กล้องโทรทรรศน์วิทยุ ไม่ใช่กล้องโทรทัศน์วิทยุ

ครั้งหนึ่ง ผู้เขียนคุยโม้เรื่องดวงดาวและดาราศาสตร์ให้เหล่าสหายฟังกลางวงดูดาว แล้วก็พูดเรื่อยเปื่อยไปถึงคำว่า "กล้องโทรทรรศน์วิทยุ" เพื่อนคนหนึ่งสงสัยถามว่า "มันคืออะไร ตกลงมันคือกล้องโทรทัศน์หรือกล้องวิทยุ?"

ตอนได้ยินคำถามทีแรกก็ได้แต่ร้องห๊ะ ถามอะไรมาเนี่ย แต่พอมาขบคิดดูแล้ว สำหรับคนที่ไม่ได้อยู่ในวงการมาได้ยินคำนี้ก็น่างงอยู่หรอก กล้องน่ะรู้จัก โทรทัศน์ที่บ้านก็มี วิทยุก็เคยฟัง แล้วสามคำนี้มาอยู่ด้วยกันได้อย่างไร งงไหม

ทัศน์ กับ ทรรศน์

ก่อนอื่นต้องอธิบายคำว่ากล้องโทรทรรศน์ก่อน ให้สังเกตว่าคำนี้สะกดว่า โทรทรรศน์ ไม่ใช่ โทรทัศน์ คำสองคำนี้ต่างกันอย่างไร

ความจริงแล้วคำว่า ทรรรศน์ กับ ทัศน์ มีรากศัพท์เดียวกัน ทรรศน์ มาจากสันสกฤต ทัศน์ มาจากบาลี ไทยเรารับมาใช้ทั้งสองรูป บางที่ก็ใช้ในความหมายเดียวกัน เช่น ทรรศนะ กับ ทัศนะ ที่แปลว่าความคิดเห็น บางที่ก็ใช้ในความหมายต่างกัน ดังที่พบในคำว่า โทรทรรศน์ กับ โทรทัศน์

กล้องโทรทรรศน์ คือกล้องที่เอาไว้ส่องวัตถุที่อยู่ไกลให้ปรากฏเหมือนอยู่ใกล้ สำหรับวงการดาราศาสตร์ก็คือกล้องดูดาวนั่นเอง นอกจากกล้องดูดาวแล้ว คำว่ากล้องโทรทรรศน์อาจมีความหมายรวมไปถึงกล้องที่ใช้ส่องนกส่องไม้ด้วย

ส่วน กล้องโทรทัศน์ หมายถึงกล้องที่ใช้บันทึกภาพหรือถ่ายทอดออกอากาศทางโทรทัศน์


ดังนั้น กล้องที่นักดาราศาสตร์คุ้นเคยก็คือ กล้องโทรทรรศน์ เพราะเอาไว้ใช้ดูดาวดูท้องฟ้า ส่วนกล้องโทรทัศน์คงไม่คุ้นเคยเท่าไหร่นอกจากคนที่ได้ออกทีวีบ่อย ๆ

แล้ววิทยุล่ะ?

การสำรวจท้องฟ้า การดูดาว ก็คือการมองดูแสงจากดาว แล้วนำไปศึกษาตีความ แสงเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่เรียกว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีช่วงความถี่กว้างมาก นักวิทยาศาสตร์แบ่งคลื่นแม่เหล็กเป็นช่วงตามย่านความยาวคลื่น ตั้งแต่ความยาวคลื่นยาวที่สุดจนถึงความยาวคลื่นสั้นที่สุดตามลำดับดังนี้ ความยาวคลื่นยาวที่สุดคือคลื่นวิทยุ คลื่นไมโครเวฟ คลื่นอินฟราเรด แสงที่ตามองเห็น อัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมาซึ่งเป็นคลื่นที่มีความยาวคลื่นสั้นที่สุด




คลื่นวิทยุมีความยาวคลื่นมาก ตั้งแต่ระดับเมตรขึ้นไปจนถึงระดับกิโลเมตร ส่วนคลื่นที่สั้นที่สุดอย่างรังสีแกมมามีความยาวคลื่นสั้นมาก อาจเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของโปรตอนเสียอีก ส่วนแสงที่ตามนุษย์มองเห็น มีช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 400 นาโนเมตร (สีม่วง) จนถึง 700 นาโนเมตร (สีแดง) ซึ่งเป็นเพียงช่วงที่แคบมาก ๆ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น

ในอวกาศเต็มไปด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกช่วงคลื่น หากมนุษย์เลือกศึกษาเอกภพผ่านแสงที่ตามองเห็นเพียงอย่างเดียว ก็จะพลาดข้อมูลสำคัญที่มีอยู่ในช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงอื่นไปอย่างน่าเสียดาย นักดาราศาสตร์จึงต้องประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์ที่มองเห็นคลื่นที่ตามองไม่เห็นขึ้นมา กล้องที่ใช้สำรวจในย่านรังสีเอกซ์ ก็เรียกกล้องโทรทรรศน์รังสีเอกซ์ กล้องที่ใช้สำรวจในย่านอัลตราไวโอเลต ก็เรียกกล้องโทรทรรศน์อัลตราไวโอเลต กล้องที่ใช้สำรวจแสงที่ตามองเห็น ก็เรียกกล้องโทรทรรศน์เชิงแสง กล้องที่ใช้สำรวจในย่านรังสีอินฟราเรด ก็เรียกกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด กล้องที่ใช้สำรวจในย่านความถี่วิทยุ ก็เรียกกล้องโทรทรรศน์วิทยุ

นี่แหละ กล้องโทรทรรศน์วิทยุ หมายถึงกล้องโทรทรรศน์ที่ใช้สำรวจท้องฟ้าในช่วงคลื่นวิทยุ ไม่เกี่ยวอะไรกับทีวี และไม่เกี่ยวอะไรกับเครื่องรับวิทยุเอฟเอ็มเอเอ็ม


คลื่นวิทยุมีความยาวคลื่นมาก จึงแสดงสมบัติและพฤติกรรมต่างไปจากแสง กล้องโทรรศน์ที่จะมารับคลื่นชนิดนี้จึงแปลกตามไปด้วย กล้องโทรทรรศน์วิทยุต่างจากกล้องโทรทรรศน์อื่น ๆ ที่มักเป็นทรงกระบอกสั้นบ้างยาวบ้าง กล้องโทรทรรศน์วิทยุมีลักษณะเหมือนสายอากาศรับสัญญาณวิทยุทั่วไป อาจเป็นไดโพล ยากิ (เสาก้างปลาแบบเสาทีวีสมัยก่อน) หรืออาจเป็นจานเหมือนจานรับสัญญาณดาวเทียม ใครที่เคยผ่านไปแถวศูนย์ศึกษาการพัฒนาห้วยฮ่องไคร้ฯ จังหวัดเชียงใหม่ จะสังเกตเห็นจานรับสัญญาณขนาดใหญ่ตั้งตระหง่านอยู่ นั่นคือกล้องโทรรศน์วิทยุที่ใหญ่ที่สุดในประเทศไทย มีชื่อว่า หอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ ดำเนินการโดยสถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของจาน 40 เมตรเลยทีเดียว


การสร้างภาพของกล้องโทรทรรศน์วิทยุก็ไม่เหมือนกล้องทั่วไป กล้องโทรทรรศน์เชิงแสงบันทึกภาพด้วยการเปิดหน้ากล้องให้แสงดาวส่องผ่านเลนส์หรือกระจกโค้งไปสร้างเป็นภาพบนเซนเซอร์หรือเพลต ภาพจึงถูกบันทึกลงพร้อมกันทั้งภาพ แต่กล้องโทรทรรศน์วิทยุต้องใช้วิธีวัดคลื่นทีละจุด บันทึกทีละจุด แล้วค่อย ๆ เปลี่ยนตำแหน่งวัดคลื่นไปทีละตำแหน่งจนครบทั้งกรอบภาพ แล้วนำสัญญาณของแต่ละจุดที่วัดมาพล็อตเพื่อให้เป็นภาพสองมิติขึ้นมา

ข้อได้เปรียบของดาราศาสตร์วิทยุ

การศึกษาดาราศาสตร์ในช่วงคลื่นวิทยุมีข้อได้เปรียบหลายอย่าง คลื่นวิทยุมีสมบัติทะลุทะลวงดี ไม่สนใจกลางวันกลางคืน ดังนั้นนักดาราศาสตร์วิทยุก็ไม่ต้องนอนดึก จะสำรวจท้องฟ้าตอนกลางวันหรือกลางคืนก็ได้ ฟ้าปิดหรือเมฆบังก็สำรวจได้ ฝนตกหรือหิมะตกก็ไม่กลัว คลื่นวิทยุส่องทะลุชั้นบรรยากาศโลกได้สบาย จึงไม่มีความจำเป็นต้องไปตั้งกล้องในอวกาศ คลื่นวิทยุส่องทะลุม่านฝุ่นที่หนาทึบได้ จึงมองเห็นวัตถุที่มีชั้นฝุ่นบดบังได้ดี เช่นการศึกษาหลุมดำมวลยวดยิ่ง การถ่ายภาพหลุมดำได้เป็นครั้งแรกที่สะเทือนเลือนลั่นไปทั้งวงการเมื่อไม่กี่ปีก่อนก็เกิดได้เพราะกล้องโทรทรรศน์วิทยุ

ช่องรับแสงสังเคราะห์ ทีเด็ดของกล้องโทรทรรศน์วิทยุ

โดยทั่วไป กล้องโทรทรรศน์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางของช่องรับแสงยิ่งกว้างก็ยิ่งดี เพราะจะยิ่งมีความไวต่อสัญญาณสูง และมีกำลังแยกภาพสูง กำลังแยกภาพหมายถึง ความสามารถในการแยกแยะรายละเอียดต่าง ๆ ได้ กล้องที่มีกำลังแยกภาพสูงก็จะให้ภาพที่มีรายละเอียดดีและคมชัด กล้องโทรทรรศน์วิทยุก็เช่นกัน ถ้านักดาราศาสตร์ต้องการให้กล้องมีความละเอียดสูงก็ต้องสร้างกล้องให้ใหญ่ แต่เทคโนโลยีการสร้างจานรับสัญญาณก็มีขีดจำกัดที่ประมาณร้อยเมตรเท่านั้น ทำให้ใหญ่กว่านี้ไม่ได้ อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ยังมีไม้เด็ด คือใช้กล้องโทรทรรศน์วิทยุหลายกล้องวางให้ห่างกัน แล้วสำรวจท้องฟ้าพร้อมกัน สัญญาณจากแต่ละกล้องจะถูกนำมาสังเคราะห์เป็นภาพโดยใช้หลักการแทรกสอดสัญญาณ (interferometry) วิธีนี้จะทำให้มีกำลังแยกภาพเทียบเท่ากับกล้องเดี่ยวที่มีขนาดจานรับภาพเท่ากับระยะห่างของจาน ตัวอย่างเช่น กล้องโทรทรรศน์วีแอลเอ (VLA) ใช้จาน 28 ใบเรียงกันเป็นรูปตัว Y ทำให้มีกำลังแยกภาพได้เทียบเท่ากล้องที่มีจานเดี่ยวกว้าง 36 กิโลเมตร นอกจากนี้ยังมีระบบที่เชื่อมสัญญาณจากกล้องโทรทรรศน์วิทยุต่าง ๆ ทั่วโลกให้ทำงานร่วมกัน ทำให้ได้ภาพสังเคราะห์ที่มีกำลังแยกภาพเทียบเท่ากล้องเดี่ยวที่มีจานใหญ่เท่าโลกทั้งใบได้เลยทีเดียว

เทคนิคการแทรกสอดนี้ใช้ได้กับคลื่นที่มีความยาวคลื่นมากเท่านั้น จึงเป็นข้อได้เปรียบของกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่กล้องโทรทรรศน์เชิงแสงสู้ไม่ได้เลย