วิทยาศาสตร์ ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา >>
หลักการของกล้องโทรทรรศน์
นักดาราศาสตร์นำกล้องโทรทรรศน์ (Telescope) มาเป็นเครื่องมือในการศึกษาเทห์วัตถุท้องฟ้า เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์มีคุณสมบัติที่สำคัญ 2 ประการคือ
- ความสามารถในการรวมแสง เลนส์หรือกระจกเงาขนาดใหญ่ สามารถรวบรวมแสงได้มากกว่าดวงตามนุษย์
- ความสามารถในการขยาย ช่วยเพิ่มขนาดของภาพ ทำให้เห็นรายละเอียดของวัตถุได้มากขึ้น
หลักการเบื้องต้น
อุปกรณ์ที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์คือ เลนส์นูน มีหน้าที่รวมแสงให้มาตกที่
จุดโฟกัส (focus) เราเรียก ระยะทางระหว่างจุดกึ่งกลางของเลนส์กับจุดโฟกัสว่า
ความยาวโฟกัส
- หากเราใช้เลนส์นูนส่องมองวัตถุที่ ระยะใกล้กว่าความยาวโฟกัส จะเห็นว่า เลนส์นูนช่วยในการขยายภาพ
- หากเราใช้เลนส์นูนส่องมองวัตถุที่ ระยะไกลกว่าความยาวโฟกัส จะเห็นว่า
เลนส์นูนรวมแสงและให้ภาพหัวกลับ ดังภาพที่ 1
ภาพเลนส์นูนหักเหแสงให้ภาพหัวกลับ
การทำงานของกล้องโทรทรรศน์ ใช้หลักการหักเหของแสงผ่านเลนส์นูนจำนวน 2 ชุด
โดยเลนส์แต่ละชุดประกอบด้วยเลนส์จำนวน 2 - 3 ชิ้น สร้างจากเนื้อแก้วที่ต่างกัน
ประกบกันเพื่อแก้ ความคลาดสี (ถ้าใช้เลนส์เดี่ยว จะให้ภาพขอบของวัตถุเป็นสีรุ้ง
เนื่องจากแสงแต่ละสีมีความยาวคลื่นไม่เท่ากัน จึงทำให้มีความยาวโฟกัสไม่เท่ากัน)
เลนส์ชุดหน้ามีขนาดใหญ่ เรียกว่า เลนส์วัตถุ (Objective Lens)ทำหน้าที่รวบรวมแสง
เลนส์ชุดหลังมีขนาดเล็ก ซึ่งใช้มอง เรียกว่า เลนส์ตา (Eyepiece)
ทำหน้าที่เพิ่มกำลังขยาย ดังที่แสดงในภาพที่ 2
ภาพการทำงานของเลนส์กล้องโทรทรรศน์
กำลังรวมแสง
คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของกล้องโทรทรรศน์คือ กำลังรวมแสง (light
gathering power) กล้องโทรทรรศน์ช่วยให้นักดาราศาสตร์มองเห็นเทห์วัตถุในอวกาศ
อาทิเช่น กาแล็กซี เนบิวลา และกระจุกดาวต่าง ๆ ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
เนื่องจากระยะทางที่ไกลมาก ทำให้แสงของมันจางลง
เลนส์นูนของกล้องโทรทรรศน์มีพื้นที่รับแสงได้มากกว่าดวงตาของมนุษย์
จึงมีกำลังรวมแสงที่มากกว่า อย่างไรก็ตามเราไม่สามารถกำหนด
ค่ากำลังรวมแสงของเลนส์เป็นค่าเฉพาะได้ หากแต่กำหนดได้ด้วยการเปรียบเทียบเท่านั้น
ยกตัวอย่าง: เมื่อเปรียบเทียบเลนส์ของกล้องโทรทรรศน์
ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 cm กับดวงตาของเรา (กระจกตาดำ)
ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.5 cm จะเห็นว่าเลนส์ของกล้องโทรทรรศน์
มีขนาดใหญ่กว่าถึง 100 เท่า และมีกำลังรวมแสงมากกว่าถึง 10,000 เท่า (100
ยกกำลังสอง)
ลองคิดดูว่า กล้องโทรทรรศน์ Keck ที่ใหญ่ที่สุดในโลก บนเกาะฮาวาย
มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 เมตร จะมีกำลังรวมแสงมากกว่าดวงตาของมนุษย์ กี่เท่า?
กำลังขยาย
นอกจากคุณสมบัติในการรวมแสงแล้ว นักดาราศาสตร์ยังต้องการ กำลังขยาย
(Magnification) ในการศึกษารายละเอียดของเทห์วัตถุท้องฟ้า อาทิเช่น
พื้นผิวของดาวเคราะห์ และดวงจันทร์ พวกเขาสามารถปรับกำลังขยายของกล้องโทรทรรศน์
ด้วยการเปลี่ยนความยาวโฟกัสของเลนส์ตา ได้ตามสูตร
ยกตัวอย่าง
ถ้าความยาวโฟกัสของเลนส์วัตถุ = 1000 mm ความยาวโฟกัสของเลนส์ตา = 10 mm
กำลังขยายย่อมเท่ากับ 1000/10 คือ 100 เท่า
ทว่าในทางปฏิบัตินั้น ถ้าเราเพิ่มกำลังขยายขึ้น 2 เท่า
ความสว่างของภาพจะลดลง 4 เท่า
ดังนั้น กำลังขยายสูงสุดที่ใช้งานได้จริง จึงอยู่ที่ค่าประมาณ 50 คูณด้วย
ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์วัตถุ ซึ่งมีหน่วยเป็นนิ้ว (แต่ไม่เกิน 400 เท่า)
เป็นต้นว่า กล้องขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 นิ้ว ก็จะมีกำลังขยายที่ใช้งานได้ไม่เกิน
50 x 4 = 200 เท่า
การใช้กำลังขยายที่สูงมาก จะทำให้ได้ภาพคุณภาพต่ำ มืด มัว และสั่นไหว
เนื่องจากขณะที่เราขยายภาพดาว ก็จะขยายภาพของบรรยากาศโลกตามไปด้วย
ทำให้ได้ภาพพร่ามัว และไหล คล้ายการมองเห็นวัตถุที่อยู่ในน้ำ
อัตราส่วนโฟกัส
อัตราส่วนโฟกัส (Focal ratio)
เป็นคุณสมบัติอีกข้อหนึ่งที่สำคัญของเลนส์กล้องโทรทรรศน์ เป็นค่าอัตราส่วน
ระหว่างความยาวโฟกัสของเลนส์วัตถุ กับ เส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์วัตถุ
เรามักเห็นค่านี้แสดงด้วย "f/" บนเลนส์ของกล้องถ่ายรูปทั่วไป
ยกตัวอย่าง:
เลนส์วัตถุขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 mm ความยาวโฟกัส 1,000 mm มีค่า
"f/10"
เลนส์วัตถุขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 mm ความยาวโฟกัส 500 mm มีค่า "f/5"
เลนส์ที่มีค่าตัวเลข f/ น้อย จะให้ขอบภาพกว้าง และสว่างกว่า เลนส์ที่มีค่าตัวเลข
f/มาก
เลนส์ที่มีค่าตัวเลข f/ มาก จะให้ความชัดลึกของภาพมากกว่า เลนส์ที่มีค่าตัวเลข
f/น้อย
หมายเหตุ: ห้ามใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องมองดูดวงอาทิตย์
โดยปราศจากแผ่นกรองแสงอาทิตย์ที่มีคุณภาพ โดยเด็ดขาด
