Bằng cách đưa tầm nhìn của chúng ta ra xa hơn cả trí tưởng tượng của tổ tiên,
Công cụ tuyệt vời này, kính thiên văn đã mở ra con đường
tìm hiểu sâu hơn và đúng hơn về tự nhiên. - René Descartes, 1637
Nhân loại đã quan sát vẻ đẹp quyến rũ của bầu trời đêm trong nhiều thiên niên kỷ
mà không hề nhận ra những ngôi sao trong Dải Ngân Hà của chúng ta chính là những Mặt Trời khác...
hay hàng tỷ thiên hà chị em trong Vũ Trụ bao la...
... hoặc chúng ta chỉ là dấu chấm câu trong câu chuyện dài
13,7 tỷ năm của Vũ Trụ.
Nếu chỉ quan sát bằng mắt thường, ta sẽ không có phương tiện nào
để phát hiện các Hệ hành tinh quay quanh những ngôi sao khác
hay xác định liệu sự sống có tồn tại ở đâu đó trong Vũ Trụ hay không.
Ngày nay, chúng ta đang trên con đường khám phá
nhiều bí ẩn của Vũ Trụ,
chúng ta đang sống trong thời đại đặc biệt của những khám phá thiên văn.
Tôi là Tiến sĩ J và tôi sẽ hướng dẫn các bạn đến kính thiên văn,
một công cụ tuyệt vời
đã mở cánh cửa đưa nhân loại ra Vũ Trụ.
EYES ON THE SKY Kỷ niệm 400 năm kính thiên văn ra đời.
1. Những góc nhìn mới của bầu trời
Bốn thế kỷ trước, năm 1609,
một người đàn ông bước ra ngoài cánh đồng ở gần nhà.
Ông hướng chiếc kính thiên văn tự tạo của mình lên Mặt Trăng, các hành tinh và những vì sao.
Ông chính là Galileo Galilei.
Thiên văn học đã hoàn toàn thay đổi.
Ngày nay, sau 400 năm kể từ lần đầu tiên Galileo dùng kính thiên văn để quan sát bầu trời,
các nhà thiên văn sử dụng những chiếc gương khổng lồ trên những đỉnh núi xa xôi để khảo sát bầu trời.
Kính thiên văn vô tuyến thu thập những tín hiệu yếu ớt và những tiếng thì thầm ở ngoài không gian.
Các nhà khoa học thậm chí còn phóng kính thiên văn vào quỹ đạo Trái Đất,
ra bên ngoài khỏi sự nhiễu loạn của bầu khí quyển.
Và tầm nhìn từ bên ngoài không gian thực sự rất ngoạn mục!
Tuy nhiên Galileo , trên thực tế, không phải là người phát minh ra kính thiên văn.
Phát minh này thuộc về Hans Lipperhey, một người khá vô danh,
ông là người Hà Lan gốc Đức, một thợ làm mắt kính.
Nhưng Hans Lipperhey không bao giờ sử dụng chiếc kính thiên văn này để quan sát các vì sao.
Thay vào đó, ông nghĩ rằng sử dụng phát minh này sẽ có ích trong lĩnh vực
hàng hải và quân sự.
Lipperhey đến từ Middelburg, thời đó là một thành phố thương mại lớn
ở nước Cộng hòa Hà Lan mới thành lập.
Năm 1608 Lipperhey nhận thấy khi quan sát một vật ở xa
thông qua một thấu kính hội tụ và một thấu kính phân kỳ, vật thể sẽ được phóng đại,
nếu hai thấu kính được đặt ở khoảng cách hợp lý.
Và từ đó Kính Thiên văn ra đời!
Vào tháng 9 năm 1608 Lipperhey giới thiệu phát minh mới của ông
với Hoàng tử Maurits của Hà Lan.
Đây là thời điểm thuận lợi giới thiệu phát minh này
vì vào thời điểm đó Hà Lan đang bước vào
cuộc chiến tranh 80 năm với Tây Ban Nha.
Chiếc kính viễn thám mới này có thể phóng đại các vật thể và do đó
nó có thể phát hiện các tàu chiến và đoàn quân của kẻ địch ở vị trí rất xa
mà mắt người khó có thể thấy.
Thực sự là một phát minh hữu ích!
Nhưng chính phủ Hà Lan đã chẳng bao giờ cấp cho Lipperhey bằng sáng chế cho chiếc kính của mình.
Lý do là nhiều người khác cũng cho rằng đây là phát minh của mình,
đặc biệt là đối thủ của Lipperhey, Sacharias Janssen.
Vụ tranh chấp này chẳng bao giờ được giải quyết.
Và cho đến tận ngày nay, nguồn gốc thực sự của kính thiên văn vẫn còn là điều bí ẩn.
Nhà thiên văn người Ý Galileo Galilei, cha đẻ của vật lý hiện đại,
đã nghe về kính thiên văn và quyết định tự tạo một chiếc kính cho riêng mình.
Galileo: Khoảng mười tháng trước, tôi nghe nói
một người Hà Lan nào đó đã chế tạo một chiếc kính phóng đại có thể quan sát được nhiều vật thể,
ở một khoảng cách rất xa đến mắt người quan sát,
và cứ như nó ở ngay gần đó.
Galileo là nhà khoa học vĩ đại nhất vào thời đó.
Ông cũng là người ủng hộ mạnh mẽ quan điểm về một thế giới quan mới
của nhà thiên văn học người Ba Lan Nicolaus Copernicus,
người cho rằng Trái Đất quay quanh Mặt Trời thay vì theo cách khác.
Dựa trên những gì ông đã nghe được về kính viễn vọng Hà Lan, Galileo
đã chế tạo chiếc kính của riêng mình.
Với chất lượng tốt hơn nhiều.
Galileo: Cuối cùng, với nhiều công sức và chi phí đã bỏ ra,
tôi đã thành công chế tạo cho riêng mình một công cụ tuyệt vời
những vật thể được quan sát qua nó lớn hơn hẳn
1000 lần so với khi nhìn bằng mắt thường.
Đã đến lúc hướng chiếc kính thiên văn này lên bầu trời.
Tôi đã đưa ra những quan điểm và bằng chứng rằng bề mặt
của Mặt Trăng không bằng phẳng, đồng nhất và có hình mặt cầu hoàn hảo
như điều mà những nhà triết học tin,
thay vào đó là những bề mặt gồ ghề, thô ráp và đầy những vết hố và các mô cao,
không giống như bề mặt của Trái Đất.
Một quang cảnh với các miệng hố, ngọn núi và các thung lũng.
Một thế giới như của chính chúng ta!
Vài tuần sau, vào tháng 1 năm 1610, Galileo quan sát Sao Mộc.
Ông đã nhìn thấy 4 chấm sáng nhỏ gần hành tinh này,
thay đổi vị trí qua từng đêm với Sao Mộc.
Trông giống như một điệu ba-lê của các vệ tinh quay quanh hành tinh này.
Bốn chấm sáng này sau đó được gọi là
bốn Mặt Trăng Galile của Sao Mộc.
Galileo còn khám phá ra điều gì nữa?
Đó là các pha của Sao Kim!
Cũng như Mặt Trăng, Sao Kim cũng khuyết
rồi lại tròn.
Hai vành tai kỳ lạ của Sao Thổ.
Những vết đen trên Mặt Trời.
Và, tất nhiên, các ngôi sao.
Với số lượng hàng ngàn, thậm chí hàng triệu.
Những ngôi sao qúa mờ để quan sát bằng mắt thường.
Giống như nhân loại vừa được tháo chiếc màn che mắt.
Có cả một Vũ Trụ để khám phá ở ngoài kia.
Tin tức về chiếc kính thiên văn lan rộng khắp châu Âu như vũ bão.
Ở Prague, tại cung điện của Hoàng đế Rudolph II, Johannes Kepler
đã cải tiến thiết kế của kính thiên văn.
Tại Antwerp, nhà vẽ bản đồ người Hà Lan, Michael van Langren, đã vẽ
những tấm bản đồ chi tiết đầu tiên về Mặt Trăng,
cho thấy những khu vực ông cho là các lục địa và đại dương.
Và Johannes Hevelius, một nhà sản xuất bia giàu có ở Ba Lan,
đã chế tạo chiếc kính thiên văn khổng lồ tại đài quan sát của ông ở Danzig.
Đài quan sát này lớn đến nỗi nó che phủ cả ba mái nhà!
Nhưng có lẽ kính thiên văn tốt nhất vào thời đó
là của Christiann Huygens ở Hà Lan.
Năm 1655, Huygens phát hiện ra Titan, mặt trăng lớn nhất của sao Thổ.
Vài năm sau, các quan sát của ông cho thấy hệ thống vành đai Sao Thổ -
thứ mà Galileo chưa bao giờ hiểu nổi.
Và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng: Huygens đã quan sát thấy những vết tối
và phần mỏm sáng ở vùng cực trên Sao Hỏa.
Có thể có sự sống ở những thế giới xa xôi này?
Câu hỏi làm bận tâm các nhà thiên văn cho đến ngày nay.
Kính thiên văn học đời đầu đều là những kính thiên văn khúc xạ,
dùng thấu kính để thu thập và hội tụ ánh sáng của các thiên thể.
Sau này các thấu kính được thay thế bằng gương.
Kính thiên văn phản xạ đầu tiên được Niccolò Zucchi chế tạo
và sau đó được hoàn thiện bởi Isaac Newton.
Vào cuối thế kỉ 18, những chiếc gương lớn nhất thế giới
được đúc bởi William Herschel, một nhạc công đàn organ sau này trờ thành nhà thiên văn học,
làm việc cùng với em gái của ông là Caroline.
Trong căn nhà của họ ở Bath, Anh. Herschels rót kim loại nóng chảy đỏ
vào một chiếc khuôn và khi nó nguội đi,
họ đánh bóng bề mặt đến khi nó có thể phản chiếu ánh sáng từ những ngôi sao.
Trong suốt cuộc đời, Herschel đã chế tạo hơn 400 chiếc kính thiên văn.
Cái lớn nhất to đến nỗi ông phải cần đến 4 người hỗ trợ
để vận hành các dây kéo, bánh xe và ròng rọc
để có thể bám theo chuyển động của các ngôi sao trên bầu trời đêm,
do chuyển động tự quay của Trái Đất.
Lúc đó Herschel như một người quan sát, ông quét toàn bộ bầu trời,
lên danh mục cho hàng trăm tinh vân và những ngôi sao đôi mới phát hiện.
Ông cũng phát hiện ra rằng Dải Ngân Hà của chúng ta phải là một đĩa phẳng.
Và ông thậm chí còn đo được chuyển động của Hệ Mặt Trời trong đĩa này
bằng cách quan sát sự liên quan trong chuyển của những ngôi sao và các hành tinh.
Và sau đó vào ngày 13 tháng 3 năm 1781, ông phát hiện ra một hành tinh mới - Sao Thiên Vương.
Hai trăm năm sau, tàu thăm dò Voyager 2 của NASA
đã cho ta cái nhìn cận cảnh về hành tinh xa xôi này.
Ở vùng ngoại ô xanh mát và trù phú ở trung tâm Ireland, William Parsons,
bá tước đời thứ III vùng Rosse, đã xây dựng chiếc kính thiên văn lớn nhất thế kỉ 19 .
Với một chiếc gương kim loại khổng lồ có đường kính 1,8 mét,
chiếc kính thiên văn lớn này được gọi là "Thuỷ quái vùng Parsonstown".
Vào những đêm không trăng, vị Bá tước ngồi cạnh thị kính,
bắt đầu chuyến hải trình vào biển Vũ Trụ bao la.
Đến tinh vân Orion - ngày nay được biết đến là một vườn ươm sao.
Sự huyền bí của Tinh vân Con cua bí ẩn, phần còn lại của vụ nổ supernova.
Và Tinh vân Xoáy nước?
Bá tước Rosse là người đầu tiên để ý đến hình dạng xoắn ốc hùng vĩ của nó.
Một thiên hà giống như Dải Ngân Hà của chúng ta,
với những đám mây hỗn tạp gồm bụi tối và khí phát sáng,
chứa hàng tỷ ngôi sao, và - biết đâu -
ở đó có những hành tinh tương tự như Trái Đất.
Kính thiên văn giống như một chiếc tàu để chúng ta khám phá Vũ Trụ.
2. Càng to càng tốt
Vào ban đêm, khi đôi mắt của bạn đã quen với bóng đêm.
Đồng tử mở rộng hơn để nhiều ánh sáng hơn có thể thu được trong đôi mắt.
Kết quả là, bạn có thể thấy các thiên thể mờ và những ngôi sao.
Giờ thì hãy hãy tưởng tượng bạn có đồng tử với đường kính lên đến 1m.
Trông khá kỳ dị nhưng thị lực của bạn sẽ trở nên phi thường!
Và đó là những gì mà kính thiên văn mang đến.
Kính thiên văn có hình dạng giống như một cái ống dạng phễu.
Thấu kính hay gương chính của nó thu thập ánh sáng từ ngôi sao và mang vào mắt ta.
Kính thiên văn có gương hoặc thấu kính càng lớn, bạn càng có thể nhìn thấy nhiều thiên thể mờ hơn.
Vì thế, kích cỡ quyết định mọi thứ.
Vậy chúng ta có thể làm một chiếc kính thiên văn lớn đến cỡ nào?
Nếu nó là một chiếc kính thiên văn khúc xạ, thì nó thực sự không to lắm .
Ánh sáng từ thiên thể phải đi qua thấu kính chính.
Và vì vậy bạn chỉ có thể đỡ nó nó xung quanh mép kính.
Nếu thấu kính quá lớn thì nó sẽ rất nặng, và bị biến dạng do khối lượng quá lớn.
Điều này dẫn tới hình ảnh thu được sẽ bị méo mó.
Kính thiên văn khúc xạ lớn nhất trong lịch sử được hoàn thành vào năm 1897,
tại Đài Thiên văn Yerkes, ngoại ô Chicago.
Thấu kính chính của nó có đường kính chỉ hơn một mét.
Nhưng ống của nó lại dài đến 18 mét.
Với việc hoàn thành kính thiên văn Yerkes,
các kính thiên văn khúc xạ đã đi đến đến giới hạn về kích thước của chúng.
Bạn muốn kính thiên văn lớn hơn?
Hãy suy nghĩ về những tấm gương.
Trong một chiếc kính thiên văn phản xạ,
ánh sáng được phản xạ từ một gương thay vì đi xuyên qua thấu kính.
Có nghĩa là bạn có thể làm cho gương mỏng hơn rất nhiều so với thấu kính
và ta có thể đỡ nó từ phía sau.
Kết quả là bạn có thể làm được nhiều tấm gương lớn hơn so với thấu kính.
Những chiếc gương lớn đến từ miền Nam California cách đây một thế kỷ.
Lúc đó, đỉnh núi Wilson là một vùng xa xôi hẻo lánh ở dãy núi San Gabriel.
Với bầu trời trong và tối vào ban đêm.
Tại đây, George Ellery Hale xây dựng chiếc kính thiên văn đầu tiên có đường kính 1.5m.
Nhỏ hơn chiếc kính "Thuỷ quái" của Bá tước vùng Rosse, nhưng chất lượng thì tốt hơn nhiều.
Và được đặt tại một nơi tốt hơn.
Hale đã thuyết phục John Hooker, một doanh nhân địa phương để tài trợ xây dựng chiếc kính thiên văn 2,5m.
Hàng tấn thuỷ tinh và thép đã được đưa lên đỉnh núi Wilson.
Kính thiên văn Hooker hoàn thành vào năm 1917.
Và giữ ngôi vị là kính thiên văn lớn nhất thế giới trong suốt 30 năm.
Một khẩu pháo lớn, sẵn sàng để tấn công vào Vũ Trụ.
Và nó đã tấn công.
Cùng với kích thước không thể tin được của chiếc kính thiên văn mới này
là sự thay đổi trong cách quan sát hình ảnh.
Các nhà thiên văn học không còn nhìn trực tiếp vào thị kính của gã khổng lồ mới này.
Thay vào đó là thu thập ánh sáng trên các tấm phim ảnh trong nhiều giờ.
Trước đây chưa bao giờ ta có thể nhìn xa vào Vũ Trụ như vậy.
Tinh vân xoắn ốc hóa ra là tập hợp của rất nhiều ngôi sao.
Liệu chúng có phải là những hệ sao như của chúng ta trong Dải Ngân Hà?
Trong Tinh vân Andromeda, Edwin Hubble đã khám phá ra một loại sao đặc biệt
với độ sáng thay đổi theo chu kỳ chính xác như một chiếc đồng hồ.
Từ những quan sát của ông, Hubble có thể đo được khoảng cách đến Andromeda:
gần một triệu năm ánh sáng.
Tinh vân xoắn ốc, như Andromeda, rõ ràng là một thiên hà khác.
Nhưng đó không phải là điều đáng kinh ngạc duy nhất.
Hầu hết các thiên hà này đang di chuyển ra xa khỏi Dải Ngân Hà.
Tại Đài thiên văn Mount Wilson, Hubble đã khám phá ra rằng các thiên hà ở gần, có vận tốc rời xa nhỏ,
trong khi các thiên hà ở xa thì đang chuyển động ra xa với vận tốc nhanh hơn.
Ta kết luận được gì?
Vũ trụ đang giãn nở.
Kính Hooker đã mang đến cho các nhà khoa học khám phá thiên văn vĩ đại nhất trong thế kỷ 20.
Nhờ có kính thiên văn, chúng ta không ngừng lần theo lịch sử của Vũ Trụ.
Cách đây chưa đầy 14 tỷ năm, Vũ trụ được sinh ra
từ một vụ nổ lớn của thời gian và không gian, của vật chất và năng lượng,
được gọi là Big Bang.
hạt lượng tử nhỏ bé liên kết nhau trong cái nôi nguyên thuỷ.
Từ đó, các thiên hà được ngưng tụ.
Với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau.
Phản ứng hạt nhân trong lõi các ngôi sao tạo ra các nguyên tử mới.
Carbon, oxy, sắt, vàng.
Những vụ nổ supernova bắn những nguyên tố nặng đó vào không gian.
Đây là nguyên liệu thô cho sự hình thành của những ngôi sao mới.
Và cả các hành tinh!
Một ngày nào đó, ở đâu đó, bằng cách nào đó, các phân tử hữu cơ đơn giản phát triển thành các sinh vật sống.
Sự sống là một điều kỳ diệu trong sự phát triển của Vũ Trụ.
Chúng ta hình thành từ bụi sao.
Đó là một tầm nhìn lớn và là một câu chuyện dài.
Được mang đến cho chúng ta qua những quan sát từ kính thiên văn.
Hãy tưởng tượng: không có kính thiên văn, chúng ta chỉ biết có sáu hành tinh,
một mặt trăng và vài nghìn ngôi sao.
Thiên văn học vẫn sẽ còn trong thời kỳ sơ khai.
Như những kho báu bị chôn vùi, các bí ẩn của Vũ Trụ
đã thu hút sự khám phá của con người từ thời xa xưa.
Vua chúa và quan lại, từ chính trị hay công nghiệp, cũng như những nhà khoa học,
đều sa vào sự quyến rũ khó cưỡng của những vùng biển chưa được khám phá trong không gian,
và từ những công cụ mà họ chế tạo, giới hạn đã nhanh chóng được mở rộng.
Cả đời George Ellery Hale có một ước nguyện:
xây dựng một chiếc kính thiên văn lớn gấp đôi so với kỷ lục trước đó.
Hãy gặp quý bà vĩ đại của thiên văn học thế kỷ 20.
Kính thiên văn Hale 5m ở đỉnh Núi Palomar.
Hơn năm trăm tấn trọng lượng để xoay chuyển, được cân bằng thật chuẩn xác
đến nỗi chuyển động duyên dáng như một vũ công ba-lê.
Với chiếc gương nặng 40 tấn có thể phát hiện một ngôi sao mờ hơn 40 triệu lần so với mắt người.
Hoàn thành vào năm 1948, kính thiên văn Hale mang đến cái nhìn chưa từng thấy về các hành tinh,
cụm sao, tinh vân và cả những thiên hà.
Sao Mộc khổng lồ, cùng với nhiều mặt trăng của nó.
Vẻ đẹp của tinh vân Ngọn lửa.
Những dải khí mờ trong tinh vân Orion.
Liệu kính thiên văn có thể còn to hơn nữa không?
Các nhà thiên văn học Liên Xô đã thử xây dựng vào cuối thập niên 1970.
Cao trên dãy núi Caucasus, xây dựng kính thiên văn Bolshoi Teleskop Azimutalnyi -
với một chiếc gương chính có đường kính 6m.
Nhưng nó không bao giờ hoạt động theo dự tính.
Đơn giản là do nó quá lớn, quá đắt tiền và quá khó khăn.
Vậy các nhà chế tạo kính thiên văn có phải từ bỏ giấc mơ của mình?
Liệu họ có chôn vùi giấc mơ xây dựng những chiếc kính thiên văn lớn hơn thế ?
Lịch sử của kính thiên văn đã chấm dứt hay chưa?
Tất nhiên là không.
Ngày nay chúng ta có kính thiên văn 10 m đang hoạt động.
Và thậm chí những cái lớn hơn đang nằm trên bản thiết kế.
Giải pháp gì đã được tìm ra?
Công nghệ mới.
3. Công nghệ đến giải cứu
Giống như những chiếc ô tô hiện đại, không như những chiếc T Ford xa xưa nữa.
kính thiên văn ngày nay khác biệt hơn nhiều,so với những kính thiên văn tiền nhiệm như
kính thiên văn Hale 5m.
Giá đỡ của chúng nhỏ hơn nhiều.
Giá đỡ kiểu cổ trước đây là giá đỡ xích đạo với một trong các trục
luôn được lắp song song với trục quay cuả Trái Đất.
Để theo dõi sự chuyển động của bầu trời, kính thiên văn chỉ đơn giản
xoay quanh trục này với cùng tốc độ quay của Trái Đất.
Dễ dàng, nhưng lại rất cồng kềnh.
Giá đỡ của kính thiên văn ngày nay theo phương vị độ cao và gọn hơn nhiều.
Với một giá đỡ như vậy, kính thiên văn hướng lên như một khẩu đại bác.
Ta chỉ cần chọn tọa độ, chọn độ cao là xong.
Nhưng vấn đề ở đây là ta phải theo dõi chuyển động của bầu trời.
Kính thiên văn gần như phải quay quanh cả hai trục, với tốc độ khác nhau.
Điều này chỉ có thể làm được khi kính thiên văn được điều khiển bằng máy tính.
Làm một giá đỡ nhỏ hơn thì rẻ hơn.
Hơn nữa, nó vừa với một mái vòm nhỏ hơn, tiết kiệm được chi phí
và chất lượng hình ảnh tốt hơn.
Ví dụ như bộ đôi Kính thiên văn Keck ở Hawaii.
Mặc dù gương của chúng có đường kính 10m,
lớn gấp đôi gương của kính thiên văn Hale,
nhưng mái vòm của Keck lại nhỏ hơn
so với mái của Đài Thiên văn núi Palomar.
Gương của kính thiên văn cũng phát triển.
Trước đây chúng rất dày và nặng.
Ngày nay chúng mỏng và nhẹ hơn nhiều.
Vỏ gương có thể rộng đến mấy mét, và được đúc trong những chiếc lò xoay khổng lồ.
Và chúng vẫn có độ dày nhỏ hơn 20 cm.
Một cấu trúc hỗ trợ phức tạp ngăn cho tấm gương mỏng
bị vỡ do sức nặng của chính nó.
Máy tính điều khiển các piston và bộ chuyển động giúp cho gương
có hình dạng hoàn hảo.
Hệ thống này được gọi là quang học chủ động
Với nguyên lý hoạt động là hạn chế và chỉnh sửa bất cứ biến dạng nào của gương chính
gây ra bởi trọng lực, gió hoặc những thay đổi do nhiệt độ.
Một tấm gương mỏng thì nhẹ hơn nhiều.
Có nghĩa là toàn bộ cấu trúc hỗ trợ cho gương, bao gồm cả giá đỡ,
có thể mảnh hơn và nhẹ hơn nhiều.
Và rẻ hơn nhiều!
Đây là Kính thiên văn Công nghệ Mới 3,6m,
được các nhà thiên văn châu Âu xây dựng vào cuối thập niên 1980.
Kính được sử dụng để thử nghiệm nhiều công nghệ mới
trong lĩnh vực xây dựng kính thiên văn.
và cả mái vòm của kính cũng khác hẳn so với những mái vòm kính thiên văn truyền thống.
Kính thiên văn Công nghệ Mới là một thành công vĩ đại.
Đã đến lúc phá vỡ giới hạn 6m.
Đài thiên văn Mauna Kea nằm trên đỉnh núi cao nhất ở Thái Bình Dương,
cách mực nước biển 4200m.
Bên những bờ biển Hawaii, các du khách tận hưởng ánh nắng Mặt Trời và lướt sóng.
Nhưng ở trên cao, các nhà thiên văn học đối mặt với nhiệt độ thấp
và chứng sợ độ cao trong công cuộc khám phá những bí ẩn của Vũ Trụ.
Bộ đôi Keck là một trong số những kính thiên văn lớn nhất thế giới.
Gương của chúng có đường kính 10m và rất mỏng.
Được lát như sàn nhà tắm, gương chính gồm 36 mảnh gương lục giác,
mỗi mảnh được điều khiển có độ chính xác đến từng nano-mét.
Đây thực sự là những gã khổng lồ, phụng sự cho việc khám phá bầu trời đêm.
Là thánh đường của khoa học.
Khi màn đêm đổ xuống Mauna Kea.
Kính thiên văn Keck bắt đầu thu thập những hạt photon từ những thiên thể ở xa trong Vũ Trụ.
Cặp gương được kết hợp với nhau để mở rộng tầm nhìn lớn hơn
tất cả các kính thiên văn thế hệ trước.
Đêm nay ta sẽ bắt được gì?
Sự va chạm của 2 thiên hà, cách ta hàng tỉ năm ánh sáng?
Một ngôi sao đang chết, gửi những hơi thở cuối cùng thành một tinh vân hành tinh.
Hoặc có thể là một ngoại hành tinh có thể ẩn giấu sự sống?
Trên ngọn núi Cerro Paranal ở Sa mạc Atacama, Chile-nơi khô hạn nhất trên Trái Đất
là cỗ máy thiên văn lớn nhất từng xây dựng:
Kính Thiên văn Rất Lớn của châu Âu.
Thực sự VLT có đến 4 kính thiên văn.
Mỗi kính sở hữu một chiếc gương có đường kính 8,2 m.
Antu.
Kueyen.
Melipal.
Yepun.
Theo tiếng của cư dân bản địa Mapuche có nghĩa là Mặt Trời, Mặt Trăng, Nam Thập Tự và Sao Kim.
Những tấm gương khổng lồ được đúc ở Đức, đánh bóng tại Pháp, vận chuyển đến Chile,
và di chuyển chậm rãi qua vùng sa mạc nóng bức.
Hoàng hôn buông xuống, mái vòm của kính mở ra.
Ánh sao đổ xuống những tấm gương của VLT.
Và nhiều phát hiện mới đã được khám phá.
Một tia laser xuyên qua bầu trời.
Tạo nên một ngôi sao nhân tạo trên bầu khí quyển,
cách mặt đất 90 km.
Những cảm biến mặt sóng đo sự biến dạng trong hình ảnh của ngôi sao
do sự nhiễu loạn của bầu khí quyển.
Sau đó, những máy tính xử lí nhanh ra lệnh cho một tấm gương linh hoạt
tự điều chỉnh để sửa chữa sự biến dạng.
Với nỗ lực làm cho những ngôi sao không còn nhấp nháy nữa.
Đây là kỹ thuật quang học thích ứng, và nó là một trò ảo thuật
trong thiên văn học hiện đại
Nếu không có kỹ thuật này, những hình ảnh về Vũ Trụ sẽ bị nhòe do bầu khí quyển.
Nhưng với quang học thích ứng, hình ảnh sẽ trở nên siêu sắc nét.
Còn một trò ảo thuật của giới phù thủy quang học nữa, được gọi là giao thoa.
Với nguyên lý là lấy ánh sáng từ hai kính thiên văn riêng lẻ
kết hợp chúng lại thành một điểm duy nhất,
trong khi vẫn duy trì sự dịch chuyển tương đối giữa luồng sóng ánh sáng.
Nếu việc này được thực hiện đủ chính xác,
hai kính thiên văn hoạt động như bộ phận của một tấm gương khổng lồ,
bằng khoảng cách giữa hai kính.
Giao thoa cho kính thiên văn tầm nhìn rộng như chim đại bàng
Cho phép các kính thiên văn nhỏ hơn quan sát những chi tiết
chỉ có thể quan sát bằng kính thiên văn lớn hơn nhiều.
Bộ đôi Kính thiên văn Keck ở Mauna Kea kết hợp với nhau
như một giao thoa kế.
Còn trong trường hợp của VLT, cả 4 kính có thể cùng hoạt động.
Ngoài ra, còn có sự tham gia của những kính thiên văn phụ
để tạo ra hình ảnh sắc nét hơn nữa.
Trên thế giới còn có nhiều kính thiên văn lớn khác.
Subaru và Gemini North trên núi Mauna Kea.
Gemini South và bộ đôi Kính thiên văn Magellan ở Chile.
Kính Thiên văn Ống nhòm Lớn ở Arizona.
Chúng được xây dựng tại những địa điểm tốt nhất.
Cao và khô ráo, trong và tối.
Những đôi mắt của chúng rộng như những hồ bơi.
Đều được trang bị hệ thống quang học thích ứng để hạn chế
hiệu ứng mờ ảnh gây ra bởi bầu khí quyển.
Và đôi khi chúng có tầm nhìn rất ngoạn mục
nhờ có khả năng giao thoa.
Đây là những gì mà kính thiên văn cho ta thấy.
Các hành tinh.
Tinh vân.
Kích thước thật- và những hình dạng bị nén- của một vài ngôi sao.
Một hành tinh quay quanh một sao lùn nâu.
Và những ngôi sao khổng lồ quay quanh vùng trung tâm của Dải Ngân Hà,
bị ảnh hưởng bởi lực hấp dẫn của một lỗ đen siêu khối lượng.
Chúng ta đã tiến khá xa kể từ thời của Galileo.
4. Từ bạc cho đến silicon.
400 năm về trước,
khi Galileo Galilei muốn cho mọi ngưới thấy những gì ông đã quan sát được qua kính thiên văn,
ông phải thể hiện qua những bản vẽ tay.
Những bề mặt gồ ghề của Mặt Trăng.
Vũ điệu của những vệ tinh Sao Mộc.
Vết đen Mặt Trời
Cả những ngôi sao trong chòm sao Orion.
Ông mang những bức vẽ của mình và xuất bản trong một quyển sách nhỏ,
có tên là "Sứ giả ánh sao".
Đó là cách duy nhất để ông có thể chia sẻ những khám phá với người khác.
Trong hơn hai thế kỉ, các nhà thiên văn còn là những họa sĩ,
Nhìn xuyên qua thị kính, thực hiện bản vẽ chi tiết
về những gì thấy được.
Quang cảnh hoang vu của Mặt Trăng.
Một cơn bão trong bầu khí quyển sao Mộc.
Một bức màn khí mỏng của một tinh vân ở xa.
Và đôi khi họ lại thể hiện quá mức về những gì mình thấy.
Những nét tối đặc trưng của bề mặt Sao Hỏa từng được cho rằng đó là những kênh đào
với giả thuyết về một nền văn minh sống trên bề mặt của Hành tinh Đỏ.
Ngày nay chúng ta biết những kênh đào ấy chỉ là ảo ảnh thị giác.
Điều mà những nhà thiên văn thực sự cần là một cách khách quan để đo đạc ánh sáng
thu thập được từ kính thiên văn mà không cần những thông tin trước tiên phải chuyển đến não rồi được vẽ ra.
Và nhiếp ảnh đã giải quyết cho họ.
Bức ảnh đầu tiên của Mặt Trăng chụp bằng phương pháp daguerreotype.
Được Henry Draper thực hiện vào năm 1840.
Nhiếp ảnh chỉ mới tồn tại chưa đến 15 năm,
nhưng các nhà thiên văn đã nắm được những tiềm năng cách mạng của nhiếp ảnh.
Vậy nhiếp ảnh hoạt động thế nào?
Lớp phủ nhạy cảm của một đĩa nhiếp ảnh có chứa
những hạt bạc halogen nhỏ.
Đưa chúng ra ánh sáng, và chúng sẽ chuyển sang màu tối.
Kết quả là ta có bức hình âm bản của bầu trời,
với những ngôi sao tối trên một nền sáng.
Nhưng lợi ích thực sự của tấm phim này
là ta có thể phơi sáng hàng giờ liền.
Khi bạn nhìn vào bầu trời đêm bằng mắt thường, khi mắt đã quen với bóng tối,
có điều nhìn càng lâu thì không có nghĩa bạn sẽ thấy những ngôi sao rõ hơn.
Nhưng với những tấm phim này thì lại có thể.
Bạn có thể thu thập nhiều ánh sáng trong hàng giờ liền
Vì vậy, nếu phơi sáng càng lâu thì sẽ càng thấy nhiều ngôi sao hơn.
Nhiều hơn.
Và cả những thứ khác nữa.
Trong thập niên 1950, Kính thiên văn Schmidt tại Đài Thiên văn núi Palomar
được sử dụng để chụp cả bầu trời phương Bắc.
Gần 2000 tấm phim ảnh, mỗi tấm phơi sáng gần một giờ.
Một kho tàng của sự khám phá.
Nhiếp ảnh đã thay đổi thiên văn học quan sát thành một ngành khoa học thực sự.
Có mục tiêu, đo đạc được, và chụp lại được.
Nhưng bạc thì chậm.
Nên bạn phải kiên nhẫn.
Cuộc cách mạng số đã thay đổi tất cả.
Sillicon thay thế bạc.
Pixel thay cho những hạt nhỏ.
Ngay cả đối với máy ảnh dân dụng, ta cũng chẳng còn dùng phim ảnh.
Thay vào đó, hình ảnh được ghi lại trên một con chíp nhạy quang;
một linh kiện tích điện kép, hay gọi tắt là CCD.
Các CCD chuyên nghiệp vô cùng hiệu quả.
Và để cho chúng nhạy hơn nữa, chúng được làm lạnh
dưới nhiệt độ đóng băng, bằng cách sử dụng ni-tơ lỏng.
Gần như mọi photon đều bị giữ lại,
nên thời gian phơi sáng ngắn hơn nhiều.
Những gì mà chương trình Sky Survey của Đài Thiên văn Palomar quan sát trong một giờ,
một CCD giờ đây có thể thực hiện trong một vài phút.
Sử dụng một kính thiên văn nhỏ hơn.
Cuộc cách mạng sillicon vẫn còn dài.
Các nhà thiên văn đã xây dựng những máy ảnh CCD lớn
với hàng trăm triệu pixel.
Và sẽ còn nhiều hơn nữa.
Lợi ích lớn nhất của kĩ thuật số, tất nhiên là, kĩ thuật số.
Chúng được thiết kế để sẵn sàng xử lý với máy tính.
Các nhà thiên văn học sử dụng những phần mềm chuyên biệt để xử lý
những quan sát của bầu trời.
Kéo dài ảnh, hay tăng độ tương phản cho thấy những đặc điểm mờ nhất
của tinh vân hay thiên hà.
Mã hóa màu tăng cường và thể hiện những cấu trúc mà
không có những phương pháp trên sẽ rất khó thấy.
Hơn nữa, bằng cách kết hợp nhiều ảnh của một thiên thể
được chụp với nhiều bộ lọc màu khác nhau,
ta có thể tạo ra những bức ảnh ngoạn mục gần như xóa đi ranh giới
của khoa học và nghệ thuật.
Bạn cũng có thể hưởng lợi từ thiên văn học kĩ thuật số nữa đấy.
Chưa bao giờ tìm tòi và chiêm ngưỡng những bức ảnh đẹp của Vũ Trụ lại dễ đến thế.
Ta có thể xem bức ảnh của Vũ Trụ chỉ bằng một cái click chuột!
Kính thiên văn robot được trang bị những cảm biến điện tử nhạy bén
đang trông nom bầu trời.
Kính thiên văn Sloan tại New Mexico đã chụp
và lên danh mục hơn trăm triệu thiên thể,
đo khoảng cách đến một triệu thiên hà, và khám phá cả trăm ngàn quasar mới.
Nhưng một khảo sát lại không đủ.
Vũ Trụ là một nơi luôn thay đổi.
Những sao chổi lạnh lẽo đến rồi đi, để lại những mảnh vỡ tại đuôi của chúng.
Những tiểu hành tinh bay nhanh.
Những ngoại hành tinh quay quanh ngôi sao chủ (hay sao mẹ),
tạm thời chặn một phần ánh sáng của ngôi sao.
Những vụ nổ supernova, trong khi ở nơi khác những ngôi sao mới đang ra đời.
Tia sáng lóe lên của sao xung, chớp gamma bùng nổ, lỗ đen bồi tụ vật chất.
Để thưởng thức vở kịch của Tự nhiên,
các nhà thiên văn học hằng năm đều tiến hành khảo sát bầu trời.
Hay mỗi tháng.
Hay một tuần hai lần.
Ít ra đó là mục tiêu tham vọng của Kính Thiên văn Khảo sát Synoptic Lớn (Large Synoptic Survey Telescope).
Nếu được hoàn thành vào năm 2015, máy ảnh 3 gigapixel của kính
mở ra một ô cửa webcam của Vũ Trụ.
Hơn cả giấc mơ của những nhà thiên văn học,
chiếc kính thiên văn phản xạ này cứ mỗi ba đêm sẽ chụp lại cả toàn bộ bầu trời.
5. Thấy những thứ vô hình.
Khi bạn nghe một bản nhạc yêu thích,
đôi tai nhận được một dải tần số rộng,
từ những tiếng trầm nhất của đàn bass cho tới những dao động cao nhất.
Giờ hãy tưởng tượng đôi tai của bạn chỉ nhạy cảm
với một dải tần số rất hạn chế.
Bạn sẽ bỏ lỡ hầu hết những thứ thú vị!
Về cơ bản đó là những trường hợp mà các nhà thiên văn học gặp phải.
Mắt chúng ta chỉ nhạy cảm
với một đải tần số ánh sáng rất hẹp:
Ánh sáng nhìn thấy được.
Nhưng chúng ta hoàn toàn không nhìn thấy được những dạng khác của bức xạ điện từ.
Tuy nhiên,
có nhiều thiên thể trong Vũ Trụ phát ra bức xạ ở những dạng khác trong phổ điện từ.
Ví dụ, vào thập niên 1930 người ta vô tình phát hiện ra rằng
có những luồng sóng vô tuyến đến từ những vùng sâu của không gian.
Một trong số những luồng sóng này có cùng tần số với đài radio ưa thích của bạn,
nhưng chúng yếu hơn
và tất nhiên là không có gì để nghe cả.
Để "bắt" được đài radio của Vũ Trụ,
bạn cần một dạng máy thu:
một kính thiên văn vô tuyến.
Chỉ thu những bước sóng dài nhất, một kính thiên văn vô tuyến chỉ là một cái đĩa.
Giống như gương chính của kính thiên văn quang học.
Nhưng vì sóng vô tuyến có bước sóng dài hơn ánh sáng nhìn thấy được rất nhiều,
bề mặt của chiếc đĩa không cần phải nhẵn
như bề mặt của một tấm gương.
Và đó là lí do tại sao xây dựng một chiếc kính thiên văn vô tuyến cỡ lớn
ại dễ dàng hơn so với việc xây dứng một chiếc kính thiên văn quang học lớn.
Với lại, sóng vô tuyến thực hiện giao thoa lại dễ hơn nhiều.
Ta có thể tăng độ chi tiết có thể thấy được
bằng cách kết hợp ánh sáng từ hai kính thiên văn riêng biệt,
trông như chúng là một chiếc đĩa đơn, khổng lồ.
Ví dụ là Hệ thống Kính Thiên văn Vô tuyến Rất Lớn (Very Large Array) tại New Mexico,
gồm 27 ăng-ten độc lập, mỗi cái có đường kính 25m.
Mỗi ăng-ten có thể được di chuyển riêng lẻ,
và khi kết hợp lại,
ta có một hệ thống kính thiên văn vô tuyến ảo có đường kính 36km.
Vậy Vũ Trụ trông như thế nào trong bước sóng vô tuyến?
Để bắt đầu, Mặt Trời của chúng ta tỏa sáng rất mạnh trong bước sóng radio.
Ở trung tâm Dải Ngân Hà cũng vậy.
Nhưng còn nữa.
Sao xung là những ngôi sao chết đậm đặc
chỉ phát ra sóng radio với những chùm tia rất hẹp.
Hơn nữa, chúng xoay với tốc độ lên đến vài trăm vòng mỗi giây.
Do đó, một sao xung trông như một ngọn hải đăng radio quay.
Và những gì ta có thể thấy từ chúng là một chuỗi rất nhanh và đều
của các xung radio rất ngắn.
Như tên gọi của chúng.
Nguồn sóng vô tuyến với tên gọi Cassiopeia A
thực tế là tàn dư của một vụ nổ supernova xảy ra vào thế kỉ 17.
Centaurus A, Cygnus A và Virgo A đều là những thiên hà khổng lồ
phát ra một lượng lớn sóng vô tuyến.
Mỗi thiên hà được cung cấp năng lượng bởi một lỗ đen siêu khối lượng ở trung tâm.
Một số thiên hà vô tuyến này và những quasar mạnh đến mức
tín hiệu của chúng vẫn có thể được phát hiện từ một nơi cách chúng ta 10 tỉ năm ánh sáng.
Và sau đó là những tiếng rì rào từ bước sóng vô tuyến nhỏ, tương đối ngắn tràn ngập trong Vũ Trụ.
Được biết đến là bức xạ phông vi sóng Vũ Trụ, là dư âm từ sự kiện Big Bang.
Bức xạ muộn từ những khởi đầu nóng rực của Vũ Trụ.
Mỗi phần của quang phổ có ý nghĩa của riêng mình.
Ở bước sóng mi-li-met và dưới mi-li-met,
các nhà thiên văn học nghiên cứu sự hình thành của những thiên hà trong thời kì đầu của Vũ Trụ,
và nguồn gốc của những ngôi sao và hành tinh trong thiên hà của chúng ta.
Nhưng phần lớn bức xạ này bị chặn lại bởi hơi nước trong khí quyển
Để quan sát, bạn cần đến một nơi cao và khô.
Đến một nơi như Llano de Chajnantor (Chile).
Cách mực nước biển 5km,
vùng cao nguyên không tưởng này nằm ở phía bắc Chile là công trường xây dựng dự án ALMA:
Hệ thống Đo đạc Lớn phổ Mi-li-met Atacama (Atacama Large Millimeter Array).
Khi được hoàn thành vào năm 2014, ALMA là dự án thiên văn học lớn nhất từng được xây dựng.
64 ăng-ten, mỗi cái nặng 100 tấn, hoạt động cùng nhau.
Những cỗ xe tải khổng lồ trải chúng trên một khu vực rộng lớn như thủ đô London
nhằm tăng chất lượng hình ảnh,
hoặc mang chúng đến gần để có tầm nhìn rộng hơn.
Mỗi dịch chuyển được thực hiện với độ chính xác đến từng mi-li-met.
Nhiều thiên thể trong Vũ Trụ cũng tỏa sáng trong ánh sáng hồng ngoại.
Được phát hiện bởi William Herschel, bức xạ hồng ngoại thường được gọi là
"bức xạ nhiệt"
bởi vì chúng được phát ra từ những vật tương đối ấm,
kể cả con người.
Có thể bạn quen với bức xạ hồng ngoại hơn bạn nghĩ.
Vì trên Trái Đất, loại bức xạ này hay được dùng cho
kính quan sát ban đêm và cả trong máy ảnh.
Nhưng để dò được ánh sáng hồng ngoại yếu từ những thiên thể ở xa,
Các nhà thiên văn cần những bộ máy dò rất nhạy được làm lạnh ở một vài độ trên độ không tuyệt đối.
để khử bức xạ nhiệt của chính chúng.
Ngày nay, phần lớn kính thiên văn quang học lớn đều được trang bị máy ảnh hồng ngoại.
Cho phép bạn nhìn xuyên qua những đám mây bụi vũ trụ,
thấy những ngôi sao mới hình thành bên trong,
mà ta không thể thấy bằng kính thiên văn quang học.
Ví dụ, hình ảnh quang học của vườn ươm sao nổi tiếng, Tinh vân Orion
Nhưng hãy nhìn xem chúng khác nhau như thể nào khi chụp bằng máy ảnh hồng ngoại!
Quan sát bằng ánh sáng hồng ngoại rất có ích
khi nghiên cứu những thiên hà xa xôi nhất trong Vũ Trụ.
Những ngôi sao mới chào đời trong một thiên hà trẻ cũng tỏa sáng trong ánh sáng cực tím.
Khi đó ánh sáng cực tím di chuyển hàng tỉ năm ánh sáng khắp Vũ Trụ đang giãn nở.
Sự giãn nở kéo dài sóng ánh sáng vì vậy khi chúng ta nhận được chúng
chúng được dịch chuyển thành hồng ngoại-gần.
Thiết bị đặc sắc này là Kính thiên văn MAGIC tại đảo La Palma.
MAGIC tìm kiếm những tia gamma của vũ trụ trên bầu trời,
dạng bức xạ chức nhiều năng lượng nhất trong tự nhiên.
May thay, các tia gamma chết người được chặn lại bởi bầu khí quyển Trái Đất.
Nhưng chúng vẫn để lại dấu vết để các nhà thiên văn nghiên cứu.
Sau khi va vào bầu khí quyển, chúng tạo ra dòng các hạt năng lượng.
Các hạt này, dần, tạo nên ánh sáng yếu mà MAGIC có thể thấy.
Và đây là Đài thiên văn Pierre Auger ở Argentina.
Trông chẳng giống một chiếc kính thiên văn tí nào.
Pierre Auger gồm 1600 máy dò,
trải dài trên một khu vực có diện tích 3000 km vuông.
Chúng bắt những hạt rơi từ những tia Vũ Trụ từ những vụ nổ supernova và lỗ đen.
Và cả những máy dò neutrino,
được xây dựng ở các hầm mỏ sâu dưới đại dương,
hoặc trong lớp băng ở Nam Cực.
Chúng có được gọi là kính thiên văn không?
Sao lại không chứ?
Rốt cuộc, chúng quan sát Vũ Trụ,
ngay cả khi chúng không nắm dữ liệu từ phổ điện từ.
Neutrino là các hạt rất khó bắt gặp tạo ra từ Mặt Trời và các vụ nổ supernova.
Chúng cũng được tạo ra từ sự kiện Big Bang.
Không như các hạt cơ bản khác,
neutrino có thể xuyên qua vật chất thông thường,
đi với tốc độ gần tốc độ ánh sáng và không mang điện.
Mặc dù rất khó để nghiên cứu các hạt này, nhưng chúng tồn tại với số lượng lớn.
Mỗi giây có hơn 50 nghìn tỉ electron neutrino từ Mặt Trời đi xuyên qua bạn.
Cuối cùng, các nhà thiên văn và những nhà vật lí đã cùng tham gia xây dựng những máy dò sóng hấp dẫn.
Những "kính thiên văn" này không quan sát bức xạ hay bắt lấy các hạt.
Thay vào đó, chúng đo các gợn sóng rất nhỏ trong cấu trúc không-thời gian
một khái niệm được dự đoán bởi thuyết tương đối của Albert Einstein.
Với nhiều thiết bị tuyệt hảo, các nhà thiên văn học đã có thể nghiên cứu ở khắp bức xạ điện từ,
và thậm chí còn tiến xa hơn nữa.
Nhưng một số quan sát lại không thể thực hiện ở mặt đất.
Câu trả lời?
Kính thiên văn không gian.
6. Bên ngoài Trái Đất
Kính thiên văn Không gian Hubble.
Cho đến tận bây giờ đây là kính thiên văn nổi tiếng nhất trong lịch sử.
Sở dĩ như vậy là có lí do.
Hubble đã cách mạng hóa rất nhiều lĩnh vực trong thiên văn học.
Với những tiêu chuẩn hiện đại, thực tế gương của Hubble khá là nhỏ.
Với đường kính chỉ khoảng 2.4m.
Nhưng vị trí của Hubble, theo đúng nghĩa đen, là bên ngoài thế giới này.
Vượt khỏi những tác động làm mờ ảnh của bầu khí quyển Trái Đất,
Hubble có một tầm nhìn nhạy bén đặc biệt về Vũ Trụ.
Và hơn nữa, Hubble có thể thấy ánh sáng tử ngoại và hồng ngoại gần.
Ánh sáng không thể nhìn thấy được bởi các kính thiên văn dưới mặt đất
vì chúng bị chặn lại bởi bầu khí quyển.
Các máy ảnh và phổ kế của kính, có những cái to bằng bốt điện thoại công cộng,
phân tích và ghi lại ánh sáng từ những vùng xa xôi của Vũ Trụ.
Tương tự như các kính thiên văn dưới mặt đất, qua thời gian Hubble cũng phải được nâng cấp.
Các phi hành gia đi bộ trong không gian thực hiện sứ mệnh bảo dưỡng cho kính.
Những bộ phận hỏng hóc được cải tạo.
Và các thiết bị cũ hơn được thay thế với công nghệ mới và tối tân hơn.
Hubble đã trở thành nguồn lực của mảng thiên văn học quan sát.
Và thay đổi những hiểu biết của chúng ta về Vũ Trụ.
Với tầm nhìn sắc bén, Hubble đã quan sát những thay đổi theo mùa ở Sao Hỏa.
một vụ va chạm của một sao chổi ở Sao Mộc...
ảnh nằm ngang của chiếc vòng vành đai Sao Thổ
và cả bề mặt của Sao Diêm Vương bé xíu.
Cho ta thấy vòng đời của những ngôi sao,
ngay từ lúc sinh ra và những ngày đầu đời trong những vườn ươm đầy khí và bụi.
cho đến những lời chào từ biệt cuối cùng của chúng:
như những tinh vân mềm mại, dần được thổi vào không gian bởi những ngôi sao chết,
hoặc những vụ nổ supernova chấn động, gần như chiếu sáng chói thiên hà, nhà của chúng.
Lặn sâu vào Tinh vân Orion, Hubble còn thấy nơi ra đời của các Hệ Mặt Trời mới:
những chiếc đĩa bụi quanh những ngôi sao mới sinh mà sau này chúng sẽ cô đặc lại thành các hành tinh.
Kính thiên văn không gian còn nghiên cứu hàng nghìn ngôi sao riêng lẻ trong những cụm sao cầu khổng lồ,
đó là những gia đình sao lâu đời nhất trong Vũ Trụ.
Và các thiên hà, đương nhiên.
Các nhà thiên văn học chưa bao giờ nhìn thấy chi tiết đến như thế.
Các nhánh xoắn ốc tráng lệ, những làn bụi say mê, và cả những vụ va chạm mãnh liệt.
Tiến hành phơi sáng cực lâu tại những khu vực tối tăm của bầu trời
để thấy hàng nghìn thiên hà mờ nhạt cách chúng ta hàng tỷ năm ánh sáng.
Các hạt photon được phát ra vào thời điểm Vũ Trụ vẫn còn trẻ.
Một cửa sổ mở vào quá khứ xa xôi,
lan tỏa ánh sáng mới vào một Vũ Trụ không ngừng tiến hóa.
Hubble không phải là kính thiên văn duy nhất trong không gian.
Đây chính là Kính thiên văn Không gian Spitzer của NASA, được phóng vào tháng 8 năm 2003.
Trong một chừng mực nào đó, Spitzer tương đượng như Hubble về mặt hồng ngoại.
Gương của Spitzer chỉ có đường kính khoảng 85cm.
Ngoài ra, kính được ẩn mình trong một tấm chắn nhiệt bảo vệ kính trước Mặt Trời.
Và các bộ cảm biến được đặt trong một phích cách nhiệt chứa heli lỏng
Các bộ cảm biến tại đây được làm lạnh chỉ còn vài độ trên độ không tuyệt đối,
làm chúng trở nên rất nhạy bén.
Spitzer cho ta thấy một Vũ Trụ đầy bụi bặm.
Những đám mây bụi tối, mờ đục tỏa sáng trong ánh sáng hồng ngoại
khi được làm nóng.
Sóng xung kích từ các vụ va chạm thiên hà thổi bay bụi trong những chiếc vòng của thiên hà
và các nét thủy triều,
những khu vực mới dành cho quá trình hình thành sao ở khắp thiên hà.
Bụi cũng được tạo ra từ cái chết của một ngôi sao.
Spitzer phát hiện các tinh vân hành tinh và tàn tích supernova chứa đầy các hạt bụi,
là khối vật liệu cần thiết cho việc tạo nên những hành tinh tương lai.
Ở các bước sóng hồng ngoại khác,
Spitzer còn có thể nhìn xuyên qua một đám mây bụi,
hé lộ những ngôi sao bên trong, ẩn mình trong các lõi bụi.
Cuối cùng, các phổ kế của kính thiên văn nghiên cứu bầu khí quyển của các ngoại hành tinh
những hành tinh khí khổng lồ như Sao Mộc,
quay quanh ngôi sao chủ chỉ trong vài ngày.
Vậy còn tia X và tia gamma thì sao?
Chúng hoàn toàn bị chặn lại bởi bầu khí quyển Trái Đất.
Vì vậy nếu như không có các kính thiên văn không gian,
các nhà thiên văn học sẽ không thấy được gì từ những dạng năng lượng bức xạ mạnh mẽ này.
Kính thiên văn không gian tia X và tia gamma hé lộ một Vũ Trụ nóng bỏng, đầy năng lượng và mãnh liệt
của các cụm thiên hà, lỗ đen,
các vụ nổ supernova và những vụ va chạm thiên hà.
Tuy vậy, các kính thiên văn này rất khó chế tạo.
Bức xạ năng lượng đi qua một gương thông thường.
Tia X chỉ có thể được tập trung
bằng các vỏ gương được làm từ vàng nguyên chất lồng vào nhau.
Và tia gamma được nghiên cứu bằng các camera lỗ kim phức tạp,
hoặc các chất phát sáng được lấp đầy nhằm ghi lại những chớp ngắn của ánh sáng thông thường
khi bị các hạt photon của tia gamma đập vào.
Vào thập niên 1990, NASA triển khai Đài quan sát Tia Gamma Compton
Vào thời điểm đó, nó là vệ tinh khoa học lớn nhất
và nặng nhất từng được phóng vào không gian.
Một phòng thí nghiệm không gian được trang bị đầy đủ.
Vào năm 2008, Compton được GLAST kế nghiệp:
Kính thiên văn Không gian Tia Gamma Khu vực Rộng (Gamma Ray Large Area Space Telescope)
GLAST sẽ nghiên cứu mọi thứ trong Vũ Trụ năng lượng cao
từ vật chất tối cho đến các sao xung.
Trong khi đó, các nhà thiên văn lại có đến 2 kính thiên văn tia X trong không gian.
Đài quan sát tia X Chandra của NASA
và Đài quan sát XMM-Newton của ESA
đều đang nghiên cứu những nơi nóng nhất trong Vũ Trụ.
Đây là hình ảnh bầu trời dưới con mắt tia X.
Những hình dạng lan tỏa trong ảnh chính là những đám mây khí,
được làm nóng đến hàng nghìn độ bởi sóng xung kích từ các tàn tích supernova.
Các điểm sáng trong ảnh chính là những nguồn tia X nhị phân:
đó là những ngôi sao neutron và lỗ đen hút vật chất từ một sao đồng hành.
Những dòng khí nóng, bị hút này phát ra tia X.
Tương tự, các kính thiên văn tia X cho thấy
lỗ đen siêu khối lượng trong nhân của các thiên hà xa xôi.
Dòng vật chất xoắn lại hướng vào trong nóng lên đủ phát sáng trong tia X.
Trước khi chúng lao vào lỗ đen và biến mất.
Khí nóng nhưng loãng cũng lấp đầy không gian giữa từng thiên hà trong một cụm.
Đôi khi, khí ở trung tâm bị kích động mạnh và nóng hơn nữa
khi các cụm thiên hà va chạm và sát nhập.
Thú vị hơn nữa là các chớp gamma,
sự kiện mang năng lượng mạnh nhất trong Vũ Trụ.
Đây là những vụ nổ hủy diệt cuối cùng của của những ngôi sao có khối lượng rất nặng
và quay rất nhanh.
Chưa đầy một giây, chúng giải phóng năng lượng
hơn tổng năng lượng của Mặt Trời trong 10 tỷ năm.
Hubble, Spitzer, Chandra, XMM-Newton và GLAST
đều là những gã khổng lồ đa năng.
Nhưng một số kính thiên văn nhỏ hơn nhiều và mang nhiều nhiệm vụ tập trung hơn.
Ví dụ như COROT
Vệ tinh của Pháp này dành cho việc nghiên cứu địa chấn sao và ngoại hành tinh.
Hay Vệ tinh Swift của NASA,
một đài quan sát kết hợp tia X và tia gamma
được thiết kế để giải mã những bí ẩn của chớp gamma.
Và WMAP, Tàu thăm dò Bất đẳng hướng Vi sóng Wilkinson.
Chỉ trong hơn hai năm trong không gian, nó đã lên bản đồ
nền bức xạ vi sóng Vũ Trụ với độ chi tiết kinh ngạc.
Cho đến nay WMAP mang đến cho các nhà vũ trụ học tầm nhìn tốt nhất về thời kì Vũ Trụ sơ khai,
cách đây 13 tỉ năm.
Mở rộng đến ranh giới tận cùng của không gian
là một trong những phát triển lí thủ nhất trong lịch sử kính thiên văn..
Vậy tiếp theo sẽ là gì?
7.Tiếp theo sẽ là gì?
Ở Arizona, chiếc gương đầu tiên
của Kính thiên văn Magellan Lớn (Giant Magellan Telescope) đã được đúc.
Công cụ khổng lồ này sẽ được xây dựng tại Đài thiên văn Las Campanas ở Chile.
Bảy chiếc gương của nó, mỗi chiếc có đường kính 8m,
được sắp xếp có hình dáng như những cánh hoa.
Và cùng nhau chúng sẽ thu thập lượng ánh sáng gấp bốn lần
so với bất cứ kính thiên văn nào hiện nay.
Kính thiên văn Ba mươi Mét California, được lên kế hoạch xây dựng vào năm 2015,
trông như một phiên bản khổng lồ của Keck.
Hàng trăm mảnh gương lục giác riêng lẻ hợp thành một tấm gương khổng lồ
cao bằng một căn hộ sáu tầng.
Ở châu Âu, kế hoạch xây dựng đã sẵn sàng cho Kính thiên văn Cực Lớn châu Âu.
Với đường kính 42 m,
gương của ELT sẽ to bằng một hồ bơi Olympic -
gấp đôi diện tích bề mặt của Kính thiên văn Ba mươi Mét.
Những cỗ máy khổng lồ của tương lai này,
được tối ưu hóa cho các quan sát hồng ngoại,
tất cả sẽ được trang bị nhiều thiết bị nhạy bén và hệ thống quang học thích ứng.
Để thấy những thiên hà và các ngôi sao thế hệ đầu tiên trong Vũ Trụ.
Hơn nữa, chúng còn cho chúng ta thấy bức ảnh thực đầu tiên
về một hành tinh trong một Hệ Mặt Trời khác.
Đối với các nhà thiên văn học vô tuyến, 42 m chỉ bé như hạt đậu.
Họ tổng hợp nhiều thiết bị nhỏ hơn thành một bộ thu lớn hơn nhiều.
Ở Hà Lan, Hệ thống Tần số Thấp (Low Frequency Array), hay LOFAR,
hiện đang được xây dựng.
Những sợi quang học sẽ nối 30 000 ăng-ten với một siêu máy tính trung tâm.
Thiết kế mới lạ này không có bộ phận di chuyển,
nhưng nó có thể quan sát cùng lúc tám hướng khác nhau.
Công nghệ LOFAR có thể sẽ đạt được như Kính Thiên văn SKA (Square Kilometre Array),
hiện đang đứng đầu trong danh sách mơ ước của các nhà thiên văn vô tuyến.
Hệ thống quốc tế này sẽ được xây dựng tại Úc hoặc Nam Phi.
Các chảo ăng-ten lớn và những bộ thu nhỏ sẽ kết hợp với nhau
để mang đến những góc nhìn chi tiết đáng kinh ngạc của bầu trời vô tuyến.
Và với một diện tích tổng hợp là một kilomet vuông,
đây sẽ là thiết bị vô tuyến nhạy nhất từng được xây dựng.
các thiên hà đang tiến hóa, quasar mạnh mẽ, hay những sao xung nhấp nháy -
không có nguồn sóng vô tuyến đơn lẻ nào có thể thoát khỏi đôi mắt gián điệp
của Hệ thống Kính thiên văn Vô tuyến Một Ki-lo-met Vuông.
Thiết bị này thậm chí còn tìm kiếm các tín hiệu vô tuyến có thể đến từ các nền văn minh ngoài Trái Đất.
Vậy ở ngoài không gian thì sao?
Sau nhiệm vụ bảo dưỡng thứ năm và cũng là cuối cùng,
Kính thiên văn Không gian Hubble sẽ hoạt động cho đến năm 2013 hoặc lâu hơn.
Vào khoảng thời gian đó, người kế nhiệm của Hubble sẽ được phóng.
Gặp gã khổng lồ Kính thiên văn Không gian James Webb,
một đài quan sát hồng ngoại không gian được đặt tên theo
một cựu giám đốc của NASA.
Một khi được phóng vào không gian,
tấm gương có đường kính 6,5m và được chia thành các mảnh lục giác trải ra như một bông hoa đang nở
nhạy hơn Kính Hubble đến 7 lần.
Một tấm chắn lớn giữ hệ thống quang học giữ hệ thống quang học
và các thiết bị nhiệt độ thấp cố định trong bóng tối,
cho phép chúng hoạt động trong nhiệt độ gần âm 233 độ C.
Quỹ đạo Kính thiên văn Không gian James Webb sẽ không quay quanh Trái Đất.
Thay vào đó, nó sẽ được đặt cách 1,5 triệu km từ hành tinh của chúng ta,
trong một quỹ đạo rộng xung quanh Mặt Trời.
Nửa thế kỷ trước, kính thiên văn Hale trên núi Palomar là chiếc kính lớn nhất
trong lịch sử.
Ngày nay, một chiếc kính lớn hơn nữa sẽ bay sâu vào trong không gian.
Chúng ta chỉ có thể suy đoán về những khám phá thú vị mà chúng sẽ tạo ra.
Hãy tiếp tục theo dõi!
Trong khi đó,
các kỹ sư sáng tạo luôn nghĩ đến những thiết kế mới mẻ mang tính cách mạng cho kính thiên văn.
Tại Canada, các nhà khoa học đã xây dựng một công cụ gọi là "kính thiên văn gương lỏng".
Đối với loại kính thiên văn này,
ánh sáng từ ngôi sao được phản xạ không phải do một tấm gương rắn
mà là bởi bề mặt cong của một bể xoay chứa thủy ngân lỏng.
Do có thiết kế đặc biệt,
kính thiên văn thủy ngân chỉ có thể hướng thẳng lên trên,
nhưng lợi thế của chúng là ít tốn kém
và dễ xây dựng.
Các nhà thiên văn vô tuyến còn muốn đặt một hệ thống ăng-ten nhỏ giống LOFAR trên bề mặt Mặt Trăng,
tránh càng xa các nguồn gây nhiễu trên Trái Đất càng tốt .
Biết đâu, một ngày nào có khi có cả một kính thiên văn quang học lớn
ở phía Mặt tối của Mặt Trăng
Bằng cách sử dụng kính thiên văn không gian và đĩa che khuất (occulting disk),
Các nhà thiên văn học tia X hy vọng sẽ nâng cao tầm nhìn của họ rất nhiều trong tương lai.
Họ thậm chí có thể thành công trong việc chụp ảnh của một lỗ đen.
Một ngày nào đó, kính thiên văn có thể trả lời một trong những câu hỏi sâu sắc nhất khiến nhân loại bối rối:
Chúng ta có cô đơn trong Vũ Trụ?
Chúng ta biết ở ngoài kia còn có nhiều Hệ Mặt Trời khác nữa.
Chúng ta nghi ngờ rằng có những hành tinh tương tự như Trái Đất,
với nước ở dạng lỏng.
Nhưng ... ở đó có sự sống không?
Rất khó để xác định vị trí của các ngoại hành tinh.
Chúng thường bị che khuất bởi ánh sáng mạnh mẽ từ ngôi sao chủ (sao mẹ).
Các giao thoa kế được phóng vào không gian tối tăm
có thể cho ta một câu trả lời mới lạ.
Hiện tại NASA đang tính đến một dự án có tên là
Hệ thống Tìm Kiếm Hành tinh giống Trái Đất (Terrestrial Planet Finder).
Và ở châu Âu, các nhà khoa học đang thiết kế Hệ thống Darwin (Darwin Array).
Tạo thành từ sáu kính thiên văn không gian quay quanh Mặt Trời.
Tia laser kiểm soát giúp chúng giữ khoảng cách gần nhau đến từng nano-met.
Chúng sẽ cho sức mạnh đáng kinh ngạc,
khi loại bỏ ánh sáng từ ngôi sao,
các nhà khoa học có thể thấy những hành tinh giống Trái Đất đang quay quanh các ngôi sao.
Tiếp theo các nhà thiên văn học sẽ nghiên cứu ánh sáng được hành tinh phản xạ .
Tạo nên dấu vân tay quang phổ của bầu khí quyển hành tinh.
Ai biết được, trong 15 năm chúng ta có thể phát hiện dấu hiệu
của oxy, mê-tan và ôzôn.
Đó là những dấu hiệu của sự sống.
Vũ trụ đầy rẫy những điều bất ngờ.
Bầu trời luôn khiến chúng ta phải ngạc nhiên.
Không có gì lạ khi hàng trăm nghìn nhà thiên văn học nghiệp dư trên toàn thế giới
nhìn lên bầu trời vào mỗi đêm để chiêm ngưỡng Vũ Trụ.
Kính thiên văn của họ tốt hơn nhiều so với các công cụ được Galileo sử dụng trước đây.
Ảnh chụp kỹ thuật số của họ thậm chí còn vượt xa
những bức ảnh thực hiện bởi các chuyên gia vài thập kỷ trước.
Các nhà thiên văn học vẫn không ngừng tìm hiểu về Vũ Trụ,
kính thiên văn của họ khám phá Vũ Trụ chỉ mới có 400 năm.
Vẫn còn rất nhiều khu vực ở ngoài kia vẫn chưa được khám phá.
Chúng ta đã đi một chặng đường dài kể từ khi Galileo bắt đầu lên bản đồ cho bầu trời
với chiếc kính thiên văn của ông cách đây bốn thế kỷ.
Hôm nay chúng ta dùng Kính thiên văn để quan sát Vũ Trụ,
không chỉ từ Trái Đất mà còn ở trong những vùng không gian vô hạn.
Hậu thế sẽ được sinh ra từ sự khéo léo và tính ham học hỏi vô hạn của nhân loại.
Chúng ta chỉ mới bắt đầu trả lời một vài câu hỏi lớn nhất của nhân loại.
Chúng ta đã lập bản đồ cho hơn 300 hành tinh xung quanh những ngôi sao trong Dải Ngân Hà của chúng ta
và xác định vị các phân tử hữu cơ trên các hành tinh quanh những vì sao xa xôi.
Những khám phá đáng kinh ngạc này dường như đạt đến đỉnh cao khám phá của nhân loại,
nhưng điều tốt nhất chắc chắn vẫn chưa đến ...
Bạn cũng có thể tham gia vào những khám phá này.
Chỉ cần nhìn lên và tự hỏi.