Kính thiên văn hoạt động ra sao?

0
79

Nội Dung Chính Trong Bài Viết

Kính thiên văn hoạt động ra sao? - 1Kính thiên văn Hubble. (Hình: NASA)


Kính thiên văn (nói một cách khác là kính viễn vọng) là loại dụng cụ dùng để phóng đại những vật ở xa làm cho nó gần lại. Kính thiên văn được dùng để xem xét những thiên thể ngoài vũ trụ.

Các loại kính thiên văn

 

Có hai loại kính thiên văn, một loại là khúc xạ (refracting) & một loại là phản xạ (reflecting).

Kính thiên văn khúc xạ

Kính thiên văn khúc xạ dùng hiện tượng khúc xạ (refraction) trong quang học. Khi một tia sáng đi từ một môi trường này (thí dụ không khí) qua một môi trường khác (thí dụ thủy tinh) thì sẽ bị đổi hướng đi, trông như bị gãy tại điểm phân tách hai môi trường. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng khúc xạ.

Khi ánh sáng đi ngang qua một thấu kính lồi (convex lens) thì vì hiện tượng khúc xạ sẽ tụ lại 1 điểm gọi là tiêu điểm (focal point). Khoảng cách từ thấu kính đến tiêu điểm được gọi là tiêu cự (focal length). Kính thiên văn khúc xạ dùng hai thấu kính, một là thấu kính vật kính (objective lens) & hai là thấu kính thị kính (eye piece lens). Thấu kính vật kính mang chùm ánh sáng có hình ảnh của vật ở xa hội tụ vào tiêu điểm. Thấu kính thị kính làm tỏa ánh sáng từ tiêu điểm ra để cho mắt thường có lẽ chứng kiến hình ảnh trong đó.

Kính thiên văn hoạt động ra sao? - 2Sơ đồ kính thiên văn khúc xạ. (Hình: personal.psu.edu)

Thấu kính vật kính càng lớn thì càng mang vào nhiều ánh sáng & hình ảnh càng sắc nét. Kính thiên văn khúc xạ lớn đặc biệt là ở đài thiên văn Yerkes, tiểu bang Wisconsin. Đường kính của thấu kính vật kính ở đó là 102 cm.

Vì các màu có hệ số khúc xạ (index of refraction)  khác nhau nên khi đi ngang qua một thấu kính không hội tụ tại cùng 1 điểm. Điều này làm cho hình ảnh hơi mờ & ngoài lề hơi có màu sắc khác nhau. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng quang sai đơn sắc (chromatic aberration). Đó là một khuyết điểm lớn của kính thiên văn khúc xạ.

Kính thiên văn phản xạ

Vì kính thiên văn khúc xạ có khuyết điểm nên vào năm 1680 nhà bác học Isaac Newton đã nghĩ ra một kiểu mẫu mới cho kính thiên văn gọi là kính thiên văn phản xạ. Kính thiên văn phản xạ không dùng kính mà dùng một gương lõm để phản chiếu ánh sáng vào một tiêu điểm. Vì ánh sáng phản chiếu ở ngay trên đường của nguồn ánh sáng đến nên cần thêm một gương nhỏ để đổi chiều ánh sáng phản chiếu qua một bên & qua thấu kính thị kính.

Kính thiên văn phản xạ không có khuyết điểm như kính thiên văn khúc xạ nên lúc này hầu như mọi kính thiên văn đều là loại phản xạ.

Kính thiên văn hoạt động ra sao? - 3Sơ đồ kính thiên văn phản xạ. (Hình: mathedpage.org)

Lịch sử kính thiên văn

 

Ông Hans Lippershey, người Hòa Lan, là người được coi là đã sáng chế ra kính thiên văn khúc xạ vào năm 1608. Ông Galileo Galilei không phải là người phát minh ra kính thiên văn, nhưng là người trước nhất dùng kính thiên văn để xem xét các thiên thể. Kính thiên văn của ông Lippershey & Galileo hơi khác với kiểu mẫu ở trên. Hai ông dùng một thấu kính lồi & một thấu kính lõm.

Năm 1611 ông Kepler tôn tạo kiểu mẫu kính thiên văn với hai thấu kính lồi.

Ông Galileo & kính thiên văn

Ông Galileo Galilei là người trước nhất dùng kính thiên văn để xem xét các tinh tú. Ông ta thấy mặt trăng có chỗ lồi lên & có chỗ lõm xuống như là núi & thung lũng trên trái đất. Ông Galileo thông báo những tìm tòi của ông trong bản tin có tựa đề: “Message from the Stars” (tín hiệu từ các người nổi tiếng). Ông ta đặt tên cho dụng cụ ông ta dùng là “telescopio,” tiếng Hy Lạp có nghĩa là nhìn ra xa.

Kính thiên văn của ông Galileo phóng đại được khoảng 30 lần. Đối với những kính thiên văn lúc này thì nó rất là thô sơ, nhưng cũng đủ để ông Galileo tìm hiểu thiên văn. Những gì ông tìm tòi ra đã gây rườm rà lớn cho ông ta. Trước đây nhà thiên văn học Copernicus đã có một giả thuyết là mặt trời là trọng điểm của vũ trụ. Điều này đi ngược với sự giảng dạy của giáo hội Thiên Chúa Giáo thời bấy giờ nói là trái đất là trọng điểm của vũ trụ, tức là mọi tinh thể đều quay quanh trái đất.

Ông Galileo xem xét những thiên thể & chứng nghiệm là lý thuyết của ông Copernicus là đúng. Ông biết là phải thận trọng vì nói là mặt trời là trọng điểm của vũ trụ là đi ngược với Giáo Hội & Kinh Thánh. Giáo Hội lúc bấy giờ rất là mạnh & sẽ trừng trị kẻ nào đi trái với họ. Năm 1633 ông Galileo bị đem ra xử, buộc phải nói là mình sai để tránh bị thiêu sống. Ông bị quản thúc tại gia cho đến khi chết.

Kính thiên văn hoạt động ra sao? - 4Sơ đồ kính thiên văn trước nhất. (Hình: amazingspace.org)

Phải đến năm 1992 tức là sau 359 năm, Tòa Thánh Vatican mới nhận là Galileo đúng, có nghĩa là trái đất quay quanh mặt trời chứ mặt trời không quay quanh trái đất.

Kính thiên văn Hubble

Năm 1946, Giáo Sư Lyman Spitzer đã cho là kính thiên văn xem xét từ trái đất không được tốt vì bị bầu khí quyển làm cho ánh sáng bị nhiễu loạn. Ông Spitzer cho là một kính thiên văn ở ngoài trái đất sẽ xem xét vụ trụ tốt hơn nhiều. Năm 1966, Giáo Sư Spitzer đi đầu một hội đồng của Viện Khoa Học Quốc Gia Hoa kỳ để tìm hiểu về việc mang một kính thiên văn ra ngoài bầu khí quyển. Sau đó đơn vị hàng không NASA khởi đầu tìm hiểu sự khả thi của một kính thiên văn không gian.

Năm 1990 Hoa Kỳ phóng một kính thiên văn lên trời lấy tên là kính thiên văn không gian Hubble (Hubble Space Telescope) để sướng tên ông Hubble. Vài tuần sau khoảng thời gian phóng, các nhà khoa học nhận ra là hình ảnh gửi về từ kính thiên văn Hubble tuy vẫn dùng được nhưng không được sắc nét. Nguyên nhân là một thấu kính làm không đúng tiêu chí. 1 cuộc sửa chữa ngoài không trung có một không hai đã được các phi hành gia vào năm 1993 thi hành. Sau đó kính thiên văn Hubble đã cống hiến cho công chúng những hình ảnh tuyệt đẹp của những thiên thể. NASA dự trù là kính thiên văn Hubble sẽ còn dùng được cho tới thập niên 2020.

Một kính thiên văn không gian mới tên là kính thiên văn không gian Webb được dự trù phóng lên không gian vào năm 2021 để thay thế kính thiên văn không gian Hubble.

Kính thiên văn hoạt động ra sao? - 5Tinh vân o-ri-ông (Orion Nebula) do kính thiên văn Hubble chụp. (Hình: NASA)

Nhiều loại “kính thiên văn” khác

 

Ánh sáng mà con người chứng kiến được là một loại bức xạ điện từ (electromagnetic radiation) truyền đi như sóng. Ánh sáng chỉ là một phần nhỏ trong phổ điện từ (electromagnetic spectrum). Phổ điện từ bao gồm sóng ra-đi-ô, sóng siêu âm, tia hồng ngoại (infrared), ánh sáng thường, tia cực tím (ultraviolet), tia X & tia gam-ma.

Các nhà khoa học đã tạo thành nhiều “kính thiên văn” cho những loại sóng khác trong phổ điện từ vì các thiên thể cũng phát ra những sóng như thế. Kính thiên văn Hubble chẳng những xem xét vũ trụ bằng ánh sáng thường mà còn bằng tia hồng ngoại & tia cực tím.

Năm 1980 kính thiên văn ra-đi-ô lớn nhất toàn cầu đặt tại tiểu bang New Mexico được khởi đầu hoạt động. Kính thiên văn này được gọi là The Very Large Array (Một Mạng Rất Lớn) do đơn vị National Radio Astronomy Observatory của Hoa Kỳ làm chủ & gồm có 27 đĩa ăng ten, mỗi đĩa ăng ten có đường kính 25 mét.

Theo tôi nghĩ radio telescope có lẽ dịch là ra-đi-ô thiên văn. Ra-đi-ô thiên văn chỉ thu những làn sóng tiếng động nên khó có lẽ thấy được kết quả. Các nhà khoa học đã & đang cố chuyển hóa những dữ liệu nhận được thành hình ảnh cho dễ tìm hiểu. (Hà Dương Cự)

Xem thêm bài viết thuộc chuyên mục: Khoa học vũ trụ
XEM THÊM  Tỷ phú Richard Branson hoàn thành chuyến bay đầu tiên vào không gian