กล้องโทรทรรศน์ทำงานอย่างไร
How telescopes work
อัปเดตล่าสุด

หน้าที่สำคัญที่สุดของกล้องโทรทรรศน์ไม่ใช่การขยายภาพ แต่คือการรวบรวมแสงให้ได้มากกว่าดวงตาหลายพันเท่า และแยกรายละเอียดที่ชิดกันออกจากกัน ทั้งสองอย่างขึ้นกับขนาดหน้ากล้องเป็นหลัก
กาลิเลโอ กาลิเลอี หันกล้องโทรทรรศน์ขนาดหน้ากล้องไม่กี่เซนติเมตรขึ้นสู่ท้องฟ้าในปี ค.ศ. 1609 และเห็นดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี เฟสของดาวศุกร์ และดาวนับไม่ถ้วนในทางช้างเผือก นับจากนั้น กล้องโทรทรรศน์ก็ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยเหตุผลหลักสองข้อ
1. รวบรวมแสง
รูม่านตาของมนุษย์ในที่มืดกว้างราว 6 มิลลิเมตร กล้องโทรทรรศน์ทำหน้าที่เหมือนดวงตาขนาดยักษ์ แสงที่รวบรวมได้แปรตามพื้นที่หน้ากล้อง จึงแปรตามกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลาง
กล้องขนาด 20 เซนติเมตรรวบรวมแสงได้มากกว่าตาราว 1,100 เท่า ทำให้เห็นดาวที่จางกว่าราว 7.6 โชติมาตร ส่วนกล้องขนาด 10 เมตรรวบรวมแสงได้มากกว่าตาราว 2.8 ล้านเท่า
2. แยกรายละเอียด
เพราะแสงเป็นคลื่น ภาพของดาวที่เป็นจุดจึงไม่เป็นจุดสมบูรณ์ แต่เป็นจานเล็ก ๆ ที่มีวงแหวนล้อมรอบ (จานแอรี) ดาวสองดวงที่อยู่ชิดกันเกินไปจะเห็นเป็นดวงเดียว มุมเล็กที่สุดที่กล้องแยกได้ตามเกณฑ์ของเรย์ลีคือ มุมเล็กที่สุดที่กล้องแยกได้แปรตามความยาวคลื่นหารด้วยขนาดหน้ากล้อง
สำหรับแสงที่ตามองเห็น ประมาณเป็นพิลิปดาได้ด้วยขีดจำกัดของดอวส์
3. กำลังขยาย: สำคัญน้อยที่สุด
กำลังขยายของกล้องที่ใช้ตาดูคือความยาวโฟกัสของเลนส์หรือกระจกหลักหารด้วยความยาวโฟกัสของเลนส์ตา
กำลังขยายเปลี่ยนได้ง่ายแค่เปลี่ยนเลนส์ตา แต่ขยายมากเกินไปก็ไม่ได้รายละเอียดเพิ่ม ภาพจะใหญ่แต่เบลอและมืดลง กฎคร่าว ๆ คือกำลังขยายที่มีประโยชน์สูงสุดราวสองเท่าของขนาดหน้ากล้องเป็นมิลลิเมตร และในทางปฏิบัติ บรรยากาศที่ไม่นิ่งมักจำกัดไว้ไม่เกินราว 250 ถึง 300 เท่า กล้องราคาถูกที่โฆษณาว่าขยายได้ 600 เท่าจึงมักเป็นการโฆษณาเกินจริง
อัตราส่วนโฟกัส
ความยาวโฟกัสหารด้วยขนาดหน้ากล้องเรียกว่าอัตราส่วนโฟกัส เช่น f/5 หรือ f/10 กล้องที่อัตราส่วนน้อย (เร็ว) ให้มุมมองกว้างและภาพสว่าง เหมาะกับการถ่ายภาพเนบิวลาและดาราจักร กล้องที่อัตราส่วนมาก (ช้า) ให้ภาพใหญ่ เหมาะกับการดูดาวเคราะห์และดวงจันทร์
ปัจจุบันไม่มีใครใช้ตาดูแล้ว
กล้องวิจัยสมัยใหม่ไม่มีเลนส์ตา แสงถูกส่งไปที่กล้องถ่ายภาพ CCD หรือเครื่องแยกสเปกตรัม ซึ่งเก็บแสงสะสมได้นานหลายชั่วโมงและจับโฟตอนได้เกือบทุกตัวที่ตกกระทบ กล้องที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันมีกระจกขนาดราว 10 เมตร และกล้อง Extremely Large Telescope ของยุโรปขนาด 39 เมตรกำลังก่อสร้างในชิลี
คำศัพท์ในบทความนี้
- telescopeกล้องโทรทรรศน์
- apertureช่องรับแสง (หน้ากล้อง)
- focal lengthความยาวโฟกัส
- magnificationกำลังขยาย
- light-gathering powerกำลังรวมแสง
- angular resolutionกำลังแยกเชิงมุม
- Dawes limitขีดจำกัดของดอวส์
- Rayleigh criterionเกณฑ์ของเรย์ลี
- eyepieceเลนส์ใกล้ตา
- focal ratioอัตราส่วนโฟกัส
บทความที่เกี่ยวข้อง
- กล้องหักเหแสง สะท้อนแสง และแบบผสมกล้องโทรทรรศน์มีสามแบบหลัก แบบแรกใช้เลนส์ แบบที่สองใช้กระจกโค้ง แบบที่สามผสมทั้งสองอย่าง แต่ละแบบมีข้อดีข้อเสียต่างกัน และกล้องวิจัยขนาดใหญ่ทุกตัวในปัจจุบันเป็นแบบสะท้อนแสง
- กล้องโทรทรรศน์อวกาศ: มองเอกภพจากเหนือบรรยากาศบรรยากาศโลกทำให้ภาพดาวพร่ามัว และกั้นรังสีหลายช่วงคลื่นไว้ทั้งหมด การนำกล้องขึ้นไปในอวกาศจึงเปลี่ยนดาราศาสตร์ไปตลอดกาล ตั้งแต่ฮับเบิลที่เผยภาพดาราจักรไกลสุดขอบ จนถึงเจมส์เวบบ์ที่มองย้อนไปถึงดาราจักรรุ่นแรก
- อินเทอร์เฟอโรเมทรี: สร้างกล้องขนาดเท่าโลกกล้องขนาดใหญ่เท่าโลกสร้างไม่ได้ แต่ถ้านำกล้องหลายตัวที่อยู่ห่างกันมาทำงานร่วมกัน ก็แยกรายละเอียดได้ละเอียดเท่ากล้องขนาดเท่าระยะห่างนั้น เทคนิคนี้คือสิ่งที่ทำให้มนุษย์ถ่ายภาพเงาของหลุมดำได้เป็นครั้งแรก
- บรรยากาศกับการดูดาว: ทำไมดาวกะพริบดาวฤกษ์กะพริบเพราะแสงของมันต้องผ่านอากาศที่ปั่นป่วนก่อนถึงตาเรา บรรยากาศยังหักเหแสงจนดวงอาทิตย์ยังมองเห็นได้หลังตกไปแล้ว และทำให้ดาวใกล้ขอบฟ้าจางและแดงลง บทความนี้อธิบายผลของบรรยากาศทั้งหมดต่อการสังเกต
- เริ่มดูดาวด้วยตาเปล่าไม่ต้องมีกล้องโทรทรรศน์ก็ดูดาวได้ แค่หาที่มืด ให้ตาปรับตัว และรู้ว่าควรมองหาอะไร บทความนี้รวมเคล็ดลับเริ่มต้นสำหรับมือใหม่ ตั้งแต่การเลือกสถานที่ไปจนถึงวิธีวัดมุมบนท้องฟ้าด้วยมือ
- ถ่ายภาพดาราศาสตร์: จากโทรศัพท์มือถือถึงกล้องโทรทรรศน์กล้องถ่ายภาพเก็บแสงได้นานกว่าดวงตาหลายนาทีหรือหลายชั่วโมง จึงบันทึกสีของเนบิวลาและทางช้างเผือกที่ตาเปล่าไม่มีวันเห็นได้ บทความนี้อธิบายหลักการพื้นฐาน ตั้งแต่ภาพทางช้างเผือกด้วยกล้องบนขาตั้ง ไปจนถึงการซ้อนภาพเพื่อลดสัญญาณรบกวน