หน้าหลัก › บทความดาราศาสตร์ › การสังเกตและสำรวจอวกาศ
การสังเกตและสำรวจอวกาศ

กล้องโทรทรรศน์ทำงานอย่างไร

How telescopes work

อัปเดตล่าสุด

กล้อง Very Large Telescope ของ ESO บนยอดเขาปารานัล ชิลี
กล้อง Very Large Telescope ของ ESO บนยอดเขาปารานัล ชิลีภาพ: ESO/B. Tafreshi (twanight.org), CC BY 4.0 (ครอปและย่อขนาดจากต้นฉบับ)

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 D

\frac{\text{แสงที่กล้องรวบรวมได้}}{\text{แสงที่ตารวบรวมได้}} = \left(\frac{D}{6\ \mathrm{mm}}\right)^2

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

\theta \approx 1.22\,\frac{\lambda}{D}

สำหรับแสงที่ตามองเห็น ประมาณเป็นพิลิปดาได้ด้วยขีดจำกัดของดอวส์ \theta \approx 116/D เมื่อ D มีหน่วยมิลลิเมตร สำหรับแสงที่ตามองเห็น กล้อง 100 มิลลิเมตรจึงแยกได้ราว 1.2 พิลิปดา ยิ่งหน้ากล้องใหญ่ หรือความยาวคลื่นสั้น ยิ่งเห็นรายละเอียดได้ละเอียด กล้องวิทยุซึ่งใช้คลื่นยาวมากจึงต้องใหญ่มาก หรือใช้หลายตัวทำงานร่วมกัน

3. กำลังขยาย: สำคัญน้อยที่สุด

กำลังขยายของกล้องที่ใช้ตาดูคือความยาวโฟกัสของเลนส์หรือกระจกหลักหารด้วยความยาวโฟกัสของเลนส์ตา

M = \frac{f_{\text{obj}}}{f_{\text{eye}}}

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

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยกล้องโทรทรรศน์ไม่ได้ทำให้ดาวฤกษ์ดูใหญ่ขึ้น ดาวฤกษ์อยู่ไกลจนแม้กล้องใหญ่ที่สุดก็ยังเห็นเป็นจุด สิ่งที่กล้องทำคือทำให้ดาวสว่างขึ้น และทำให้เห็นดาวที่จางเกินกว่าตาจะมองเห็นได้อีกมากมาย
เปิดในเว็บไซต์ NewTutorAstronomy ›

คำศัพท์ในบทความนี้

บทความที่เกี่ยวข้อง