Thiên văn học là một trong những ngành khoa học hình thành vào bình minh khoa học của nhân loại. Cuối thế kỷ XX và đầu thiên niên kỷ XXI, ngành khoa học này đã có những bước tiến nào ? Khoa học thiên văn phải dựa vào các công nghệ nào để phát triển và nó có những đóng góp gì cho các ngành khoa học công nghệ khác ?
Hôm nay (16/03/2011), từ Paris, giáo sư Nguyễn Quang Riệu sẽ nói chuyện với thính giả về những mối quan hệ giữa thiên văn học và khoa học công nghệ. Ông cũng sẽ cho chúng ta biết một số nhận định của ông về thực trạng và triển vọng của thiên văn học tại Việt Nam.
Nhà khoa học Nguyễn Quang Riệu nguyên là giám đốc nghiên cứu ngành vật lý thiên văn. Ông đã làm việc nhiều năm tại CNRS, Trung tâm Khoa học Quốc gia Pháp và Đài Thiên văn Paris. Giáo sư Nguyễn Quang Riệu cũng đã nhiều lần về Việt Nam tham gia các chương trình giảng dạy và phổ biến ngành vật lý thiên văn.
Ông là tác giả của nhiều cuốn sách phổ biến khoa học thiên văn bằng tiếng Việt hay song ngữ Việt/Pháp, Việt/Anh, trong đó phải kể đến cuốn đầu tiên "Vũ trụ, phòng thí nghiệm thiên nhiên vĩ đại" (Nhà xuất bản Giáo dục 1995), và gần đây nhất là cuốn "Vũ trụ huyền diệu" (NXB Thanh niên, 2008).
Sau đây xin mới quý vị theo dõi cuộc phỏng vấn :
RFI : Xin kính chào giáo sư Nguyễn Quang Riệu. Thiên văn học là một ngành khoa học vừa chuyên sâu, vừa hết sức rộng. Để giúp cho thính giả, không thuộc giới chuyên môn, có được những kiến thức căn bản phổ thông về thiên văn học đương đại, xin giáo sư cho biết một số phát kiến của môn khoa học này, trong thời gian gần đây, mà giáo sư đánh giá là đặc biệt quan trọng ?
Ông Nguyễn Quang Riệu : Trong những thập kỷ vừa qua, những phát triển về mặt kỹ thuật và lý thuyết đã dẫn đến những khám phá quan trọng trong lĩnh vực vũ trụ học. Một nhóm các nhà thiên văn đã kiên trì tìm kiếm và quan sát những “sao siêu mới” bùng nổ trong những thiên hà. “Sao siêu mới” là những ngôi sao phù du chỉ sáng chói trong một thời gian và được dùng làm chuẩn để đo khoảng cách cuả các thiên hà xa xôi và độ dãn nở cuả vũ trụ. Theo dự đoán, thì vũ trụ phải dãn nở chậm dần do sức hút của trường hấp dẫn cuả vật chất. Nhưng kết quả quan sát lại cho thấy vũ trụ dãn nở ngày càng nhanh. Các nhà vũ trụ học cho rằng vũ trụ chủ yếu chứa nhiều năng lượng tối và chính năng lượng tối đã làm gia tăng tốc độ dãn nở cuả vũ trụ. Đây là một kết quả thật là bất ngờ đối với các nhà khoa học.
Một sao siêu mới (điểm sáng chỉ bằng mũi tên) bùng nổ năm 2006 trong thiên hà Messier 100 (Hình ESO).
Các nhà thiên văn còn tự hỏi, trên vô số hành tinh trong vũ trụ, thì liệu có hành tinh nào chứa sự sống, thậm chí cả một nền văn minh siêu việt như nhân loại trên trái đất hay không ? Phát hiện sự sống trong vũ trụ phải bắt đầu từ sự tìm kiếm những hành tinh có khí quyển và nhiệt độ thích hợp để sự sống có thể tồn tại. Tới nay, các nhà thiên văn đã tìm thấy hàng trăm hành tinh ở bên ngoài hệ mặt trời, nhưng đa số là những hành tinh khổng lồ ở dạng khí. Họ đang xúc tiến công việc tìm kiếm những siêu địa cầu có vỏ rắn tương tự như trái đất và có khí quyển và có nước để nuôi dưỡng sự sống. Sự phát hiện ra các phân tử sinh học trong Dải Ngân hà, tiền thân cuả phân tử amino-acid - thành phần cơ bản của protein - cũng là bước đầu trong công việc tìm kiếm sự sống.
Mới đây, các nhà thiên văn sử dụng kính Hubble phóng vào không gian và kính VLT của Cộng đồng Châu Âu có đường kính lớn 8 mét đặt tại Chilê và đã phát hiện được một thiên hà mới chỉ hình thành có 600 triệu năm sau vụ nổ Big Bang. Đây là những tia ánh sáng yếu ớt đầu tiên phát ra từ vũ trụ ở thời đại nguyên thủy, khi vũ trụ hãy còn tối tăm vì chưa có nhiều sao và thiên hà.
Quan sát thật sâu trong vũ trụ là để đi ngược dòng thời gian, nhằm tìm hiểu những sự kiện xẩy ra khi vũ trụ vừa mới ra đời. Ánh sáng thu được từ những thiên thể xa xôi chỉ yếu bằng hàng chục triệu lần ánh sáng cuả những ngôi sao mờ nhất nhìn thấy được bằng mắt trần. Do đó, các nhà thiên văn phải sử dụng những kính thiên văn lớn cùng máy thu có độ nhạy cao để quan sát vũ trụ.
Kính thiên văn khổng lồ tương lai có đường kính 42 mét và hệ kính giao thoa vô tuyến gồm 66 ăng-ten, mỗi ăng-ten có đường kính 12 mét, sẽ được dùng để nghiên cứu vũ trụ trong những thập kỷ sắp tới. Năm 2009, hai kính thiên văn Planck và Herschel đã được phóng vào không gian để quan sát bức xạ hồng ngoại và vô tuyến phát ra từ khi vũ trụ còn non trẻ, từ những thiên hà và những ngôi sao đang còn ở trạng thái phôi thai, nhằm khám phá những vùng vũ trụ lạnh lẽo và chưa phát ra ánh sáng.
Một hệ giao thoa vô tuyến gồm 350 ăng-ten cũng sẽ được dùng để phát hiện tín hiệu phát ra bởi những nền văn minh ngoài trái đất, nếu có. Sự quan sát những sự kiện xẩy ra gần thời điểm Big Bang và sự phát hiện những siêu địa cầu cùng những phân tử sinh học liên quan đến sự sống ngoài trái đất là những thách thức đối với các nhà thiên văn trong thế kỷ 21.
RFI : Thưa giáo sư, trong lịch sử khoa học, thiên văn học là một trong những ngành khoa học phát triển sớm nhất. Thiên văn học đã có những bước tiến, ngay từ khi mà các phương tiện của ngành này còn khá thô sơ. Tuy nhiên, chắc hẳn thiên văn học ngày hôm nay chỉ có thể phát triển được, khi nó dựa vào các tiến bộ khoa học công nghệ mới. Giáo sư có thể cho biết thiên văn học hiện nay cần đến những công nghệ nào để phát triển ?
Ông Nguyễn Quang Riệu : Trong những thập niên đầu của thế kỷ 21, kính thiên văn có kích thước ngày càng lớn sẽ được xây bằng những vật liệu vừa bền vừa nhẹ để đạt được độ nhạy và độ phân giải cao. Một loại vật liệu phức hợp (tiếng Anh gọi là composite material) được chế tạo để có những đặc tính phù hợp với nhu cầu. Kính thiên văn vô tuyến là những ăng-ten lớn cần được xây để bị biến dạng tối thiểu mỗi khi quay và đổi hướng quan sát, nhằm duy trì độ chính xác của kính. Hai công ty MAN và KRUPP nổi tiếng cuả Đức chuyên về công nghiệp sử dụng thép để sản xuất xe tải và vũ khí đã tham gia vào công trình xây kính thiên văn vô tuyến có đường kính 100 m cuả Viện Max Planck ở Đức.
Kính thiên văn vô tuyến đường kính 100 m cuả Viện Max Planck tại Effelsberg (Đức) (Hình Max Planck Institut für Radioastronomie).
Sự phát triển công nghệ sản xuất vật liệu bán dẫn và siêu dẫn cũng giúp các nhà thiên văn làm thiết bị để chụp hình và thu tín hiệu vô tuyến cuả các thiên thể. Những kính thiên văn hiện đại đều được trang bị thiết bị CCD để thay thế những tấm kính và phim ảnh như trong máy ảnh số hiện nay, bởi vì CCD có độ nhạy cao hơn kính và phim ảnh nhiều. CCD chữ viết tắt cuả Charge Coupled Device là một linh kiện điện tử có khả năng biến đổi ánh sáng thành điện, theo nguyên tắc hiệu ứng quang điện, nên được dùng để ghi hình các thiên thể.
Công nghệ thông tin có vai trò quan trọng trong nghiên cứu vũ trụ. Các nhà thiên văn đã có những đề án quan sát đại trà để phát hiện những thiên hà xa xôi. Những mô hình lý thuyết được dùng để mô phỏng quá trình hình thành những cấu trúc như những chùm thiên hà trên diện rộng trong vũ trụ. Các nhà thiên văn phải lập ra những mô hình lý thuyết và giải những bài toán rất phức tạp, trong đó có hàng chục tỷ đối tượng tượng trưng các thiên hà tương tác với nhau qua lực hấp dẫn. Để thực hiện những công trình nghiên cứu này, họ phải sử dụng những siêu máy tính hiện đại nhất chạy liên tục trong hàng tháng mới đạt được kết quả. Chương trình phát hiện tín hiệu vô tuyến phát ra bởi những nền văn minh trong vũ trụ cũng cần nhiều máy tính để xử lý nhanh chóng số liệu.
Sau khi Chiến tranh Thế giới thứ II kết thúc, các kỹ sư trước kia đã từng làm nghĩa vụ quân sự phòng không và phát hiện tàu chiến trên biển bằng ra-đa, nay trở thành những nhà khoa học tiên phong xây những ăng-ten và máy điện tử để thu tín hiệu vô tuyến trong vũ trụ. Ngành thiên văn vô tuyến đã được phát triển, chính là nhờ những nỗ lực của các chuyên gia kỹ thuật radar. Nhiều khám phá thiên văn quan trọng, như sự phát hiện bức xạ phông vũ trụ, một bằng chứng thiết yếu củng cố thuyết Big Bang, đã được thực hiện trên bước sóng vô tuyến. Sự cộng sinh giữa khoa học cơ bản và khoa học kỹ thuật là yếu tố cần thiết trong quá trình phát triển của ngành thiên văn hiện đại.
RFI : Sự phát triển khoa học thiên văn cần đến nhiều phương tiện kỹ thuật, công nghệ, vậy ngược lại, các kết quả nghiên cứu của ngành thiên văn có thực sự có ích lợi trực tiếp cho các ngành khoa học và công nghệ khác không ? Xin giáo sư cho biết một số ý kiến của giáo sư về vấn đề này ?
Ông Nguyễn Quang Riệu : Có ý kiến cho rằng kinh phí dành cho nghiên cứu thiên văn đáng lẽ phải được dùng để giải quyết những vấn đề mà nhân loại quan tâm đến nhiều hơn. Tuy nhiên, từ thời xa xưa, bầu trời vẫn là một đối tượng huyền bí mà nhân loại vẫn muốn quan sát và tìm hiểu. Ngày nay, ngành thiên văn có ảnh hưởng cụ thể đến đời sống thường ngày. Nhờ có những tính toán dựa trên những định luật cơ bản cuả Newton trong lĩnh vực cơ học mà các vệ tinh mới được phóng thành công vào không gian.
Vệ tinh cũng được dùng trong công nghệ vô tuyến truyền thông để truyền tín hiệu TV và điện thoại di động. Công nghệ phóng vệ tinh đang phát triển để phục vụ nhân loại trong công việc bảo vệ môi trường, dự đoán quá trình tiến hoá của khí hậu và khai thác tài nguyên.
Tôi xin kể ra một số ứng dụng của thiên văn học hiện đại trong công nghiệp. Các nhà thiên văn đã tìm thấy trong dải Ngân hà một loại phân tử gồm có những chuỗi dài nguyên tử cacbon và họ muốn tìm hiểu trong phòng thí nghiệm cơ chế hình thành những phân tử hữu cơ này. Họ tình cờ chế ra được một loại phân tử rất kỳ lạ, gồm có 60 nguyên tử cacbon sắp xếp trên bề mặt một cái lồng tương tự như một quả bóng đá vi mô, mà họ đặt tên là fullerene. Sự phát hiện ra loại phân tử fullerene đã mở đường cho sự chế tạo vật liệu vi mô thường được dùng trong công nghệ nano.
Kỹ thuật phục hồi hình các thiên thể cho sắc nét đã được áp dụng trong ngành y để chẩn đoán bệnh trong võng mạc ở đáy mắt. Hình cuả những thiên thể chụp bằng kính thiên văn phóng lên không gian thường rất sắc nét. Nhưng đối với những kính thiên văn đặt trên mặt đất, thì ánh sáng phát từ vũ trụ phải truyền qua khí quyển hỗn loạn nên hình thiên thể không còn được rõ nét nữa. Các nhà thiên văn phải chế ra một thiết bị quang học để loại trừ hiện tượng nhiễu do khí quyển gây ra. Muốn quan sát võng mạc bằng kính hiển vi, bác sĩ cũng phải nhìn qua một môi trường hỗn loạn trong nhãn cầu, cũng như các nhà thiên văn nhìn qua màn khí quyển. Với thiết bị phục hồi hình trong ngành thiên văn, những chi tiết chỉ nhỏ bằng những tế bào trong võng mạc xuất hiện sắc nét qua kính hiển vi và giúp bác sĩ chẩn đoán bệnh chính xác hơn.
Thiên văn học cũng tham gia vào công việc bảo vệ môi trường. Bầu khí quyển trên những đô thị thường bị ô nhiễm bởi những chất thải công nghiệp. Những tia laser được phóng vào không gian để thăm dò khí quyển. Những chất hóa học ô nhiễm trong khí quyển hấp thụ ánh sáng của tia laser. Ánh sáng lại được tái phát và thu trong kính thiên văn và phân tích bằng máy quang phổ để xác định bản chất cuả những chất ô nhiễm.
Nghiên cứu vũ trụ còn giúp các nhà khoa học tìm hiểu cơ chế phát năng lượng từ những phản ứng tổng hợp hạt nhân như trong mặt trời và các ngôi sao. Nếu nhân loại cũng khống chế được những phản ứng tổng hợp hạt nhân trên trái đất thì họ sẽ có một nguồn năng lượng lớn vô cùng. Đề án quốc tế ITER xây một lò thí nghiệm tổng hợp những hạt nhân nhẹ như deuterium và tritium với nhau đang được tiến hành. Lò tổng hợp hạt nhân có lợi thế hơn so với những lò nguyên tử hiện có. Bởi vì không giống như những lò nguyên tử phân hạch này, làm vỡ những nguyên tử uranium và để lại nhiều chât thải phóng xạ, lò tổng hợp hạt nhân giải phóng nhiều năng lượng hơn và không để lại chất thải. Đây là ưu điểm cuả phản ứng tổng hợp hạt nhân. Tuy nhiên, chính nhiên liệu tritium cũng là chất phóng xạ, nên khi có sự cố nổ lò như ở Fukushima tại Nhật Bản thì cũng có thể gây ra tai biến.
Không gian vũ trụ còn là nơi để có được tầm nhìn tổng quát nhằm đề phòng những mối đe dọa đến từ bên ngoài trái đất, chẳng hạn như sự cố trái đất va chạm với thiên thạch.
Tóm lại, các nhà thiên văn không những sử dụng những kỹ thuật hiện đại sẵn có mà còn đòi hỏi những thiết bị ngày càng tối tân để đáp ứng nhu cầu nghiên cứu khoa học. Mối quan hệ hai chiều giữa thiên văn học và kỹ thuật là động lực dẫn đến sự phát triển công nghệ. Thiên văn học đã có những bức tiến bộ nhờ những phát minh công nghệ hiện đại, ngược lại nghiên cứu vũ trụ cũng ảnh hưởng đến sự phát triển công nghệ.
RFI : Là người nhiều năm quan tâm và hỗ trợ ngành thiên văn học non trẻ tại Việt Nam, theo giáo sư, Thiên văn học tại Việt Nam cho đến nay đã phát triển ra sao và triển vọng của ngành khoa học này hiện tại như thế nào ?
Ông Nguyễn Quang Riệu : Hiện nay ở Việt Nam, sự chấn hưng nền giáo dục và khoa học là điều cần thiết và đã được bàn đến rất nhiều trong cộng đồng các nhà khoa học trong và ngoài nước. Khoa học cơ bản nên được phát triển song song với khoa học thực nghiệm và ứng dụng. Tách rời những lĩnh vực này mà chỉ quan tâm đến phát triển công nghệ có thể dẫn đến tình trạng mất cân bằng khiến cho sự phát triển khoa học phải phụ thuộc vào nước ngoài. Một số thành công rực rỡ của ngành toán học Việt Nam có thể là động cơ phát triển ngành khoa học vũ trụ.
Trong khuôn khổ hợp tác khoa học giữa Đại học Quốc gia Hà Nội với Đại học Paris, Pierre và Marie Curie, và Đài Thiên văn Paris, chúng tôi đã tổ chức vào đầu tháng 11 năm 2010 một hội thảo về môn khoa học vũ trụ và khí hậu học tại Việt Nam, nhân dịp Đại lễ 1000 năm Thăng Long - Hà Nội. Các nhà khoa học đầu ngành của Pháp trình bày những kết quả mới nhất thu được bằng kính thiên văn đặt trên mặt đất và phóng lên không gian, cùng khả năng phát triển thiên văn học tại Việt Nam. Các nhà khoa học nhận định rằng khí thải công nghiệp làm Trái Đất ngày càng nóng lên và có khả năng biến thành một hành tinh khô cằn. Kỹ thuật thám hiểm vũ trụ cũng được dùng để tiên đoán những diễn biến của khí hậu.
Việt Nam không nhất thiết phải xây những đài thiên văn đắt tiền và những kính thiên văn lớn để quan sát vũ trụ. Các nhà thiên văn toàn cầu là một cộng đồng không biên giới. Trong thời gian đầu chưa có thiết bị, các nhà thiên văn Việt Nam có thể cộng tác với đồng nghiệp nước ngoài và sử dụng những kính thiên văn sẵn có trên thế giới. Họ không cần phải đến tận đài quan sát, nhưng có thể theo dõi những buổi quan sát từ xa trên máy tính và xử lý số liệu trong phòng thí nghiệm trong nước. Họ cũng có thể dùng máy tính để lập ra những mô hình lý thuyết nhằm giải thích những kết quả thu được.
Điều cốt yếu là đào tạo đủ chuyên gia để thành lập được một đội ngũ thiên văn đầu ngành. Chúng tôi đã vận động để sinh viên Việt Nam sang Đại học Paris 6 và Đài Thiên văn Paris thực tập và làm luận án tiến sĩ về môn vật lý thiên văn. Những sinh viên bảo vệ thành công luận án tiến sĩ tại Paris đã trở về nước công tác. Việt Nam cũng có dự án thành lập một bộ môn khoa học vũ trụ trong trường đại học đẳng cấp quốc tế Việt – Pháp tại Hòa Lạc ở ngoại thành Hà Nội.
Những cuộc thí nghiệm khoa học đơn giản và những buổi trình diễn thiên văn dưới vòm nhà chiếu hình vũ trụ là những biện pháp để phổ biến khoa học cho quảng đại quần chúng. Đã có một đề án Việt - Pháp để xây tại thủ đô Hà Nội một Cung khoa học trong đó có nhà chiếu hình vũ trụ, nhằm phổ biến khoa học cho quảng đại quần chúng. Cùng một số các nhà khoa học trong nước, chúng tôi đã tham gia hoạt động tích cực trong nhiều năm nhằm thực hiện đề án này. Nhưng đáng tiếc là cho đến nay, công trình xây dựng Cung khoa học vẫn hãy còn tồn tại dưới dạng đồ án thiết kế.
RFI : Ban Việt ngữ đài RFI xin trân trọng cảm ơn giáo sư đã dành thời gian cho Tạp chí hôm nay.