สาขาของวิทยาศาสตร์ที่เก่าแก่ที่สุด คือ ดาราศาสตร์
มนุษย์เราศึกษาวัตถุท้องฟ้าและเก็บรวบรวมข้อมูลมานานนับตั้งแต่ยุคก่อนคริสตกาล แต่เพิ่งมารู้ว่าแสงเป็นเพียงแถบเล็กๆ ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด ราว 200 ปีก่อนเท่านั้น
ศาสตร์แห่งการออกแบบและสร้างอุปกรณ์เพื่อศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุท้องฟ้า จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะภาพและข้อมูลต่างๆ ที่นักดาราศาสตร์ได้จากอุปกรณ์เหล่านี้เปลี่ยนแปลงมุมมองที่มนุษย์เรามีต่อเอกภพอย่างมาก
อุปกรณ์หนึ่งที่เป็นที่รู้จักที่สุด คือ กล้องโทรทรรศน์ เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยให้นักดาราศาสตร์มองเห็นวัตถุที่สว่างน้อยจนตาเปล่ามองไม่เห็น หรือทำให้นักดาราศาสตร์มองเห็นรังสีในช่วงคลื่นอื่นๆ ที่ไม่ใช่แสงได้
โลกของเรามีชั้นบรรยากาศซึ่งดูดกลืนรังสีหลายอย่างไว้ไม่ให้เดินทางมาถึงพื้นโลกได้ อีกทั้งยังทำให้แสงวัตถุท้องฟ้าหักเหไปมาซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของภาพที่ได้ นักดาราศาสตร์จึงส่งกล้องโทรทรรศน์จำนวนหนึ่งขึ้นสู่ห้วงอวกาศเพื่อตัดการรบกวนจากชั้นบรรยากาศโลก แต่การส่งกล้องโทรทรรศน์ขึ้นสู่อวกาศนั้นนอกจากจะยากมากแล้ว ยังมีค่าใช้จ่ายที่สูงลิ่ว
ศาสตร์แห่งการออกแบบกล้องโทรทรรศน์ในปัจจุบันส่วนหนึ่งจึงมุ่งเน้นการสร้างกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน แต่ใช้เทคนิคต่างๆ ลดการรบกวนจากชั้นบรรยากาศโลกให้ได้มากที่สุด
(ดูภาพประกอบ)
หลายคนอาจคุ้นชินกับภาพกล้องโทรทรรศน์ที่มีลักษณะเป็นท่อยาวๆ มีนักดาราศาสตร์นั่งส่องดวงดาวจากปลายด้านหนึ่ง แต่กล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่ทุกวันนี้ไม่ได้เป็นแบบนั้น
นักดาราศาสตร์ทุกวันนี้อยู่ในที่ทำงานซึ่งอาจจะห่างจากกล้องโทรทรรศน์หลายกิโลเมตร สั่งงานมัน แล้วก็เก็บข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์ผ่านเครื่องคอมพิวเตอร์ โดยนักดาราศาสตร์จะใช้การเขียนโปรแกรมเพื่อสั่งการกล้องโทรทรรศน์ให้เก็บข้อมูลตามที่ต้องการ (อันที่จริงนักดาราศาสตร์ไม่สามารถเข้าไปใกล้กล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่ในขณะที่มันกำลังทำงานอยู่เนื่องจากอุณหภูมิร่างกายของมนุษย์อาจส่งผลต่อการเก็บข้อมูลได้)
ในการถ่ายภาพทางดาราศาสตร์ วัตถุหลายอย่างบนท้องฟ้า เช่น กาแล็กซีที่อยู่ไกลๆ นั้นอ่อนแสงมาก จนกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ยังต้องใช้เวลาถ่ายภาพนานหลายชั่วโมงเพื่อจะเก็บรวบรวมแสงเหล่านั้นให้ได้มากที่สุด ดังนั้นหากจะถ่ายภาพวัตถุท้องฟ้าให้ครบด้วยความละเอียดสูง อาจต้องใช้เวลานานมากจนไม่คุ้ม นักดาราศาสตร์จึงทำการเลือกเฟ้นวัตถุที่ควรค่าแก่การเก็บข้อมูล เช่น เพื่อช่วยยืนยันสมมุติฐานบางอย่าง, เพื่อหาข้อผิดพลาดของทฤษฎี ฯลฯ
เนื่องจากเทคโนโลยีในการสร้างกล้องโทรทรรศน์นั้นเป็นเทคโนโลยีที่มีราคาสูง กล้องโทรทรรศน์ใหญ่ๆ ส่วนมากจึงต้องเป็นของรัฐบาลหรือเกิดจากความร่วมมือระหว่างประเทศ
หลักการทำงานของกล้องโทรทรรศน์นั้นสรุปสั้นๆ ได้ว่า
“รวบรวมแสงจากวัตถุที่สนใจให้ได้มากที่สุด จากนั้นโฟกัสให้แสงมารวมกันที่ฉาก (หรือส่วนตรวจจับ) จากนั้นขยายภาพที่ได้เพื่อให้เราเห็นรายละเอียด”
(อาทิตย์หน้าจะอธิบายการทำงานของกล้องโทรทรรศน์โดยเริ่มจากเรื่องการรวมแสงก่อน)
