Những khám phá vĩ đại của kính thiên văn Hubble (1) pot

Những khám phávĩ đại của kính
thiên văn Hubble(1)
MarkVoit (PhysicsWorld, tháng 9/2010)
Sau 20 năm phục vụ, sứ mệnh lịch sử của Kính thiên văn vũ trụ Hubble sắp đến
hồi kết thúc. Trong bài, Mark Voit giải thích làm thế nào chiếc kính thiên văn này
giành được danh vọng nổi bật trong lịch sử ngành thiên văn học, và đánh giá một số
khám phá mang tính cách mạng của nó.
Đượcxem là “Con mắt của Chúa”, Tinh vânHelix thật ra là tàn dư chất khí
phátsáng củamột ngôi saođangqua đời. (Ảnh: NASA)
Bạn thích hình ảnh nào từ khoảnhcủa Kínhthiênvăn vũ trụ Hubble?Ảnh
Trường SâuHubble?Tinh vân Chim ưng?Thiên hà Xoắn ốc Whirlpool?Haychân
dungcủa một trong cáchành tinh?Chắcchắn bạn đã từng xem hàng tá hình
ảnh Hubble, vì chúngở mọi nơi – báo in,tạp chí, chươngtrình truyền hình,hình
nền website, thậm chí trênthiếp mừng.Sự sinh sôi nhanh chóngnày của những
hình ảnhtuyệt đẹp đã đưa Hubbletrở thành một biểu tượng mà không có một
thiết bị khoa họcnào khác có thể sánh nổi. Hãy hỏi một aiđó trên đường bạn gặp
về tên củamột chiếc kính thiên văn. Câutrả lời hầu như chắc chắn sẽ là Kính thiên
văn vũ trụ Hubble,mặc dù trong vài thậpniên trở lại đây, một vài thiết bị khác
cũng đã giúp tạo ra mộtthời kì vàngson của ngànhthiên văn học.
Các ảnhchụp Hubblelàm say đắm lòng người do vị trícủa chiếc kính thiên
văn nàynằm phía trênbầu khí quyển của trái đất.Được đưa vào quỹ đạo cách đây
20 nămtrướcbởi Tàucon thoivũ trụ Discovery,Hubble quay mộtvòngxung
quanh trái đấtmất 96 phútở độ cao khoảng560 km– khôngcao lắm phía trên đầu
chúng ta.So với khoảng cáchđến những mụctiêu vũ trụ của nó, con số này có
nghĩa là chiếc kính thiên văn trênhầu như bám sát với mặt đất. Tuynhiên,giá trị
này vẫn đủ cao để vượt qua những trở ngại lớn nhất đốivới cácquan sátthiên văn
chínhxác: bầukhí quyển hay xáo trộncủa Trái đất,nó chặn mất phầnlớn cácdạng
bức xạ điện từ mà các nhà thiên vănmuốn quansát. Ngaycả ánh sáng khả kiến
cũng không điqua nguyên vẹn. Tầm nhìn vũ trụ do mà một kínhthiênvăn mặtđất
cỡ lớnmanglại có phần lu mờ vì các nhiễu loạn khí quyển làm khúc xạ vàlệch
hướngchút ít đối với đườngđi của chùm tia sáng. Nếu khôngđược hiệu chỉnh,

những sự lệchhướng này sẽ làm nhòeảnh của những ngôi sao ở xa, bằng không
chúng sẽ hiện ra gần như có dạng điểm, sao chochúng cókích thước góc khoảng
một giâycung, tùy thuộcvàocác điều kiện khí quyển. Ngoài hiệu ứngmà chúng ta
gọi là sự nhấpnháy, mắt con ngườikhông thể phát hiện ra sự lu mờ này, nhưng nó
làm tổnhại nghiêm trọng đốivới cácnghiên cứu thiên văn đòihỏi gócnhìn vô
cùng sắc nét.Từ vị trí của nó trong vũ trụ, Hubblecó mộtlợi thế lớn. Nó không
phải xử lí các hiệu ứngnhòe ảnhcủa khí quyển và vì thế có thể cung cấp các bức
ảnh chitiết nguyngatráng lệ.
Ngoài cái đẹp, danhvọngcủaHubble còn đến từ câu chuyện lịch sử li kì của
nó. Trongnhữngnăm sắpphónglên vào năm 1990,Kínhthiên văn vũ trụ Hubble
được quảng cáo rùmbeng làtiến bộ lớn nhất trong ngành thiên vănhọc kể từ
khi galileo lần đầu tiên hướngmột chiếckínhthiên văn lênbầu trời. Để khai thác
lợi thế của gócnhìn tươimới từ khônggian bên ngoài, NASA đã trangbị một trong
những chiếc gươngmặt đất chínhxác nhấttừng đượcchế tạo để làm bộ phận
quangchính của Hubble dùngthu thập và hội tụ ánh sáng. Sự kì vọng cao độ đã
vấp phải nhiều ê chề sau khiphóng,khi mà chiếc kínhkhôngthể hội tụ chính xác
và chiếc gươngchính gặp phải sự cố. Bề mặt gương nhẵn bóng và chính xác đến
khôngngờ, nhưnghình dạngcủa nó không chínhxác vì thiếtbị kiểm tra dùng
trong quá trìnhmài đã được lắpđặt không đúng quy cách. Như một thượngnghị sĩ
đặt vấnđề, hàng tỉ đô la chicho Hubble đã tạo ra một “con gàcông nghiệp”. Nhưng
một đặc điểmđặc biệt củathiếtkế Hubble mang lại tia hi vọng.Khônggiống như
những chiếc kínhthiênvăn kháctrong không gian, Hubble được chế tạo để phục
vụ bởi các nhà duhànhđến thăm nom.Một phần kế hoạch của NASA luôn làviệc
nâng cấpHubble một cách đều đặn, mang thêm lênnhững thiết bị mới, ưu việt hơn
mỗivài ba năm một lần trongnhững hànhtrình bay sứ mệnh.Và vào năm 1993,
các nhà du hành trên Tàu con thoi vũ trụ Endeavourđã manglên và lắpđặt các
thiết bị quang hiệu chỉnh để bổ sungchính xác chosự biến dạngcủa gươngchính,
nhờ đó phục hồi tầmnhìn ưu việt mà ngày nayđã tạo ramột bộ sưu tập ảnhhết
sức ấntượng vàrất nhiều khám phá khoahọc.
Mỗichuyến thămdịch vụ sau đó để lại một phiên bản mới hơn,cải tiến hơn

của chiếc kínhthiên văn trên.Các cải tiến thật đáng kể, cho nên có thể phân chia sự
hoàn thiện kì công Hubblethành năm giaiđoạn khácnhau, mỗi giai đoạn chấm dứt
bởi mộtsứ mệnhdịch vụ lắp đặtnhững thiết bị mới. Qua chuỗi tiếp tế khoa học
này, Hubble đã giành được danhvọng caotrong lịch sử thiên văn học, nhưngvào
lúc bắt đầu sứ mệnh, sự thànhcông của nólà khôngchắc chắn cholắm.
Kính thiên văn vũ trụ Hubble bayxung quanhTráiđất mỗi vòng mất 97 phút
ở tốc độ xấpxỉ 7,5 km/sso với Trái đất(Ảnh: NASA)
Vật lộn để tồn tại (1990–1993)
Nếu như sứ mệnh dịchvụ đầutiên hiệuchỉnhthị lựccủaHubblegặp thấtbại,
thì toàn bộ chương trình có thể bị hủy. Nhưng bất chấp tiếng tăm bị mai một của
chiếc kính trong ba năm đầutiên của nó,Hubble vẫn thựchiện được nghiên cứu
khoa họccó giátrị. Cho dù với một cáigương chínhbị rạnnứt, nhưng Hubble vẫn
là chiếc kínhthiên văn hoàn hảo nhất từngđược chế tạo choquan sátánh sángtử
ngoại bướcsóng ngắn, chúng khôngthể thâm nhập vào bầu khí quyển củaTrái đất.
Một trong nhữngdự án chủ chốt dànhcho Hubble trước khi phóng lênkhôngđòi
hỏi chất lượnghình ảnh tốt,vì dự án đó không sử dụng các camera ghi ảnh củanó,
mà sử dụng các quangphổ kế của nó.
Dự án chủ chốt đó là nghiên cứu chất khí giữacác thiên hà. Đa phầnchất khí
trong vũ trụ nằmbên ngoài các thiên hà, nơi cựckì khó nghiêncứu. Chất khígiữa
các thiên hà hầu như không phát ra ánh sáng, vàđa phầncái chúng ta biết về nó
phátsinh từ các nghiêncứu quangphổ của những quasarxa xôi. Khi ánhsángphát
ra từ một quasar thực hiệnhành trình về hướngTrái đất, nó đi quavô số đám mây
khí giữa các thiên hà. Mỗi đám mây hấp thụ mất một chút ánh sáng ở một vài bước
sóng đặcbiệt tùy thuộcvào thành phầnvà trạng thái ion hóacủa đám mây. Cho
nên khi quangphổ quasarcó mặt tại Trái đất,nó mang thông tintươngtự như
thông tin chứa trong mẫu nhân địachất, cho chúng ta biếtvề các điềukiện trong
khônggian liênthiên hà trên hành trìnhdọc theo hướng nhìn nhắmlùi tới quasar
đó.
Phần lớn thông tin đó được mã hóatrong phần tử ngoại của quang phổ vì đó
là nơi các nguyên tử tươngtác đủ mạnh vớibức xạ điện từ. Trướckhi có sứ mệnh

Hubble,các nghiên cứu chấtkhí liênthiên hà bị hạn chế với những đám mây rất xa
có độ lệch đỏ vũ trụ đủ lớnđể dịch chuyển các đặc trưngtử ngoại đangquantâm
sang dải khả kiến, nhờ đó làm cho chúng có thể quan sát với các kính thiên văn mặt
đất. Các quan sát tử ngoại của Hubblevề các quasar trong toànsứ mệnh của nó, do
đó, đã giúp lấp đầy một khe trống lớn trong sự hiểu biết của chúng tavề không
gian liên thiênhà, cho chúng ta biết các điều kiện giữa các thiênhà đã biến đổi như
thế nào trong vài tỉ năm vũ trụ vừaqua.