ดวงเดียวกัน แต่ดวงจันทร์ที่เราเห็นก็แตกต่างกันเล็กน้อย และด้วยความแตกต่างนี้เอง ที่สามารถช่วยให้เราเข้าใจอะไรได้มากขึ้นอีกนิดหนึ่งเกี่ยวกับเอกภพ

อ้างอิง/อ่านเพิ่มเติม:
[1] https://academic.oup.com/mnras/article-abstract/492/1/1432/5682492
[2] https://arxiv.org/abs/1901.09573
[3] https://www.facebook.com/matiponblog/photos/a.255101608033386/932010020342538/?type=3&theater

【新論文（預印）】On the α-Intensity Correlation in Gamma-Ray Bursts: Subphotospheric Heating with Varying Entropy

我們對伽瑪射線暴的最新研究結果已通過同儕審查，被皇家天文學會月報（MNRAS）接受刊登，這是 arXiv.org 上的預印版本。我們使用貝氏統計資料分析方法，重新分析38個伽瑪射線暴的伽瑪射線光譜，發現了一個可能的參數相關。

https://arxiv.org/abs/1901.01775