เครื่องบินสามารถมองเห็นเรือดำน้ำใต้น้ำได้ลึกหลายสิบเมตร หรือเป็นร้อยๆ เมตร จริงหรือ?

ผู้เขียนเคยได้ยินหลายคนพูดกันบ่อยเรื่องเครื่องบินสามารถมองเห็นเรือดำน้ำใต้น้ำ (รวมถึงวัตถุใต้น้ำอื่น) ได้ลึกหลายสิบเมตร หรือเป็นร้อยๆ เมตร รวมทั้งมีภาพหลักฐานที่เครื่องบินสามารถถ่ายภาพจากเรือดำน้ำขณะดำอยู่ใต้น้ำได้ ซึ่งคำกล่าวอ้างดังกล่าวมักได้ยินหนาหูบ่อยครั้งโดยเฉพาะในช่วงที่มีข่าวโครงการจัดหาเรือดำน้ำของกองทัพเรือ แต่คำกล่าวอ้างนั้นเป็นจริงมากน้อยเพียงใดคงต้องมาพิจารณาเหตุผลและหลักฐานประกอบกันต่อไป

เริ่มจากเหตุผลทางฟิสิกส์ แสงที่เดินทางจากอากาศลงไปสู่น้ำทะเลจะมีการสูญเสียอยู่ 3 รูปแบบ คือ การสะท้อน การกระจาย และการถูกดูดกลืน โดยการสะท้อนจะเกิดจากมุมของแสงที่ตกกระทบลงบนผิวน้ำและความเรียบของผิวน้ำ โดยการสะท้อนจะเริ่มมีผลต่อการสูญเสียความเข้มแสงที่มุมตกกระทบมากกว่า 60 องศาจากมุมตั้งฉากในกรณีของผิวน้ำที่เรียบ แต่ในทางปฏิบัติที่ผิวน้ำมีคลื่นจะส่งผลต่อมุมตกกระทบทำให้การสูญเสียมีมากกว่าที่คำนวณได้จากผิวน้ำที่ไม่มีคลื่น

การสูญเสียความเข้มของแสงเนื่องจากการสะท้อนที่มุมต่างๆ
(ภาพจาก Water and Light in Underwater Photography)

การกระจายของแสงใต้น้ำเกิดจากการที่แสงกระทบกับอนุภาคในน้ำ ทำให้บางส่วนของแสงที่เดินทางไปยังวัตถุที่ต้องการมองเห็นกระจายไปยังทิศทางอื่น ผลของการกระจายของแสงนอกจากทำให้สูญเสียความเข้มแสงแล้วยังทำให้ความชัดในการมองเห็นวัตถุใต้น้ำลดลงอีกด้วย

การกระจายแสงแบบต่างๆ ในน้ำ
(ภาพจาก Water and Light in Underwater Photography)

การสูญเสียความเข้มแสงแบบสุดท้ายคือการสูญเสียเนื่องจากการถูกดูดกลืนพลังงานโดยโมเลกุลของน้ำ ซึ่งการถูกดูดกลืนพลังงานนี้เป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อการสูญเสียความเข้มของแสงใต้น้ำมากที่สุด การดูดกลืนนี้จะมีปริมาณขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสง โดยน้ำทะเลสามารถดูดกลืนแสงในย่านความยาวคลื่นสีแดงได้ดี ส่งผลให้น้ำทะเลและวัตถุใต้น้ำดูเป็นสีน้ำเงิน ตัวอย่างการคำนวณจากกราฟการดูดกลืนแสงพบว่าในน้ำทะเลลึกห่างฝั่งแสงสีแดงจะถูกดูดกลืนไป 40% ต่อระยะทาง 1 เมตร หมายความว่าที่ความลึก 1 เมตร แสงสีแดงจะส่องผ่านไปได้เพียง 60% และที่ความลึก 2 เมตร แสงสีแดงจะส่องผ่านไปได้ 60% ของความเข้มที่ 1 เมตรแรก หรือคิดเป็น 60% x 60% = 36% ของความเข้มแสงในอากาศ

การดูดกลืนพลังงานแสงในน้ำทะเลที่ความยาวคลื่นต่างๆ
(ภาพจาก Water and Light in Underwater Photography)

ภาพรวมการสูญเสียพลังงานของแสงในน้ำ จากการสะท้อน การกระจาย และการถูกดูดกลืน
(ภาพจาก studyblue.com)

จากที่กล่าวมาข้างต้นสรุปได้ว่าการสูญเสียความเข้มของแสงใต้น้ำเกิดจากการสะท้อน การกระจาย และการถูกดูดกลืนพลังงาน โดยการถูกดูดกลืนพลังงานเป็นปัจจัยสำคัญที่สุด โดยในพื้นที่ทะเลลึกห่างฝั่งที่น้ำมีความใสมาก (กราฟเส้น I-IA-IB) แสงจะสามารถทะลุทะลวงไปถึงความลึก 40 ม. ได้น้อยกว่า 50% และที่ความลึก 100 ม. แสงจะเดินทางไปถึงได้น้อยกว่า 5% ส่วนในพื้นที่ทะเลใกล้ฝั่ง (กราฟเส้น 1-9) แสงจะเดินทางไปถึงความลึก 40 ม. ได้ไม่ถึง 1%

กราฟแสดงร้อยละของแสงที่สามารถทะลุทะลวงความลึกต่างๆ
(ภาพจาก Marine Biology and Oceanography, FIU)

ความเข้มแสงเฉลี่ยที่ระดับความลึกต่างๆ (ภาพจาก Introduction to Oceanography, SCF)

ในกรณีของการมองเห็นวัตถุใต้น้ำที่ไม่มีแสงสว่างในตัวเองจากจุดสังเกตเหนือผิวน้ำ หมายความว่าแสงจะต้องเดินทางจากผิวน้ำลงไปกระทบวัตถุใต้น้ำและเดินทางกลับขึ้นมาหาผู้สังเกตเหนือผิวน้ำ ทำให้แสงต้องเดินทางเป็นระยะทาง 2 เท่า (ไป-กลับ) ดังนั้นที่ความลึก 50 ม. แสงจะต้องเดินทางเป็นระยะทางรวม 100 เมตร กลับขึ้นไปยังผิวน้ำ ซึ่งจะเหลือความเข้มแสงน้อยกว่า 5% ในพื้นที่ทะเลลึกห่างฝั่งที่น้ำใสมาก ดังนั้นจากเหตุผลทางฟิสิกส์แล้วการมองเห็นวัตถุใต้น้ำที่ความลึก 50 ม. จึงแทบจะเป็นไปไม่ได้แม้ในกรณีที่น้ำใสมาก

นอกเหนือจากเหตุผลทางฟิสิกส์แล้ว เรายังสามารถพิจารณาหลักฐานภาพถ่ายที่มีอยู่ทั่วไปบนอินเตอร์เนต โดยภาพแรกเป็นภาพเรือดำน้ำชั้น Collins ที่ความลึกใต้ผิวน้ำ สังเกตได้ว่าน้ำค่อนข้างใสและเราสามารถมองเห็นลงไปถึงด้านบนของตัวเรือ แต่บริเวณข้างเรือที่อยู่ลึกลงไปเกือบจะกลืนไปกับสีของน้ำ ซึ่งหมายความว่าเรามองแทบไม่เห็นส่วนที่กว้างที่สุดของข้างเรือ ซึ่งดูจากแปลนเรือแล้วถ้าเรืออยู่ใต้ผิวน้ำ ข้างเรือส่วนที่กว้างที่สุดจะอยู่ที่ความลึกประมาณ 15 เมตร

เรือดำน้ำ HMAS Rankin ที่ความลึก Periscope Depth (ภาพจาก Wikipedia)

ภาพ Diagram ของเรือดำน้ำชั้น Collins (ภาพจาก Model Drawing)

อีกภาพเป็นภาพเรือดำน้ำชั้น Los Angeles ใต้ผิวน้ำเช่นเดียวกัน จะสังเกตได้ว่าน้ำจะใสเช่นเดียวกับภาพแรกและเราสามารถมองเห็นด้านบนของตัว เรือได้ชัดเจน แต่บริเวณข้างเรือที่อยู่ลึกลงไปสีจะกลืนไปกับน้ำเช่นเดียวกัน ซึ่งดูจากแปลนเรือแล้วข้างเรือดังกล่าวจะอยู่ที่ความลึกประมาณ 15 เมตร ถ้าเรืออยู่ใต้ผิวน้ำเช่นเดียวกัน

เรือดำน้ำชั้น Los Angeles ที่ความลึก Periscope Depth (ภาพจาก Wikipedia)

ภาพ Diagram ของเรือดำน้ำชั้น Los Angeles (ภาพจาก Wikimedia Commons)

จากเหตุผลทางฟิสิกส์และหลักฐานทางภาพถ่าย จึงสรุปได้ว่าเราสามารถมองเห็นเรือดำน้ำลงไปใต้น้ำได้เฉลี่ยประมาณ 15 เมตรเท่านั้น และจะไม่สามารถมองเห็นเรือดำน้ำที่ความลึกมากกว่านั้นได้ ข้อสังเกตอีกอย่างคือรูปถ่ายต่างๆ ที่มีอยู่ทั่วไปบนอินเตอร์เนตที่สามารถมองเห็นเรือดำน้ำใต้ได้ จะเป็นรูปถ่ายเรือที่ใต้ผิวน้ำทั้งสิ้น แต่ไม่มีรูปถ่ายเรือดำน้ำใต้น้ำที่อยู่ลึกลงไปกว่าใต้ผิวน้ำเลย

ที่กล่าวมาทั้งหมดนี้ไม่นับรวมถึงความแตกต่างระหว่างการตรวจพบเป้า กับการยืนยันเป้า ซึ่งการตรวจพบเป้าหมายถึงการที่สามารถตรวจจับเป้าที่อยู่ในระยะไกลออกไป หมายความว่าจะต้องมีระยะตรวจจับที่เพียงพอสำหรับพื้นที่ที่ต้องการค้นหา (ตัวอย่างเช่น เรดาร์ที่มีระยะตรวจจับเป้าประมาณ 20 ไมล์ สามารถใช้ในการลาดตระเวนค้นหาเป้าในพื้นที่ขนาด 100×100 ไมล์ได้) แต่การตรวจจับเป้าที่มีระยะสั้นมาก เช่นการใช้ MAD Sensor หรือการมองด้วยสายตา ซึ่งมีระยะตรวจจับใกล้มากไม่เกิน 1 ไมล์ (ระยะการมองเห็นจากเครื่องบินอ้างอิงตามคู่มือการค้นหาและช่วยเหลือผู้ประสบภัย) หมายความว่าถ้าเป็นเครื่องบินจะต้องบินอยู่เหนือเป้าเกือบตรงๆ จึงไม่เหมาะกับการใช้ค้นหาเป้าในทางปฏิบัติ แต่จะเหมาะกับการใช้ยืนยันเป้าที่ถูกตรวจพบด้วยวิธีอื่นมากกว่า

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s