PHẦN II
CÁC PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU VŨ TRỤ HỌC
Chương 8
MẮT TRẦN
Loài người buổi đầu đã biết nhiều thứ về bầu trời và thực hiện được nhiều quan sát với đôi mắt trần của họ. Mỗi tộc người có một câu chuyện thần thoại riêng của mình về những thứ diễn ra trên bầu trời. “Vũ trụ quan” của họ không được vẽ nên từ việc lí giải những cái họ thấy, mà là những câu chuyện về một vũ trụ tinh thần. Dân du cư ở Sahara và những bộ lạc người ở tây nam nước Mĩ đã dùng đá để đánh dấu những sự kiện thiên thể quan trọng như ngày hạ chí (ngày Mặt Trời lên cao nhất vào lúc giữa trưa). Khi con người bắt đầu lệ thuộc vào nền sản xuất nông nghiệp, họ cần phải biết hành trình chính xác của các mùa để giúp họ mô tả khi nào thì trồng trọt và gặt hái. Những người Hi Lạp, Celt, Maya cổ đại và những tộc người khác đã xây dựng những cấu trúc bằng đá khổng lồ, sắp thẳng hàng chính xác với sự mọc và lặn theo mùa của Mặt Trời, Mặt Trăng, các hành tinh và một số ngôi sao sáng.
Một bảng số liệu quan sát thiên văn bằng mắt trần do người Maya biên soạn
Các nhà thiên văn buổi đầu sử dụng nhiều loại dụng cụ để nghiên cứu bầu trời. Tất cả đều là những dụng cụ cơ bản dùng để đo hay tính vị trí của các thiên thể trên bầu trời. Với chúng, các nhà thiên văn đã lập bản đồ sao và lập bảng tiên đoán vị trí tương lai của Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh. Kiến thức này thật quan trọng, vì bầu trời đóng vai trò một cái đồng hồ, một cuốn lịch, và một phương tiện trợ giúp hàng hải giúp cho những người đi biển tìm đường đi của họ. Nó được các thầy tu sử dụng để lập thời gian cầu nguyện tôn giáo và được các nhà chiêm tinh sử dụng để dự đoán tương lai.
Nếu các hành tinh là thần thánh, không biết chúng có ảnh hưởng, hay cả tiên đoán, công việc của con người ? Ý tưởng này phát triển thành khoa tử vi học. Trong niềm hi vọng phù phiếm là biến những ý tưởng kì quặc của họ thành một nền khoa học xác thực, các nhà chiêm tinh học và những nhà tiên tri đã lần theo các chuyển động trên bầu trời với độ chính xác tốt nhất có thể có. Niềm hi vọng về một thứ kĩ thuật điều khiển được tương lai vì thế trở thành một cảm xúc chủ đạo cho những quan sát đầu tiên và các bản đồ sao đầu tiên.
Bản đồ sao đầu tiên và chiêm tinh học
Như chúng ta đã biết, những người đầu tiên lập bản đồ vị trí của các sao là các nhà thiên văn người Trung Quốc Shi Shen, Gan De và Wu Xian, hồi thế kỉ thứ ba và thứ tư trước Công nguyên. Công trình của họ đã đi qua nhiều thế kỉ với nhiều phương tiện khác nhau, mặc dù thiếu chính xác. Bản copy sớm nhất mà chúng ta có là một bản đồ sao có từ thời vua Tang (khoảng thế kỉ 9 sau Công nguyên), được phát hiện vào thời hiện đại trong đống đổ nát của một tu viện ở các sa mạc Trung Á.
Các chòm sao dưới con mắt của các nhà thiên văn cổ đại ở Trung Hoa. Đây là bản copy của một bản copy của một bản đồ sao hồi thế kỉ thứ tư trước Công nguyên.
Danh mục sao sớm nhất ở phương Tây do nhà thiên văn người Hi Lạp Hipparchus tạo ra khoảng năm 129 tCN, xây dựng trên nền tảng trước đó của những người Babylon. Đa số công trình của Hipparchus đã bị thất lạc, mặc dù các nhà thiên văn sau này đã sử dụng nhiều phần của nó. Một bản ghi lại bản đồ sao của ông có lẽ được bảo quản trên quả cầu thiên thể trên bức tượng Atlas thế kỉ thứ hai sCN tìm lại được trong đống tro tàn La Mã vào thời kì phục hưng.
Những người Trung Hoa, Babylon và Hi Lạp cổ xưa chủ yếu bị thu hút bởi cách thức mà Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh chuyển động qua nền sao gây ra trên bầu trời. Mục đích chính là thực hiện các dự đoán chiêm tinh. Nhưng mỗi nền văn hóa lại nhóm các sao lại theo những “chòm sao” khác nhau, và các nhà chiêm tinh học chưa bao giờ đồng ý với nhau về một hệ thống dùng cho tiên đoán. Chiêm tinh học là nỗ lực lớn đầu tiên về vũ trụ học – nghĩa là, một hệ thống tìm hiểu sự hoạt động của vũ trụ - nhưng nó chưa bao giờ có thể phát triển thành một khoa học. Thế giới thực tế không bị ảnh hưởng bởi vị trí của các sao. Sau hết thảy, hình ảnh mà họ vẽ ra sẽ hoàn toàn khác nếu như họ quan sát từ một số nơi khác trong không gian.
Bức tượng Atlas thời La Mã đang mang bầu trời biểu diễn các chòm sao, có khả năng là sao lại từ một bản đồ sao Hi Lạp thế kỉ thứ hai tCN, bao gồm những hình ảnh thần thoại vẫn còn mang tính cổ xưa.
Astrolabe
Những người Hi Lạp cổ đại đã biết chế tạo những dụng cụ chính xác, nâng cấp thành cái astrolabe khéo léo. Dụng cụ cầm tay này có một cánh tay di động để đo góc của ngôi sao sáng phía trên đường chân trời – tức là “độ cao” của ngôi sao. Xoay một bản đồ sao kim loại cho khớp với những đường cong đã khắc sẵn, người sử dụng có thể xác định thời gian và hướng, vị trí ngôi sao trên bầu trời, xác định khi nào Mặt Trời sẽ mọc hay lặn, và thực hiện những phép tính chính xác. Astrolabe đạt tới cấu hình chuẩn của chúng vào thế kỉ thứ tư, lần đầu tiên được phát triển hồi thế kỉ thứ nhất hay thứ hai gần thành phố Alexandria của người Ai Cập.
Chi tiết của một cái astrolabe.
Các điểm cong lập nên vị trí của những ngôi sao sáng.
Các nhà thiên văn sử dụng astrolabe (ở giữa phía bên phải), thước đo góc (bên dưới) và những dụng cụ khác tại Đài quan sát Istanbul. Được xây dựng vào năm 1577, nó sớm bị phá hủy dưới sự nghi ngờ về các nghiên cứu chiêm tinh ngịch đạo.
Hình này trích từ một bức vẽ đài quan sát tại Istanbul vào thế kỉ 18. Bức vẽ trích từ Shahinshah-nama (Lịch sử vua của các vị vua), một thiên sử thi của tác giả 'Ala ad-Din Mansur-Shirazi, viết để tưởng nhớ Sultan Murad III (trị vì 1574-1595 (AH982-1003])). Nó vẽ những người thợ tại đài quan sát Taqfad ad-Din at Istanbul vào năm 1577 (AH985). Các kệ chứa sách ở góc trên bên phải. Trên bàn là một đồng hồ cát, một đồng hồ cơ giới (ở xa phía bên phải) và những dụng cụ khác. Hai nhà thiên văn đang làm việc với một cái astrolabe, và phía bên trái họ là một người đang quan sát cái quadrant. Ở phía dưới là quả cầu Trái Đất.
Ví dụ biểu diễn ở đây là thuộc đạo Hồi có niên đại từ thế kỉ thứ 11. Astrolabe đặc biệt quan trọng cho các Muslim, những người sử dụng chúng để xác định giờ chính xác cho cầu nguyện và hướng của thành phố Mecca. Astrolabe này có vài đĩa có thể hoán đổi cho nhau, mỗi đĩa chạm trổ các tọa độ thiên thể cho một độ cao khác nhau. Những chiếc kim ở đĩa trên chỉ hướng của 22 ngôi sao sáng. Đĩa dưới có thể quay để chỉ hướng những ngôi sao này sẽ xuất hiện tại những thời điểm hay ngày tháng khác nhau, rất giống với bộ tìm sao bằng giấy hay plastic hiện đại. Dụng cụ đó cũng có thể được sử dụng để dự đoán khi nào Mặt Trời hay những ngôi sao sáng nhất định sẽ mọc hay lặn vào bất kì một ngày nào đó.
Đài quan sát
Các nhà thiên văn Hồi giáo đã thực hiện những quan sát cẩn thận nhằm chứng minh hệ hành tinh của Ptolemy và vị trí các sao. Những quan sát đáng chú ý gồm có những quan sát tại Maragha, ở tây bắc Ba Tư (Iran), xây dựng vào năm 1259 và dung dưỡng các nhà thiên văn trứ danh đến từ Trung Quốc và Tây Ban Nha xa xôi, và tại Samarkand ở Trung Á xây dựng vào năm 1420. Cấu trúc đài như thế càng lớn, thì nhà quan sát càng có thể đo được chính xác vị trí của các hành tinh và các sao. Những ông hoàng ủng hộ các nghiên cứu này một phần là do sự bảo trợ cho nghệ thuật và khoa học phản ánh thanh danh cho chính họ, và một phần là do muốn có thuật chiêm tinh chính xác hơn, lúc ấy chưa tách rời ra khỏi nền khoa học đích thực.
Hình vẽ lại đài quan sát Al-Tusi xây dựng ở Maragha, Ba Tư, hồi năm 1258. Được tài trợ một phần bởi sự hiến tặng mang tính chất tôn giáo, nó đã thu hút các nhà khoa học đến từ những nơi xa xôi như Trung Quốc và Tây Ban Nha.
Quadrant
Những dụng cụ sớm nhất dùng để “nhìn các sao” là những chiếc que thô thiển. Những người đi biển đã cải tiến những chiếc que này, tiến tới dụng cụ một phần tư vòng tròn (“quadrant”) có khắc chia độ, với một tay cầm nhìn để đo độ cao của sao. Cuối cùng thì cái quadrant bị thay thế bởi cái sextant (một phần sáu vòng tròn, thật ra là một phần mười hai, nhân đôi lên với sự trợ giúp của một chiếc gương). Sextant là bạn đồng hành không thể thiếu của mọi nhà hàng hải cho đến khi phát minh ra hệ thống định vị điện tử vào cuối thế kỉ 20. Các nhà thiên văn cũng sử dụng quadrant để lập bản đồ vị trí các sao và hành tinh.
Dụng cụ trong hình là một ví dụ hiếm thấy của kĩ thuật chế tạo dụng cụ hết sức khéo léo ở châu Âu thời Trung cổ (khoảng năm 1325 sCN). Cánh nhìn quay qua một hình ảnh tạo ra bằng cách gấp nếp mặt tròn của cái astrolabe thành bốn phần. Người sử dụng chỉ có thể quan sát sao với một quadrant, nhưng có thể tiến hành tính toán như với một cái astrolabe đơn giản. Về cơ bản, mặt tròn của cái astrolabe bị “gấp lại” hai lần để tạo ra một vòng tròn một phần tư. Dụng cụ này có thể sử dụng làm dụng cụ đo cũng như tiến hành nhiều chức năng tính toán của cái astrolabe.
Cái quadrant gốc Đức Trung cổ này có thể dùng cho hàng hải hoặc làm đồng hồ Mặt Trời.
Quả cầu Armillary
Các quả cầu armillary lớn và nhỏ được sử dụng trong nhiều thế kỉ để nghiên cứu bầu trời và giảng dạy về hệ tọa độ thiên thể, hệ tọa độ mà các nhà thiên văn sử dụng để định vị trí các vật trên bầu trời. Chúng bao gồm các vòng (armillae) miêu tả những vòng tròn lớn của quả cầu thiên thể.
Hình bên là bản sao đúng kích thước thật của quả cầu armillary được chế tạo và sử dụng bởi nhà thiên văn người Đan Mạch Tycho Brahe hồi cuối những năm 1500. Nhà quan sát sẽ sử dụng các vòng di động của nó và nhìn qua dụng cụ để đo vị trí của thiên thể hay sự khác biệt vị trí giữa hai vật thể.
Bản sao đúng kích thước thật của quả cầu armillary được chế tạo và sử dụng bởi nhà thiên văn người Đan Mạch Tycho Brahe hồi cuối những năm 1500.
“Bích họa quadrant lớn”
Dụng cụ nhìn qua mắt trần càng lớn thì nó có thể đo góc càng chính xác. Một bích họa (“tường”) quadrant là một cung lớn 90 độ gắn lên bức tường bắc-nam, với một công cụ nhìn để đo độ cao của các sao và hành tinh.
Bích họa quadrant lớn của Tycho Brahe
Bích họa quadrant nổi tiếng nhất ở châu Âu do Tycho Brahe xây dựng vào thế kỉ thứ 16 là một phần của Đài quan sát lớn do nhà vua Đan Mạch tài trợ. Trong hình này, một nhà quan sát ở phía bên phải trượt dụng cụ nhìn cho thẳng hàng với ngôi sao mà ông nhìn qua một cái khe ở bức tường đối diện. Lúc ấy ngôi sao được nhìn thấy ở phía nam, ông báo góc cao của nó. Một người phụ tá cho ông báo thời gian, và một phụ tá khác, ngồi ở phía bên trái, viết những con số đó lại. Đằng sau quadrant là hình vẽ Tycho và những người phụ tá của ông đang làm việc tại nơi nào đó trong đài quan sát.
Với bích họa quadrant của ông và những dụng cụ mắt trần khác, Tycho đã ghi lại vị trí của hàng trăm ngôi sao và theo dõi chuyển động của các hành tinh hàn thập kỉ. Khối dữ liệu của ông là vô giá đối với các nhà thiên văn sau này. Những phép đo của Tycho là chính xác từ trước đến giờ khi chưa có kính thiên văn.
Nguồn: AIP
Còn tiếp...
