Hoạt động quan sát của kính thiên văn ngày nay đóng vai trò hết sức quan trọng. Ngoài việc quan sát vị trí các ngôi sao đặc biệt mà kính thiên văn còn giúp cho loài người có cơ hội biết đến với các hành tinh mới ngoài vũ trụ. 400 năm trở lại đây, nhờ có sự phát triển của kính thiên văn mà các quan sát của con người đã tiến xa một cách vượt trội. Để có sự phát triển đáng kinh ngạc, thì đâu là nguồn cội của kính thiên văn. Chúng ta cùng tìm hiểu về lịch sử ra đời của kính thiên văn! Bạn có thể tham khảo nhiều dòng kính thiên văn của ShopTech ngay để có lựa chọn hợp lý hơn.
Người tìm ra được nguyên lí của kính thiên văn
Vào năm 1608 chiếc kính thiên văn đầu tiên đã được tạo ra. Chỉ là một phát hiện tình cờ khi đặt hai kính đồng trục giúp ông có thể quan sát vật ở xa một cách bình thường . Ông là một thợ kính người Hà Lan là Hans Lippershey.
Bản phác thảo kính thiên văn Lippershey được tìm thấy 8/1609
Để tập trung nghiên cứu cải thiện loại kính mới này ông đã gác lại công việc thường ngày. Sau nhiều thử nghiệm cuối cùng Hans Lippershey đã cho ra đời “ Ống ma thuật của Lippershey”. Chiếc kính thiên văn này vào thời kì đó có số bộ gác khoảng từ 3-5.
Sự ra đời của nhiều loại kính thiên văn khác nhau
Sau đó, nhà vật lí người Ý Galileo đã cải tiến kính thiên văn Lipershey có độ phóng đại 30 lần. Nó được thiết kế dài 130cm, 2 thấu kính hội tụ có tiêu cự 120cm và 4-5cm. Chiếc kính thiên văn này đã mở ra trang mới cho lịch sử kính thiên văn và ngành khoa học vật lí thiên văn. Nhờ đó Galileo đã quan sát được sự lồi lõm trên Mặt Trăng, 4 vệ tinh xunh quanh sao Mộc…Và ông đã chống lại được quan điểm của nhà thờ cho rằng Trái Đất là trung tâm [cái rốn] của vũ trụ.
Nhà toán học Kepple đã tìm hiểu và cải tiến kính thiên văn của Galileo để mở rộng vòng quan sát ảnh . Và từ đó kính thiên văn Kepple ra đời. Hạn chế của nó là hình ảnh quan sát to nhưng lại bị mờ và màu sắc bị nhiễu.
Nhờ đó mà thương số giữa tiêu cự của vật kính và thị kính [f1/f2] chính là bội giác của kính thiên văn. Với cải tiến quan trọng này mà thiên văn học bước vào cuộc chạy đua chế tạo kính thiên văn và khám phá Hệ mặt trời.
Ngay sau đó hàng loạt các hành tinh lớn được tìm ra. Năm 1655 đã tìm ra Titan-vệ tinh lớn nhất của sao Thổ. Năm 1665, Giovanni Cassini đã phát hiện ra Đốm đỏ lớn trên sao Mộc bằng kính thiên văn dài 10.7m
Dấu mốc quan trọng trong nền thiên văn học đó chính là phát minh của Newton vào năm 1668. Ông đã chế tạo thành công kính thiên văn phản xạ đầu tiên sử dụng gương cầu lõm. Kính thiên văn phản xạ cho ra hình ảnh có độ phân giải cao hơn khá nhiều so với kính thiên văn khúc xạ.
Kính thiên văn khổng lồ đầu tiên
Chiếc kính thiên văn phản xạ khổng lồ đầu tiên là của nhà thiên văn Ai Len William Parsons. Nó có đường kính khoảng 1,8m , tiêu cự 17m. Phôi gương khi đúc dày gần 15cm và nặng hơn 4 tấn. Phát minh này giúp ông tìm ra các tinh vân, dạng xoắn ốc của một số thiên hà.
Hiện nay có hàng ngàn các mẫu kính thiên văn ra đời với nhiều mục đích khác nhau. Từ ngắm nghiệp dư cho tới phục vụ nghiên cứu.
Thiên văn học là một ngành học mà những dụng cụ quang học phải được cải tiến ngày càng hoàn hảo để tầm nhìn được ngày càng xa hơn.
Nguyên tắc quang học về kính thiên văn được diễn tả lần đầu tiên vào thế kỷ thứ 13 do nhà khoa học Anh Roger Bacon. Tuy nhiên phải đợi đến năm 1608 mới được áp dụng bởi một người sản xuất kính ở Middleburg Hà Lan, ông Hans Lippershey. Hans Lippershey tình cờ thấy hai đứa bé cầm hai thấu kính để nhìn thì thấy cái chong chóng chỉ hướng gió của nhà thờ có vẻ gần hơn. Hans Lippershey thử thí nghiệm đặt một thấu kính hội tụ và một thấu kính phân kỳ trong một cái ống và ông đã tìm ra được một dụng cụ nhìn xa [viễn vọng kính].
Lippershey, người sáng chế ra tổ tiên của kính thiên văn
Trong thời điểm đó, có ít nhất hai người Ðức khác cũng đã phát minh. Lại có tin đồn rằng viễn vọng kính đã có từ thế kỷ thứ 16. Nhưng Lippershey là người đã diễn tả bằng văn. Tuy nhiên, ông không bảo vệ bằng phát minh của ông bởi vì chuyện này quá quan trọng để phải giữ bí mật.
Sự tiến triển của viễn vọng kính
Ống quang học:
Lúc đầu người ta đặt tên kính thiên văn là ống quang học, mãi đến năm 1650 mới có tên là téléscope [kính nhìn xa ]. Tên này đã được nhà toán học Hy Lạp Ioannes Dimisiani đặt ra năm 1612.
Lúc đầu những kính nhìn xa này chỉ được dùng trong quân đội để kiểm soát quân địch đến gấn. Năm 1609 Galilée là người đầu tiên dùng "kính lại gần" để quan sát bầu trời.
Bản sao ống quang học của Galilée Galilée, người khám phá quan trọng nhất
Kính thiên văn khúc xạ
Trong kiểu kính thiên văn khúc xạ, ánh sáng được hội tụ nhờ một kính hội tụ. Thấu kính thứ hai làm thị lính. Kính này là kính phân kỳ, dùng để điều chỉnh lại những tia sáng hội tụ thành song song để cho mắt nhìn dễ thấy hơn.
Kính loại này có thể to đến khoảng 1 mét đường kính nhưng chưa bao giờ được chế tạo. Cũng không thể chế kính loại này to hơn bởi vì sự sai lệch sẽ quá lớn. Thêm nữa, thấu kính loại này rất nặng nên chúng sẽ bi biến dạng do trọng lượng của chúng tạo ra.
Kính thiên văn khúc xạ có 2 khuyết điểm phải được sửa đổi:
Thứ nhất: sai lệch vì độ cong của khối cầu của thấu kính không cho phép những tia sáng hội tụ lại một điểm. Và do đó, hình sẽ mờ.
Thứ hai: sai lệch màu sắc bởi vì mỗi màu có điểm hội tụ riêng của nó và một vòng màu sẽ xuất hiện chung quanh vật được quan sát.
Ðường đi của ánh sáng trong kính thiên văn khúc xa [réfracteur]
Kính phản chiếu Newton
Nguyên tắc của loại kính dùng gương này được James Gregory gợi ý , nhưng Newton là người đầu tiên thực hành và xử dụng. Ông dùng một gương lồi để làm hội tụ tia sáng. Ông đã giải quyết được sự sai lệch màu sắc. Loại gương này hiện vẫn còn dùng vì mặc dù có nhiều kiểu thiết kế khác.
Nguyên tắc rất dễ: Ðầu tiên ánh sáng phản chiếu trở lên nhờ một tấm gương thứ nhất có dạng parabole, tiếp theo, ánh sáng đi lệch một phía nhờ phản chiếu qua một tấm gương phẳng nằm nghiêng một góc 45° . Cuối cùng ánh sáng qua những thấu kính để khuếch đại ảnh lên và đến thị kính. Kính thiên văn phản chiếu đầu tiên do Newton làm ra có miếng gương đường kính 2,5m , được trưng bày năm 1671
Kính thiên văn phản chiếu Newton
Tấm gương chính lúc đầu được làm bằng thau. Sau đó nhà hóa học Ðức Justus Liebig đã tìm cách phủ một lớp bạc mỏng trên thủy tinh. Ưu điểm của bạc là oxyd hóa chậm hơn thau nhiều nhưng nếu dùng gương làm toàn bằng bạc ròng thì tốn kém nên phương pháp mạ được xử dụng. Cuối cùng, năm 1918 người ta tìm ra nhôm, với độ phản xạ ánh sáng lên đến 82% so với 65% độ phản xạ của bạc nên nhôm được dùng để phủ lên gương thay cho bạc.
Trong thế kỷ 18, kính thiên văn càng ngày càng to dần . Kể từ năm 1774, nhiều dụng cụ rất tốt được William Herschel, người Ðức, sống tại Anh thiết lập. Với một trong những kính thiên văn của mình, ông đã khám phá ra Uranus[1781], và năm 1789 ông đã hoàn thành một kính thiên văn phản chiếu có đường kính 122 cm, là kính thiên văn lớn nhất cho đến năm 1845.
Cassegrain
Kính thiên văn Cassegrain
Trong kính thiên văn Cassegrain, ánh sáng đến gương chính [parabole lõm] sẽ được phản chiếu đến tâm một gương khác [gương lồi], nơi đây ánh sáng lại được trả về lại phía dưới để vào thị kính. Ở giai đoạn này , ánh sáng được phản chiếu trong ống xuyên qua một lỗ ở giưã cuả gương trung tâm [thấu kính chính] và hình ảnh sẽ được rọi to lên nhờ thị kính và những thấu kính.
Kính thiên văn Coudé
Tuy nhiên trong vài trường hợp nếu không đục lỗ thấu kính chính thì phải dùng thêm một gương thứ hai để hướng những tia sáng vô thành ống: Ðó là kính thiên văn Coudé. Cai hay của kính này là nó cho hình ảnh lớn hơn nhiều, ống thì ngắn và dễ xử dụng
Schmidt-Cassegrain
Loại kính lai giữa kính khúc xạ và kính phản chiếu , đó là kính thiên văn Schmidt-Cassegrain. Berhard Voldomar Schmidt đã thêm vô kính Cassegrain một thấu kính kiểu Schmidt nơi vật kính. Nó hoạt động như một kính phản chiếu, nhưng thấu kính này có tác dụng làm giảm độ sai lệch hình cầu [aberration sphérique] do gương gây ra.
Hành trình của tia sáng trong kính thiên văn kiểu Schmidt-Cassegrain
Những thực hiện gần đây
Những kính thiên văn gần đây không dùng để xem những vùng thấy được của phổ ánh sáng [điện từ]. Nhờ những tiến bộ quan trọng trong những thấp kỷ vừa qua trong ngành điện tử, quang học, và không gian; hiện nay ta có thể quan sát bầu trời trong những vùng ngoài quang phổ thấy được bằng mắt. Giờ đây người ta khảo cứu được tia hồng ngoại, tia vi va, sóng radio và tia X , tia g đến từ không gian. Nhiều kỹ thuật tân tiến những kính thiên văn còn bao gồm cả những vùng thấy được. Và kích thước cuả chúng ngày càng khổng lồ.
Radiotélescopes
Radiotéléscope dùng để bắt những tín hiệu từ không gian đến. Có nhiều kính kết thành mạng để làm tăng độ phân tích hình cao [để nhìn được những vật rất xa nên nhỏ so với mắt chúng ta].
Nhiều nhà thiên văn đã làm một mạng những kính thiên văn đặt khắp nơi trên thế giới để có được độ mạnh của một kính thiên văn có độ lớn tầm cỡ trái đất.
Mạng quan trọng nhất là VLA [Very Large Array] gồm 27 radiotéléscopes lưu động trải dài trên 36 km và dùng cho cơ quan SETI [Search for Extraterrestrial Intelligence, Ði tìm sự Thông minh ngoài trái đất ] để đi tìm những tín hiệu ngoài quả đất đưa đến.
Mạng VLA ở New Mexico
Ðó là những kính thiên văn mà ta thấy trong phim Contact do Jodie Foster đóng .
Sự khám phá ra Pulsar, những tinh tú này cho ra những tín hiệu rất đều đặn, là nhờ những radiotéléscope. Lúc đầu những nhà thiên văn tưởng là những tín hiệu đó phát ra từ một đời sống thông minh nào đó của vũ trụ, điều này làm cho Pulsar có biệt hiệu là "những người nhỏ màu xanh [Little Green Men]
Pulsar còn gọi là Sao neutrons, là một thiên thể rất nhỏ, đường kính cỡ 20 km và tỷ trọng rất lớn [1024 g/1cm3], quay xung quanh nó với vận tốc rất lớn và phát ra những làn sóng điều biến. Nó tựa như phần trung tâm cùa sao nổ dưới dạng nova
Pulsar [Sao Neutrons]
Radiotéléscope nổi tiếng nhất là Arecibo tại Puerto Rico. Nó được xây ngay trên đất, tại một miệng núi lửa. Ðường kính 310 mét và là kính radiotéléscope lớn nhất thế giới và nhạy nhất [trừ các kính nối thành mạng].
Tuy nhiên nó có vài nhược điểm là nó chỉ thấy được 1/3 bầu trời vì nó không thể quay hướng được. Chỉ mỗi đài thu là có thể chuyển động một ít để theo dõi một thời gian ngắn một điểm nhất định trong bầu trời
Nó được dùng trong phim Golden Eye, phim đầu tiên mà Pierce Brosnan đóng
Radiotéléscope Arecibo [Puerto Rico] Radiotéléscope Parkes [Úc]
Radiotéléscope Parkes bên Úc nhỏ hơn, chỉ 64 m đường kính nhưng tiện lợi hơn vì nó dễ sử dụng
Big Ear [Ohio]
Có một radiotéléscope đặc biệt như Big Ear ở Ohio, Hoa Kỳ, tương đương với một radiotéléscope đường kính 52,5 m, nhưng kính này đã bị hủy hoại năm 1998
Canada tham dự
Canada tham dự vào nhiều dự án quan trọng về kính thiên văn. Họ hợp tác trong viêc quản lý đài thiên văn giữa Canada-France-Hawaii được đặt trên đỉnh núi Mauna Kea, à Hawaï , cao 4200 m. Kính thiên văn này được khánh thành năm 1979 và có đường kính 3,58m.
Một dự án quan trọng khác là dự án Gemini. Gồm 2 kính thiên văn 8,1 m trên dãy Andes ở Chili và trên núi lửa Mauna Kea, à Hawaii. Mặt gương của hai kính thiên văn này được làm từ những tấm hình lục giác và được dùng để quan sát những nguồn tia hồng ngoại . Dự án này mới vừa bắt đầu năm 2000 và quan sát năm 2001. Ðài thiên văn Bắc Gemini
Kính thiên văn mạnh nhất Ðông Bắc Mỹ:
Ðài thiên văn trên núi Méganic do sự hợp tác của trường Ðại học Montréal và Ðại học Laval. Những sinh viên môn Thiên văn đến thực tập nơi này. Ðài thiên văn gồm một kính thiên văn có 1,6 m đường kính, đứng vào hạng thứ 3 của Canada
Tương lai của những kính thiên văn:
Kính thiên văn là một ngành đang phát triển bởi vì càng khám phá nhiều, ta càng thấy sự hiểu biết của ta giới hạn. Những kính thiên văn càng ngày càng to lớn hơn, càng cầu kỳ hơn và đã có những kính trong không gian. Có rất nhiều dự án về đài quan sát. Người ta đã bàn về kính thiên văn nối tiếp kính Hubble, đó là kính Kính Thiên Văn của Thế hệ Tiếp theo [Next Generation Space Telescope] sẽ được cho vào quỹ đạo đầu thập niên tới. Và một kính thiên văn khổng lồ đường kính 100 mét.