Có thể làm kính viễn võng bằng chất lỏng được không?

Dạng tốt nhất đối với mặt gương của kính viễn vọng phản xạ là dạng parabôlôit, nghĩa là chính hình dạng mà bề mặt của chất lỏng tạo ra trong bình quay. Các nhà thiết kế kính viễn vọng đã tốn rất nhiều công sức để tạo cho mặt gương có một hình dạng tương tự như thế.

Chế tạo một mặt gương phải kéo dài cả hàng năm. Nhà vật lý Mỹ Rôbe Vút sau khi chế tạo thành công mặt gương bằng chất lỏng đã vượt qua được những khó khăn này: khi quay thủy ngân trong một bình rộng, ông đã thu được một bề mặt parabôlôit lý tưởng có thể dùng làm mặt gương của viễn kính, vì thủy ngân phản xạ rất tốt các tia ánh sáng. Kính viễn vọng của Rôbe Vút được lắp đặt trong một giếng xây nông.

Tuy vậy kính viễn vọng này có nhược điểm là chỉ cần một chấn động nhẹ cũng đủ làm nhăn nhúm bề mặt của gương lỏng và làm sai lệch hình ảnh thu được. Gương này cũng chỉ cho phép quan sát trực tiếp những ngôi sao nằm ở thiên đỉnh mà thôi.

Ai phát minh ra kính viễn võng

Kính thiên văn (hay kính viễn vọng^*) là một trong những phát minh quan trọng nhất của nhân loại. Dụng cụ đơn giản giúp mang những vật ở xa đến gần trong tầm mắt của người quan sát hơn. Khi những con người hiếu kì hướng ống kính của họ lên bầu trời, quan điểm của chúng ta về Trái đất và vị thế của chúng ta trong vũ trụ đã thay đổi mãi mãi.

Nhưng ai đã phát minh ra kính thiên văn? Câu trả lời vẫn là một bí ẩn cho đến hôm nay. Có khả năng khi các kĩ thuật chế tạo thủy tinh và mài kính đã phát triển vào cuối thế kỉ 16, ai đó đã cầm hai thấu kính và đã phát hiện ra cái chúng có thể làm được.

Tranh vẽ năm 1754 của H.J. Detouche miêu tả Galileo Galilei đang giới thiệu kính thiên văn của ông trước Leonardo Donato và Hội đồng thành phố Venice.

Người đầu tiên đăng kí bằng sáng chế kính viễn vọng là nhà chế tạo kính mắt người Hà Lan tên là Hans Lippershey (hay Lipperhey). Vào năm 1608, Lippershey đã cố khẳng định về một dụng cụ có độ phóng đại gấp ba lần. Chiếc kính viễn vọng của ông có một thị kính phân kì sắp đồng trục với một vật kính hội tụ. Người ta kể lại rằng Lippershey đã có ý tưởng thiết kế sau khi nhìn hai đứa trẻ trong cửa hiệu của ông giữ hai thấu kính lại khiến cái chong chóng gió ở xa trông như gần lại. Có người nói lúc ấy ông đã đánh cắp thiết kế từ một nhà chế tạo kính mắt khác tên là Zacharias Jansen.

Jansen và Lippershey sinh sống trong cùng một thị trấn và làm chung một nghề chế tạo dụng cụ quang. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu thường cho rằng không có bằng chứng thật sự nào cho thấy Lippershey đã không phát triển chiếc kính viễn vọng của ông một cách độc lập. Vì thế, Lippershey giành lấy vinh dự cho kính viễn vọng, vì ông đã đăng kí cấp bằng sáng chế, còn Jansen thì được tôn vinh cho phát minh ra kính hiển vi ghép. Cả hai người đều có công cho sự phát triển của các hai loại thiết bị.

Còn một người Hà Lan nữa, Jacob Metius, đã đăng kí bằng sáng chế cho kính viễn vọng, chỉ muộn sau Lippershey vài tuần. Rốt cuộc chính phủ Hà Lan đã bác bỏ cả hai đơn yêu cầu vì kiện tụng lộn xộn. Đồng thời, các viên chức cho biết, dụng cụ của họ dễ bắt chước nên khó cấp bằng sáng chế. Cuối cùng, Metius giành được một giải thưởng nhỏ, nhưng chính phủ đã trả cho Lippershey một khoản hậu hĩnh để làm những bản sao của chiếc viễn vọng của ông.

Hans Lippershey được tôn vinh là người phát minh ra kính viễn vọng

Sang thời đại Galileo

Năm 1609, Galileo Galilei nghe nói tới “kính nhìn xa của người Hà Lan” và trong vòng vài ngày ông đã có trong tay một bản thiết kế của riêng mình – mặc dù ông chưa nhìn thấy tận mắt cái kính nào của người Hà Lan. Ông đã có một số cải tiến trên thiết kế ban đầu của mình và đã giới thiệu dụng cụ của ông trước Hội đồng thành phố Venice. Theo tác giả Stillman Drake, trong quyển "Galileo at Work: His Scientific Biography" (Courier Dover Publications, 2003), hội đồng thành phố đã bổ nhiệm ông làm giảng viên trọn đời tại trường Đại học Padua và tăng gấp đôi lương của ông.

Galileo là người đầu tiên hướng kính viễn vọng lên trời. Ông đã có thể thấy rõ những ngọn núi và miệng hố trên mặt trăng, và cả dải sáng khuếch tán vắt ngang qua bầu trời – tức Dải Ngân hà. Ông còn phát hiện thấy mặt trời có các vết đen, và Mộc tinh thì có 4 vệ tinh riêng của nó.

Nhà dân tộc học và toán học người Anh Thomas Harriot cũng đã sử dụng kính viễn vọng để quan sát mặt trăng. Harriot trở nên nổi tiếng với những chuyến đi tiên phong của ông tới Virginia tìm kiếm tài nguyên ở đó. Những hình vẽ mặt trăng của ông vào tháng 8 năm 1609 trước cả Galileo, nhưng chúng chưa từng được công bố.

Càng quan sát, Galileo càng bị thuyết phục bởi mô hình nhật tâm Copernicus của các hành tinh. Galileo đã viết một quyển sách “Đối thoại về hai hệ thống thế giới chính: Ptolemy và Copernicus” và đề tặng cho Giáo hoàng Urban VIII. Nhưng các quan điểm của ông bị xem là dị giáo, và Galileo bị triệu tập trước tòa xử dị giáo ở Rome vào năm 1633. Ông đã biện hộ cho mình và bị quản thúc tại nhà, nơi ông tiếp tục nghiên cứu và viết sách cho đến khi qua đời vào năm 1642.

Ở những nơi khác thuộc châu Âu, các nhà khoa học bắt đầu cải tiến kính thiên văn. Johannes Kepler đã nghiên cứu quang học và thiết kế một chiếc kính thiên văn có hai thấu kính hội tụ, nó cho ảnh bị lộn ngược. Từ những tác phẩm của Kepler, Isaac Newton đã lí giải rằng dùng gương thay cho thấu kính sẽ đem đến kính thiên văn tốt hơn và ông đã chế tạo chiếc kính thiên văn phản xạ nổi tiếng của mình vào năm 1668. Hàng thế kỉ sau đó, kính thiên văn phản xạ đã thống lĩnh thiên văn học.

Thám hiểm vũ trụ

Chiếc kính thiên văn khúc xạ lớn nhất từng được chế tạo đi vào hoạt động tại Đài thiên văn Yerkes ở Vịnh Williams, bang Wisconsin, Mĩ, vào năm 1897. Nhưng thấu kính thủy tinh đường kính 40 inch tại Yerkes sớm bị lỗi trời trước sự ra đời của những cái gương lớn. Kính thiên văn phản xạ 100 inch Hooker khánh thành vào năm 1917 tại Đài thiên văn Núi Wilson ở Pasadena, bang California của Mĩ. Đó chính là nơi nhà thiên văn học Edwin Hubble đã xác định khoảng cách đến Tinh vân Andromeda – nằm xa bên ngoài Dải Ngân hà.

Với sự phát triển của radio, các nhà khoa học có thể bắt đầu nghiên cứu không chỉ riêng ánh sáng, mà cả những bức xạ điện từ khác trong không gian. Một kĩ sư người Mĩ tên là Karl Jansky là người đầu tiên phát hiện ra bức xạ vô tuyến đến từ vũ trụ vào năm 1931. Ông tìm thấy một nguồn nhiễu vô tuyến từ tâm của Dải Ngân hà. Kể từ đó, các kính thiên văn vô tuyến đã lập bản đồ hình dạng của các thiên hà các sự tồn tại của bức xạ nền vi sóng vũ trụ đã xác nhận một tiên đoán trong Thuyết Big Bang.

Tháng 4 năm 1990, Kính thiên văn vũ trụ Hubble được đưa lên quỹ đạo. Chiếc kính thiên văn phản xạ này khai thác các camera kĩ thuật số và truyền thông qua vệ tinh để quan sát vũ trụ bên ngoài tầm nhiễu của khí quyển Trái đất và ô nhiễm ánh sáng. Hơn 200 năm sau khi Galileo hướng chiếc kính thiên văn của ông lên trời, con người đã có thể quan sát vũ trụ từ trên trời (trên quỹ đạo).