Lịch sử kính thiên văn

Vietsciences-Võ Thị Diệu Hằng
 
 

Kính lại gần

Thiên văn học là một ngành học mà những dụng cụ quang học  phải được cải tiến ngày càng hoàn hảo để tầm nhìn  được ngày càng xa hơn.

Nguyên tắc quang học về  kính thiên văn được  diễn tả lần đầu tiên vào thế kỷ thứ 13 do nhà khoa học Anh Roger Bacon.  Tuy nhiên phải đợi đến năm 1608 mới được áp dụng bởi một người sản xuất kính ở Middleburg Hà Lan, ông   Hans Lippershey. Hans Lippershey tình cờ thấy hai đứa bé  cầm hai thấu kính để nhìn thì thấy cái chong chóng chỉ hướng gió của nhà thờ có vẻ gần hơn. Hans Lippershey thử thí nghiệm đặt một thấu kính hội tụ và  một thấu kính phân kỳ trong một cái ống và  ông đã tìm ra được một dụng cụ nhìn xa (viễn vọng kính).

Lippershey, người sáng chế ra tổ tiên của  kính thiên văn

Trong thời điểm đó, có ít nhất hai người Ðức khác cũng đã phát minh. Lại có tin đồn rằng  viễn vọng kính đã có từ  thế kỷ thứ  16. Nhưng  Lippershey là người đã diễn tả bằng  văn. Tuy nhiên,  ông  không bảo vệ bằng phát minh của ông bởi vì chuyện này quá quan trọng để phải giữ bí mật.

 

Sự tiến triển của  viễn vọng kính

Ống quang học:

Lúc đầu người ta đặt tên  kính thiên văn là  ống quang học, mãi đến năm 1650 mới có tên là téléscope  (kính nhìn xa ). Tên này đã được nhà toán học  Hy  Lạp Ioannes Dimisiani đặt ra năm 1612. 

Lúc đầu những  kính nhìn xa này chỉ được dùng trong quân đội để kiểm soát quân địch đến gấn.   Năm 1609 Galilée là người đầu tiên dùng "kính lại gần" để quan sát bầu trời.

Bản sao ống quang học của Galilée Galilée, người khám phá quan trọng  nhất 

 

Kính thiên văn khúc xạ

Trong kiểu kính thiên văn khúc xạ, ánh sáng được hội tụ nhờ một kính hội tụ. Thấu kính thứ  hai làm thị lính. Kính này là kính phân kỳ, dùng để điều chỉnh lại những  tia sáng hội tụ thành song song để cho  mắt nhìn dễ thấy hơn.

Kính loại này có thể to đến khoảng 1 mét đường kính nhưng chưa bao giờ được chế tạo. Cũng không thể chế kính loại này to hơn bởi vì sự sai lệch sẽ quá lớn. Thêm nữa, thấu kính loại này rất nặng nên chúng sẽ bi biến dạng do trọng lượng của chúng tạo ra.

Kính thiên văn khúc xạ có 2 khuyết điểm phải được sửa đổi: 

Thứ nhất: sai lệch  vì độ cong của khối cầu  của thấu kính không cho phép những  tia sáng hội tụ lại một điểm. Và do đó,  hình sẽ  mờ.

Thứ hai: sai lệch màu sắc bởi vì  mỗi màu có  điểm hội tụ riêng của nó và một vòng màu sẽ xuất hiện chung quanh vật được quan sát.

Ðường đi của ánh sáng trong kính thiên văn khúc xa (réfracteur)

 

Kính phản chiếu Newton

Nguyên tắc của loại kính dùng gương này được James Gregory gợi ý , nhưng Newton là người đầu tiên  thực hành và xử dụng. Ông dùng  một gương  lồi để  làm hội tụ tia sáng.  Ông đã giải quyết được  sự sai lệch màu sắc. Loại gương này hiện vẫn còn dùng vì  mặc dù có  nhiều kiểu thiết kế khác.

Nguyên tắc rất dễ: Ðầu tiên ánh sáng  phản chiếu trở lên nhờ một tấm gương thứ nhất  có dạng parabole, tiếp theo, ánh sáng đi lệch  một phía nhờ phản chiếu qua một tấm gương  phẳng nằm nghiêng một góc 45° . Cuối cùng ánh sáng  qua những  thấu kính để  khuếch đại ảnh lên và đến  thị kính. Kính thiên văn phản chiếu đầu tiên  do Newton  làm ra  có  miếng gương đường kính 2,5m , được trưng bày  năm 1671 

 

Kính thiên văn  phản chiếu Newton

 

Tấm gương chính lúc đầu được làm bằng thau. Sau đó  nhà hóa học Ðức Justus Liebig đã tìm cách  phủ một lớp bạc mỏng trên thủy tinh.  Ưu điểm của bạc  là   oxyd hóa  chậm hơn thau nhiều nhưng  nếu dùng  gương làm toàn bằng  bạc ròng thì tốn kém nên phương pháp mạ được xử dụng. Cuối cùng, năm 1918 người ta  tìm ra nhôm, với độ phản xạ ánh sáng lên đến 82% so với 65% độ phản xạ của bạc nên  nhôm được dùng để phủ lên gương thay cho bạc.

Trong thế kỷ 18, kính thiên văn  càng ngày càng to dần . Kể từ năm 1774, nhiều dụng cụ  rất tốt được William Herschel, người Ðức, sống tại Anh thiết lập. Với một trong những kính thiên văn của  mình, ông đã khám phá ra Uranus(1781), và năm 1789  ông đã hoàn thành một  kính thiên văn phản chiếu có đường kính 122 cm, là  kính thiên văn lớn nhất cho đến năm 1845.

 

Cassegrain

Kính thiên văn Cassegrain

Trong kính thiên văn Cassegrain, ánh sáng  đến gương chính (parabole lõm) sẽ được phản chiếu đến tâm một gương khác (gương lồi), nơi đây ánh sáng  lại được trả về lại phía dưới để vào thị kính. Ở giai đoạn này , ánh sáng được phản chiếu trong ống xuyên qua một lỗ ở giưã cuả gương trung tâm (thấu kính chính) và hình ảnh sẽ  được rọi to lên nhờ  thị kính và  những  thấu kính.

Kính thiên văn Coudé

 

Tuy nhiên trong  vài trường hợp nếu không đục  lỗ  thấu kính chính thì  phải dùng thêm một gương thứ hai để hướng  những tia sáng vô thành ống: Ðó là  kính thiên văn  Coudé. Cai hay của  kính này là  nó cho hình ảnh lớn hơn nhiều, ống thì ngắn và dễ xử dụng

 


Schmidt-Cassegrain

Loại kính lai giữa  kính khúc xạ và  kính phản chiếu , đó là kính thiên văn   Schmidt-Cassegrain. Berhard Voldomar Schmidt đã thêm vô  kính Cassegrain  một thấu kính kiểu Schmidt nơi vật kính. Nó  hoạt động như một kính phản chiếu, nhưng thấu kính này có tác dụng làm giảm độ sai lệch hình cầu (aberration sphérique) do gương  gây ra.

Hành trình của tia sáng trong  kính thiên văn kiểu Schmidt-Cassegrain 

 

Những thực hiện  gần đây

Những kính thiên văn   gần đây không dùng để xem những vùng thấy được của phổ ánh sáng (điện từ). Nhờ những tiến bộ quan trọng trong  những thấp kỷ vừa qua trong ngành điện tử, quang học, và  không gian; hiện nay  ta có thể quan sát bầu trời  trong những vùng ngoài quang phổ thấy được bằng mắt. Giờ đây người ta  khảo cứu được tia hồng ngoại, tia vi va, sóng radio và  tia X , tia g  đến từ  không gian. Nhiều kỹ thuật tân tiến những  kính thiên văn còn  bao gồm  cả những vùng thấy được. Và kích thước cuả chúng ngày càng khổng lồ. 

 

Radiotélescopes

 Radiotéléscope dùng để bắt những  tín hiệu từ  không gian đến. Có nhiều kính kết thành mạng để  làm tăng độ phân tích hình cao (để  nhìn được những vật rất xa nên nhỏ so với mắt chúng ta). 

Nhiều nhà thiên văn đã làm một mạng  những kính thiên văn đặt khắp nơi trên thế giới để  có được   độ mạnh của một kính thiên văn có độ lớn tầm cỡ trái đất. 

Mạng  quan trọng  nhất là VLA (Very Large Array)  gồm 27 radiotéléscopes lưu động trải dài trên  36 km và  dùng cho cơ quan SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence,  Ði tìm sự Thông  minh ngoài trái đất ) để  đi tìm những tín hiệu ngoài quả đất đưa đến.

Mạng VLA ở New Mexico

Ðó là những  kính thiên văn  mà ta thấy trong  phim Contact do Jodie Foster đóng .  

Sự khám phá ra  Pulsar, những tinh tú này cho ra những tín hiệu rất đều đặn, là nhờ  những radiotéléscope. Lúc đầu những  nhà  thiên văn tưởng là  những tín hiệu đó  phát ra từ một đời sống thông  minh nào đó của  vũ trụ, điều này làm cho Pulsar  có  biệt hiệu là "những người nhỏ màu xanh (Little Green Men)

 

Pulsar còn gọi là Sao neutrons, là  một thiên thể rất nhỏ, đường kính cỡ 20 km và  tỷ trọng rất lớn (1024 g/1cm3), quay xung quanh nó với vận tốc rất lớn và phát ra những làn sóng điều biến. Nó  tựa như phần  trung tâm cùa sao nổ dưới dạng nova

Pulsar (Sao Neutrons)

 

Radiotéléscope nổi tiếng nhất là Arecibo tại Puerto Rico. Nó được xây ngay trên đất, tại một miệng núi lửa. Ðường kính 310 mét và là  kính radiotéléscope  lớn nhất thế giới và  nhạy nhất (trừ  các kính nối thành mạng). 

Tuy nhiên nó có vài nhược điểm là  nó chỉ thấy được  1/3 bầu trời vì nó không thể  quay hướng được.  Chỉ  mỗi đài thu là  có thể  chuyển động  một ít để theo dõi một thời gian ngắn một điểm nhất định trong bầu trời

Nó được dùng trong phim Golden Eye, phim đầu tiên mà Pierce Brosnan đóng

 

Radiotéléscope  Arecibo (Puerto Rico)

 

Radiotéléscope Parkes (Úc)

Radiotéléscope Parkes bên Úc nhỏ hơn, chỉ 64 m đường kính nhưng tiện  lợi hơn vì  nó dễ sử dụng

Big Ear   (Ohio)

Có một radiotéléscope đặc biệt như Big Ear ở  Ohio, Hoa Kỳ, tương đương với một radiotéléscope đường kính 52,5 m, nhưng   kính này đã bị hủy hoại  năm 1998

 

 Canada tham dự

 Canada  tham dự vào nhiều dự án quan trọng về kính thiên văn.  Họ hợp tác trong viêc quản lý đài thiên văn giữa Canada-France-Hawaii  được đặt trên đỉnh núi Mauna Kea, à Hawaï , cao 4200 m. Kính thiên văn này được khánh thành năm 1979 và có  đường kính 3,58m. 

Một dự án quan trọng  khác là dự án Gemini. Gồm 2 kính thiên văn 8,1 m trên dãy Andes  ở Chili và trên núi lửa Mauna Kea, à Hawaii. Mặt gương của hai kính thiên văn này được   làm từ những  tấm hình  lục giác và được dùng để quan sát những  nguồn tia hồng ngoại . Dự án này  mới vừa bắt đầu năm 2000 và  quan sát năm 2001.
Ðài thiên văn Bắc Gemini


Kính thiên văn mạnh nhất Ðông Bắc  Mỹ:

Ðài thiên văn trên núi Méganic do sự hợp tác của trường   Ðại học Montréal và Ðại học Laval. Những sinh viên  môn Thiên văn đến thực tập nơi này. Ðài thiên văn  gồm một kính thiên văn có 1,6 m đường kính, đứng  vào hạng thứ  3 của Canada

 

Tương lai của những kính thiên văn:

Kính thiên văn là một ngành đang phát triển bởi vì  càng khám phá  nhiều, ta càng thấy sự hiểu biết của ta giới hạn. Những kính thiên văn càng ngày càng  to lớn hơn, càng cầu kỳ hơn và  đã có những kính trong  không gian. Có rất nhiều dự án về  đài quan sát. Người ta đã bàn về  kính thiên văn  nối tiếp  kính Hubble, đó là kính Kính Thiên Văn của Thế  hệ  Tiếp theo (Next Generation Space Telescope) sẽ được  cho vào quỹ đạo đầu thập niên tới. Và một kính thiên văn khổng lồ đường kính 100 mét. 

Bài đọc thêm

Kính Thiên Văn Vô cùng Lớn  ELT

Kính thiên văn Hubble HST