สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: มองเอกภพด้วยแสงทุกชนิด
The electromagnetic spectrum
อัปเดตล่าสุด
แสงที่ตามองเห็นเป็นเพียงช่วงแคบ ๆ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ตั้งแต่คลื่นวิทยุยาวหลายกิโลเมตรไปจนถึงรังสีแกมมาที่สั้นกว่านิวเคลียส แต่ละช่วงเผยให้เห็นเอกภพคนละแบบ และต้องใช้กล้องโทรทรรศน์คนละชนิด
แสงคือคลื่นของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่สั่นและเคลื่อนที่ไปด้วยกันด้วยความเร็วแสง ในอีกมุมหนึ่ง แสงก็คือกระแสของอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอน ทั้งความยาวคลื่น
ความยาวคลื่นยิ่งสั้น โฟตอนยิ่งมีพลังงานสูง
จากยาวไปสั้น
- คลื่นวิทยุ (ยาวกว่าราว 1 มิลลิเมตร) มาจากแก๊สไฮโดรเจนเย็นที่เส้น 21 เซนติเมตร อิเล็กตรอนที่วิ่งวนในสนามแม่เหล็ก และพัลซาร์ ทะลุผ่านฝุ่นได้
- ไมโครเวฟ รังสีไมโครเวฟพื้นหลังจักรวาลซึ่งเป็นแสงที่เก่าแก่ที่สุด
- อินฟราเรด (ราว 700 นาโนเมตรถึง 1 มิลลิเมตร) มาจากวัตถุเย็น เช่น ฝุ่น ดาวเกิดใหม่ ดาวแคระน้ำตาล และดาวเคราะห์ ทะลุเมฆฝุ่นได้ดี ทำให้มองเข้าไปในเนบิวลาและใจกลางทางช้างเผือกได้ ดาราจักรที่ไกลมากก็ถูกเลื่อนทางแดงเข้ามาอยู่ในช่วงนี้ จึงเป็นงานหลักของกล้องเจมส์เวบบ์
- แสงที่ตามองเห็น (ราว 380 ถึง 700 นาโนเมตร) ช่วงที่ดาวแบบดวงอาทิตย์สว่างที่สุด และบรรยากาศโลกโปร่งใส ดวงตามนุษย์จึงวิวัฒนาการมาใช้ช่วงนี้
- อัลตราไวโอเลต มาจากดาวร้อนจัดและแก๊สที่แตกตัว ถูกโอโซนกั้นไว้
- รังสีเอกซ์ มาจากแก๊สร้อนหลายล้านเคลวิน เช่น โคโรนาของดวงอาทิตย์ จานพอกพูนมวลรอบหลุมดำ และแก๊สในกระจุกดาราจักร
- รังสีแกมมา พลังงานสูงสุด มาจากเหตุการณ์รุนแรงที่สุด เช่น การระเบิดรังสีแกมมา และการประลัยของสสารกับปฏิสสาร
หน้าต่างของบรรยากาศ
บรรยากาศโลกปกป้องเราจากรังสีพลังงานสูง แต่ก็กั้นการสังเกตด้วย มีเพียงสองช่วงที่ผ่านลงมาถึงพื้นได้ดี เรียกว่าหน้าต่างของบรรยากาศ คือช่วงแสงที่ตามองเห็นกับอินฟราเรดใกล้ และช่วงคลื่นวิทยุ รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา อัลตราไวโอเลตส่วนใหญ่ และอินฟราเรดหลายช่วงต้องสังเกตจากอวกาศ กล้องอินฟราเรดบางตัวจึงตั้งบนภูเขาสูงและแห้ง เหนือไอน้ำส่วนใหญ่ในอากาศ
ดาราศาสตร์หลายช่วงคลื่น
วัตถุเดียวกันดูต่างกันมากในแต่ละช่วงคลื่น เนบิวลาปู เช่น ในแสงที่ตามองเห็นเป็นเส้นใยแก๊สเรืองแสง ในรังสีเอกซ์เห็นวงแหวนและเจ็ตรอบพัลซาร์ใจกลาง ในคลื่นวิทยุเห็นหมอกของอิเล็กตรอนพลังงานสูงทั้งก้อน นักดาราศาสตร์จึงนิยมรวมภาพจากหลายช่วงคลื่นเข้าด้วยกันเพื่อเห็นภาพที่สมบูรณ์ และปัจจุบันยังมีหน้าต่างใหม่ที่ไม่ใช่แสงเลย คือนิวทริโน รังสีคอสมิก และคลื่นความโน้มถ่วง
คำศัพท์ในบทความนี้
- electromagnetic spectrumสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า
- wavelengthความยาวคลื่น
- frequencyความถี่
- photonโฟตอน
- radio astronomyดาราศาสตร์วิทยุ
- infrared astronomyดาราศาสตร์อินฟราเรด
- ultravioletอัลตราไวโอเลต
- X-ray astronomyดาราศาสตร์รังสีเอกซ์
- gamma raysรังสีแกมมา
บทความที่เกี่ยวข้อง
- ดาราศาสตร์วิทยุ: ฟังเสียงของเอกภพคลื่นวิทยุจากอวกาศเผยให้เห็นสิ่งที่แสงธรรมดามองไม่เห็น ทั้งแก๊สไฮโดรเจนเย็น พัลซาร์ เจ็ตจากหลุมดำ และรังสีที่เหลือจากบิกแบง การค้นพบหลายอย่างที่สำคัญที่สุดในดาราศาสตร์มาจากกล้องวิทยุ
- กล้องโทรทรรศน์อวกาศ: มองเอกภพจากเหนือบรรยากาศบรรยากาศโลกทำให้ภาพดาวพร่ามัว และกั้นรังสีหลายช่วงคลื่นไว้ทั้งหมด การนำกล้องขึ้นไปในอวกาศจึงเปลี่ยนดาราศาสตร์ไปตลอดกาล ตั้งแต่ฮับเบิลที่เผยภาพดาราจักรไกลสุดขอบ จนถึงเจมส์เวบบ์ที่มองย้อนไปถึงดาราจักรรุ่นแรก
- การแผ่รังสีของวัตถุดำ: อ่านอุณหภูมิดาวจากแสงวัตถุทุกชนิดที่มีอุณหภูมิจะแผ่แสงออกมา รูปร่างของสเปกตรัมขึ้นกับอุณหภูมิเท่านั้น กฎสามข้อของวัตถุดำทำให้นักดาราศาสตร์บอกอุณหภูมิ ขนาด และกำลังส่องสว่างของดาวได้จากแสงอย่างเดียว
- กล้องโทรทรรศน์ทำงานอย่างไรหน้าที่สำคัญที่สุดของกล้องโทรทรรศน์ไม่ใช่การขยายภาพ แต่คือการรวบรวมแสงให้ได้มากกว่าดวงตาหลายพันเท่า และแยกรายละเอียดที่ชิดกันออกจากกัน ทั้งสองอย่างขึ้นกับขนาดหน้ากล้องเป็นหลัก
- บรรยากาศกับการดูดาว: ทำไมดาวกะพริบดาวฤกษ์กะพริบเพราะแสงของมันต้องผ่านอากาศที่ปั่นป่วนก่อนถึงตาเรา บรรยากาศยังหักเหแสงจนดวงอาทิตย์ยังมองเห็นได้หลังตกไปแล้ว และทำให้ดาวใกล้ขอบฟ้าจางและแดงลง บทความนี้อธิบายผลของบรรยากาศทั้งหมดต่อการสังเกต