Vài điều về kính thiên văn (Đặng Vũ Tuấn Sơn) pdf

Vài điều về kính thiên văn




Trong nghiên cứu thiên văn học, hoạt động quan sát đóng một vai trò
hết sức quan trọng. Hầu hết các quan sát bằng mắt thường đã được các nhà
thiên văn cổ thực hiện từ hàng trăm, hàng nghìn năm trước để xác định các
chu kì chuyển động biểu kiến của các thiên thể, dự đoán và xem xét các hiện
tượng thiên văn, phân chia và xác định các chòm sao .v.v….

400 năm trở lại đây, các quan sát của loài người đã tiến xa hơn rất
nhiều nhờ sự xuất hiện của kính thiên văn. Việc quan sát và nghiên cứu các
ngôi sao, các thiên hà ở rất xa, tìm hiểu cấu trúc của vũ trụ đòi hỏi sự có mặt
của loại dụng cụ này. Kính thiên văn trên thế giới hiện nay có nhiều loại, từ
những chiếc kính thô sơ tự chế tạo đến những chiếc kính sản xuấ công
nghiệp dùng cho các quan sát nghiệp dư, và cả những kính thiên văn khổng
lồ của các đài thiên văn lớn nhất thế giới hàng ngày không ngừng ghi lại
những tín hiệu dù là nhỏ nhất của vũ trụ…
Giới thiệu kính thiên văn - sự ra đời và phân loại kính.
Chiếc kính thiên văn đầu tiên ra đời vào năm 1608 bởi một thợ kính
người Hà Lan là Hans Lippershey khi ông phát hiện ra cách ghép 2 thấu
kính lại với nhau để tăng độ phóng đại của hình ảnh. Chiếc kính thiên văn
đầu tiên đó sử dụng 2 thấu kính : một kính có tiêu cự dài đặt trước gọi là vật
kính, chiếc còn lại có tiêu cự ngắn hơn rất nhiều đặt phía sau sao cho tiêu
điểm 2 kính trùng nhau, chiếc kính thứ 2 này gọi là thị kính. Chiếc kính
thiên văn đầu tiên đó được gọi là kính thiên văn khúc xạ (refractor
telescope). Tuy nhiên, người đầu tiên tìm ra ứng dụng cho chiếc kính lại là
Galileo Galilei vào 1 năm sau đó. Năm 1609, Galilei dựa trên phát kiến của
Lippershey đã tự chế tạo thành công chiếc kính thiên văn khúc xạ có độ
phóng đại là 30 lần, là một chiếu kính dài 120cm ới vật kính là một thấu

kính hội tụ có đường kính 5cm và thị kính là một thấu kính phân kì. Các
kính thiên văn khúc xạ như thế sau này được gọi là kính thiên văn kiểu
Galilei (Galilean Telescope). Với chiếc kính tự chế này, hàng ngày Galilei
quan sát các vết đen Mặt Trời, các chuyển động của Mặt Trăng và các hành
tinh. Qua những quan sát đó, Galilei đã khám phá ra 4 vệ tinh lớn nhất của
Sao Mộc (mà ngày nay chúng ta gọi là 4 vệ tinh Galilei, chúng gồm:
Ganimede, Calisto, Io và Europa), khám phá ra chu kì tự quay của Mặt Trời
dựa trên chu kì xuất hiện của các vết đen. Ngày nay các kính thiên văn khúc
xạ thường có thị kính và vật kính đều là các thấu kính hội tụ do sự cải tiến
của Johanne Kepler, do đó loại kính khúc xạ này gọi là kính thiên văn kiểu
Kepler (Keplerian Telescope).

(Hình trên: Kính thiên văn kiểu Galilei)
Trong những năm 1668-1670, chiếc kính thiên văn phản xạ
(reflector telescope) đầu tiên đã được chế tạo thành công. Người đã phát
minh ra nó là Isaac Newton. Khác với kính thiên văn khúc xạ, kính thiên văn
phản xạ hội tụ ánh sáng bằng phương pháp phản xạ. Vật kính của kính thiên
văn phản xạ là một gương cầu lõm hội tụ ánh sáng tại tiêu điểm của gương.
Một gương phẳng hay lăng kính được đặt trước vật kính để thu chùm sáng
hội tu và đổi chiều dẫn nó đến thị kính là một thấu kính hội tụ tiêu cự nhỏ.
Kính thiên văn phản xạ như vậy cho ra hình ảnh có độ phân giải cao hơn khá
nhiểu so với kính thiên văn khúc xạ.
Các kính thiên văn phản xạ và khúc xạ nói trên được gọi chung là
kính thiên văn quang học, do nó có tác dụng thu nhận thông tin ở dải sóng
quang học (ánh sáng nhìn thấy). Tuy nhiên, bức xạ điện từ từ các ngôi sao
hay thiên hà ở càng xa thì khi đến với Trái Đất, bước sóng của chúng càng
dãn dài ra (hiệu ứng Doppler). Do đó ánh sáng từ các ngôi sao đến với
chúng ta không mang lại những hình ảnh hoàn toàn trung thực về ngôi sao
đó, thậm chí rất nhiều ngôi sao, thiên hà mà ánh sáng của chúng không thể
đến được với chúng ta do trên đường đi, bước sóng của chúng đã dài ra trở

thành các sóng hồng ngoại hay các sóng vô tuyến. Để thu được những thông
tin chính xác nhất có thể, các kính thiên văn hồng ngoại và vô tuyến ra đời
để thu các bước sóng thích hợp nói trên và phân tích chúng trên các máy đo
quang phổ, từ đó xác định khối lượng, thành phần và các tính chất khác của
ngôi sao. Hiện nay kính thiên văn hồng ngoại không được sử dụng phổ biến
như kính thiên văn vô tuyến do kính thiên văn vô tuyến thu được ác bước
sóng ở nhiều dải hơn, cả dải vô tuyến và dải hồng ngoại , quang học.
Kính thiên văn vô tuyến (Radio Telescope) có cấu tạo có phần giống
với kính thiên văn phản xạ quang học. Thay bằng vật kính như các kính
thiên văn quang học, kính thiên văn vô tuyến có bộ phận chính là một ăng
ten có dạng một gương parabol kim loại. gương parabol này có nhiệm vụ thu
nhận các tín hiệu điện từ thu nhận được từ ngôi sao đang được quan sát và
chuyển các tín hiệu đó về các bộ phận phân tích.
Để làm tăng thêm độ phân giải cho các kính thiên văn phản xạ và kính
thiên văn vô tuyến, các kính này ở nhiều đài thiên văn được lắp dưới dạng tổ
hợp. Tức là không phải là một gương lớn mà có thể gồm nhiều gương nhỏ
sắp xếp sao cho các sóng phản xạ hội tụ tại cùng một điểm (giao thoa sóng).
Cách lắp này tiện hơn việc chế tạo một gương quá lớn mà vẫn mang lại hiệu
quả tốt hơn, tuy nhiên nó lại yêu cầu độ chính xác gần như tuyệt đối vì chỉ
cần một trong số các gương của hệ đặt lệch không đáng kể thì sẽ không cho
ra được hình ảnh như mong muốn.

Các đài thiên văn và các kính thiên văn lớn nhất thế giới.
1. Kính thiên văn vũ trụ Hubble
Chiếc kính thiên văn nổi tiếng nhất, vĩ đại
nhất cần nhắc đến đầu tiên là kính thiên văn vũ trụ
Hubble (Hubble Space Telescope), đặt theo tên của
Edwin Hubble - một trong số các nhà thiên văn lớn
nhất của thế kỉ 20, người đã tìm ra hiện tượng giãn
nở vũ trụ qua độ dịch bước sóng của các thiên hà.

Kính này được NASA phóng lên quĩ đạo vào ngày 25/4/1990 ở độ cao
600km. Đây là một kính thiên văn phản xạ tự động có đường kính của
gương là 2,4m. Mọi hoạt động của kính Hubble đều được điều khiển tự
động, các hình ảnh ghi nhận được đều được kính Hubble chụp ảnh trực tiếp
và gửi thông tin về Trái Đất. 15 năm hoạt động, kính thiên văn vũ trụ
Hubble đã ghi nhận được hàng nghìn bức ảnh vô giá về thông tin cũng như
vẻ đẹp tuyệt vời của vũ trụ mà con người đang khám phá.
1. Đài thiên văn đầu tiên của thế giới
Thiên văn học cổ đại ở các nền văn minh Hy Lạp và A rập đã xây
dựng được những đài quan sát thiên văn đầu tiên từ 2000 năm trước. Tuy
nhiên, đài thiên văn đầu tiên thường được coi là đài thiên văn do Tycho
Brahe (1546 – 1601) xây dựng vào cuối thế kì 16. Tại đài thiên văn này,
Brahe đã liên tục quan sát và ghi chép tỉ mỉ, ông đã lập ra được một danh
mục sao gồm hớn 1000 ngôi sao có độ sáng khác nhau. Đây cũng chính là
đài thiên văn sau đó Johanne Kepler làm việc. Dựa trên những kết quả quan
sát đã có của Brahe, Kepler tiếp tục quan sát và nghiên cứu về quĩ đạo và
chu kì chuyển động của các hành tinh trong hệ Mặt Trời, và cuối cùng
Kepler tìm ra 3 định luật mang tên ông về chuyển động hành tinh.
1. Kính thiên văn quang học lớn nhất thế giới
Kính thiên văn lớn nhất hiện nay trên thế giới là kính thiên văn VLT
(Very Large Telescope) mới được hoàn thành tại Chile. Nó là một kính thiên
văn phản xạ tổ hợp gồm 4 gương phản xạ có đường kính 8m. 4 gương này
mang lại hiệu quả hình ảnh tương đương với một gương lớn đường kính
16m. Các gương của hệ thống kính này ngoài các bước sóng ở dải quang học
còn có thể thu được những bước sóng của bức xạ điện từ ở một phần của dải
hồng ngoại. Năm 2005, các nhà thiên văn học đã sử dụng tổ hợp kính này và
chụp trực tiếp được bức ảnh đầu tiên về một hệ hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời
- hệ 2M1207b, hệ hành tinh này quay quanh một ngôi sao trong chòm sao
Hydra (Mãng xà) cách chúng ta hơn 200.000 năm ánh sáng.
Tiếp theo, đứng thứ 2 sau VLT, và là kính thiên văn phản xạ lớn nhất

trước đây là kính thiên văn tại đài thiên văn Keck trên núi Manua Kea - một
ngọn núi cao 4200m và là núi cao nhất ở Hawaii. Kính thiên văn lớn nhất ở
đài thiên văn này là một gương tổ hợp do nhiều gương nhỏ ghép lại có tổng
đường kính là 15m
1. Kính thiên văn vô tuyến lớn nhất thế giới
Kính thiên văn vô tuyến lớn nhất thế giới hiện nay là kính Arecibo đặt
tại Puerto Rico được sử dụng từ năm 1963. Gương chính của kính có đường
kính 305m, bộ phận thu sóng phản xạ được treo phía trên gương chính ở độ
cao 150m. Đây là kính thiên văn lớn nhất và nhạy nhất thế giới, nó từng
được sử dụng làm công cụ chính trong việc tìm kiếm các tín hiệu về sự sống
ngoài Trái Đất trong quá trình thực hiện dự án SETI (Search for the
Extraterrestial Intelligence – tìm kiếm trí tuệ ngoài Trái Đất)

Kính thiên văn vô tuyến lướn thứ 2 là kính thiên văn Effensberg, cách
40km về phía Nam của Bonn, Đức. Kínhnày có đường kính là 100m, được
đưa vào sử dụng từ năm 1971. Khác với kính Arecibo không thể thay đổi
góc nhìn mà chỉ đặt cố định, Effenssberg được nối với các trục lớn có thể
cho phép trục chính của gương quay về bất cứ hướng nào để tiếp nhận các
sóng điện từ đến từ các thiên thể cần nghiên cứu.