กล้องดูดาว

โดย พงศธร กิจเวช (อัฐ)
Facebook: คนดูดาว stargazer

กล้องดูดาว เรียกอย่างเป็นทางการว่า “กล้องโทรทรรศน์ (telescope)” มาจากคำว่า “โทร (tele)” แปลว่า ไกล กับคำว่า “ทรรศน์ (scope)” แปลว่า เห็น แปลรวมกันเป็น เห็นไกล บางทีจึงเรียกว่า “กล้องส่องทางไกล”

กล้องโทรทรรศน์มีรากศัพท์คล้ายกับคำว่า “โทรทัศน์ (television)” หรือย่อว่า “ทีวี (TV) คำว่า “ทัศน์ (vision)” ก็แปลว่า เห็น เช่นกัน

ย้อนกลับไปเมื่อปี ค.ศ. 1608 ฮานส์ ลิปเพอร์เฮย์ (Hans Lipperhey) ชาวเยอรมัน-ดัตช์ เป็นคนแรกที่พยายามจดสิทธิบัตรกล้องโทรทรรศน์คนแรกในโลก ที่ประเทศเนเธอร์แลนด์ (แต่ยังไม่พบหลักฐานว่าเขาเป็นคนคิดค้นประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์คนแรกด้วยหรือไม่)

ข่าวเรื่องนี้กระจายไปทั่วยุโรป อีก 1 ปีต่อมา คือ ค.ศ. 1609 กาลิเลโอ กาลิเลอี (Galileo Galilei) นักดาราศาสตร์ชาวอิตาลี ได้ประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์เอง และใช้ส่องดาวต่าง ๆ บนท้องฟ้า พบดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี 4 ดวง ซึ่งเป็นการค้นพบครั้งสำคัญที่สุดครั้งหนึ่งในวงการดาราศาสตร์ เป็นหลักฐานสำคัญว่า โลกไม่ได้เป็นศูนย์กลางจักรวาล (ดาวทุกดวงหมุนรอบโลก) ดังที่เชื่อกันมาก่อนหน้านี้ (ดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีที่กาลิเลโอค้นพบนั้นหมุนรอบดาวพฤหัสบดี ไม่ได้หมุนรอบโลก)

กล้องดูดาวของกาลิเลโอ ปัจจุบันอยู่ที่พิพิธภัณฑ์กาลิเลโอ ในประเทศอิตาลี
ที่มาภาพ : Wikipedia

กล้องดูดาวที่กาลิเลโอประดิษฐ์เรียกว่า กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง (refracting telescope หรือ refractor) แสงดาวจะหักเหผ่านเลนส์ตัวหน้าเรียกว่า เลนส์วัตถุ (objective lens) เป็นเลนส์นูน (convex) ทำหน้าที่รวมแสง (เหมือนเลนส์แว่นขยาย) หลังจากนั้นจะมีเลนส์อีกตัวเรียกว่า เลนส์ตา (eyepiece lens) ทำหน้าที่ขยายภาพเพิ่มอีกที

เดิมกาลิเลโอใช้เลนส์ตา เป็นเลนส์เว้า (concave lens) ต่อมามีผู้พัฒนาเปลี่ยนเป็นเลนส์นูน เพราะขยายได้มากขึ้น และมุมมองกว้างกว่า ดูสบายตากว่า แต่ภาพที่ได้จะกลายเป็นภาพกลับหัว ซึ่งไม่เป็นปัญหาสำหรับนักดาราศาสตร์ (กล้องหักเหแสงในปัจจุบันบางตัวจะมีกระจกช่วยแก้ภาพกลับหัวให้เป็นภาพหัวตั้งปกติ)

ปัญหาหนึ่งที่เกิดสำหรับกล้องหักเหแสงในยุคแรกคือ เกิดสีรุ้งรอบ ๆ ดาว เรียกว่า ความคลาดสี (chromatic aberration) อาจนึกถึงปริซึมเมื่อแสงส่องผ่านแล้วแยกแตกออกมาเป็นสีต่าง ๆ หรืออาจนึกถึงรุ้งกินน้ำ (rainbow) ที่เกิดจากแสงอาทิตย์หักเหผ่าน หยดน้ำในอากาศเกิดเป็นเส้นสีรุ้งบนท้องฟ้า

ต่อมาในปี ค.ศ. 1733 (หรืออาจเป็น 1729) เชสเตอร์ มัวร์ ฮอลล์ (Chester Moore Hall) นักประดิษฐ์ชาวอังกฤษแก้ปัญหานี้โดยแนบเลนส์อีกตัวประกบไว้ด้วยกัน เรียกว่า เลนส์อรงค์ (achromatic lens)

เราสามารถทำกล้องหักเหแสงเองได้ง่าย เพียงแค่มีเลนส์ 2 อัน (อาจซื้อจากร้านศึกษาภัณฑ์หรือที่อื่น ๆ เลนส์ตาอาจใช้แว่นสายตาได้) ลำกล้องอาจใช้ท่อประปาหรือกระดาษแข็ง

กล้องส่องทางไกลแบบกล้องสองตา (binoculars) และกล้องดูนก (spotting scope) ก็เป็นกล้องหักเหแสง มีกระจกสะท้อนช่วยแก้ให้ภาพเป็นแนวตั้งปกติไม่กลับหัว (แต่ต้องแลกกับการเสียแสงไปบางส่วนจากการสะท้อน ทำให้ความสว่างลดลงไปบ้าง)

กำลังขยาย (magnification) ของกล้องจะคิดจากทางยาวโฟกัส (focal length) ของเลนส์วัตถุ หารด้วยทางยาวโฟกัสของ เลนส์ตา ทางยาวโฟกัสหมายถึงระยะจากเลนส์ถึงจุดโฟกัส อาจนึกถึงแว่นขยายเวลาส่องแสงอาทิตย์ตกบนกระดาษ จุดที่เล็กที่สุดจน ทำให้กระดาษลุกไหม้ คือจุดโฟกัส ระยะห่างจากแว่นขยายถึงกระดาษตอนนั้นคือทางยาวโฟกัส ทางยาวโฟกัสจะใช้เป็นมิลลิเมตร (millimeter) ย่อว่า มม. (mm)

ตัวอย่างเช่น เลนส์วัตถุมีทางยาวโฟกัส 1,000 มม. เลนส์ตา 25 มม. กล้องตัวนี้จะขยายได้ 1000/25 = 40 เท่า ถ้าเปลี่ยนเลนส์ตาเป็น 10 มม. จะขยายเพิ่มขึ้นเป็น 1000/10 = 100 เท่า

นอกจากวิธีใช้เลนส์แก้ความคลาดสีแล้ว ยังมีการประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์อีกแบบคือ กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง (reflecting telescope หรือ reflector)

เจมส์ เกรกอรี (James Gregory) นักดาราศาสตร์ชาวสกอตแลนด์ได้คิดออกแบบกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงเมื่อปี ค.ศ. 1663 แต่เขาไม่ได้สร้างขึ้นมาจริง ๆ ต่อมา เซอร์ ไอแซก นิวตัน (Sir Isaac Newton) นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษได้สร้างกล้อง โทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงเป็นคนแรก เมื่อ ค.ศ. 1668 เรียกว่า กล้องแบบนิวตัน (Newtonian) ซึ่งทำงานโดยไม่ใช้เลนส์วัตถุหน้ากล้อง แต่จะเปิดโล่งให้แสงเข้ามาสะท้อนกระจกโค้งที่ท้ายกล้อง กลับมากระทบกระจกแผ่นเล็กที่อยู่ในตัวกล้อง แล้วสะท้อนออกด้านข้าง (ของเกรกอรีแสงออกท้ายกล้อง)

โลร็อง กัสแกรง (Laurent Cassegrain) บาทหลวงชาวฝรั่งเศส ได้ประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงอีกแบบเมื่อ ค.ศ. 1672 เรียกว่า กล้องแบบกัสแกรง หรือออกเสียงแบบภาษาอังกฤษว่า แคสซิเกรน (Cassegrain reflector) ให้กระจกสะท้อนแสงออกช่อง ท้ายกล้อง (เหมือนเกรกอรี)

เปรียบเทียบกันระหว่างกล้องสะท้อนแสงกับกล้องหักเหแสงแล้ว กล้องสะท้อนแสงจะสั้นกว่า เบากว่า และอาจถูกกว่ากล้องหักเหแสง แต่หน้ากล้องสะท้อนแสงเปิดโล่ง ต้องระวังฝุ่นตกลงไปบนกระจก

กล้องหลักตามหอดูดาวมักเป็นกล้องสะท้อนแสง เช่นกล้องที่หอดูดาวแห่งชาติ บนดอยอินทนนท์ เป็นกล้องสะท้อนแสงขนาด 2.4 เมตร ใหญ่ที่สุดในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ รวมทั้งกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล (Hubble Space Telescope) และกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (James Webb Space Telescope) ก็เป็นกล้องสะท้อนแสง

ยังมีกล้องโทรทรรศน์แบบผสม (catadioptic หรือ compound telescope) เป็นกล้องที่ผสมระหว่างกล้องหักเหแสงกับกล้องสะท้อนแสง ทำให้กล้องสั้นและเบาลงไปอีก หน้ากล้องผสมเป็นเลนส์วัตถุ (ฝุ่นไม่เข้า) เมื่อแสงหักเหผ่านแล้วจะสะท้อนกระจกโค้งท้ายกล้องกลับมาที่กระจกเล็ก ๆ แล้วสะท้อนไปยังช่องท้ายกล้อง

กล้องผสมมีหลายแบบ ที่นิยมเช่น กล้องแบบชมิดท์-แคสซิเกรน (Schmidt-Cassegrain telescope) ประดิษฐ์โดย เจมส์ กิลเบอร์ต เบเกอร์ (James Gilbert Baker) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน เมื่อปี ค.ศ. 1940 โดยผสมกล้องแคสซิเกรนและกล้องชมิดท์ ของ เบอร์นฮาร์ด ชมิดท์ (Bernhard Schmidt)

กล้องมักซูตอฟ-แคสซิเกรน (Maksutov-Cassegrain telescope) เรียกสั้น ๆ ว่า กล้องมักซูตอฟ หรือกล้องมัก (Mak) ประดิษฐ์โดย ดมิตรี ดมิตีเยวิช มักซูตอฟ (Dmitry Dmitrievich Maksutov) ชาวรัสเซีย เมื่อ ค.ศ. 1941 ใช้เลนส์วัตถุด้านหน้าที่บางแก้ความคลาดทรงกลม (spherical aberration) ที่เกิดจากแสงทั้งหมดไม่ตกที่จุดโฟกัส เหมือนกล้องชมิดท์-แคสซิเกรน แต่ลักษณะเลนส์ต่างกัน

เนบิวลาปู (Crab Nebula) เมื่อถ่ายจากกล้องดูดาวที่แตกต่างกัน จะเห็นว่าได้ภาพต่างจากแสงที่ตามองเห็น (visible light)
ที่มาภาพ : Wikipedia

ทั้งกล้องหักเหแสง กล้องสะท้อนแสง และกล้องผสม ทั้ง 3 แบบ จัดเป็นกล้องที่ใช้แสง (optical telescope) เป็นแสงที่ตามองเห็น ยังมีกล้องดูดาวที่ไม่ใช้แสง แต่ใช้คลื่นที่ตามองไม่เห็น ตัวอย่างเช่น กล้องโทรทรรศน์วิทยุ (radio telescope) กล้องอินฟราเรด (infrared telescope) กล้องอัลตราไวโอเลต (ultraviolet telescope) กล้องรังสีเอกซ์ (X-ray telescope) ฯลฯ

ในประเทศไทยมีกล้องโทรทรรศน์วิทยุแห่งแรกและแห่งเดียวคือ หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ ของสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ อยู่ที่ศูนย์วิจัยการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้อันเนื่องมาจากพระราชดำริ อำเภอดอยสะเก็ด จังหวัดเชียงใหม่ จะเปิดบริการในปี พ.ศ. 2566

ก่อนซื้อกล้องดูดาวควรสามารถดูดาวด้วยตาเปล่า และสามารถใช้แอปดูดาว เพราะกล้องดูดาวจะขยายจุดเล็ก ๆ บนท้องฟ้า ถ้ายังดูดาวด้วยตาเปล่าไม่ชำนาญอาจเล็งหาดาวที่ต้องการจะส่องได้ยาก

ควรซื้อกล้องราคามากกว่า 3,000 บาท ควรใช้กล้องจากบริษัทผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงเป็นที่ยอมรับ อาจลองค้นหาใน Google เช่น พิมพ์ว่า “best telescope 2023”

ควรซื้อกล้องที่มีกำลังขยายที่เหมาะสม กำลังขยายมากกว่าอาจไม่ได้หมายความว่าดีกว่า เพราะเมื่อกล้องมีกำลังขยายมากขึ้น ความสว่างและความละเอียดของดาวจะลดลง อีกทั้งเล็งหาดาวได้ยากขึ้น กำลังขยายมากกว่า 30 เท่า สามารถส่องดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดีและวงแหวนดาวเสาร์

ขนาดหน้ากล้องยิ่งมีขนาดใหญ่จะยิ่งทำให้แสงเข้าไปในกล้องมากกว่าขนาดหน้ากล้องเล็ก ทำให้เห็นดาวสว่างมากกว่า

ห้ามใช้กล้องดูดาวส่องดวงอาทิตย์เด็ดขาด ถ้าไม่มีแผ่นกรองแสงอาทิตย์ (solar filter) ที่มีมาตรฐานป้องกัน เพราะอาจทำให้ตาบอดได้