Tài liệu Kính thiên văn docx

Kính thiên văn
Tác giả: Vũ Trọng Thư
28/08/2007
Kính thiên văn là một trong những thiết bị được cho là đã tạo nên cuộc cách mạng
khoa học trong thế kỷ 17. Nó đã làm sáng tỏ nhiều hiện tượng của bầu trời và có ảnh
hưởng quyết định đến cuộc tranh cãi giữa những người theo trường phái địa tâm
truyền thống và những người theo trường phái nhật tâm do Côpécníc khởi xướng.
Lần đầu tiên con người đã có một dụng cụ để mở rộng giác quan của mình với thế
giới bên ngoài, điều này kể từ đó đã chuyển dần việc quan sát tự nhiên từ con người
sang cho các thiết bị, máy móc.
Nói đơn giản, kính thiên văn chính là hình mẫu đầu tiên của các thiết bị khoa học
hiện đại ngày nay. Tuy nhiên kính thiên văn lại không phải là phát minh của các nhà
khoa học mà thực ra nó là sản phẩm của các nghệ nhân lành nghề (craftsmen). Vì lí
do đó, ngày nay chúng ta không được biết nhiều về nguồn gốc chính xác của kính
thiên văn do craftsmen thường được truyền miệng và về mặt lịch sử nó không được
thể hiện một cách rõ rệt.
Các tài liệu lịch sử để lại cho thấy các thấu kính đã xuất hiện ở châu Âu vào cuối thế
kỉ 13, phương pháp nấu thủy tinh đã dần đạt được chất lượng cao và chi phí thấp,
đặc biệt các kỹ thuật mài và tráng thủy tinh đã đạt được trình độ cao ở vùng Venice
và Florence. Các thợ thủ công ở Venice đã làm được các miếng kính nhỏ, lồi hoặc lõm
dùng cho những người bị cận thị hoặc viễn thị đeo vào để lấy lại được thị lực của
mình. Các thấu kính hội tụ và phân kì đã xuất hiện từ đây, trên thực tế các thành
phần chính để làm 1 chiếc kính thiên văn đã có đủ vào khoảng năm 1450. Nếu vậy
thì tại sao kính thiên văn đã không được phát minh vào thế kỉ 15? Cũng không có 1
câu trả lời xác đáng cho câu hỏi này, có lẽ do các thấu kính với sức mạnh (tiêu cự)
phù hợp chưa xuất hiện lúc này.
Cuối cùng thì kính thiên văn đã xuất hiện đầu tiên tại Hà Lan vào năm 1608 do người
thợ sửa đồng hồ Hans Lipperhey tìm ra và đăng ký bằng sáng chế. Thiết bị vô cùng
đơn giản này bao gồm 1 thấu kính hội tụ và 1 thấu kính phân kì đặt ở trong 1 cái ống
và có thể phóng đại hình ảnh 3 đến 4 lần. Tin tức về phát minh mới này đã nhanh
chóng lan rộng ra khắp châu Âu và thiết bị này cũng nhanh chóng xuất hiện ở nhiều

nơi. Vào tháng 4 năm 1609 các ống nhòm phóng đại 3 lần có thể mua được ở các
xưởng làm kính tại Paris và chỉ 4 tháng sau là ở Ý. Chúng ta đã biết rằng Thomas
Harriot đã quan sát Mặt Trăng qua ống nhòm phóng đại 6 lần vào tháng 8 năm 1609.
Nhưng phải đợi đến Galile thì ông mới là người làm cho kính thiên văn trở nên nổi
tiếng. Ông đã tự làm được thiết bị phóng đại 3 lần vào tháng 6 hoặc tháng 7 năm
1609, tặng hội đồng thành phốVenice thiết bị phóng đại 8 lần vào tháng 8 và vào
tháng 10, ông đã hướng chiếc kính thiên văn phóng đại 20 lần lên quan sát bầu trời.
Với chiếc kính thiên văn này ông đã quan sát Mặt Trăng, khám phá 4 vệ tinh của sao
Mộc và thấy được các đám tinh vân chính là do nhiều ngôi sao gần nhau tạo thành.
Ông đã xuất bản cuốn Sidereus Nuncius vào tháng 3 năm 1610. Những khám phá
sau đó bao gồm các pha của sao Kim, vết đen trên Mặt Trời... đã dần dần được Galile
và các nhà quan sát khác tìm ra.
Hình minh họa cổ nhất của một kính thiên văn (tháng 8/1609)
Galile giới thiệu kính thiên văn với các quan chức thành phố Venice
Chiếc kính thiên văn kiểu mà Galile đã dùng để quan sát các vệ tinh của sao Mộc
thường được chế tạo như sau: nó bao gồm một vật kính phẳng-lồi với tiêu cự khoảng
75cm đến 100cm và một thị kính phẳng-lõm với tiêu cự khoảng 5cm. Thị kính được
đặt trong một ống nhỏ có thể di chuyển được để điều chỉnh cho hình ảnh rõ nét. Vật
kính thường được che bằng bìa chỉ để hở 1 lỗ nhỏ ở chính giữa có đường kính 1cm
đến 2.5cm, trường nhìn của kính chỉ được có 15 phút. Độ phóng đại của kính khoảng
15-20 lần. Chất lượng của thủy tinh và kỹ thuật mài còn kém. Vài thập kỉ sau đó,
mặc dù đã có những cải tiến về kỹ thuật nấu thủy tinh cũng như kĩ thuật mài đã cho
ra đời những kính thiên văn kiểu Galie với độ phóng đại lớn hơn. Tuy nhiên hầu hết
chúng đều rất khó sử dụng vì trường nhìn càng bị thu hẹp hơn
Để có thể hình dung dễ dàng hơn
về trường nhìn (field of view) của
kính thiên văn, bạn hãy quan sát
hình bên. Đó là hình ảnh của chòm
sao Pleaides (chòm Thất tinh) nổi
tiếng khi quan sát qua kính có thị

trường 3 độ và 1 độ. Bạn có thể tự
tưởng tượng ra nếu một kính thiên
văn chỉ có thị trường vài chục phút
(1 độ = 60 phút) thì khi quan sát
sẽ khó khăn đến mức nào.
Kính thiên văn của Galile
So sánh trường nhìn của kính thiên văn
Ta cần biết rằng Galile đã sử dụng thấu kính hội tụ để làm vật kính còn thấu kính
phân kỳ làm thị kính nên hình ảnh nhìn qua kính không bị đảo ngược, tuy nhiên hiệu
ứng phóng đại hình ảnh cũng có thể đạt được bằng cách sử dụng 2 thấu kính cùng là
hội tụ. Các nghiên cứu về sau còn cho thấy rằng nếu ghép thêm 1 thấu kính hội tụ
nữa vào trước thị kính của kính thiên văn loại này thì sẽ làm tăng trường nhìn của
kính thiên văn lên rất nhiều so với kính của Galile. Thấu kính này ngày nay được gọi
là kính thị trường (field lens).
Với các hiểu biết về quang học ngày một nhiều hơn, giới hạn về độ phóng đại do
trường nhìn nhỏ của loại kính thiên văn Galile đã dần dần bị vượt qua, và cuộc "chạy
đua" chế tạo kính thiên văn đã xuất hiện. Người ta mong muốn chế tạo các kính
thiên văn có số phóng đại lớn hơn và cũng để giảm bớt ảnh hưởng của quang sai nên
tiêu cự của vật kính thiên văn ngày một dài hơn. Bắt đầu từ những năm 1640, kính
thiên văn thường chỉ dài 1.5m đến 2m nhưng đến giữa thế kỉ nó đã là 4.5m đến 6m.
Năm 1656, Christian Huyghens chế tạo kính thiên văn dài 7m, đường kính kính vật
vài inch (khoảng 10cm), phóng đại 100 lần và có trường nhìn 17 phút.
Kính thiên văn khổng lồ của William Herschel
Cuộc chạy đua đã đến giới hạn khi muốn tăng thêm độ phóng đại sẽ làm cho trường
nhìn giảm xuống đến mức quá nhỏ để quan sát, tuy nhiên nhờ có nghiên cứu về kính
thị trường (đã nói ở trên) nên cuộc đua lại được tiếp tục và độ dài của kính thiên văn
tăng lên một cách nhanh chóng. Vào đầu những năm 1670, Johannes Hevelius đã
xây dựng 1 kính thiên văn dài hơn 40m.
Nếu như vấn đề về trường nhìn của kính đã được giải quyết thì một vấn đề mới lại
xuất hiện đối với các kính thiên văn khổng lồ này, đó là thân ống kính khi đó sẽ quá

nặng để có thể di chuyển quan sát dễ dàng. Một loạt các hệ thống cáp, dây đỡ... rất
phức tạp mới giữ nổi các kính thiên văn này. Do vậy vào khoảng năm 1675 các nhà
thiên văn học đã loại bỏ phần thân ống kính thiên văn, vật kính khi đó được gắn vào
các cột cao và được điều khiển qua các dây treo và chỗ nối. Hình ảnh được tạo ra
bằng phương pháp thử và sai (tức là liên tục thay đổi vị trí thị kính cho đến khi được
hỉnh ảnh rõ nét). Những thiết bị như vậy được gọi là "kính thiên văn không khí"
(aerial telescopes).
Kính thiên văn dài 140 feet (khoảng 40m) của J.Hevelius, 1673
Mặc dù đã có 1 số cải tiến nhưng cuối cùng thì các kính thiên văn khúc xạ này cũng
đạt đến giới hạn của nó. Người ta không thể chế tạo được các vật kính có đường kính
to hơn 2m với công nghệ lúc đó, và bắt đầu từ những năm 1730, những chiếc kính
thiên văn to hơn chỉ có thể đến từ một loại kính thiên văn mới - kính thiên văn phản
xạ.
Kính thiên văn phản xạ đầu tiên do Newton chế tạo
... Phần này vẫn đang được cập nhật tiếp...