Những khám phá vĩ đại của kính thiên văn Hubble (1)

Mark Voit (Physics World, tháng 9/2010) Sau 20 năm phục vụ, sứ mệnh lịch sử của Kính thiên văn vũ trụ Hubble sắp đến hồi kết thúc.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Những khám phá vĩ đại của kính thiên văn Hubble (1) Những khám phá vĩ đại của kính thiên văn Hubble (1) Mark Voit (Physics World, tháng 9/2010) Sau 20 năm phục vụ, sứ mệnh lịch sử của Kính thiên văn vũ trụ Hubble sắp đếnhồi kết thúc. Trong bài, Mark Voit giải thích làm thế nào chiếc kính thiên văn nàygiành được danh vọng nổi bật trong lịch sử ngành thiên văn học, và đánh giá một sốkhám phá mang tính cách mạng của nó. Được xem là “Con mắt của Chúa”, Tinh vân Helix thật ra là tàn dư chất khí phát sáng của một ngôi sao đang qua đời. (Ảnh: NASA) Bạn thích hình ảnh nào từ kho ảnh của Kính thiên văn vũ trụ Hubble? ẢnhTrường Sâu Hubble? Tinh vân Chim ưng? Thiên hà Xoắn ốc Whirlpool? Hay chândung của một trong các hành tinh? Chắc chắn bạn đã từng xem hàng tá hìnhảnh Hubble, vì chúng ở mọi nơi – báo in, tạp chí, chương trình truyền hình, hìnhnền website, thậm chí trên thiếp mừng. Sự sinh sôi nhanh chóng này của nhữnghình ảnh tuyệt đẹp đã đưa Hubble trở thành một biểu tượng mà không có mộtthiết bị khoa học nào khác có thể sánh nổi. Hãy hỏi một ai đó trên đường bạn gặpvề tên của một chiếc kính thiên văn. Câu trả lời hầu như chắc chắn sẽ là Kính thiênvăn vũ trụ Hubble, mặc dù trong vài thập niên trở lại đây, một vài thiết bị kháccũng đã giúp tạo ra một thời kì vàng son của ngành thiên văn học. Các ảnh chụp Hubble làm say đắm lòng người do vị trí của chiếc kính thiênvăn này nằm phía trên bầu khí quyển của trái đất. Được đưa vào quỹ đạo cách đây20 năm trước bởi Tàu con thoi vũ trụ Discovery, Hubble quay một vòng xungquanh trái đất mất 96 phút ở độ cao khoảng 560 km – không cao lắm phía trên đầuchúng ta. So với khoảng cách đến những mục tiêu vũ trụ của nó, con số này cónghĩa là chiếc kính thiên văn trên hầu như bám sát với mặt đất. Tuy nhiên, giá trịnày vẫn đủ cao để vượt qua những trở ngại lớn nhất đối với các quan sát thiên vănchính xác: bầu khí quyển hay xáo trộn của Trái đất, nó chặn mất phần lớn các dạngbức xạ điện từ mà các nhà thiên văn muốn quan sát. Ngay cả ánh sáng khả kiếncũng không đi qua nguyên vẹn. Tầm nhìn vũ trụ do mà một kính thiên văn mặt đấtcỡ lớn mang lại có phần lu mờ vì các nhiễu loạn khí quyển làm khúc xạ và lệchhướng chút ít đối với đường đi của chùm tia sáng. Nếu không được hiệu chỉnh,những sự lệch hướng này sẽ làm nhòe ảnh của những ngôi sao ở xa, bằng khôngchúng sẽ hiện ra gần như có dạng điểm, sao cho chúng có kích thước góc khoảngmột giây cung, tùy thuộc vào các điều kiện khí quyển. Ngoài hiệu ứng mà chúng tagọi là sự nhấp nháy, mắt con người không thể phát hiện ra sự lu mờ này, nhưng nólàm tổn hại nghiêm trọng đối với các nghiên cứu thiên văn đòi hỏi góc nhìn vôcùng sắc nét. Từ vị trí của nó trong vũ trụ, Hubble có một lợi thế lớn. Nó khôngphải xử lí các hiệu ứng nhòe ảnh của khí quyển và vì thế có thể cung cấp các bứcảnh chi tiết nguy nga tráng lệ. Ngoài cái đẹp, danh vọng của Hubble còn đến từ câu chuyện lịch sử li kì củanó. Trong những năm sắp phóng lên vào năm 1990, Kính thiên văn vũ trụ Hubbleđược quảng cáo rùm beng là tiến bộ lớn nhất trong ngành thiên văn học kể từkhi galileo lần đầu tiên hướng một chiếc kính thiên văn lên bầu trời. Để khai tháclợi thế của góc nhìn tươi mới từ không gian bên ngoài, NASA đã trang bị một trongnhững chiếc gương mặt đất chính xác nhất từng được chế tạo để làm bộ phậnquang chính của Hubble dùng thu thập và hội tụ ánh sáng. Sự kì vọng cao độ đãvấp phải nhiều ê chề sau khi phóng, khi mà chiếc kính không thể hội tụ chính xácvà chiếc gương chính gặp phải sự cố. Bề mặt gương nhẵn bóng và chính xác đếnkhông ngờ, nhưng hình dạng của nó không chính xác vì thiết bị kiểm tra dùngtrong quá trình mài đã được lắp đặt không đúng quy cách. Như một thượng nghị sĩđặt vấn đề, hàng tỉ đô la chi cho Hubble đã tạo ra một “con gà công nghiệp”. Nhưngmột đặc điểm đặc biệt của thiết kế Hubble mang lại tia hi vọng. Không giống nhưnhững chiếc kính thiên văn khác trong không gian, Hubble được chế tạo để phụcvụ bởi các nhà du hành đến thăm nom. Một phần kế hoạch của NASA luôn là việcnâng cấp Hubble một cách đều đặn, mang thêm lên những thiết bị mới, ưu việt hơnmỗi vài ba năm một lần trong những hành trình bay sứ mệnh. Và vào năm 1993,các nhà du hành trên Tàu con thoi vũ trụ Endeavour đã mang lên và lắp đặt cácthiết bị quang hiệu chỉnh để bổ sung chính xác cho sự biến dạng của gương chính,nhờ đó phục hồi tầm nhìn ưu việt mà ngày nay đã tạo ra một bộ sưu tập ảnh hếtsức ấn tượng và rất nhiều khám phá khoa học. Mỗi chuyến thăm dịch vụ sau đó để lại một phiên bản mới hơn, cải tiến hơncủa chiếc kính thiên văn trên. Các cải tiến thật đáng kể, cho nên có thể phân chia sựhoàn thiện kì công Hubble thành năm giai đoạn khác nhau, mỗi giai đoạn chấm dứtbởi một sứ mệnh dịch vụ lắp đặt những thiết bị mới. Qua chuỗi tiếp tế khoa họcnày, Hubble đã giành được danh vọng cao trong lịch sử thiên văn học, nhưng vàolúc bắt đầu sứ mệnh, sự thành công của nó là không chắc chắn cho lắm. Kính thiên văn vũ trụ Hubble bay xung quanh Trái đất mỗi vòng mất 97 phút ở tốc độ xấp xỉ 7,5 km/s so với Trái đất (Ảnh: NASA) Vật lộn để tồn tại (1990–1993) Nếu như sứ mệnh dịch vụ đầu tiên hiệu chỉnh thị lực của Hubble gặp thất bại,thì toàn bộ chương trình có thể bị hủy. Nhưng bất chấp tiếng tăm bị mai một củachiếc kính trong ba năm đầu tiên của nó, Hubble vẫn thực hiện được nghiên cứukhoa học có giá trị. Cho dù với một cái gương chính bị rạn nứt, nhưng Hubble vẫnlà chiếc kính thiên văn hoàn hảo nhất từng được chế tạo cho quan sát ánh sáng tửngoại bước sóng ngắn, chúng không thể thâm nhập vào bầu khí quyển của Trái đất.Một trong những dự án chủ chốt dành cho Hubble trước khi phóng lên không đòihỏi chất lượng hình ảnh tốt, vì dự án đó không sử dụng các camera ghi ảnh của nó,mà sử dụng các quang phổ kế của nó. Dự án chủ chốt đó là nghiên cứu chất khí giữa các thiên hà. Đa phần ...