หลักการของกล้องโทรทรรศน์
นักดาราศาสตร์นำกล้องโทรทรรศน์ (Telescope) มาเป็นเครื่องมือในการศึกษาเทห์วัตถุท้องฟ้า
เนื่องจากกล้องโทรทรรศน์ มีคุณสมบัติที่สำคัญ 2 ประการคือ
1. ความสามารถในการรวบรวมแสง - เลนส์หรือกระจกขนาดใหญ่ สามารถรวบรวมแสงได้มากกว่าดวงตาของมนุษย์
2. ความสามารถในการขยาย - ช่วยเพิ่มขนาดของภาพ ทำให้เห็นรายละเอียดของวัตถุได้มากขึ้น
|
|
หลักการเบื้องต้น
อุปกรณ์ที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์คือ "เลนส์นูน" มีหน้าที่รวมแสงให้มาตกที่จุด "จุดโฟกัส" (focus) เราเรียก ระยะทางระหว่างจุดกึ่งกลางของเลนส์กับจุดโฟกัสว่า "ความยาวโฟกัส"
หากเราใช้เลนส์นูนส่องมองวัตถุท ี่ระยะใกล้กว่ากว่าความยาวโฟกัส จะเห็นว่า เลนส์นูนช่วยในการขยายภาพ
หากเราใช้เลนส์นูนส่องมองวัตถุที่ ระยะไกลกว่าความยาวโฟกัส จะเห็นว่า เลนส์นูนรวมแสง แล้วให้ภาพหัวกลับ ดังภาพที่ 1
|
|
 | | ภาพที่ 1 เลนส์นูนหักเหแสงให้ภาพหัวกลับ |
|
|
การทำงานของกล้องโทรทรรศน์
อาศัยหลักการหักเหของแสงผ่านเลนส์นูนจำนวน 2 ชุด โดยเลนส์แต่ละชุด ประกอบด้วยเลนส์ 2-3 ชิ้น สร้างจากเนื้อแก้วที่ต่างกัน ประกบกัน เพื่อแก้ความคลาดสี (ถ้าใช้เลนส์เดี่ยว จะให้ภาพขอบวัตถุเป็นสีรุ้ง เนื่องจากแสงแต่ละสีมีความยาวคลื่นไม่เท่ากัน จึงทำให้ความยาวโฟกัสไม่เท่ากัน)
เลนส์ชุดหน้า มีขนาดใหญ่ เรียกว่า "เลนส์วัตถุ" (Objective Lens) ทำหน้าที่รวบรวมแสง
ส่วนเลนส์ชุดหลังซึ่งใช้มอง มีขนาดเล็ก เรียกว่า "เลนส์ตา" (Eyepiece) ทำหน้าที่เพิ่มกำลังขยาย ดังที่แสดงในภาพที่ 2
|
|
 | | ภาพที่ 2 การทำงานของเลนส์กล้องโทรทรรศน์ |
|
|
กำลังรวมแสง
คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของกล้องโทรทรรศน์คือ "กำลังรวมแสง" (Light-gathering power) กล้องโทรทรรศน์ช่วยให้นักดาราศาสตร์มองเห็น เทห์วัตถุในห้วงอวกาศ อาทิเช่น กาแล็กซี เนบิวลา และกระจุกดาวต่าง ๆ ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เนื่องจากระยะทางที่ไกลมาก ทำให้แสงของมันจางลง
เลนส์นูนของกล้องโทรทรรศน์มีพื้นที่รับแสงได้มากกว่าดวงตาของมนุษย์
จึงมีกำลังรวมแสงที่มากกว่า อย่างไรก็ตามเราไม่สามารถกำหนด ค่ากำลังรวมแสงของเลนส์เป็นค่าเฉพาะได้ หากแต่กำหนดได้ด้วยการเปรียบเทียบเท่านั้น
|
|
ยกตัวอย่าง:
เมื่อเปรียบเทียบเลนส์ของกล้องโทรทรรศน์ ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 cm กับดวงตาของเรา (กระจกตาดำ) ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.5 cm จะเห็นว่า เลนส์ของกล้องโทรทรรศน์ มีขนาดใหญ่กว่าถึง 100 เท่า และจะมีกำลังรวมแสงมากว่าถึง 10,000 เท่า (100 ยกกำลังสอง)
ลองคิดดูว่ากล้องโทรทรรศน์ Keck ที่ใหญ่ที่สุดในโลก บนเกาะฮาวาย มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 เมตร จะมีกำลังรวมแสงมากกว่าตาของมนุษย์ 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 กำลังขยายสูงสุดที่ใช้งานได้จริงจึงอยู่ที่ค่าประมาณ 50 คูณด้วย ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์วัตถุ ซึ่งมีหน่วยเป็นนิ้ว (แต่ไม่เกิน 400 เท่า) เป็นต้นว่า กล้องขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 นิ้ว จะมีกำลังขยายที่ใช้งานได้ไม่เกิน 50 x 4 = 200 เท่า
การใช้กำลังขยายที่สูงมาก จะทำให้ได้ภาพที่มีคุณภาพต่ำ มืด มัว และสั่นไหว เนื่องจากขณะที่เราขยายภาพดาว ก็จะขยายภาพของบรรยากาศโลกตามไปด้วย ทำให้ได้ภาพพร่ามัว และไหล คล้ายการมองเห็นวัตถุที่อยู่ในน้ำ
|
|
|
อัตราส่วนโฟกัส
อัตราส่วนโฟกัส (Focal ratio) เป็นคุณสมบัติอีกข้อหนึ่งที่สำคัญของเลนส์กล้องโทรทรรศน์ เป็นค่าอัตราส่วน ระหว่างความยาวโฟกัสของเลนส์วัตถุ กับ เส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์วัตถุ เรามักเห็นค่านี้แสดงด้วย "f/" บนเลนส์กล้องถ่ายรูปทั่วไป
|
|
|
ยกตัวอย่าง:
เลนส์วัตถุขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 mm ความยาวโฟกัส 1,000 mm มีค่า "f/10"
เลนส์วัตถุขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 100 mm ความยาวโฟกัส 500 mm มีค่า "f/5"
เลนส์ที่มีค่าตัวเลข f/น้อย จะให้ขอบภาพกว้างและสว่างกว่า เลนส์ที่มีค่าตัวเลข f/มาก
เลนส์ที่มีค่าตัวเลข f/มาก จะให้ความชัดลึกของภาพมากกว่า เลนส์ที่มีค่าตัวเลข f/น้อย
หมายเหตุ: ห้ามใช้กล้องโทรทรรศน์ส่องมองดูดวงอาทิตย์ โดยปราศจากแผ่นกรองแสงอาทิตย์ที่มีคุณภาพ โดยเด็ดขาด
|
|
ขอขอบคุณ ข้อมูลที่มีประโยชน์จาก เว็บไซต์ Lesa โครงการเรียนรู้วิยาศาสตร์โลกและอวกาศ
เพื่อร่วมกันสร้างสังคมแห่งการเรียนรู้บนโลกอินเตอร์เน็ต
ผู้มีบทความทางด้านวิทยาศาสตร์น่ารู้
สามารถส่งผลงานของท่านมาได้ที่ arunee@teeneemedia.com
|
|
|
| |
|
ฝากข้อความหลังไมค์
Rss Feed
ผู้ติดตามบล็อก : 1 คน [