กล้องดาราศาสตร์ (Astronomical Telescope) โดย ระวี ภาวิไล

วิทยาศาสตร์

วารสารรายเดือน ของสมาคมวิทยาศาสตร์แห่งประเทศไทย

ในพระบรมราชูปถัมภ์

ปีที่ 11 เล่มที่ 4 พ.ศ. 2500 หน้า 1 – หน้า 11

 01

ประโยชน์และที่ใช้ของกล้องดาราศาสตร์ในการศึกษาและค้นคว้า :

  1. การสังเกตการณ์ด้วยการมองดู (Visual Observation)

(1) สำหรับเทห์ฟากฟ้า (celestial bodies) ซึ่งอยู่ในระยะใกล้พอที่จะปรากฏมุมที่ดวงดาวของผู้สังเกตการณ์บนพื้นโลกได้ หรือกลุ่มเทห์ซึ่งอยู่ไกลแต่ปรากฎขนาดใหญ่ขยายกว้างในเวหา (extended object) กล้องดาราศาสตร์จะทำหน้าที่ขยาย คือ ทำให้มุมซึ่งแสงจากเทห์นั้นมาเข้าตา มีขนาดโตขึ้น เทห์ฟากฟ้าเหล่านั้นได้แก่ ดาวนพเคราะห์ ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์และกลุ่มเนบิวลา เป็นต้น

          ตัวอย่าง

          ดาวนพเคราะห์ดวงหนึ่ง subtend มุม 25 second or arc ที่ตาคนดูบนพื้นโลก ถ้าหากว่า เมื่อแสงผ่านกล้องดูดาวอันหนึ่งแล้วมาเข้าตาคนดูเป็นมุม 2o

          ดังนั้น กำลังขยายของกล้องในขณะนั้นจะเป็นอัตราส่วน 2o : 25 seconds of arc

 

08

 

          ในการมองดูเทห์ฟากฟ้าแบบนี้ กล้องดาราศาสตร์จะทำหน้าที่เป็นเครื่องขยายให้ภาพใหญ่ชัดเจนเข้า และช่วยให้เห็นรายละเอียด (detail) บนพื้นผิวของเทห์ฟากฟ้าเหล่านั้นมากขึ้น

          (2) สำหรับเทห์ฟากฟ้าที่อยู่ไกลออกไปจนปรากฏเป็นจุด (point source) เสมอ ไม่ว่าจะใช้กำลังขยายเท่าใด ซึ่งเทห์ฟากฟ้าแบบนี้ได้แก่ดาวฤกษ์ทั้งหลาย กล้องดาราศาสตร์มีหน้าที่รวบรวมแสงสว่างที่มาจากแต่ละดวงให้มีความเข้มมากขึ้นและรวมโฟกัสเข้าสร้างภาพในตาของผู้สังเกตการณ์ โดยการใช้กล้องดาราศาสตร์ผู้สังเกตการณ์จะสามารถเห็นดวงดาวที่เขาไม่มีโอกาสเห็นได้ด้วยตาเปล่า เพราะความสว่างปรากฏ (visual magnitude) น้อยเหลือเกิน กล้องดูดาวจึงเป็นเครื่องช่วยเพิ่มความไวของการเห็น

          (3) สำหรับเทห์ฟากฟ้าซึ่งอยู่ใกล้กันมากจนเห็นเป็นจุดเดียวกัน เช่น พวกดาวคู่ (binaries, double stars) กล้องสามารถช่วยให้เห็นแยกจากกันได้ ความสามารถของกล้องที่จะแยก ภาพดาวคู่ ออกจากกันนี้ ขึ้นอยู่กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของกระจกพาราโบล่าหรือเลนส์จับภาพที่ใช้ในกล้องนั้น

  1. การสังเกตการณ์ด้วยเครื่องบันทึกต่างๆ

          (1) ถ่ายรูป กล้องดาราศาสตร์ ใช้เป็นกล้องถ่ายรูปทางไกล สำหรับถ่ายภาพเทห์ฟากฟ้าได้ โดยการจัดระบบทัศนะใหม่ เช่น

          (ก) เอา eyepiece ออก แล้วเอา film plate รับภาพที่โฟกัสของกระจกโค้งพาราโบล่า หรือ

          (ข) ใส่ eyepiece ไว้คงเดิม วาง film plate ข้างหลัง eyepiece แทน retina ของมนุษย์ เลื่อนจัดระยะของ eyepiece จน image บนฟิลม์ชัด ทั้งนี้โดยใช้กระจกฝ้าแทน film plate ชั่วคราว วิธีนี้ได้ภาพใหญ่กว่า (ก) แต่ความละเอียดชัดเจนอาจน้อยไป ถ้า eyepiece ไม่ดีพอ

          (ค) eyepiece คงเดิม และส่องดูด้วยตาก่อนแล้วเอากล้องถ่ายภาพควบเข้ากับ eyepiece โฟกัสกล้องถ่ายภาพที่ระยะอินฟีนิตี้ แล้วถ่ายภาพเช่นธรรมดาโดยผ่านกล้องดาราศาสตร์   

          (2) Spectroscopy ถ้าเอาเครื่อง spectrometer หรือ spectrograph ควบเข้ากับกล้องดาราศาสตร์ ผู้สังเกตการณ์อาจศึกษาและบันทึก spectrum ของแสงสว่างที่มาจากดวงดาวได้ เป็นประโยชน์ในการค้นคว้าลักษณะธรรมชาติของดวงดาว หรือกลุ่มดาวเหล่านั้น

          (3) Photometry ถ้าเอาเครื่องโฟโตมิเตอร์รับแสงที่โฟกัสของพาราโบล่า ผู้สังเกตการณ์ก็อาจศึกษาความเข้มข้นของการแผ่รังสีของดาวและการแปรเปลี่ยนของการส่องสว่างของดาวชนิด Variable star ได้

          ที่กล่าวมาแล้วนี้ เป็นเพียงหัวข้อใหญ่ย่อๆ ของที่ใช้ประโยชน์ของกล้องในวิชาดาราศาสตร์ โดยการปรับปรุงและเพิ่มเติมส่วนประกอบต่างๆ กล้องดาราศาสตร์จะสามารถขบปัญหาอันเกิดในการศึกษา ค้นคว้าทางดาราศาสตร์ต่างๆ ได้มากมาย

          กล้องดาราศาสตร์ อาจจะแบ่งออกเป็นพวกใหญ่ๆ ได้สองพวก คือ

  • Refracting Telescope หรือ Refractor ใช้ lens เป็นตัวรับและรวบรวมแสง (objective) Reflector ที่ใหญ่ที่สุดในโลก คือ กล้อง 40 นิ้วที่ Yerkes Observatory ในมลรัฐ Wisconsin,U.S.A. ของมหาวิทยาลัย Chicago
  • Reflecting Telescope หรือ Reflector ใช้กระจกโค้งรูปพาราโบล่าหรือสเฟียริกัล เป็น Objective ในหัวข้อนี้มีการออกแบบต่างๆ กันหลายชนิด และเรียกชื่อตามผู้ประดิษฐ์ เช่น Newtonian Reflector, Cassegrainian Reflector, Gregorian Reflector ฯลฯ เป็นต้น กล้อง Schmidt Telescope หรือ Camera ก็รวมอยู่ในจำพวกนี้ด้วย Reflector ใหญ่ที่สุดในโลกคือกล้อง 200 นิ้ว บนภูเขา Palomar ในรัฐคาลิฟอร์เนีย

Newtonian Reflecting Telescope กล้องดาราศาสตร์ชนิดใช้กระจกสะท้อนแสงรูปพาราโบล่า

ทัศนะระบบ (Optical system) ส่วนสำคัญของกล้องดาราศาสตร์ชนิดนี้ประกอบด้วย

  • กระจกโค้งรูปพาราโบล่า (Parabolic Mirror) ซึ่งผิวมีความถ้วนถี่อย่างน้อยถึง 1/8 ความยาวคลื่นของแสงสว่าง (หรือเขียน 1/8 λ เมื่อ λ = ความยาวคลื่นของแสงสว่าง) เคลือบหรืออาบผิวด้วยสารสะท้อนแสง เช่น เงิน โครเมียม หรือ อลูมิเนียม สารที่ใช้มากที่สุดในปัจจุบัน คือ อลูมิเนียม ซึ่งได้จากการระเหิดเส้นลวดอลูมิเนียมในสูญญากาศ
  • กระจกเรียบ (Optical flat) สำหรับสะท้อนแสงจากแนวแกนของกระจกโค้งพาราโบล่า ให้ออกมาตามแกนตั้งฉากกับเดิม อาจใช้ prism มุมฉากทำหน้านี้ได้ แต่ prism มักทำให้เกิดสีรุ้ง (chromatic aberration) กระจกเรียบ (Optical flat) จึงเป็นสิ่งที่เหมาะกว่า กระจกนี้เอียงทำมุม 45 o กับแกนทัศนะของกระจกพาราโบล่าใหญ่ด้วยกระจกเรียบนี้เป็นรูปไข่ (ellipse) ซึ่งมีอัตราส่วนของแกนยาวต่อแกนสั้นเป็น √2:1 ฉาบด้วยอลูมิเนียม   
  • เล็นส์ตา (Eyepiece) สำหรับส่องขยาย eyepiece นี้เป็นชนิดเดียวกับที่ใช้ในกล้องจุลทรรศน์หรือกล้องโทรทรรศน์ทั่วๆ ไป อาจเป็นชนิด Huygenian, Ramsdon หรือ Orthoscopic ฯลฯ ก็ได้ ในกล้องซึ่งสร้างชิ้นนี้ใช้ Eyepiece ชนิด orthoscopic เพราะ ให้ field of vision ที่กว้างกว่า eyepiece ชนิดอื่นๆ

ทั้งผิวของกระจกพาราโบล่าใหญ่ (parabolic mirror) และกระจกเรียบ (Elliptical flat) ตามข้อ (1) และ (2) สำหรับกล้องที่สร้างขึ้นนี้เคลือบทับผิวด้วย SiO2 เพื่อรักษาคุณสมบัติการสะท้อนแสงของผิวอลูมิเนียมอีกที่หนึ่ง เมื่อทำเช่นนี้แล้ว ผิวสะท้อนแสงนี้จะคงทนอยู่ตลอดไปโดยไม่ต้องฉาบผิวใหม่

การสร้างกล้องดาราศาสตร์ขนาด 12 ½ นิ้ว

          ข้าพเจ้าได้สร้างกล้องดาราศาสตร์ขึ้นเพื่อประโยชน์แก่การศึกษาในวิชาดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ (Astro-physics) ตัวกล้องมีส่วนประกอบสำคัญ ดังนี้

  • กระจกโค้งพาราโบล่า เส้นผ่านศูนย์กลาง 12 ½ นิ้ว หนา 2 ¼ นิ้ว เป็นแผ่นแก้ว pyrex

ทางยาวโฟกัส    F        = 71 นิ้ว

โฟกัส ratio      F/D     = 5.7    

ความคลาดเคลื่อนไม่กิน 1/8 λ ( = 5600 Ao)  วัดโดย Foucault Test

  • Mirror Cell : สำหรับติดกระจกพาราโบล่าไว้ โดยมี floatation system รับน้ำหนักของแผ่นแก้ว เฉลี่ยทั่วกัน Mirror Cell นี้ ออกแบบให้สามารถรับเฉลี่ยน้ำหนักของแผ่นแก้วสม่ำเสมอไม่ว่าแผ่นแก้วจะเอียงหันเหไปอยู่ในลักษณะใด ทั้งนี้เพื่อป้องกัน strain อันจะทำให้ผิวโค้งพาราโบล่าเสียรูปไปในระหว่างการใช้กล้องหันไปสู่ท้องฟ้าทิศต่างๆ
  • ตัวกระบอกกล้อง เป็นท่อเหล็กหนา 1/8 นิ้ว เส้นผ่านศูนย์ กลาง 14 นิ้ว ยาว 6 ฟุต 3 นิ้ว ตัวกระบอกกล้องนี้ ออกแบบขนาดความหนาให้แข็งแรงที่จะไม่งอได้ในเมื่อยกขึ้นตั้งบน mounting เพราะการบิดงอไปแม้แต่เล็กน้อยก็เป็นผลเสียแก่ optical path ของระบบกล้องนี้ได้
  • Elliptical Flat และ Elliptic Flat Holder ใช้แผ่นแก้ว optical flat รูปไข่มีแกนสั้น 2 ¼ นิ้ว เพื่อสะท้อนแสงใกล้ prime focus ให้ออกไปทางข้างกระบอกเข้าสู่ eyepiece

          Optical flat ที่ใช้ มีความคลาดเคลื่อน ไม่เกิน λ/10

          Elliptical Flat Holder ได้ออกแบบให้มีความแข็งแรง ทนต่อความเสทือนและมีสกรูให้จัดความเอียงของ Elliptical Flat ได้ในการจัดระบบทัศนะของกล้อง

  • Eyepiece & Eyepiece Holder อยู่ห่างปากกล้อง 7 ½ นิ้ว ใช้ Eyepiece ชนิด orthoscopic ในขณะนี้
  • Equatorial Mounting ได้ออกแบบเสร็จแล้ว และจ้างโรงกลึงทำเสร็จได้ประกอบพร้อมกับส่วนประกอบอื่นๆ เช่น Planetary Drive Mechanism, เพื่อให้กล้องหันเหไปตามดาวได้เองเรียบร้อย และตั้งอยู่บนหลังคาตึกฟิสิกส์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ตามรูปหน้าปก

 

07

 

การฝนกระจกพาราโบล่า ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 12 ½ นิ้ว

              แผ่นแก้วที่ใช้เป็นแก้ว pyrex หนา 2 นิ้ว เส้นผ่านศูนย์กลาง 12 ½ นิ้ว บริษัท Corning Glass Company เป็นผู้ทำขายสำหรับใช้กับการทำกระจกกล้องดาราศาสตร์โดยเฉพาะ ก่อนที่ข้าพเจ้าจะฝนกระจกขนาด 12 ½ นิ้วนี้ ข้าพเจ้าได้ฝนกระจกขนาด 6 นิ้ว เสร็จไปแล้ว และประกอบเป็นกล้องดาราศาสตร์แล้ว 1 กล้อง ความรู้ความชำนาญที่ได้รับจากการฝนกระจกขนาด 6 นิ้วนี้มีค่าอย่างยิ่ง ในการช่วยขบปัญหาต่างๆ ที่เกิดขึ้น เมื่อฝนกระจกขนาด 12 ½ นิ้ว

              การฝนกระจกขนาด 6 นิ้ว ข้าพเจ้าทำด้วยมือโดยตลอด สำหรับกระจก 12 ½ นิ้ว อาจทำด้วยมือได้เช่นกัน แต่ว่าเพื่อทุ่นแรงในตอนฝนอย่างหยาบ ข้าพเจ้าจึงได้ใช้เครื่องฝนกระจกของ Adler Planetarium ที่  Chicago เมื่อฝนอย่างหยาบได้ความโค้งตามต้องการแล้วการฝนละเอียดคั่น prepolish การขัดและการแต่งให้เข้ารูป (figuring) นั้น ได้ทำด้วยมือโดยตลอด เพราะการใช้เครื่องไม่สามารถให้ผิวความโค้งที่ละเอียดถี่ถ้วนได้ตามต้องการ

              ในการฝนกระจกขนาด 12 ½ นิ้วนี้ ข้าพเจ้าได้รับความสะดวกในการใช้สถานที่และเครื่องมือฝนกระจกของ Adler Planetarium อนึ่ง Mr. Albert V. Shatzel รองผู้อำนวยการของ Adler Planetarium ได้ช่วยเหลือให้คำแนะนำต่างๆ แก่ข้าพเจ้าในการฝนกระจกนี้เป็นอย่างดี Mr.Shatzel ได้เป็นผู้ตรวจสอบคุณภาพของกระจกชิ้นนี้อีกด้วย เมื่อข้าพเจ้าได้แต่งเข้ารูปเสร็จแล้ว

          การสร้างกระจกพาราโบล่า อาจแบ่งได้เป็นคั่นๆ ดังนี้

  • ฝนอย่างหยาบ (Rough Grinding) เอาแก้วที่ฝนให้เป็นกระจกวางบนแป้นหมุน ใช้แผ่นแก้ว pyrex กลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 นิ้ว วางประกบ โดยมีผงคาบอรันดัมเบอร์ 80 กับน้ำอยู่ตรงกลางถูแก้ว 6 นิ้วนี้ไปมา โดยจัดให้ตัวแก้วหมุนไปด้วย คอยหยอดคาบอรันดัมเรื่อยๆ แก้วชิ้นล่างจะถูกกินลึกตรงกลาง และโดยการจัด Stroke ต่างๆ ในที่สุดจะได้เป็นรูปโค้งของทรงกลม หลังจากได้ฝนอยู่ประมาณ 50 ชั่วโมง การวัดความโค้งในตอนนี้ใช้ spherometer ธรรมดา เทียบกับการวัดโดยใช้จุดสว่างที่ศูนย์กลางความโค้ง โดยเอาแผ่นแก้วชิ้นจากแป้นฝนไปล้างให้สะอาดแล้ว ราดน้ำให้ชุ่ม เอาไปขึ้น stand ของ Optical Bench และวัดรัศมีความโค้งเช่นเดียวกับกระจกโค้งเว้าธรรมดา
  • ฝนอย่างละเอียด (Fine Grinding) เมื่อได้รัศมีความโค้งตามความต้องการ (ในกรณีนี้ ประมาณ 140 นิ้ว) แล้วเปลี่ยนขนาดของคาบอรันดัม เป็นเบอร์ 120,220,300 และ 600 ตามลำดับ เพื่อให้ผิวแก้วที่ขรุขระเป็นหลุม (pit) นั้น เป็นหลุมขนาดเล็กลงขณะเดียวกัน รักษาส่วนโค้งให้เป็นส่วนโค้ง

05

  • ขัดคั่นต้น (pre-polish) เมื่อขัดอย่างละเอียดด้วยคาบอรันดัมเบอร์ 600 และตรวจดูผิวด้วยกล้องจุลทรรศน์ เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีหลุมของคาบอรันดัมขนาดหยาบๆ เหลืออยู่แล้ว ล้างกระจกให้สะอาดแล้วขัดด้วย Aloxite ละลายน้ำใสๆ ขัดอยู่ประมาณ 10 ชั่วโมง แก้วนั้นก็พร้อมที่จะนำไปขัดมันและแต่งรูปได้ คั่นนี้ใช้มือฝน

             ในการกระทำสามตอนแรกนี้ ถ้าเป็นกระจกขนาดเล็กๆ คือ 6 นิ้ว 8 นิ้ว 10 นิ้ว หรือบางที 12 ½ นิ้ว กระจกแผ่นที่ใช้ฝนกับกระจกที่เป็นพาราโบล่า มักใช้ขนาดเท่ากันของทรงกลมอยู่เสมอ ทฤษฎีที่มีอยู่ว่า ผิวสองผิวจะแตะกันทุกจุดไม่ว่าในท่าไหนก็ต่อเมื่อเป็นผิวของทรงกลมซึ่งมีรัศมีความโค้งเท่ากัน ผิวหนึ่งนูนและอีกผิวหนึ่งเว้า ตอนนี้ใช้เวลาประมาณ 40 ชั่วโมง               

04

         

              แต่ข้าพเจ้าใช้ขนาดเล็กด้วยความมุ่งหมายเพื่อฝึกฝนวิธีใช้สำหรับการสร้างกระจกขนาดใหญ่มากๆ คือ 24 นิ้ว 36 นิ้ว ซึ่งมักใช้กระจกฝน (tool) ซึ่งมีขนาดเล็กเป็นครึ่งหนึ่งเสมอ (sub-diameter tool)

              การใช้เครื่อง mirror grinding machine ฝนกระจก ถ้าไม่ระมัดระวังมักเกิดความเบี้ยว (Astigmatism) สำหรับกระจกชิ้นที่ข้าพเจ้าทำชิ้นนี้ เมื่อได้ชัดแล้วปรากฏ Astigmatism เล็กน้อย ได้รีบขัดแก้ไขอยู่ประมาณ 10 ชั่วโมงด้วยมือ Astigmatism นั้นจึงหายไปและเข้ารูปผิวทรงกลมที่ใช้ได้

  • ขัดมัน (polishing) ใช้กระจก pyrox ขนาด 12 ½ นิ้ว อีกแผ่นหนึ่งราด optical pitch ซึ่งเคี่ยวได้ที่ลงไปแล้วกดด้วยรางไม้ให้เป็นแบบ polishing tool ซึ่งเรียกว่า pitch lap. ตามรูป :

03

          สารที่ใช้ในการขัดคือ Barnesite  ละลายน้ำพอใสๆ รดลงไปบน tool ทุกครั้งก่อนที่จะฝน ต้อง press ผิว pitch ให้แนบสนิทกับผิวกระจกเสียก่อน การขัดนี้ต้องออกแรงมาก และ friction ของผิวแก้วกับ pitch สูง เมื่อได้ขัดไปประมาณ 20 ชั่วโมงแก้วก็ปรากฏใสเป็นมันเหมือนแก้วธรรมดา มีผิวซึ่งเป็นส่วนโค้งของทรงกลม ในคั่นนี้ต้องตรวจสอบและขัดไปจนกระทั่งตรวจด้วย Foucault test พบว่าผิวนี้เป็นผิวทรงกลมอย่างแท้จริง จึงเริ่มคั่นต่อไปได้

  • การแต่งให้เข้ารูป (Figuring) คือพยายามทำรูปผิวทรงกลมให้เป็นผิวแบบพาราโบล่า นี่เป็นตอนที่ยากที่สุดในการฝนกระจกกล้องดาราศาสตร์ เพราะมี factor หลายประการซึ่งจะต้องพอเหมาะพอสม จึงจะยังความสำเร็จได้ แฟกเตอร์เหล่านั้น มีเป็นต้นว่า :
  • ความแข็งอ่อนของ pitch lap ต้องพอเหมาะ
  • เมื่อเริ่มการแต่ง pitch lap ต้องสัมผัสกับผิวกระจกทุกจุด
  • ความยาว , ทิศทาง และจำนวนครั้ง การถูต้องพอดีจะทำให้กระจกลึกเข้าไปได้โค้งตามต้องการได้

ในการแต่งให้เข้ารูปนี้ ข้าพเจ้าได้ใช้ pitch lap หลายขนาด คือขนาด 12 ½ นิ้ว  ที่ใช้ขัด, 6 นิ้ว, 6 นิ้ว เป็นรูปดาว, 4 ½ นิ้ว เป็นรูปดาว, และ 2 นิ้วเป็นรูปดาว pitch lap เหล่านี้ได้ทำขึ้นเพื่อแก้ไขความคลาดเคลื่อนต่างๆ และเพื่อพยายามแต่งโค้งให้เข้ารูปพาราโบล่า และตลอดเวลาก็ตรวจสอบความโค้งของกระจกที่กำลังแต่งอยู่นี้ด้วยเครื่องมือ Foucault Test เสมอ ข้าพเจ้าได้ใช้เวลาขัดแก้ไขและแต่งอยู่ประมาณ 55 ชั่วโมงก็ได้วัดดู ปรากฏผลเป็นโค้งใกล้เคียงกับพาราโบล่า โดยความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 1/8 l (คิด l = 5600 A o )

ความสามารถในการรวบรวมแสงของกล้องดูดาว

     Light grasp ของ Reflector ขนาด 12 ½ นิ้ว ที่สร้างขึ้น คำนวณได้ดังนี้ :

                                            09

     เมื่อ D เป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของกระจกโค้งพาราโบล่า

          8  เป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์

ตามนุษย์ (eye’s pupillary aperture) ซึ่งไม่เล็กกว่า exit pupil ของกล้องที่สร้างขึ้นเท่าที่รับรองกันทั่วไปของ 8 คือ 0.3 นิ้ว

   π เป็น Transmission factor ของระบบทัศนะที่ใช้ในกล้องอันนี้ ค่า  π  ขึ้นอยู่กับชนิดของผิวที่ใช้เคลือบแก้วและเลนส์ eyepiece ที่ใช้ค่า π เป็นเปอร์เซนต์ของแสงที่ผ่านระบบทัศนะของกล้องมาได้ หลังจากที่เสียไปในการสะท้อนที่ผิวเลนส์และถูกดูดภายในเนื้อแก้วที่ผ่านมา

     โดยทั่วไป π มีค่าประมาณ 60-65% .ในกล้องที่สร้างขึ้นนี้ D = 12.5 นิ้ว

                                                 10

     หมายความว่า กล้องนี้มีความสามารถรวบรวมแสงให้เข้มเข้าเป็น 1130 เท่าของที่รวบรวมได้โดยตาเปล่า

ขนาดความสว่าง (magnitude) ของดวงดาวที่จางที่สุดที่จะมองเห็นได้

          ในภาวะทางทัศนวิสัยที่ดีที่สุด ตามนุษย์สามารถมองเห็นดาวถึง mag 6.5 จากค่าอันนี้ อาจคำนวณได้ว่า magnitude จางที่สุดที่กล้องดูดาวเส้นผ่านศูนย์กลาง D จะเห็นได้เป็น

                             m =  6.5  - 5 log 8 + 5 log D.

                                     เมื่อแทนค่า 8 = 0.3 นิ้ว  เราได้

                               m = 9.1 + 5 log D.

                                            สำหรับ D = 12.5 นิ้ว

                             m = 9.1 + 5 log 12.5

                                   = 14.6

          ในการสังเกตการณ์จริงๆ ปรากฏว่าค่าที่คำนวณได้จากสูตรนี้สูงกว่าที่เป็นจริง 1.5 magnitude และเมื่อคิดการดูดแสงซึ่งมีค่า -0.4 สำหรับกระจกขนาด 12 ½ นิ้ว แล้ว (Reference : J.B.sidegwick-Amature Astronomer’s Handbook p.27) เราจะได้

                             m = 14.5 + 1.5 – 0.4

                                 = 15.7

                   เป็น magnitude ของดาวที่จางที่สุดที่จะเห็นได้ด้วยกล้องขนาด 12 นิ้ว

กำลังขยาย (Magnification) ของกล้องดาราศาสตร์

  • กำลังขยายของ objective

ถ้า h เป็นขนาดของภาพที่เกิดที่ Focal plane ของ objective (คือเป็น primary image)

θ เป็น angular height  ของวัตถุ (คือเป็นมุมที่ภาพ subtend ที่ศูนย์กลางของ objective ด้วย)

     F  เป็นทางยาวโฟกัสของ objective

     11

     k = 57.3 (o per radian)

เมื่อ θ วัดเป็น องศา ( o )

     k = 206.265 ( " per radian)

เมื่อ  วัดเป็น ลิบดา ( " )

ตัวอย่าง : หา angular size ของดวงอาทิตย์ θ = 0.53 objective กระจก 12 ½ นิ้ว ที่สร้างขึ้นมีทางยาวโฟกัส 71 นิ้ว   F =  71 นิ้ว

               12

หมายความว่าภาพ primary image ของดวงอาทิตย์ที่ focal plane จะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.64 นิ้ว

  • กำลังขยายรวมของ objective กับ ocular รวมกัน

         13

เมื่อ F เป็นทางยาวโฟกัสของ objective

     f เป็นทางยาวโฟกัสของ ocular

ตัวอย่าง  สำหรับกระจก 12 ½ นิ้ว F = 71 นิ้ว

            ถ้าใช้ ocular ขนาดมี f =  นิ้ว

            14

กำลังขยายของกล้องนี้จะเพิ่มลดได้โดย :

  • ลดและเพิ่มทางยาวโฟกัสของ ocular โดยมี ocular ขนาดทางยาวโฟกัสต่างๆ เปลี่ยนกัน
  • เพิ่ม Effective focal length ของ objective โดยใช้ barlow lens ซึ่งเป็นเล็นส์เว้า วางคั่นข้างหน้าของ ocular.

 

กำลังแยกภาพ (Resolving power) ของกล้องดาราศาสตร์

          ความสามารถรวมแสง (light grasp) และกำลังขยาย (magnification) ของกล้องดาราศาสตร์ อธิบายได้โดยหลักเกณฑ์ของ geometrical optics แต่เรื่อง resolution thresholds และ resolving power นั้น อธิบายได้ก็ต่อเมื่อเราถือว่าแสงสว่างมีคุณสมบัติเป็นคลื่น

          การที่จะแยกดวงดาวที่อยู่เป็นคู่ชิดกันในกล้องนั้น ไม่ใช่ใช้แต่วิธีเพิ่มกำลังขยายอย่างเดียว เพราะภาพที่ได้จาก point source ในกล้องดาราศาสตร์ ไม่ใช่จุดแต่เป็น disc ซึ่งจะลดขนาดลงได้ก็ต่อเมื่อเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของกระจกพาราโบล่าซึ่งเป็น objective ขึ้น การเพิ่มกำลังขยายอย่างเดียวจึงไม่เกิดผลเพราะขนาดของภาพซึ่งเป็น disc นั้นจะโตขึ้นด้วย ถ้า disc สองอันทับเหลื่อมกันอยู่นิดเดียวก็ไม่อาจแยกจากกันได้ โดยจะเพิ่มกำลังขยายเท่าใดก็ตาม

          กำลังแยกภาพ (Resolving power) ของกล้องดาราศาสตร์จึงเป็นปฏิภาคกลับโดยตรงกับเส้นผ่านศูนย์กลางของกระจกพาราโบล่า objective

          กำลังแยกภาพทางทฤษฎี หรือ threshold of resolution ของกล้องซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง D จะมีค่า

                                      15

          แต่ในการปฏิบัติการจริงๆ ดาวที่อยู่ห่างกันด้วยระยะ R ตามสมการข้างบนนั้นเห็นแยกกันในกล้องได้ชัดเจนและสภาพทางทัศนวิสัยที่ดี ถ้า disc สองวงนั้นเหลื่มกันเพียงจะให้เห็นตรงที่เหลื่อมกันเมื่อความเข้มของแสงลดลงเพียง 5 % ของความเข้มสูงสุดได้ค่าของ R ทางปฏิบัติการนี้ จึงอาจเขียนได้เป็นสมการตาม Dawe’s Empirical Criterion

                                      16

                   หมายความว่า สำหรับกล้อง 12 ½ นิ้ว จะเห็นแยกดาวที่ห่างกันเพียง 0”.37 ได้พอดี

 

| Category: Exhibition | Hits: 341