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

ยานร้างกลางทะเลทราย

ย้อนกลับไปในยุคสงครามเย็น ศูนย์ปล่อยอากาศยานแห่งนี้คือความภาคภูมิใจ ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งในความพยายามของสหภาพโซเวียตที่จะเอาชนะสหรัฐอเมริกา แต่ปัจจุบันสถานที่แห่งนี้กลับถูกทิ้งร้าง

ไดโนเสาร์ที่ยังไม่สูญพันธุ์

เหตุการณ์ดาวเคราะห์น้อยพุ่งชนโลกเมื่อ 66 ล้านปีก่อนทำลายล้างไดโนเสาร์ไปจนหมดสิ้น แต่นกในปัจจุบันเป็นเครื่องพิสูจน์ว่ายังคงมีผู้รอดชีวิตอยู่

ทุกอย่างเกี่ยวกับดวงดาวที่คุณอาจจะยังไม่เคยรู้มาก่อน

นอกจากจะช่วยนักเดินทางสำรวจท้องทะเลในอดีตแล้ว ปัจจุบันดาวก็ยังมีหน้าที่ช่วยนักวิทยาศาสตร์หาคำตอบเกี่ยวกับจักรวาลอีกด้วย

ฉลามจำนวนมากอยู่มานานเป็นร้อยปี

ทุกวันนี้ มนุษย์เราดูอ่อนกว่าอายุจริงกันหมด ในฉลามเองก็เช่นกัน เมื่อทศวรรษก่อน เริ่มมีการศึกษาอายุขัยของปลาฉลาม และนักวิทยาศาสตร์พบว่าพวกมันอาจมีอายุยืนยาวมากกว่าที่คิด ทุกวันนี้ข้อมูลใหม่จากผลการศึกษามากกว่า 50 ชิ้น ช่วยให้เราสามารถประเมินอายุขัยของบรรดาปลาฉลาม ปลากระเบน และปลากระดูกอ่อนได้ดียิ่งขึ้น ต้องขอขอบคุณวิธีการหาอายุด้วยคาร์บอนกัมมันตรังสีที่ช่วยให้การคาดคะเนอายุขัยมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น แทนที่การนับการเจริญเติบโตของชั้นแคลเซียมบนข้อต่อกระดูกสันหลังแบบเดิมๆ รายงานจาก Alastair Harry นักวิทยาศาสตร์การประมงจากมหาวิทยาลัยเจมส์ คุก ในออสเตรเลีย ผลการศึกษาใหม่นี้ถูกเผยแพร่ลงในวารสาร Fish and Fisheries ชี้ว่าฉลามจำนวนมาก ตั้งแต่ฉลามขาวไปจนถึงฉลามเสือทรายและฉลามดัสกี้ล้วนตะลอนอยู่ในผืนมหาสมุทรมาแล้วหลายสิบปี ยาวนานกว่าที่เราคิดไว้ และเมื่อปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์เพิ่งจะค้นพบฉลามที่มีอายุมากที่สุดในโลก ที่น่านน้ำอันหนาวเย็นในทะเลอาร์กติก มันคือฉลามกรีนแลนด์ จากการตรวจสอบคาดว่าฉลามตัวนี้มีอายุ 272 ปี จากการตรวจสอบรายงานการศึกษาทั้ง 53 ชิ้น Harry เปิดเผยว่า ในฉลามที่ถูกศึกษาวิจัยนี้ มี 30% ที่อายุขัยถูกประเมินต่ำไป การประมาณอายุขัยของปลาฉลามนั้นแท้จริงแล้วค่อนข้างยุ่งยากอยู่พอตัว ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์วัดอายุจากชั้นของแคลเซียมคาร์บอเนตภายในข้อต่อกระดูกสันหลังของฉลาม เช่นเดียวกับการนับวงปีของต้นไม้ กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ที่ว่านี้ไม่ต่างจากงานศิลปะ นักวิทยาศาสตร์ต้องเพ่งมองจำนวนที่แตกต่างกันและบางครั้งคำตอบที่ได้เป็นค่าเฉลี่ย ข้อมูลจาก George Burgess อดีตผู้อำนวยการพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติ ในฟลอริดาภาคการวิจัยฉลามกล่าว แต่ Harry […]