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

ปรากฎการณ์ ข้างขึ้นข้างแรม

ปรากฏการณ์ ข้างขึ้นข้างแรม เกิดขึ้นได้อย่างไร ส่งผลอย่างไรต่อโลก และเกี่ยวข้องกับการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตบนโลกอย่างไร  ข้างขึ้นข้างแรม (The Moon’s Phases) เกิดจากดวงจันทร์มีรูปร่างเป็นทรงกลม ไม่มีแสงในตัวเอง ด้านสว่างได้รับแสงจากดวงอาทิตย์ ส่วนด้านตรงข้ามไม่ได้รับแสงจากดวงอาทิตย์ การโคจรของดวงจันทร์รอบโลกทำให้มุมระหว่างดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และโลก เปลี่ยนเปลี่ยนแปลงไป เมื่อมองดูดวงจันทร์จากพื้นโลก เราจึงมองเห็นเสี้ยวของดวงจันทร์มีขนาดเปลี่ยนไปเป็นวงรอบ โดยเราเรียกว่า ข้างขึ้น และข้างแรม เดือนมืด (New Moon) ตรงกับแรม 15 ค่ำ เป็นตำแหน่งที่ดวงจันทร์อยู่ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ ในวันนี้ ผู้สังเกตที่อยู่บนโลกจะมองเห็นดวงจันทร์ด้านที่ไม่มีแสงอาทิตย์มาตกกระทบ จึงดูเหมือนดวงจันทร์ไม่ส่องแสง เราจึงเรียกว่าคืนเดือนมืด หรือจันทร์ดับ วันเพ็ญ (Full Moon) ตรงกับขึ้น 15 ค่ำ เป็นตำแหน่งที่ดวงจันทร์อยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ ซึ่งแสงจากดวงอาทิตย์จะตกกระทบตั้งฉากกับดวงจันทร์พอดี ผู้สังเกตที่อยู่บนโลกจะเห็นดวงจันทร์ส่องแสงเต็มดวง ข้างขึ้น (Waxing) เป็นช่วงที่เกิดขึ้นระหว่างคืนเดือนมืดจนถึงคืนวันเพ็ญ โดยใช้ด้านสว่างของดวงจันทร์เป็นตัวกำหนด แบ่งออกเป็น 15 ส่วน เริ่มจาก ขึ้น 1 ค่ำ จนถึง […]

ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร เหตุใดนภาจึงกัมปนาท

หลายครั้งที่ได้ยินคำถาม ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร เสียงเปรี้ยงปร้างดังสนั่น มีคำอธิบายอย่างไร “ ฟ้าผ่าเกิดจากอะไร ครับ ” หลานชายวัยกำลังหัดเจรจาของฉันไถ่ถามขึ้นมาระหว่างคืนฝนพรำและแสงแปลบปลาบวิ่งพล่านไปทั่วฟ้า ฉันนึกหาคำอธิบายอย่างง่ายที่สุดเพื่อให้เหมาะสมกับวัยของผู้ฟัง แต่ก็เป็นเรื่องยากเกินกว่าที่ตั้งใจไว้ ฟ้าแลบ ฟ้าร้อง ฟ้าผ่า (Thunder) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุอิเล็กตรอนภายในก้อนเมฆ หรือระหว่างก้อนเมฆกับก้อนเมฆ หรือเกิดขึ้นระหว่างก้อนเมฆกับพื้นดิน การเคลื่อนที่ขึ้นลงของกระแสอากาศ (updraft/downdraft) ภายในเมฆคิวมูโลนิมบัส ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าในแต่ละบริเวณของก้อนเมฆและพื้นดินด้านล่าง เมื่อความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างตำแหน่งทั้งสองที่มีค่าระดับหนึ่ง จะก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ โดยมีประจุบวกอยู่ทางด้านบนของก้อนเมฆ ประจุลบอยู่ทางตอนล่างของก้อนเมฆ พื้นดินบางแห่งมีประจุบวก พื้นดินบางแห่งมีประจุลบ ซึ่งจะเหนี่ยวนำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า ทำความรู้จักกับ “เมฆ” แต่ละประเภท การเกิดประจุไฟฟ้าในอากาศ เมื่อท้องฟ้าเต็มไปด้วยก้อนเมฆอันเกิดจากการควบแน่นของละอองน้ำในอากาศ และกระแสลมพัดให้เคลื่อนที่ไปบนท้องฟ้า โมเลกุลน้ำและโมเลกุลอากาศเกิดการเสียดสีกันขณะที่เมฆเคลื่อนตัวไปในอากาศ จึงเกิดประจุไฟฟ้าขึ้นในก้อนเมฆและทวีปริมาณมากขึ้น จนกระทั่งเกิดความต่างศักย์ระหว่างก้อนเมฆ ทำให้เกิดการถ่ายเทประจุระหว่างหรือภายในก้อนเมฆ หรือระหว่างก้อนเมฆและพื้นดิน หลักการเกิดฟ้าแลบ ฟ้าผ่า และฟ้าร้อง อธิบายได้ดังนี้ เมื่อประจุลบบริเวณฐานเมฆถูกเหนี่ยวนำเข้าหาประจุบวกที่อยู่ด้านบนของก้อนเมฆ ทำให้เกิดแสงสว่างในก้อนเมฆ หรือประจุไฟฟ้าลบบริเวณฐานเมฆก้อนหนึ่งถูกเหนี่ยวนำไปหาประจุบวกในเมฆอีกก้อนหนึ่ง จะมองเห็นสายฟ้าวิ่งข้ามระหว่างก้อนเมฆเรียกว่า “ฟ้าแลบ” เมื่อประจุลบบริเวณฐานเมฆถูกเหนี่ยวนำเข้าหาประจุบวกที่อยู่บนพื้นดิน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าจากก้อนเมฆพุ่งลงสู่พื้นดินเรียกว่า “ฟ้าผ่า” ในทางกลับกัน ประจุลบที่อยู่บนพื้นดินถูกเหนี่ยวนำเข้าหาประจุบวกในก้อนเมฆ มองเห็นเป็นฟ้าแลบจากพื้นดินขึ้นสู่ท้องฟ้า เมื่อเกิดฟ้าแลบหรือฟ้าผ่า […]

ไขมันทรานส์ วายร้ายที่แฝงอยู่ในอาหาร

เมื่อเร็วๆ นี้ กระทรวงสาธารณสุขได้เผยแพร่ประกาศกระทรวงเรื่อง กำหนดอาหารที่ห้ามผลิต นำเข้า หรือจำหน่าย อาหารที่มีส่วนผสมของไขมันทรานส์ มาทำความรู้จักกับกรดไขมันขนิดนี้กันว่ามันคืออะไร และส่งผลต่อสุขภาพอย่างไรบ้าง

โครงสร้างโครโมโซม (Chromosome Structure)

โครงสร้างโครโมโซม ในสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิต ทั้งพืช สัตว์ รวมมนุษย์ ล้วนประกอบขึ้นจากเซลล์ (Cell) จำนวนมาก ซึ่งภายในเซลล์แต่ละเซลล์มีองค์ประกอบที่สำคัญยิ่ง คือ นิวเคลียส (Nucleus) ศูนย์กลางที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของเซลล์และเป็นแหล่งบรรจุสารพันธุกรรมที่เรารู้จักกันดีในชื่อ “ดีเอ็นเอ” (DNA) ซึ่งต่อเรียงกันเป็น โครงสร้างโครโมโซม ดีเอ็นเอ (DNA) หรือ  กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (Deoxyribonucleic Acid) เป็นหน่วยพื้นฐานที่สำคัญที่สุดในการกำหนดลักษณะและการแสดงออกของสิ่งมีชีวิต ประกอบขึ้นจากโมเลกุลของน้ำตาล (Deoxyribose) หมู่ฟอสเฟต (Phosphate) และโมเลกุลเบส (Nitrogenous Base) 4 ชนิด ได้แก่ อะดีนีน (Adenine : A) ไซโตซีน (Cytosine : C) กวานีน (Guanine : G) และไทมีน (Thymine : T) เรียงต่อกันเป็นสายยาวที่เรียกว่า “นิวคลีโอไทด์” (Nucleotide) อ่านเพิ่มเติม […]