นักดาราศาสตร์และวิศวกรต้องการสร้างกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงให้มีขนาดใหญ่ แต่กระจกที่ทำหน้าที่โฟกัสแสงนั้นเมื่อมีขนาดใหญ่จนถึงจุดหนึ่ง น้ำหนักจะเพิ่มขึ้นมหาศาล
คำถามคือ เราจะแก้ปัญหานี้อย่างไร?
ทางออกแรกของนักดาราศาสตร์คือ การใช้กระจกหลายๆ ชิ้นมาต่อกัน แล้วปรับมุมของกระจกแต่ละแผ่นให้ทำงานประสานกันเป็นอย่างดี กล้องโทรทรรศน์ที่ใช้กระจกหลายๆ แผ่นมาต่อกันเรียกว่า Multi mirror telescope
กล้องโทรทรรศน์แบบใช้กระจกหลายแผ่นที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน คือ กล้องโทรทรรศน์ Keck อยู่ที่ระดับความสูง 4,200 เมตรจากระดับน้ำทะเลบนภูเขา Mauna Kea เกาะฮาวาย กระจกหลักมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 เมตร ประกอบด้วยกระจก 36 แผ่น กระจกทั้งหมดนี้มีน้ำหนักไล่เลี่ยกับกระจกแผ่นเดียวที่หอดูดาวปาโลมาร์ แต่มันใหญ่กว่าถึง 2 เท่า
แน่นอนว่ากระจกทุกแผ่นถูกควบคุมให้หันอย่างแม่นยำด้วยเลเซอร์ ถ้ามีการตรวจจับได้ว่ากระจกแผ่นไหนเอียงผิดเพี้ยนไปเพียงเล็กน้อย มอเตอร์จะปรับมุมให้ถูกต้อง
ทางออกที่สองคือ การสร้างกระจกให้บางและเบาลงกว่าเก่า กล่าวคือแทนที่จะสร้างส่วนรอบรับกระจกให้หนาๆ เพื่อให้กระจกคงรูปร่างได้อย่างสมัยก่อน ก็เปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีประเภทเซ็นเซอร์และมอเตอร์เพื่อปรับให้กระจกมีรูปทรงตามที่ต้องการแทน
(ดูภาพที่ 1)
(ดูภาพที่ 2)
ในช่วงหลังๆ นี้กล้องโทรทรรศน์ที่ใช้กระจกแผ่นเดียวแต่บางและมีขนาดใหญ่จึงถูกสร้างขึ้นได้ เช่น กล้องโทรทรรศน์วีแอลที (VLT หรือ Very Large Telescope) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางถึง 8.2 เมตร ที่ประเทศชิลี โดยกล้องโทรทรรศน์วีแอลที มีทั้งหมด 4 ตัว ทำงานแยกเป็นอิสระจากกัน หรืออาจทำงานประสานกันก็ได้, กล้องโทรทรรศน์ Gemini ที่กระจกมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8.19 เมตร โดยมีทั้งหมด 2 ตัว ตัวหนึ่งอยู่ที่ฮาวาย ส่วนอีกตัวอยู่ที่ชิลี เป็นต้น
ทางออกที่สาม ซึ่งยังอยู่ในขั้นตอนงานวิจัยคือ Freeform Optics ซึ่งค่อนข้างซับซ้อน ไว้จะมาเล่าให้ฟังคราวหลังนะครับ
ข้อดีและข้อด้อยของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงและหักเหแสงมีดังนี้
1.กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง ใช้เลนส์มาโฟกัสแสง เมื่อเลนส์มีขนาดใหญ่มากๆ จะทำให้มันสูญเสียรูปทรงได้ง่าย จึงต้องสร้างโครงสร้างขนาดใหญ่มายึดจับ ส่งผลให้โครงสร้างโดยรวมทั้งหมดยิ่งหนักไปกันใหญ่
2.กล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสง มีข้อดีคือ มันง่ายต่อการออกแบบ สร้างตามได้ง่าย เนื่องจากทางเดินของแสงเป็นเส้นตรง
(ดูภาพที่ 3)
3.กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงมีปัญหาคือ จะมีบางส่วนมาบังแสงที่เดินทางเข้ามา หากเคยใช้กล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงในการดูดาว จะเห็นดาวมีลักษณะเป็นแฉก ซึ่งเกิดจากการนำกระจกทุติยภูมิมาบังแสงที่เข้ามานั่นเอง
(ดูภาพที่ 4)
4.ข้อเสียประการสำคัญของกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงคือ เลนส์จะหักเหแสงแต่ละความยาวคลื่นได้ไม่เท่ากัน โดยสีแดงจะหักเหน้อยที่สุด ส่วนสีม่วงจะหักเหมากที่สุด ส่งผลให้สีสันถูกแยกออกขณะเกิดภาพ เรียกว่าเกิดความคลาดสี (chromatic aberration) ในขณะที่กระจกจะสะท้อนแสงทุกความยาวคลื่นด้วยมุมเท่ากันหมด
อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของเลนส์ที่ใช้นำกล้องโทรทรรศน์กลับกลายมาเป็นจุดแข็งในอุปกรณ์ที่เรียกว่า spectroscopy ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ภายในเป็นปริซึม ใช้ในการแยกความยาวคลื่นช่วงต่างๆ ออกมาศึกษา
อ้างอิง
https://www.subarutelescope.org/Introduction/telescope.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Ultra_low_expansion_glass
http://centerfreeformoptics.org/what-is-freeform-optics/
https://wp.optics.arizona.edu/ualiangaol/research/freeform-optics/
