Lịch sử phát triển kính thiên văn dụng cụ quang học
Cuộc cách mạng khoa học lần thứ nhất: Động cơ hơi nước
Lịch sử kính thiên văn bắt đầu từ cuối thế kỷ 16 đầu thế kỷ 17 khi Hans Lippershey một người thợ sửa và chế tạo kính trong một lần tình cờ đã phát hiện ra khi đặt hai kính đồng trục sẽ có thể quan sát các vật ở xa hơn bình thường.
Lịch sử phát triển kính thiên văn dụng cụ quang học
Kepler kính thiên văn lớn nhất mà con người đưa vào vũ trụ, Kepler được thiết kế để tìm kiếm những hành tinh có kích thước hay cấu tạo giống địa cầu và những ngôi sao giống mặt trời.
Sau phát hiện trên Hans Lippershey đã gác lại công việc hàng ngày để tập trung nghiên cứu cải thiện loại kính mới này. Sau nhiều thử nghiệm cuối cùng Hans Lippershey đã cho ra đời một loại kính mới lấy tên là “Ống ma thuật của Lippershey” vào thời kì đó chiếc kính thiên văn này có số bộ giác khoảng từ 3 – 5.
Bản phác thảo sơ đô chế tạo ống kính Lippershey được tìm thấy tháng 8 năm 1609Sau đó vài tháng nhà khoa học, vật lý học người Ý Galieo qua mô tả về ống kính Lippershey đã cải tiến và chế tạo thành công kính thiên văn có số phóng đại vào khoảng 30 khi ông sử dụng một ống hình trụ có chiều dài khoảng 130cm bên trong có sử dụng 2 thấu kính hội tụ có tiêu cự lần lượt khoảng 120cm và 4-5cm. Phát minh mới của Galieo đã mở ra một trang mới cho lịch sử kính thiên văn và ngành khoa học vật lý thiên văn. Nhờ chiếc kính thiên văn mới chế tạo này Galieo đã lần đầu tiên quan sát thấy sự lồi lõm trên Mặt Trăng, sao Mộc có 4 vệ tinh xung quanh …
Bản vẽ mặt trăng mà Galilo quan sát được qua kính thiên văn
Từ những gì quan sát được Galileo đã chỉ ra rằng Trái Đất không phải là trung tâm của vũ trụ, Trái Đất cũng giống như các hành tinh khác đang chuyển động quanh Mặt trời củng cố thuyết Nhật tâm Copernics chính điều này đã đem lại nhiều rắc rối cho Ông khi chống lại quan điểm của nhà thờ cho rằng Trái Đất là trung tâm (cái rốn) của vũ trụ.
Kính thiên văn của Galileo chế tạo
Với phát hiện của mình Galileo đã trao đổi và chia sẻ các kết quả khám phá với Kepple (sau này nổi tiếng với 3 định luật về về chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời). Do mắt kém Kepple không thể quan sát rõ nét những hình ảnh qua kính thiên văn của Galileo. Là một nhà toán học sau khi tìm hiểu nguyên lí của kính thiên văn ông đã cải tiến kính thiên văn của Galieo để mở rộng vòng quan sát ảnh, từ đó kính thiên văn Kepple ra đời.
Trái (vòng tròn nhỏ) là hình ảnh quan sát qua kính thiên văn Galileo. Phải (vòng tròn lớn) là hình ảnh quan sát qua kính thiên văn Kepple. Hình ảnh quan sát qua kính thiên văn Galileo nhỏ nhưng rõ nét, hình ảnh quan sát qua kính thiên văn Kepple to nhưng bị mờ và màu sắc bị nhiễu. Người ta gọi đó là hiện tượng quang sai, sắc sai (sai mầu sắc).[/caption]
Nhờ cải tiến của Kepple 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 tiếp sang một trang mới trong cuộc chạy đua chế tạo kính thiên văn và khám phá Hệ mặt trời của chúng ta.
Năm 1655 nhà vật lý người Hà lan Christiaan Huygen (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.
Năm 1665 Giovanni Cassini (1625-1712) nhà thiên văn Ý Giám đốc Đài Thiên văn Paris Pháp, đã phát hiện Đốm đỏ lớn (Great Red Spot) trên sao Mộc. Năm 1672, ông tìm ra Rhea, vệ tinh sao Thổ qua kính thiên văn dài 35ft (10.7m).
Năm 1673, nhà thiên văn người Đức Johanes Hevelius (1611-1687) đã lần lượt chế tạo 2 kính dài đến 60ft(18,5m) và 150ft (46m), có vật kính đường kính đến 20cm, Các kính này không thực sự hoạt động hiệu quả vì rất khó sử 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.
Kính thiên văn dài 150ft (46m) của J.Hevelius.
Số bội giác của kính thiên văn phụ thuộc vào thương số f1/f2 tuy nhiên hình ảnh thu được qua kính thiên văn đồng trục càng dài thì càng khó quan sát (do hiện tượng quang sai, sắc sai …). Cuộc đua tăng chiều dài ống kính thiên văn trong lịch sử kính thiên văn đã dừng lại sau thất bại của J.Hevelius.
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.
nguyên tắc hoạt động kính thiên văn phản xạ
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) 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.
Kính thiên văn phản xạ cấu tạo theo kiểu Cassegrain đường kính 16in (40cm) tại đài thiên văn ĐHSP Hà Nội.
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.
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.
Kính thiên văn dài 12 m của W.Herschel
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 !
Kính thiên văn phản xạ khổng lồ của nhà thiên văn Ai len William Parsons
Với kính này, ông đã nghiên cứu về các tinh vân, đặc biệt là phát hiện dạng xoắn ốc của một số thiên hà
bản vẽ tay của Lord Rosse thiên hà Whirlpool (M51A) không khác nhiều ảnh chụp của Kính thiên văn Hubble!