กล้องโทรทรรศน์ ในปัจจุบัน จำแนกเป็นกี่ประเภท และมีหลักการทำงานอย่างไร

กล้องโทรทรรศน์ (telescope)

การศึกษาดาราศาสตร์จำเป็นต้องอาศัยเครื่องมือที่ทันสมัยและหลากหลาย และในปัจจุบันเทคโนโลยีการสำรวจอวกาศเติบโตขึ้นอย่างรวดเร็ว หนึ่งในเครื่องมือที่นักดาราศาสตร์ใช้ศึกษาอวกาศมาอย่างยาวนานคือ กล้องโทรทรรศน์

กล้องโทรทรรศน์ (Telescope) คือ ทัศนูปกรณ์ที่สำคัญในการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ เนื่องจากวัตถุท้องฟ้าทั้งหลาย (Celestial Objects) ไม่ว่าจะเป็นดวงดาวต่าง ๆ กาแล็กซี เนบิวลา หรือหลุมดำ ต่างดำรงอยู่ในห้วงอวกาศที่มืดมิดและห่างไกลจากโลกหลายล้านกิโลเมตร

ดังนั้น กล้องโทรทรรศน์จึงถูกออกแบบมาให้สามารถดึงภาพของวัตถุท้องฟ้าเหล่านี้ให้เข้ามาใกล้ขึ้นและสว่างขึ้น รวมถึงความสามารถในการบันทึกและถ่ายทอดวัตถุท้องฟ้าในย่านสเปกตรัมอื่น ๆ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดวงตาของมนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ให้ชัดเจนยิ่งขึ้นอีกด้วย กล้องโทรทรรศน์จึงถูกเรียกโดยทั่วไปว่า “กล้องดูดาว” นั่นเอง

กล้องโทรทรรศน์

หลักการเบื้องต้น

กล้องโทรทรรศน์มีหลักการการทำงานเบื้องต้นอยู่บนพื้นฐานของการรวมแสงและการหักเหของแสงผ่านเลนส์นูนหรือกระจกเว้าที่ทำงานร่วมกัน 2 ชุด คือ

เลนส์ชุดหน้า (ใกล้วัตถุ) มีขนาดใหญ่ เรียกว่า “เลนส์วัตถุ” (Objective Lens) ทำหน้าที่รวมแสงหรือเพิ่ม “กำลังรวมแสง” ให้สามารถมองเห็นวัตถุได้มากกว่าการมองเห็นด้วยตาเปล่า

เลนส์ชุดหลัง (ใกล้ดวงตา) มีขนาดเล็ก เรียกว่า “เลนส์ตา” (Eyepiece) ทำหน้าที่ขยายภาพหรือเพิ่ม “กำลังขยาย” ให้สามารถสังเกตรายละเอียดของวัตถุท้องฟ้าได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เช่น

กำลังขยายต่ำที่ 10 ถึง 20 เท่า เหมาะสำหรับการสำรวจกระจุกดาวขนาดใหญ่ กาแล็กซีใกล้เคียง และดาวหาง
กำลังขยายปานกลางที่ 20 ถึง 70 เท่า เหมาะสำหรับการสำรวจวัตถุท้องฟ้าโดยทั่วไป เช่น พื้นผิวดวงจันทร์ กระจุกดาวเปิด เนบิวลา และกาแล็กซี
กำลังขยายสูงที่ 70 ถึง 200 เท่า เหมาะสำหรับการสำรวจรายละเอียดของดาวเคราะห์และวัตถุขนาดเล็ก

การทำงานของเลนส์ในกล้องโทรทรรศน์มีหลักการเบื้องต้นใกล้เคียงกับเลนส์ของแว่นตาต่าง ๆ ดังนั้น หากต้องการมองเห็นวัตถุที่อยู่ไกลหรืออยู่ในที่มืดให้ชัดเจนยิ่งขึ้น เลนส์ที่ถูกนำมาใช้จึงควรมีผิวเรียบ ปราศจากตำหนิ หนา และมีขนาดใหญ่ ซึ่งการนำเลนส์ที่มีคุณสมบัติเหล่านี้มาใช้จะทำให้กล้องโทรทรรศน์มีน้ำหนักมากและเทอะทะ ดังนั้น จึงมีการนำกระจกที่เบากว่าและปรับแต่งได้ง่ายกว่าเข้ามาใช้เป็นองค์ประกอบร่วมกับเลนส์

กล้องโทรทรรศน์สามารถจำแนกออกเป็น 3 ประเภท ได้แก่

กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง (Refracting Telescope) คือ กล้องที่ใช้เลนส์นูนเป็นเลนส์รวมแสงหลัก โดยมีเลนส์ 2 ชุดขึ้นไป ได้แก่ เลนส์วัตถุซึ่งทำหน้าที่รับภาพจากวัตถุต่าง ๆ ก่อนหักเหแสงไปยังเลนส์ใกล้ตาที่ขยายภาพและถ่ายทอดภาพดังกล่าวสู่ดวงตาของเรา โดยทั่วไป กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงจะมีขนาดลำกล้องค่อนข้างยาว เนื่องจากตัวกล้องได้รวบรวมความยาวโฟกัสของเลนส์วัตถุและเลนส์ใกล้ตาเข้าด้วยกัน แต่อย่างไรก็ตาม กล้องประเภทนี้ถือว่ามีน้ำหนักค่อนข้างเบาและง่ายต่อการเคลื่อนย้าย อีกทั้ง ยังให้ภาพคมชัดที่สุดและสว่างที่สุดในบรรดากล้องโทรทรรศน์ทุกประเภท (หากมีขนาดหน้ากล้องเท่ากัน) แต่เลนส์ที่ใช้มีข้อจำกัดที่ก่อให้เกิดความคลาดสี เนื่องจากแสงบางช่วงคลื่นถูกเลนส์ดูดกลืนไปจนหมดจึงไม่เหมาะสำหรับการสำรวจเนบิวลาและกาแล็กซี

ภาพถ่าย : Celestron, LLC.

กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง (Reflecting Telescope) คือ กล้องที่ถูกประดิษฐ์ขึ้นสำเร็จครั้งแรก โดย เซอร์ ไอแซก นิวตัน (Sir Isaac Newton) ซึ่งทำให้กล้องโทรทรรศน์ประเภทนี้มีอีกชื่อหนึ่งว่า “กล้องโทรทรรศน์นิวโทเนียน” (Newtonian Telescope) เป็นกล้องที่ใช้กระจกราว 2 ถึง 3 ชุด สะท้อนแสงแทนการใช้เลนส์ มีกระจกเว้าทำหน้าที่รวมแสงก่อนสะท้อนไปยังกระจกราบเข้าสู่เลนส์ตา ซึ่งกระจกขนาดใหญ่ไม่จำเป็นต้องหนาเหมือนเลนส์ จึงทำให้มีน้ำหนักเบาและปรับแต่งได้ง่าย ทำให้กล้องประเภทนี้สามารถผลิตให้มีหน้ากล้องขนาดใหญ่ รับภาพและแสงได้มาก จึงเหมาะสำหรับการสังเกตการณ์วัตถุท้องฟ้าที่อยู่ห่างไกลและมีแสงสว่างน้อย เช่น เนบิวลา และกาแล็กซี กล้องโทรทรรศน์ตามหอดูดาวขนาดใหญ่จึงนิยมใช้กล้องประเภทนี้

กล้องโทรทรรศน์
ภาพถ่าย : Celestron, LLC.

กล้องโทรทรรศน์ชนิดผสม (Catadioptic Telescope) คือ กล้องโทรทรรศน์ที่อาศัยทั้งหลักการสะท้อนและการหักเหของแสง มีการใช้เลนส์ร่วมกับกระจกให้เกิดการสะท้อนแสงกลับไปมาที่สามารถช่วยลดความยาวของขนาดลำกล้องและทำให้กล้องมีน้ำหนักเบาลง อีกทั้ง ยังคงกำลังขยายดังเดิมและปรับแก้ความผิดเพี้ยนของภาพที่เกิดจากความคลาดทางความโค้งในกระจกของกล้องแบบสะท้อนแสง กล้องโทรทรรศน์ชนิดผสมมีหลายขนาด ตั้งแต่กล้องขนาดเล็กที่ใช้สำรวจวัตถุท้องฟ้า เช่น ดาวเคราะห์ เนบิวลาและกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลไปจนถึงกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่อยู่ในหอดูดาว เป็นกล้องที่เหมาะสำหรับ การสำรวจกระจุกดาว เนบิวลา หรือกาแล็กซีที่มีแสงสว่างไม่มากนัก

ภาพถ่าย : Celestron, LLC.

นอกจากนี้ ยังมีกล้องโทรทรรศน์อีกประเภทที่ทำงานต่างจากกล้องโทรทรรศน์เชิงแสงทั้ง 3 ประเภท คือ “กล้องโทรทรรศน์วิทยุ” (Radio Telescope) ที่สามารถสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ผ่านการบันทึกและวัดสัญญาณคลื่นวิทยุจากวัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ ซึ่งกล้องประเภทนี้ สามารถปฏิบัติงานได้ตลอด 24 ชั่วโมง และไม่ได้รับผลกระทบจากการรบกวนของเมฆหมอกในชั้นบรรยากาศโลกหรือฝุ่นผงในอวกาศ แต่กล้องโทรทรรศน์วิทยุจำเป็นต้องมีพื้นที่สำหรับการรับสัญญาณขนาดใหญ่ เนื่องจากคลื่นวิทยุมีความยาวคลื่นมากกว่าคลื่นแสง อย่างเช่น กล้องโทรทรรศน์วิทยุเอฟเฟลสเบิร์ก (Effelsberg Telescope) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางจานราว 100 เมตร หรือกล้องโทรทรรศน์วิทยุกรีนแบงก์ (Green Bank Telescope) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางจาน 110 เมตร เป็นต้น

กล้องโทรทรรศน์
กล้องโทรทรรศน์วิทยุเอฟเฟลสเบิร์ก

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


ข้อมูลอ้างอิง

NASA Space Place – https://spaceplace.nasa.gov/telescopes/en/
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://fieldtrip.ipst.ac.th/resources/gistda/documents/20140929163424.pdf
ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์ (LESA) – http://www.lesa.biz/astronomy/telescope/telescope-type
สมาคมดาราศาสตร์ไทย – http://thaiastro.nectec.or.th/library/article/236/


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : ดูดาว ที่ริมน้ำ และล่าช้างบนเนินช้างศึก

เรื่องแนะนำ

พายุทะเลทราย (Sandstorm)

เมื่อช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมา สำนักข่าวต่างประเทศต่างรายงานเรื่องกรุงปักกิ่ง ประเทศจีน ถูกปกคุลมด้วย พายุทะเลทราย ซึ่งรุนแรงที่สุดในรอบสิบปี พายุทะเลทราย (Sandstorm) คือ หนึ่งในปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นจากกระแสลมในเขตทะเลทราย โดยเฉพาะในพื้นที่ของทะเลทรายซาฮารา (Sahara Desert) และยังเป็นปรากฏการณ์ทางอุตุนิยมวิทยาที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งเช่นเดียวกับพายุฝุ่น (Dust Storm) ที่ก่อตัวขึ้นในเขตภูมิอากาศแห้งแล้งและกึ่งแห้งแล้ง (Arid and Semi-Arid Zone) ของภูมิภาคต่าง ๆ ทั่วโลกจากอิทธิพลของพายุฝนฟ้าคะนอง (Thunderstorm) ที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสลมอย่างรุนแรงในบริเวณกว้าง ซึ่งหอบเอาอนุภาคแขวนลอย ฝุ่นละออง และเม็ดทรายที่สูญเสียความชุ่มชื้นเดินทางไปในชั้นบรรยากาศหลายพันกิโลเมตร การก่อตัวของพายุทะเลทราย พายุทรายมักก่อตัวขึ้นในช่วงฤดูแล้งตามบริเวณที่ราบในเขตทะเลทราย ซึ่งความแห้งแล้งทำให้เม็ดดินและเม็ดทรายสูญเสียความชื้นที่ยึดโครงสร้างของอนุภาคต่างให้เกาะติดกันเป็นกลุ่มก้อน และจากความร้อนเหนือพื้นทรายที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของมวลอากาศและกระแสลมอย่างรุนแรง ฝุ่นละอองและอนุภาคทรายที่มีลักษณะ ขนาด และน้ำหนักแตกต่างกันจึงพร้อมที่จะถูกพัดพาขึ้นไปในอากาศ โดยมีความเร็วลมและลักษณะโครงสร้างของพื้นผิวภูมิประเทศเป็นตัวกำหนดการเคลื่อนที่และความหนาแน่นของพายุทะเลทราย ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว พายุทรายอาจก่อตัวเพียงไม่กี่ชั่วโมงหรืออาจคงอยู่ยาวนานเป็นสัปดาห์ และอาจมีความสูงตั้งแต่ 3 เมตรไปจนถึง 15 เมตรจากพื้นดิน สามารถหอบเอาฝุ่นละอองและเม็ดทรายที่หนาหนักขึ้นไปในอากาศหลายเมตริกตันเคลื่อนที่ไปตามภูมิประเทศต่าง ๆ จนก่อให้เกิดภูมิประเทศที่แปลกตาหรือเกิดเนินทรายลูกใหม่ขึ้น เมื่อพายุดังกล่าวสงบลง นอกจากนี้ เมื่อถูกพาให้เคลื่อนที่ไปกับกระแสลม เม็ดทรายที่มีขนาดและน้ำหนักมากกว่าฝุ่นละอองในอากาศจะไม่ได้ลอยตัวอยู่เหนือพื้นดินเพียงอย่างเดียว แต่แนวการเคลื่อนที่ของเม็ดทรายมีความโค้ง มีการตกกระทบขึ้น-ลงกับพื้นดินเป็นระยะ ดังนั้น การเคลื่อนไปตามแรงลมของเม็ดทรายจึงมีลักษณะคล้ายกับการกระดอน […]

ดาวเสาร์ กลายเป็นดาวเคราะห์ที่มีดาวบริวารมากที่สุด หลังค้นพบดวงจันทร์เพิ่มเติม

ในเดือนตุลาคม ปี 2016 ยานอวกาศแคสซินีของนาซาจับภาพล่าสุดของ ดาวเสาร์ และวงแหวนของมันไว้ได้ เกือบสามปีให้หลัง นักดาราศาสตร์ได้ประกาศค้นพบดวงจันทร์ดวงเล็ก 20 ดวงโคจรรอบดาวเสาร์ รวมทั้งสิ้นเป็นจำนวน 82 ดวง ภาพถ่ายโดย NASA/JPL-CALTECH/SPACE SCIENCE INSTITUTE จากการค้นพบบรรดาดวงจันทร์บริวารใหม่ครั้งนี้ ดาวเสาร์ ได้เอาชนะดาวพฤหัสบดีในฐานะดาวเคราะห์ที่มีดวงจันทร์บริวารมากที่สุดในระบบสุริยะจักรวาล ดาวพฤหัสบดีอาจได้ชื่อว่าเป็นจ้าวแห่งระบบสุริยะจักรวาล แต่ทว่าดาวเสาร์นั้นมีดาวบริวารมากกว่า ในวันนี้ นักดาราศาสตร์ได้ประกาศว่า พวกเขาได้ค้นพบดวงจันทร์บริวารใหม่รอบดาวเสาร์ 20 ดวง รวมเป็นจำนวน 82 ดวง ซึ่งเป็นจำนวนดวงจันทร์ที่มากที่สุดในระบบสุริยะจักรวาล การเอาชนะของดาวเสาร์ในครั้งนี้เกิดขึ้นหนึ่งปีภายหลังการประกาศว่ามีการค้นพบดวงจันทร์ดวงใหม่ 12 ดวงรอบดาวพฤหัสบดี แต่ในวันนี้ ดาวเสาร์ได้เอาชนะจำนวนดวงจันทร์บริวารของดาวพฤหัสบดีที่มีอยู่ 79 ดวงแล้ว โดยดวงจันทร์ที่มีขนาดค่อนข้างเล็กเหล่านี้สามารถช่วยให้นักดาราศาสตร์มีความเข้าใจการชนกัน (collisions) ที่เกิดขึ้นในช่วงต้นของระบบสุริยะจักรวาลได้มากยิ่งขึ้น และช่วยให้พวกเขากำหนดเป้าหมายของการสำรวจบรรดาดาวแก๊สยักษ์ (ดาวเคราะห์ขนาดใหญ่ที่ไม่ได้มีองค์ประกอบของหินหรือสสารแข็ง ในระบบสุริยะมีดาวแก๊สยักษ์ 4 ดวงคือ ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน) ในอนาคต โดยในตอนนี้ มีภารกิจสำรวจอวกาศที่เกี่ยวข้องกับดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์อยู่ 3 ภารกิจ […]