กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง

ส่วนประกอบและทางเดินแสงของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง

แบบจำลองจากกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงตัวที่สองของนิวตัน ซึ่งเขานำเสนอต่อราชสมาคมแห่งลอนดอนในปี 1672

รูป a กระจกเงาโค้งทรงพาราโบลาจุดโฟกัสรวมกันที่จุดเดียว รูป b กระจกเงาโค้งผิวทรงกลมจุดโฟกัสไม่รวมกันที่จุดเดียว

กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง (อังกฤษ: reflecting telescope) เป็นกล้องโทรทรรศน์ชนิดหนึ่งที่ใช้กระจกเงาโค้งหนึ่งชิ้นหรือมากกว่านั้นเพื่อสะท้อนแสงสำหรับสร้างขึ้นเป็นภาพ คิดค้นขึ้นในคริสต์ศตวรรษที่ 17 เพื่อแก้ปัญหาของกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงที่มีปัญหาเรื่องความคลาดสีอย่างมาก แม้กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงจะยังคงมีปัญหาความคลาดทางทัศนศาสตร์ แต่ก็ช่วยให้สามารถจับภาพวัตถุขนาดใหญ่มาก ๆ ได้ กล้องโทรทรรศน์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานด้านดาราศาสตร์มักเป็นแบบสะท้อนแสงแทบทั้งหมด และมีการออกแบบปลีกย่อยอีกมากมายหลายแบบเพื่อปรับปรุงคุณภาพของภาพที่ได้ไม่นาน ความต้องการกล้องขนาดใหญ่เพื่อใช้

ประวัติการคิดค้นกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง

หลังจากกาลิเลโอเริ่มสำรวจจักรวาลด้วยกล้องโทรทรรศน์หักเหแสงได้ไม่นาน ความต้องการกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่เพื่อใช้รวมแสงจากวัตถุที่มีแสงริบหรีก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ผนวกกับข้อจำกัดต่าง ๆ ในการสร้างกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงขนาดใหญ่ จึ่งมีผู้พยายามคิดค้นวิธีสร้างกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง ในปี ค.ศ. 1663 เจมส์ เกรกอรี (James Gregory) นักคณิตศาสตร์ชาวสกอต ได้ออกแบบกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงขึ้นเป็นครั้งแรก (กล้องโทรทรรศน์แบบเกรกอรี) แต่ในเวลานั้นเกรกอรีไม่สามารถหาช่างขัดกระจกเงาที่มีความสามารถพอจะขัดกระจกเงาโค้งตามแบบได้ จึงยังไม่มีการประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงขึ้นอย่างจริงจัง จนกระทั่งไอแซก นิวตันออกแบบและประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงของเขาขึ้นในปี ค.ศ. 1668 และเสนอต่อราชบัณฑิตยสภาของอังกฤษในเดือนมกราคมปี ค.ศ. 1672

หลักการทั่วไปของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง

กล้องแบบดั่งเดิมของนิวตันใช้กระจกเงาโค้งที่ท้ายกล้อง สะท้อนแสงที่เข้าสู่กล้องให้มารวมกันที่จุดโฟกัสโดยกระจกเงาโค้งที่ใช้รวมแสงนี้เรียกว่า กระจกเงาปฐมภูมิ จากนั้นแสงจะถูกสะท้อนออกจากแนวของกล้องด้วยกระจกเงาทุติยภูมิ ซึ่งเป็นกระจกเงาราบ เข้าสู่เลนส์ตาเพื่อขยายภาพให้สังเกตได้คล้ายกับกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง กล้องในสมัยของนิวตัน ความโค้งของกระจกเงาที่ใช้เป็นความโค้งแบบผิวทรงกลม ซึ่งจะประสบปัญหาความคลาดทรงกลม ทำให้ภาพของวัตถุที่เป็นวงกลมเห็นเป็นวงรี ในปัจจุบันปัญหานี้แก้ได้โดยการขัดกระจกเงาให้โค้งเป็นทรงพาราโบลา ซึ่งทำให้แสงทุกสีสะท้อนไปที่จุดโฟกัสที่จุดเดียวกัน กล้องสะท้อนแสงส่วนใหญ่จึงใช้กระจกเงาที่มีพื้นที่ผิวทรงพาราโบลา

กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงสามารถสร้างให้มีขนาดใหญ่ในราคาที่ถูกว่ากล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงมา ปัจจุบันกล้องโทรทรรศน์ตามหอดูดาวขนาดใหญ่จะนิยมใช้กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงทั้งสิ้น กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ที่สุดในโลกในปัจจุบันคือ กล้องโทรทรรศน์สองตาขนาดใหญ่ (LBT) ตั้งอยู่ที่หอดูดาวนานาชาติภูเขาเกรแฮม ประเทศสหรัฐอเมริกาเป็นกล้องแบบสะท้อนแสงที่มีขนาดกระจกเงาปฐมภูมิขนาด 11.8 เมตร นอกจากนี้ กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ก็เป็นกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงเช่นกัน การที่แสงไม่ต้องเดินทางผ่านชิ้นส่วนเลนส์ในกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง ทำให้มีข้อได้เปรียบกว่ากล้องโทรทรรศน์หักเหแสงอยู่สองประการ

• กล้องจะไม่มีปัญหาความคลาดสีของชิ้นเลนส์
• กล้องจะไม่ประสบปัญหาการดูดกลืนแสงในช่วงคลื่นต่าง ๆ ทำให้กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงสามารถสังเกตวัตถุในช่วงคลื่นอัลตราไวโอเลต

ข้อจำกัดของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง

ข้อเสียเปรียบของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง คือ การมีกระจกเงาทุติยภูมิอยู่ภายในตัวกล้องละขวางทางเดินแสงบางส่วน ทำให้ภาพมืดลงเล็กน้อย ในกรณีที่กระจกvทุติยภูมิมีขนาดใหญ่ (มีพื้นที่มากกว่าร้อยละ 20 ของหน้ากล้อง) ภาพที่สังเกตได้จะมืดลงอย่างเห็นได้ชัด หรือมีภาพกระจกเงาทุติยภูมิเป็นจุดมัวให้เห็น นอกจากนี้การสะท้อนแสงในกล้องแต่ละครั้งทำให้สูญเสียความเข้มแสงไปพอสมควร เพราะกระจกเงาทั่วไปมักจะสะท้อนแสงได้เพียงร้อยละ 85-90 ของแสงที่ตกกระทบเท่านั้น หรือสูญเสียแสงไปถึงร้อยละ 10-15 ทุกครั้งที่มีการสะท้อน หากมีการสะท้อนหลายครั้งก็จะยิ่งทำให้ภาพมืดลง

ปัญหาที่สำคัญของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสง คือ ความคลาดเคลื่อนของการวางตัวของระบบกระจกเงา (Optical Alignment) เนื่องจากกระบบกระจกเงาของกล้องสะท้อนแสงต้องอยู่ในแนวเดียวกันอย่างเที่ยงตรงมาก หากคลาดเคลื่อนไปเพียงเล็กน้อยก็จะได้ภาพมัวลงอย่างชัดเจน ในการเคลื่อนย้ายกล้อง กระจกเงามักจะเคลื่อนไปเล็กน้อยเสมอ จึงต้องปรับเล็งใหม่บ่อยครั้ง การปรับเล็งกระจกเงาให้วางต้วเรียงกันอย่างแม่นยำนี้เป็นกระบวนการที่ใช้เวลาพอสมควรสำหรับผู้เริ่มต้น แต่เมื่อทำจนชำนาญแล้วก็จะสามารถปรับได้อย่างรวดเร็ว

นอกจากกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบนิวตัน ซึ่งผู้สังเกตมองจากด้านข้างกล้องแล้ว ยังมีกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงอื่น ๆ เช่น แบบกัสแกร็ง, แบบริตชี–เครเตียง, แบบชมิท, แบบแนสมิธ

การออกแบบกล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสงแบบต่าง ๆ

นิวตัน

ส่วนประกอบและทางเดินแสงของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงแบบนิวตัน

ริตชี–เครเตียง

ส่วนประกอบและทางเดินแสงของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงแบบริตชี–เครเตียง

แนสมิธ

ส่วนประกอบและทางเดินแสงของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงแบบแนสมิธ

อ้างอิง

• วิภู รุโจปการ. เอกภพเพื่อความเข้าใจในธรรมชาติของจักรวาล. กรุงเทพฯ : สำนักพิมพ์ บริษัทนานมีบุ๊คส์พับลิเคชั้นส์ จำกัด. 2546