Diễn Đàn Vật Lý | Thư Viện Vật Lý

Các nhà thiên văn học đặt cho kính thiên văn một cái tên rất đặc biệt là ‘Ống ánh sáng’. Nếu bạn đặt ‘ống ánh sáng’ ngoài trời vào ban đêm, nó sẽ thu hết ánh sáng từ một vật ở xa và giúp bạn nhìn thấy những điều kỳ diệu. Và việc phát minh ra kính thiên văn là bước tiến lớn đối với con người trong việc nghiên cứu không gian vũ trụ. Vậy kính thiên văn ra đời và phát triển như thế nào? Các bạn hãy cùng Tinh Vân chúng mình tìm hiểu nhé!!!

1. Từ “Ống kính ma thuật” của Hans Lippershey…
Cũng như nhiều phát minh lớn vào thời cổ và trung đại, kính thiên văn được sáng chế ra qua một sự kiện tình cờ may mắn. Đến cuối thế kỷ 16 đầu thế kỷ 17, việc chế tạo kính mắt đã trở thành phổ biến đã là điều kiện thuận lợi cho việc ra đời của kính thiên văn.

Một cơ hội may mắn đã đến với Hans Lippershey (1570-1619) là một nhà chế tạo kính mắt sống tại Middelburg, Hà Lan. Vào năm 1608, con trai Hans Lippershey, trong khi nghịch các kính mắt của bố, đã phát hiện ra và báo cho bố biết có thể nhìn thấy tháp chuông nhà thờ gần hơn, thậm chí thấy cả mấy con chim đang nấp dưới gác chuông  qua 2 kính mắt. Thay vì “đét” vào mông chú nhóc nghịch ngợm, Lippershey đã cùng “nghịch” với con trai.

Hans Lippershey đã nghiên cứu cẩn thận và phát hiện ra 2 kính mắt thích hợp đặt thẳng hàng nhau ở một khoảng cách nào đó, thật sự có tác dụng “kéo gần” lại những vật ở rất xa. Ông đã đưa ra nguyên lý phóng đại khi kết hợp các thấu kính và chế tạo ra ống kính nhìn xa, tiền thân của kính thiên văn quang học. Chiếc kính được gọi là “Chiếc ống ma thuật của Lippershey” đã nhanh chóng nổi tiếng khắp châu Âu.

2. Kính thiên văn Galileo
Năm 1608, việc mà Hans Lippershey chế tạo ra ống kính nhìn xa được coi là cột mốc quan trọng trong lịch sử thiên văn học.Vì chỉ một năm sau đó, năm 1609, nhà bác học vĩ đại Galileo người Ý, trên nguyên lý kết hợp các thấu kính của Hans Lippershey – đã chế tạo ra những kính thiên văn có ống kính dài hơn, nâng độ phóng đại hơn gấp nhiều lần.

Galileo là người rất thông minh. Ông mau chóng nghĩ ra cách tự chế tạo kính thiên văn. Ông học cách mài thấu kính và tất cả những kỹ năng cần thiết khác. Không lâu sau ông chế tạo chiếc kính thiên văn có độ phóng đại 8 lần và 20 lần.

Với chiếc kính thiên văn này, Galelio đã chứng minh được Aristotle đã sai lầm khi cho rằng bề mặt Mặt Trăng hoàn toàn bằng phẳng bởi ông có thể nhìn thấy những ngọn núi trên Mặt Trăng ‘lồi lõm, ngoằn ngoèo’.

Galileo đã phát hiện ra sao Kim có dạng lưỡi liềm tựa như một mặt trăng bé xíu và sao Thổ tựa như một chiếc tách có 2 quai. Và ông cũng đã phát hiện sao Mộc có 4 vệ tinh bao quanh và Mặt trời cũng có chuyển động tự quay qua nghiên cứu các đốm đen mặt trời. Những điều này là bằng chứng thuyết phục, củng cố cho Thuyết Nhật tâm của Nicolai Copernics. Trái đất không còn là “cái rốn” của vũ trụ nữa, mà chỉ là một trong những hành tinh quay quanh mặt trời.

Cuối cùng, ông cũng đã thực hiện các nghiên cứu cơ bản về những ngôi sao băng và đường quỹ đạo parabol. Ông cũng phát minh ra nhiệt kế, kính hiển vi kép, cơ chế hoạt động của đồng hồ quả lắc và thậm chí cả máy hái cà chua.

3. Cải tiến của Kepler
Bằng những phát hiện của mình Galileo đã trao đổi và chia sẻ các kết quả khám phá với Kepler (sau này là tác giả của 3 định luật nổi tiếng về chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời ). Do J.Kepler mắt kém đã rất khó khăn khi dùng kính Gallile có trường nhìn rất hẹp. Chỉ cần một rung động nhẹ là trăng sao đều “chạy” mất tiêu. Vốn là nhà toán học, ông đã nghiên cứu nguyên lý của kính và đề nghị dùng thấu kính hội tụ làm thị kính để mở rộng trường quan sát của kính và thế là Kính Kepler ra đời.

Chúng ta thấy với kính Kepler hình ảnh bị lộn ngược đầu. Nhưng dùng để quan sát thiên văn thì không thành vấn đề. Thật ra độ nét của kính Kepler không bằng kính Gallile, quang sai, đặc biệt là sắc sai cũng nhiều hơn nhất là ở độ phóng đại lớn. Để giảm bớt quang sai, thời đó, người ta chỉ có cách che bớt vật kính hay dùng vật kính có tiêu cự dài hơn. Và nhờ cải tiến của Kepler người ta nhận ra rằng số bội giác của kính thiên văn phụ thuộc vào thương số giữa tiêu cự của vật kính và thị kính (f1/f2). Với cải tiến quan trọng này lịch sử kính thiên văn và ngành vật lý thiên văn lại bước sang một trang mới trong cuộc chạy đua chế tạo kính thiên văn và khám phá Hệ Mặt trời.

4. Cuộc đua Kính thiên văn
Năm 1655 nhà vật lý người Hà lan Christiaan Huygen (1629-1695)
Năm 1655, nhà vật lý người Hà lan Christiaan Huygens (1629-1695) đã tìm ra Titan, vệ tinh lớn nhất của sao Thổ qua kính Kepler dài 12feet (khoảng 3.7m) do chính ông cùng người em trai là Constantine chế tạo. Ông còn ghi nhận được chỏm băng tại cực sao Hỏa và sao Mộc không có dạng đĩa tròn mà lại phình ra ở xích đạo. Để gọn nhẹ hơn, ông đã bỏ thân ống kính, lắp vật kính lên một trụ cao và chỉnh hướng bằng dây cáp. Sau này nó được gọi là Kính thiên văn không khí-Air Telescope. Với kính này, lần đầu tiên, thay vì dùng 1 thấu kính đơn như Kepler, ông đã dùng thị kính ghép từ 2 thấu kính hội tụ để loại trừ sắc sai và nhất là có trường nhìn rộng hơn, cho phép tăng độ phóng đại của kính thiên văn. Kiểu thị kính Huyghens này đến nay vẫn còn thấy trong các kính hiển vi và kính thiên văn cũ vì rất đơn giản, dễ chế tạo và rẻ tiền nhưng chất lượng cũng khá tốt.
Năm 1665 Giovanni Cassini (1625-1712)
Năm 1665 G.Cassini nhận ra vành đai sao Thổ gồm 2 vành con, cách nhau một khoảng cách nhỏ. Khoảng cách này được gọi là khoảng chia Cassini. Năm 1684, ông phát hiện tiếp 2 vệ tinh sao Thổ. Năm 1690, ông quan sát được các chuyển động xoáy trong khí quyển sao Mộc. Các khám phá này được thực hiện qua kính thiên văn dài 100 và 136ft (30.5 và 41.5m) do Campani chế tạo. Chiếc kính 136ft mà Giovanni Cassini đã dùng để phát hiện ra vệ tinh Rhea của Sao Thổ cũng là do Giuseppe Campani chế tạo.
Năm 1673, nhà thiên văn người Đức Johanes Hevelius (1611-1687)
Năm 1673, nhà thiên văn Đức Johanes Hevelius (1611-1687) đã lần lượt chế tạo 2 kính dài đến 60 và 150ft, có vật kính đường kính đến 20cm. Các kính này không thực sự hoạt động hiệu quả vì rất khó xử dụng, ống kính quá dài bị võng xuống, chỉ một cơn gió nhẹ cũng bị rung động. Thân ống Kính 150ft được chế tạo dưới dạng khung hở để giảm trọng lượng và rung động nhưng lại dễ bị nhiễu loạn hình ảnh khi có gió.
Cũng trong khoảng thời gian đó Năm 1668 ở một đất nước khác sau nhiều lần thử nghiệm Newton đã chế tạo thành công kính thiên văn phản xạ mở đầu cho lịch sử ra đời của kính thiên văn hiện đại ngày nay.

Chỉ vài năm sau Newton, một loại kính phản xạ khác đã ra đời: kính Cassegrain, dường như do Laurent Cassegrain (1629-1693) một linh mục và là giáo viên người Pháp thiết kế. Khác với kính thiên văn phản xạ của Newton sử dụng gương cầu lõm cassegrain đã sử dụng gương cầu lồi. Do thời kì đó chưa có phương pháp kiểm tra gương cầu nên thiết kế của Cassegrain bị lãng quên gần 200 năm.

Năm 1722, John Hadley (1682-1744)

Năm 1722, John Hadley (1682-1744) chế tạo một kính kiểu Newton lớn hơn và trưng bày tại Hội Hoàng gia Anh quốc. Kính này có gương đồng bạch đường kính 15cm, tiêu cự 159cm và ghép cố định với 1 thị kính cho số bội giác lên tới 230. J.Hadley đã tìm ra phương pháp kiểm tra dạng bề mặt gương và công nghệ mài tạo dạng bề mặt chính xác cho gương cầu. Thành công và kinh nghiệm của Hadley đã khuyến khích và giúp nhiều người khác tham gia chế tạo kính thiên văn phản xạ trong đó có cả những nhà thiên văn, nhà vật lý, nhà sản xuất kính như James Short, Molyneux …và cả những “tay mơ” yêu thích thiên văn. Sau thành công của John Hadley lịch sử kính thiên văn lại bước sang một trang mới của những chiếc kính thiên văn phản xạ.

Sau thành công của John Hadley lịch sử kính thiên văn lại bước sang một trang mới của những chiếc kính thiên văn phản xạ.


Năm 1778, Frederick William Herschel (1738-1832)
Frederick William Herschel (1738-1832) là một nhạc sĩ tài năng thích toán học và thiên văn học. Năm 1778, sau gần 5 năm học hỏi, nghiên cứu, thử nghiệm ông đã chế tạo thành công chiếc kính phản xạ đầu tiên của mình . Kính có gương đồng bạch đường kính 16cm, tiêu cự 210cm tức là xấp xỉ kính của Hadley 50 năm trước. Kính có chất lượng rất tốt, qua kính này, ngày 13 tháng 3 năm 1781, ông đã phát hiện ra hành tinh Thiên vương, Uranus, hành tinh thứ 6 trong hệ Mặt trời.

Năm 1845, Ai len William Parsons (1800-1867)
Sau W.Herschel, chiếc kính thiên văn phản xạ lớn nhất có gương bằng đồng bạch do nhà thiên văn Ai len William Parsons (1800-1867), bá tước đời thứ 3 xứ Rosse (thường được gọi là Lord Rosse) chế tạo và đặt tại Parsonstown, Ai len vào năm 1845. Gương có đường kính khoảng 1,8m, tiêu cự 17m. Phôi gương khi đúc dày gần 15cm và nặng hơn 4 tấn !
Cùng sự phát triển của kính thiên văn, các nhà thiên văn học đã không ngừng nghiên cứu không gian vũ trụ với mong muốn sẽ cung cấp những cảnh quan kỳ diệu của vũ trụ, giúp giải quyết nhiều hơn những điều bí ẩn bên ngoài vũ trụ bao la của chúng ta.

Trích dẫn: https://tinhvan.net/cau-chuyen-ve-chiec-kinh-thien-van/