กล้องโทรทรรศน์
กล้องโทรทรรศน์ (Telescope) หรือ กล้องดูดาว เป็นทัศนูปกรณ์ซึ่งประกอบด้วย เลนส์นูนสองชุดทำงานร่วมกัน หรือ กระจกเงาเว้าทำงานร่วมกับเลนส์นูน เลนส์นูนหรือกระจกเงาเว้าขนาดใหญ่ที่อยู่ด้านใกล้วัตถุทำหน้าที่รวมแสง ส่วนเลนส์นูนที่อยู่ใกล้ตาทำหน้าที่เพิ่มกำลังขยาย การเพิ่มกำลังรวมแสงช่วยให้นักดาราศาสตร์มองเห็นวัตถุที่มีความสว่างน้อย การเพิ่มกำลังขยายช่วยให้นักดาราศาสตร์สามารถมองเห็นรายละเอียดของวัตถุมากขึ้น
กล้องโทรทรรศน์มีสามประเภท คือ กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง และกล้องโทรทรรศน์แบบผสม กล้องส่องทางไกลชนิดสองตา มีหลักการทำงานเช่นเดียวกับกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง เพียงแต่ใช้ปริซึมหักเหแสงไปมาเพื่อลดระยะความยาวของลำกล้อง
ขาตั้งกล้องโทรทรรศน์มีสองประเภทคือ ขาตั้งแบบอัลตาซิมูธ สามารถปรับกล้องตามมุมทิศและมุมเงิน ขาตั้งแบบศูนย์สูตร ช่วยหันกล้องติดตามดาว เนื่องจากการหมุนรอบตัวเองของโลก
ในการสังเกตการณ์ดาราศาสตร์นั้น กล้องโทรทรรศน์เป็นสิ่งที่จำเป็นต้องใช้แทบจะขาดมิได้ เนื่องจากวัตถุท้องฟ้า ไม่ว่าจะเป็นดวงดาว กาแล็กซี หรือเนบิวลาต่าง ๆ ล้วนอยู่ห่างจากโลกเราหลายปีแสง และมักมีความสว่างน้อยนิด จึงจำเป็นต้องใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อดึงภาพของวัตถุเหล่านั้นให้เหมือนกับว่ามาอยู่ใกล้ ๆ เพื่อศึกษารายละเอียดได้สะดวก และรวมแสงให้สว่างพอให้ตามองเห็น นอกจากการดึงภาพให้เข้ามาใกล้แล้ว กล้องโทรทรรศน์ยังมีประโยชน์อื่น ๆ อีก เช่น ช่วยให้เราได้สามารถศึกษาวัตถุท้องฟ้าในย่านสเปกตรัมอื่น ๆ ที่ตาเรามองไม่เห็นอีก ทั้งนี้เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มาจากดวงดาวและวัตถุท้องฟ้าต่าง ๆ นั้นมีย่านความถี่ที่กว้างมาก ตั้งแต่ความถี่วิทยุ ไมโครเวฟ รังสีอินฟราเรด แสงขาว (สีแดงถึงสีม่วง) รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ จนถึงรังสีแกมมา
ตาของมนุษย์นั้นสามารถมองเห็นได้เฉพาะแสงขาวเท่านั้น การสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ในย่านแสงขาวเพียงย่านเดียว จึงดูเป็นการสังเกตการณ์ในขอบเขตที่แคบมาก ๆ สัญญาณบางอย่างที่ปลดปล่อยมาจากดวงดาวและวัตถุท้องฟ้า มักจะอยู่ในย่านความถี่ที่ตามองไม่เห็นเสียมาก เช่น หากสังเกตมองควอซาร์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ธรรมดาที่ทำงานในยานแสงขาว จะมองเห็นไม่ต่างกับดาวฤกษ์ธรรมดาดวงหนึ่งเลย และเมื่อถ่ายภาพควอซาร์ในย่านอินฟราเรดแล้ว จะพบว่ามันมีลักษณะแตกต่างจากดาวฤกษ์โดยสิ้นเชิง นอกจากนี้ กล้องโทรทรรศน์ยังมีประโยชน์ในการถ่ายและบันทึกภาพของดวงดาวได้อีกด้วย
กล้องโทรทรรศน์โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นชนิดใหญ่ ๆ ตามย่านความถี่ที่ทำงาน เช่นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด (Infrared telescope) กล้องโทรทรรศน์วิทยุ (Radio Telescope) เป็นต้น กล้องโทรทรรศน์ที่พบเห็นและรู้จักกันมากที่สุดก็คือ กล้องโทรทรรศน์ที่ทำงานในย่านความถี่ที่ตามองเห็นหรือ Optical telescope ในที่นี้จะกล่าวถึงกล้องโทรทรรศน์แบบหลังนี้เท่านั้น
ชนิดของกล้องโทรทรรศน์
กล้องโทรทรรศน์อาจแบ่งได้ตามหลักการสร้างภาพได้เป็น 2 ชนิดใหญ่ ๆ ได้ดังนี้
กล้องแบบหักเหแสง
กล้องแบบหักเหแสงใช้เลนส์นูนอย่างน้อยสองชิ้นประกอบด้วยกัน ชิ้นหนึ่งเรียกว่า เลนส์วัตถุ อยู่ทางด้านหน้าของตัวกล้อง อีกชิ้นหนึ่งเรียกว่า เลนส์ตา อยู่ตำแหน่งใกล้ตา อัตราขยายของกล้องชนิดนี้สามารถหาได้จาก
กำลังขยาย = ความยาวโฟกัสของเสนส์วัตถุ / ความยาวโฟกัสของเลนส์ตา
หอสังเกตการณ์เยอร์คิส์ (Yerkes Observatory) ที่ตั้งของกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงที่ใหญ่ที่สุดในโลก
กล้องแบบสะท้อนแสง
กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงประกอบด้วยกระจกเว้าโค้งแบบพาราโบลาเรียกว่า กระจกหลัก (primary mirror) กับเลนส์ตาอีกอันหนึ่ง กำลังขยายของกล้องแบบสะท้อนแสงหาได้จาก
กำลังขยาย = ความยาวโฟกัสของกระจกหลัก / ความยาวโฟกัสของเลนส์ตา
เมื่อเปรียบเทียบกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงกับกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงแล้ว กล้องแบบสะท้อนแสงเหมาะกับกล้องขนาดใหญ่มากกว่ากล้องแบบหักเหแสง เนื่องจากกระจกสะท้อนแสงสามารถสร้างให้มีขนาดใหญ่ และมีโครงสร้างเสริมหนุนอยู่ด้านหลังกระจกเพื่อรักษาความโค้งเอาไว้ได้ ในขณะที่กล้องหักเหแสงสามารถยึดติดกับสิ่งอื่นได้เฉพาะที่ขอบเลนส์เท่านั้น จึงมีขีดจำกัดอยู่ที่เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 เมตรเท่านั้น หากสร้างกระจกใหญ่กว่านี้ น้ำหนักของเลนส์จะถ่วงให้กระจกมีรูปร่างบิดเบี้ยวจนภาพที่ได้มีความเพี้ยนมากเกินไป ปัจจุบันกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงที่ใหญ่ที่สุดตั้งอยู่ที่หอสังเกตการณ์เยอร์คีส์ มีเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ 1 เมตร กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงยังมีชนิดย่อย ๆ อีกหลายชนิด เช่น
กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบนิวตัน (Newtonian Reflecter)
มีกระจกเว้าอยู่ท้ายกระบอก ที่ด้านหน้าใกล้กับปากกระบอกกล้องมีกระจกเฉียง 45 องศาเพื่อสะท้อนแสงออกไปทางด้านข้างลำตัวกล้องซึ่งมีเลนส์ตาติดอยู่ เวลาส่องดูจึงต้องส่องดูข้าง ๆ ลำตัวกล้อง ชื่อของกล้องชนิดนี้ตั้งขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแก่นิวตัน ผู้ออกแบบกล้องชนิดนี้
กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบแคสสิเกรน (Cassigrain Reflecter)
มีกระจกนูนชิ้นเล็ก ๆ เรียกว่ากระจกรอง (secondary mirror) อยู่ที่ด้านหน้าของตัวกล้อง กระจกชิ้นนี้สะท้อนแสงจากกระจกหลักผ่านรูที่อยู่ตรงกลางของกระจกหลัก ซึ่งเลนส์ตาจะติดอยู่ที่ด้านหลังของกระจกหลัก เนื่องจากกระจกรองช่วยย่นความยาวของกระบอกกล้อง กล้องชนิดนี้จึงมักมีรูปร่างสั้นป้อม
กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบชมิดท์แคสสิเกรน
กล้องโทรทรรศน์แบบชมิดท์แคสสิเกรน
คล้ายกับกล้องแบบแคสสิเกรน แต่มีกระจกปรับความโค้ง (correcter plate) ปิดอยู่ด้านหน้าของตัวกล้อง ส่วนกระจกหลักโค้งแบบทรงกลม กล้องชนิดนี้มักจะสั้นป้อมกว่าแบบแคสสิเกรนเล็กน้อย เป็นชนิดที่นักดูดาวใช้กันมาก
กล้องโทรทรรศน์แบบมักซูตอฟนี้ คล้ายกับแบบชมิดท์แคสสิเกรน แต่ความโค้งกระจกด้านหน้าต่างกัน กระจกปรับความโค้งของกล้องชนิดนี้ดูคล้ายกับเป็นเลนส์เว้า เลนส์ซูเปอร์เทโลโฟโต้ชนิดรีเฟล็กซ์สำหรับถ่ายภาพทั่วไปมักใช้โครงสร้างของเลนส์เป็นแบบมักซูตอฟนี้
กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบมักซูตอฟ
เอฟเรโช (f ratio)
ดังได้กล่าวมาแล้วว่า กล้องโทรทรรศน์นอกจากมีหน้าที่ขยายภาพให้ใหญ่ขึ้นหรือให้เหมือนกับวัตถุอยู่ใกล้เข้ามา นอกจากนี้ยังมีอีกหน้าที่หนึ่งก็คือ ขยายแสงหรือการรวมแสงให้สว่างมากขึ้นนั่นเอง บางครั้งวัตถุท้องฟ้าที่เราต้องการส่องนั้นมีขนาดไม่เล็กเลย แต่ว่าจางมากจนมองไม่เห็น ดังนั้นการขยายทางแสงจึงเป็นปัจจัยที่สำคัญไม่น้อยไปกว่าการขยายขนาดภาพเลย ในขณะที่กำลังขยายภาพของกล้องโทรทรรศน์ถูกกำหนดด้วยความยาวโฟกัสของเลนส์หรือกระจก กำลังขยายทางแสงจะขึ้นกับขนาดความกว้างของกระจกและเลนส์เป็นสำคัญ ซึ่งบอกด้วยตัวเลขที่เรียกว่า เอฟเรโช
เอฟเรโช เป็นค่าที่บอกความสามารถในการรวมแสงของเลนส์วัตถุ มีความหมายเดียวกันกับเอฟเรโชของเลนส์กล้องถ่ายรูป (หรือกระจก ในกรณีของกล้องสะท้อนแสง) ค่าเอฟเรโชหาได้จาก ความยาวโฟกัสของเลนส์หารด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ เช่นกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงเส้นผ่านศูนย์กลางเลนส์วัตถุ 110 มม. ความยาวโฟกัส 1100 มม. ก็จะมีค่าเอฟเรโชเป็น 1100/110 = 10 หรือเขียนว่า f/10 ค่าเอฟเรโชยิ่งต่ำจะยิ่งมีกำลังรวมแสงมาก
