Kính thiên văn Hubble HST

    Năm 1990 kính thiên văn Không gian Hubble  HST được  tàu vũ trụ phóng lên quỹ đạo. Ðó là  một kính thiên văn điều khiển từ mặt đât, nơi Viện Khoa học Không gian (Space Science Institute) tại Baltimore quan sát. Nhờ  ở ngoài tầng khí quyển trái đất nên  kính thiên văn này  chụp được hình ảnh rõ ràng tối đa vì không có một ảnh hưởng do sự dao động nào của  tầng  không khí mà  những tia sáng  phải đi xuyên qua như khi chúng tới những kính thiên văn đặt trên mặt đất.

Kính Thiên văn Không gian Hubble là  kính quang học bay trong quỹ đạo to nhất hiện nay. Với tấm gương phản chiếu đường kính 2,4 mét   và được ở cao hơn  tầng khí quyển cho phép nó  chụp những hình rõ nét.  Hệ thống quang học của nó đã được  sửa chữa  năm 1993. Các nhà thiên văn dùng  HST để nghiên cứu khoa học,  ước lượng tuổi  và thành phần cấu tạo của vũ trụ,  những thiên hà mà trước  kia chưa từng biết tới, sự hiển nhiên của các lỗ đen ở giữa các thiên hà,  sự tạo các vùng sao và sự hiểu biết hơn về quá trình vật lý trong vũ trụ chúng ta. Một kính thiên văn không gian cho thế hệ tiếp theo  (NGST Next Generation Space Telescope) có thể sẽ được phóng  lên khoảng năm 2007.   

Hubble HST ở độ cao 600 km so với mặt đất	Hubble HST được sửa chữa

Trích quyển "Trinh Xuan Thuan, un astrophysicien", Phạm Văn Thiều dịch

Spitzer đã có những đóng góp rất cơ bản cho lý thuyết về môi trường giữa các vì sao và về sự tiến hóa động của các đám sao cầu.

Chính ông là cha đẻ của kính thiên văn không gian mang tên Hubble, được tàu con thoi đưa lên quỹ đạo vào tháng 4 năm 1990. Ngay từ cuối những năm 1940, ông đã nêu ra ý tưởng đưa lên quỹ đạo bên trên bầu khí quyển của Trái Đất một kính thiên văn lớn có khả năng bắt được cả ánh sáng hồng ngoại, nhìn thấy lẫn tử ngoại. Ý tưởng này được đề xuất sớm gần chục năm, trước khi vệ tinh đầu tiên được phóng lên Vũ trụ vào năm 1957. Ban đầu không ai tin là điều đó có thể làm được. Spitzer phải tốn hàng chục năm mới thuyết phục được cộng đồng các nhà thiên văn về ích lợi của dự án và thuyết phục được Quốc hội Mỹ đồng ý cấp kinh phí. Ban đầu, lẽ ra kính phải có một gương đường kính 3m, nhưng do hạn chế về kinh phí, nên cuối cùng rút lại chỉ còn 2,4m.

Ngay cả khi đường kính của nó chỉ còn 2,4m, thì riêng việc kính thiên văn nặng tới 11 tấn và dài 11m này quay quanh Trái Đất và bên trên bầu khí quyển đã là một chuyện thần kỳ rồi. Nó có cho những thông tin mới về Vũ trụ không?

Hubble không hoạt động ngay lập tức như người ta hy vọng. Sau khi đưa lên quỹ đạo, các nhà thiên văn mới nhận thấy rằng gương của cái kỳ quan công nghệ thực sự này có một sai hỏng nghiêm trọng. Kính thiên văn nhìn bị nhòe! Điều này đã gây nên sự thất vọng kinh khủng. Tuy bị mắc tật cận thị như vậy, nhưng Hubble cũng đã gửi về cho chúng tôi ê hề thông tin về các thiên thể sáng như các hành tinh trong hệ Mặt Trời hoặc các sao và các thiên hà gần. Việc xử lý nhờ những kỹ thuật tin học tinh xảo ở mặt đất đã cho phép sửa được tật cận thị đó của kính Hubble. Tuy nhiên đối với các thiên thể sáng yếu, chẳng hạn như các hệ hành tinh quay quanh những ngôi sao khác hay các thiên hà ở rất xa thì nó hoàn toàn không thu bắt được. May thay nó đã không bị NASA bỏ rơi. Vào cuối năm 1993, trong một sứ mạng ngoạn mục của tàu con thoi không gian, các nhà du hành Vũ trụ của NASA, trong một vũ điệu siêu thực không trọng lượng khi quay quanh Trái Đất cứ 90 phút một vòng và ở cách mặt đất hàng trăm kilômét, đã lắp đặt thành công một hệ thống thấu kính để sửa tật cận thị của kính Hubble. Nói nôm na là họ đã đeo kính cận cho nó! Giờ đây kính Hubble đã có thể nhìn Vũ trụ với tất cả độ nét tuyệt vời của nó. Hubble cho phép chúng ta bội thu các phát minh kỳ diệu - những phát minh sẽ làm thay đổi quan niệm của chúng ta về thế giới. 

So với những kính thiên văn được đưa lên quỹ đạo trước nó, thì kính Hubble có những ưu điểm gì?

Những kính thiên văn được đưa lên quỹ đạo trước Hubble đều có hai nhược điểm. Trước hết là chúng quá nhỏ (đường kính gương của chúng thường không quá 1m) và sau nữa là chúng có tuổi thọ rất hạn chế vì các bộ pin mặt trời cung cấp năng lượng cho chúng đều ngừng hoạt động sau một hoặc hai năm. Đối với kính Hubble không có hai vấn đề đó: nó có một gương đường kính tới 2,4m và do đó trong khoảng thời gian đã cho nó thu được nhiều ánh sáng hơn. Chính vì vậy nó nhìn được những đối tượng sáng yếu hơn, tức ở xa hơn và do đó nhìn được sớm hơn. Người ta hy vọng rằng nó có thể lần ngược lại theo thời gian tới thời điểm khoảng 2-3 tỷ năm sau Big Bang, khi mà các thiên hà còn đang trong quá trình ra đời. Còn về tuổi thọ thì ít nhất nó cũng tồn tại được khoảng 15 năm. Lại nữa, nó được đưa lên quỹ đạo ở khoảng cách mà tàu con thoi của Mỹ có thể lui tới được và nếu như những dụng cụ trên đó có hư hỏng theo thời gian hoặc đã lạc hậu về mặt công nghệ thì các nhà du hành Vũ trụ có thể sẽ tới thay thế. Người ta dự liệu cứ ba năm lại lên bảo dưỡng một lần. Thậm chí người còn có thể đưa nó trở về Trái Đất để thay bằng một kính hoàn toàn mới.

Nói thế nhưng chúng ta cũng cần trân trọng những vệ tinh nhỏ, chúng cho phép chúng ta khám phá Vũ trụ gần và hé mở với chúng ta nhiều điều mới lạ. Tôi đặc biệt nghĩ tới sự thám hiểm hệ Mặt Trời được thực hiện bởi hai con tàu thăm dò Voyage 1 và 2. Chúng đã hé lộ với chúng ta về những phong cảnh lạ kỳ trên bốn hành tinh Thổ, Mộc, Thiên Vương và Diêm Vương cùng với gần 60 mặt trăng. Chúng cũng cho loài người một quan niệm mới về tính đơn nhất và sự mong manh của hành tinh xanh tuyệt đẹp của chúng ta, hành tinh duy nhất có sự sống.

Đối với những người trần thế bình thường thì việc đưa một kính thiên văn lớn như một đầu máy xe lửa lên không gian chỉ để mà nhìn các ngôi sao thôi là một điều kỳ quặc khó hiểu. Còn ông - một nhà vật lý thiên văn - ông có thể lý giải thế nào với chúng tôi về ích lợi của công việc đó?

Tôi đã từng nói với ông rằng các thiên thể phát tất cả các ánh sáng tạo nên cái mà người ta gọi là “phổ điện từ” và mắt ta chỉ cảm nhận được ánh sáng thấy được, ánh sáng được mang bởi một hạt có tên là photon và được đặc trưng bởi năng lượng của hạt đó. Theo trật tự năng lượng giảm dần trước hết ta có tia gamma, tia X rồi sau đó tới tia tử ngoại - các photon có năng lượng cao của nó bị khí quyển chặn lại, điều này thật may mắn cho chúng ta vì chúng rất độc hại đối với sự sống - rồi sau nữa là những photon của ánh sáng thấy được, photon hồng ngoại và cuối cùng là những photon sóng cực ngắn và sóng vô tuyến. Chỉ có ánh sáng thấy được và sóng vô tuyến là không bị bầu khí quyển của Trái đất hấp thụ. Mà để quan sát được Vũ trụ với toàn bộ sự giàu có của nó, thì nhà thiên văn cần tới tất cả các loại ánh sáng hiện hữu. Nếu chúng ta chỉ giam mình trong vùng ánh sáng thấy được thì điều này cũng chẳng khác gì mắt ta chỉ nhạy với ánh sáng màu xanh. Chúng ta sẽ thấy biển xanh nhưng sẽ không thấy được màu tím nhạt của những quả táo trên các bức tranh tĩnh vật của Cezanne hay màu đỏ như lửa của cảnh hoàng hôn. Và khi đó chúng ta sẽ có một cái nhìn rất không đầy đủ về thế giới.

Một kính thiên văn trong không gian có khả năng thu được tất cả các loại ánh sáng mà ta vừa liệt kê ở trên. Về nguyên tắc, nó nhìn cũng rõ nét hơn các kính thiên văn đặt trên mặt đất nhiều. Chuyển động của các nguyên tử trong khí quyển làm nhiễu động quỹ đạo của ánh sáng và làm cho các hình thu được bị nhòe. Trong khi đó kính Hubble, do vượt lên trên bầu khí quyển, nên nó nhìn được Vũ trụ với tất cả độ nét tuyệt vời của nó, cũng hệt như một người cận thị đột nhiên được đeo kính đúng số. Lấy giả dụ, nếu một kính thiên văn đặt trên mặt đất có thể nhìn rõ một mẩu 4cm ở khoảng cách 4km thì kính Hubble có thể nhìn thấy nó ở khoảng cách 10 lần xa hơn, tức là ở khoảng cách 40km. Điều này tương đương với việc phân biệt được hai đèn hậu của một xe ô tô ở khoảng cách 4000km, tức là xa cỡ 2/3 bán kính Trái Đất. Việc nhân lên gấp bội khả năng nhìn được các chi tiết rất nhỏ là cực kỳ quan trọng đối với việc nghiên cứu một số thiên thể. Đặc biệt là các quasar - những đối tượng ở gần biên giới của Vũ trụ. Tên của loại thiên thể này bắt nguồn từ từ “quasistar” - có nghĩa là tựa sao. Chúng đặc và nhỏ tới mức nhìn tựa như các ngôi sao. Nếu người ta có thể chụp được chi tiết hơn phần trung tâm của chúng, người ta có thể sẽ có một ý niệm về “con quỷ” cung cấp một năng lượng khổng lồ ngay trong lòng của chúng để phát xạ ra ngoài.

Một ví dụ khác là về nguyên tắc, kính thiên văn Hubble có thể nhìn thấy các hành tinh quay quanh những ngôi sao gần nhất, tới hàng chục năm ánh sáng. Sự phát hiện ra các hành tinh này sẽ là một cú hích ngoạn mục đối với những chương trình nghiên cứu các trí tuệ ngoài Trái Đất.

Cuối cùng, ưu điểm lớn thứ ba của kính thiên văn không gian là nó có thể quan sát được các tinh tú có độ sáng rất yếu, do ở bên ngoài bầu khí quyển bầu trời hoàn toàn tối đen. Trong khi đó, ở mặt đất, ngay tại những đài thiên văn tách biệt hẳn với ánh sáng chói lòa của các đô thị, thì bầu trời cũng không hoàn toàn tối đen, bởi vì trong khí quyển Trái Đất có những hạt bụi, chúng tương tác với ánh sáng mặt trời và làm cho bầu trời sáng nhờ nhờ. Trong không gian, kính Hubble có thể nhìn được những thiên thể sáng yếu hơn tới 40 lần. Mà như ta đã biết nhìn thấy vật sáng yếu hơn tức là nhìn được xa hơn, do đó thể tích Vũ trụ mà ta quan sát được nhờ kính Hubble tăng lên 100 lần. Nói một cách khác, nếu các kính thiên văn trên mặt đất hiện chỉ quan sát được 5% thể tích của Vũ trụ thì kính thiên văn không gian cần phải quan sát được 80%. Bây giờ chắc là ông hiểu được tâm trạng vui sướng tới mức nào của các nhà thiên văn khi những nhà du hành của NASA sửa được tật cận thị của kính Hubble!