Tương lai của khoa học hậu laser doc

Tương lai của khoa học
hậu laser
Từ những hìnhảnh thiên văn sắc nét và tìm kiếmcác sóng hấpdẫn cho đến
việc tạo ra cácngưng tụ Bose–Einstein và đo cáctính chất củaADN, laserđã có sự
tác động hếtsứcto lớn trên nhiều lĩnh vực khác nhaucủa khoahọc. Ở đây, sáu vị
chuyên gia hồitưởnglại câu chuyện laserđã mangđến sự tiến bộ như thế nào cho
những lĩnhvực yêu thích của họ - và tranhluận xemrồi đây laser đã mang những
lĩnh vựcnày đi tới đâu nữa.
Ảnh: HankMorgan/SciencePhoto Library
Thiênvăn học
ClaireMax
Claire Max là nhà thiên văn học và là giám đốc Trung tâm Quang học Thích
nghi tại trường Đại học California, Santa Cruz, Mĩ.
Chúng taai cũng biết rằng các nhiễuloạn trongkhíquyển làm cho các ngôi
sao nhấpnháy, nhưngnó còn làmmờ đinghiêm trọng đốivới cácảnhchụp thiên
văn. Newtonđã nhận ra điều này tận hồi năm 1730, khiông viết trong quyển
Opticksrằng“Khôngkhí mà qua đó chúngta nhìn lên các Ngôi sao, luôn luônbị
Rungđộng Phương thứcchữa duy nhất là Không khí trong trẻo nhấtvà tĩnh lặng
nhất,thí dụ như khôngkhí người ta có thể tìmthấy trên đỉnh nhữngNgọn núi cao
nhất trên nhất tầng mây”.
Trênlí thuyết, cáckính thiên văn có đường kính cànglớn sẽ có thể phân giải
những chi tiết càng nhỏ trongcácảnh chụp thiên văn.Nhưng sự nhòe ảnh donhiễu
loạnkhíquyển gay gắt đến mứcngaycả những chiếc kínhthiên văn mặt đất lớn
nhất ngày nay (đường kính 8– 10 m)cũng chẳng trôngrõ hơn bao nhiêu sovới
các kínhthiên văn 20cm dùngtrongvườn nhà mà nhiều nhà thiên vănnghiệp dư
sử dụng trongnhững buổi tối cuốituần.
Để khắc phục tình hìnhnày, cácnhà thiên văn đã chuyển sang quang học
thích nghi,một kĩ thuật đo ảnhchộp nhanhcủa nhiễu loạn khí quyển rồi sauđó
hiệu chỉnh cho sự biến dạngquang thuđượcsử dụngmột cái gương có khả năng
biến dạng đặcbiệt(thườnglàmộtcáigươngnhỏ đặt phía saugương chínhcủa
kính thiên văn).Vì sự nhiễu loạntrong khí quyển thay đổi liên tục theo thời gian,

nên nhữngphép đo và hiệuchỉnhnày phải được thực hiện hàng trămlầnmỗi giây.
Những hệ quang học thích nghi banđầu sử dụng ánhsángphát ra những
một ngôi saosángđể đo sự nhiễu loạn. Tuynhiên, đa số cácvật thể thiên vănmuốn
nghiêncứukhôngcó nhữngngôi saosáng ở đủ gần, vì thế sự bao quát bầu trờicủa
quanghọc thích nghikhá hạn chế. Sau đó,vào đầu những năm 1980, các nhà thiên
văn nhận ra rằng họ có thể sử dụng một laser để tạora một “ngôi sao” nhân tạo
thaythế cho ngôi sao tự nhiên. Sự sáng suốtnày đã mở rộng đáng kể phạm vi bao
quát của các hệ quang thích nghi, vì các lasercó thể chiếu vàohướng của bất kì
mục tiêu quansát nào trên bầu trời. Trogn5 năm qua,những hệ quang thích nghi
“ngôi saodẫn hướng” bằnglasernày đã thật sự mang lại thành quả, đến mứcmỗi
chiếc kính thiên văn chính 8– 10 m ngàynay đều chưng diện hệ thống đèn hiệu
laser của riêng nó.
Các laserdùng trongnhững đèn hiệu này có côngsuấttrungbình đáng nể
chừng 5–15 W(một đèn trỏ lasertiêu biểu, trái lại,có côngsuất chưa tới 1 mW).
Thật vậy, cácdự luật liên bangyêucầu các đài thiên văn Mĩ phảitắtđèn laser của
họ khi có máy bay đang tiến đến gần; các đài thiên văn cũng phải đệ trình các kế
hoạch quan sát của họ với Bộ chỉ huy Vũ trụ để tránh vachạm với những tàisản vũ
trụ nhạy cảm.
Hai loại laserđangchiếmưu thế. Thứ nhất là một hệ chế tạo theo đơnđặt
hàng phát ra vạch cộng hưởng vàng 589nmcủa sodiumtrung hòa, tạo ra mộtngôi
sao dẫnhướngở độ cao khoảng 95 kmbằng cách kích thích cácnguyên tử sodium
có mặt tự nhiên trong khíquyển tầngtrên củatrái đất. Loại thứ hai phát ra bước
sóng màu lục hoặc thậmchí bướcsóng cực tím và sử dụngsự tán xạ Rayleighcủa
các phân tử và hạt bụi trong khí quyển để tạo ra một ngôi saodẫn hướngở độ cao
15-20km.Ưuđiểmcủalaserxanhvàlasertử ngoại làchúngcósẵn trênthị trường,
khiếnchúng rẻ tiền hơnlà dùng cáchệ quang thích nghi khaithácánhsángmàu
vàng.
Nhờ quanghọc thích nghingôisao dẫn hướngbằng laser,cáckínhthiên văn
8-10 m ngàynay đã có độ phângiải không gian tốt hơn ở những bướcsóng quan
sát hồng ngoại sovới Kính thiên văn vũ trụ Hubble, đơngiản làvì kích cỡ lớn của

những chiếc gương của chúng. Nhữngchiếckính thiên văn khổnglồ đã đề xuất, thí
dụ như Kính thiênvăn Ba mươi mét, Kính thiên văn MagellanLớn,và Kính thiên
văn CựcLớnchâu Âu, đều có kế hoạchsử dụng nhiềungôi sao dẫnhướng bằng
laser đồngthời. Điều này sẽ cho phép các nhà thiên vănđo,và hiệu chỉnh, sự nhiễu
loạnkhíquyển trong toàn bộ cột khôngkhí 3D phía trên kính thiên văn.Những hệ
laser bội này sẽ sử dụngcác kĩ thuật xạ quang –tương tự như kĩ thuật dùng trong
máy quét xạ quangtrục đã lậptrình hóacủa kĩ thuật chụp ảnh ykhoa– để tái dựng
lại đặctrưngnhiễu loạn, cho phép sự hiệuchỉnh quang thích nghi trên trườngnhìn
rộng hơn nhiều sovớicái chúng ta có thể ngày nay.