Bốn thế kỷ chiêm ngưỡng bầu trời

Chia sẻ: Trần Lê Kim Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

39
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

QUÁ TRÌNH KHÁM PHÁ VŨ TRỤ Cách đây 400 năm, Galilei là người đầu tiên sử dụng kính thiên văn. Tuy chiếc kính còn mang tính thủ công, nhưng Galilei rất ngạc nhiên khi phát hiện được nhiều hiện tượng thú vị chưa từng nhìn thấy trên bầu trời.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bốn thế kỷ chiêm ngưỡng bầu trời

Bốn thế kỷ chiêm ngưỡng bầu trời QUÁ TRÌNH KHÁM PHÁ VŨ TRỤ Cách đây 400 năm, Galilei là người đầu tiên sử dụng kính thiên văn. Tuy chiếc kính còn mang tính thủ công, nhưng Galilei rất ngạc nhi ên khi phát hiện được nhiều hiện tượng thú vị chưa từng nhìn thấy trên bầu trời. Chị Hằng không có vẻ mịn màng thơ mộng như nhìn bằng mắt trần, mà lại gồ ghề, nhiều thung lũng. Dải Ngân hà không phải là một đám mây huyền ảo mà là một hệ thiên hà có vô số ngôi sao. Hành tinh Kim hiện ra trong kính khi tròn, khi lưỡi liềm, giống như những mặt trăng bé tý hon. Sự thay đổi hình dạng của hành tinh Kim theo chu kỳ chứng tỏ hành tinh cũng như trái đất đều quay quanh mặt trời. Những phát hiện của Galilei chứng minh trái đất không phải là trung tâm của vũ trụ đã làm đảo lộn quan niệm về vũ trụ của Thiên Chúa giáo đang thịnh hành ở châu Âu thế kỷ XVII. Ngày nay, các nước đang phát triển thường quan tâm đến những ngành công nghiệp để nâng cao đời sống của người dân. Tuy nhiên, muốn đạt được trình độ kỹ thuật cao thì phát triển công nghiệp phải đi đôi với phát triển khoa học cơ bản. Thiên văn học là một trong những ngành khoa học cơ bản bao gồm nhiều lĩnh vực, từ toán học, vật lý, hóa học đến những ngành công nghệ tiên tiến làm ra những
thiết bị quan sát. Khám phá vũ trụ không những giúp con người ý thức được vị trí của mình trong không gian mà còn học hỏi được cơ chế tạo ra những hiện tượng trong thiên nhiên. Các nhà thiên văn sử dụng kính thiên văn ngày càng lớn đặt trên mặt đất và phóng lên không gian để có những điều kiện tối ưu, nhằm quan sát thật sâu trong vũ trụ và tìm hiểu sự hình thành các thiên hà, cùng nguồn gốc và sự tiến hoá của toàn vũ trụ. Họ cũng nghiên cứu những hiện tượng trong vũ trụ để thực hiện trên trái đất những thí nghiệm tương tự. Sở dĩ mặt trời và những ngôi sao chiếu sáng được trong hàng tỷ năm, chính là nhờ các thiên thể này khống chế được năng lượng tổng hợp các hạt nhân nguyên tử. Những phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân giải phóng một lượng năng lượng hết sức lớn so với những phản ứng phân hạch hiện đang được thịnh hành trong những nhà máy điện hạt nhân. Các nhà khoa học đã thực hiện được những phản ứng nhiệt hạch để làm nổ những quả bom khinh khí (còn được gọi là bom H) với sức tàn phá khủng khiếp hơn cả bom nguyên tử. Nhưng họ chưa khống chế được những phản ứng này để sản xuất năng lượng trên quy mô lớn nhằm phục vụ ngành công nghiệp. Dự án quốc tế xây một lò phản ứng tổng hợp hạt nhân thí nghiệm đầu tiên đặt tên là ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) đang được tiến hành. TÌM HIỂU THẾ GIỚI VĨ MÔ VÀ VI MÔ Mặc dù nền kinh tế toàn cầu đang bị suy thoái, nhưng những thiết bị đắt tiền đã được làm ra để phục vụ ngành thiên văn. Nghiên cứu quá trình tiến hóa của vũ trụ và sự hình thành của vạn vật là một trong những đề tài đang được các nhà khoa học quan tâm. Họ làm những chiếc kính thiên văn ngày càng lớn, được trang bị đầy đủ những thiết bị điện tử tối tân. Trong năm 2009 vừa qua, Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đã phóng lên không gian chiếc kính thiên văn có tên là Planck - tên nhà vật lý nổi tiếng người Đức. Vệ tinh Planck dùng để quan sát bức xạ phông vũ trụ, tàn dư của vụ nổ Big Bang tạo ra vũ trụ cách đây ngót 14 tỷ năm. Bức xạ phông vũ trụ là bộ mặt của vũ trụ nguy ên thủy khi vừa mới ló ra, sau 400 nghìn năm tồn tại trong trạng thái mờ ảo. Hồi đó, vũ trụ chỉ nhỏ bằng một phần tỷ vũ trụ hiện nay và
cứ dãn nở không ngừng. Vũ trụ nguyên thủy đã từng rung như một cái trống. Do đó, mật độ và nhiệt độ của bức xạ phông vũ trụ không đồng đều và thăng giáng từ vùng này sang vùng khác. Những đám vật chất tập trung đây đó trong vũ trụ có khả năng thu hút vật chất của môi trường xung quanh để phát triển thành những chùm thiên hà mà các nhà thiên văn quan sát được hiện nay. Những kết quả quan sát bức xạ phông vũ trụ cung cấp cho các nhà thiên văn những thông tin quý báu về tuổi và tương lai của vũ trụ, về cơ chế hình thành của những ngôi sao và của những thiên hà thế hệ đầu tiên, cùng bản chất của năng lượng và của vật chất trong vũ trụ. Kính thiên văn đặt trên mặt đất và kính vũ trụ Hubble đã chụp được những bức ảnh rất đẹp của nhiều thiên thể. Nhưng trong vũ trụ còn vô số thiên thể không phát ra ánh sáng mà chỉ phát bức xạ hồng ngoại không nhìn thấy bằng mắt thường. Những ngôi sao còn non đang ẩn mình trong những đám bụi tối tăm, hoặc những phôi thiên hà là những thiên thể chưa đủ nóng để chiếu sáng mà chỉ phát ra bức xạ hồng ngoại. Bởi vì bức xạ hồng ngoại bị khí quyển trái đất hấp thụ nên các nhà thiên văn phải phóng kính lên không gian để quan sát. Một chiếc kính thiên văn hồng ngoại có tên gọi là Herschel - tên một nhà thiên văn người Anh, đã được phóng cùng chuyến với kính Planck để khám phá những bí ẩn trong thế giới lạnh lẽo của những thiên thể vô hình này. Hệ kính thiên văn vô tuyến quốc tế ALMA đang được xây dựng trên một cao nguyên trong sa mạc Atacama ở độ cao 5.000 m trên rặng núi Andes của Chilê với 50 angten 12 m. ALMA và hệ kính quang học VLT (Very Large Telescope) gồm 4 chiếc gương khổng lồ có đường kính 8 m của Cộng đồng châu Âu sẽ giúp các nhà thiên văn quan sát những vùng thật sâu trong vũ trụ để đi ngược dòng thời gian đến tận gần thời điểm Big Bang, khi vũ trụ vừa mới ra đời.
Máy gia tốc LHC (Large Hadron Collisioner) tối tân nhất hiện nay đã được xây tại Thụy Sĩ để nghiên cứu sự hình thành của vật chất và để tìm hiểu nguồn gốc của vũ trụ. Trong máy gia tốc, những hạt proton có tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng được tạo ra để đâm trực diện vào nhau. Các nhà khoa học hy vọng dùng máy LHC để sản xuất được những hạt vi mô mới lạ và tìm hiểu sự hình thành của vật chất và tái tạo một môi trường lý - hóa mà họ phỏng đoán là tồn tại trong vũ trụ nguyên thủy. NHỮNG PHÂN TỬ SINH HỌC TIỀN THÂN CỦA SỰ SỐNG Cách đây hơn nửa thế kỷ, các nhà hoá học đã điều chế được phân tử sinh học axit amintrong ống nghiệm từ một hỗn hợp khí hyđrô, mêtan, amoniac và hơi nước mà họ cho là có khả năng tồn tại trong khí quyển nguyên thủy của trái đất. Họ dùng một hệ thống phóng điện để chiếu vào hỗn hợp khí, nhằm tái tạo những tia chớp trong những cơn bão được coi là xảy ra thường xuyên ở thời xa xưa trên trái đất. Ngày nay, các nhà thiên văn đã phát hiện trong vũ trụ có đủ loại hóa chất tương tự như những chất thông thường chế ra trong phòng thí nghiệm, kể cả những loại đường có khả năng dẫn đến sự hình thành những phân tử sinh học phức tạp như axit amin trong protein tế bào sinh vật. Sự hình thành sự sống là một quá trình vô cùng phức tạp và lâu dài. Sự sống dưới dạng vi sinh vật nảy sinh trên trái đất đã được 3 tỷ năm, nhưng loài người hiện đại mới xuất hiện cách đây khoảng 200 nghìn năm. Trình độ khoa học tiên tiến như ngày nay mới chỉ đạt được cách đây chưa đầy một thế kỷ. Các nhà thiên văn đang cố gắng tìm kiếm vết tích của sự sống trong dải Ngân hà, dù chỉ là những sinh vật đơn bào. Sự sống tương tự như trên trái đất có thể là rất hiếm và chỉ tồn tại trên những hành tinh, nơi mà điều kiện lý - hóa trong khí quyển không khắt khe như trên những ngôi sao. Những trạm tự động đã được phóng để thám hiểm một số hành tinh trong hệ mặt trời, nhưng vẫn chưa phát hiện được dấu vết của sự sống.
Nước là một yếu tố cần thiết cho sự sống vì là dung môi để hòa tan vật chất và tạo ra những phản ứng hóa học có khả năng làm nảy sinh ra vi sinh vật. Tháng 10.2009, Cơ quan NASA của Mỹ đã dùng tên lửa được điều khiển để đâm thẳng vào một cái hố trên mặt trăng lớn như miệng một ngọn núi lửa đã tắt, nhằm bới vật chất nằm ở dưới bề mặt mặt trăng. Trong đám vật chất bắn tung ra ngoài, các nhà khoa học tìm thấy dấu vết của nước. Những kết quả quan sát khác cũng cho thấy nước có thể đã từng chảy trên hành tinh Hỏa. SIÊU ĐỊA CẦU NUÔI DƯỠNG SỰ SỐNG Sự sống có khả năng nảy sinh trên những hành tinh, nên sự phát hiện những hành tinh ở bên ngoài hệ mặt trời là điều kiện tiên quyết cho sự tìm kiếm sự sống trong dải Ngân hà. Trong hệ mặt trời chỉ có 8 hành tinh nên các nhà thiên văn phải phát hiện thêm hành tinh trong những hệ sao khác thì mới có hy vọng tìm thấy sự sống. Tuy nhiên, công việc quan sát những hành tinh ở bên ngoài hệ mặt trời không hề đơn giản. Lý do là vì hành tinh trong những hệ sao không tự phát ra ánh sáng mà chỉ phản chiếu bức xạ của ngôi sao. Ánh sáng yếu ớt của hành tinh bị ngôi sao sáng chói át đi. Hơn nữa, khoảng cách biểu kiến giữa ngôi sao và hành tinh đồng hành thường quá nhỏ nên kính thiên văn, dù lớn cũng không có đủ độ phân giải để phân biệt hai thiên thể. Các nhà thiên văn đã phải dùng một phương pháp gián tiếp để phát hiện hành tinh trong những hệ sao. Khi hành tinh quay xung quanh ngôi sao thì trường hấp dẫn của hành tinh lôi kéo ngôi sao làm tốc độ của ngôi sao thay đổi ít nhiều. Sau hai thập niên kiên trì quan sát để phát hiện sự thay đổi cực kỳ nhỏ tốc độ của những ngôi sao - một dấu hiệu cho biết ngôi sao có hành tinh đồng hành - các nhà thiên văn đã phát hiện được hơn 400 hành tinh ở ngoài hệ mặt trời. Hành tinh càng nặng và càng gần ngôi sao, thì càng dễ làm nhiễu tốc độ của ngôi sao. Do đó, những hành tinh phát hiện được bằng kỹ thuật đo sự thay đổi tốc độ thường là những khối khí khổng lồ, nặng hơn cả hành tinh Mộc (nặng gấp 320 lần trái đất) và có quỹ đạo gần ngôi sao. Gần đây, một
nhóm nhà thiên văn đã sử dụng phổ kế đủ nhạy để phát hiện được những hành tinh có vỏ rắn, chỉ nặng hơn trái đất khoảng 2 tới 7 lần và được gọi là ‘‘siêu địa cầu’’. Kính thiên văn cũng được phóng lên không gian để đo độ giảm rất nhỏ của ánh sáng ngôi sao, trong trường hợp ngôi sao có một hành tinh đồng hành quay trước mặt. Đây cũng là một phương pháp để phát hiện hành tinh trong những hệ sao. Quang kế (máy đo ánh sáng) phải cực kỳ nhạy để đo được biên độ thay đổi ánh sáng chỉ nhỏ khoảng vài phần nghìn. Ước vọng của các nhà thiên văn là tìm thấy những hành tinh nhỏ như trái đất có vỏ rắn và nằm trong vùng ở được xung quanh ngôi sao. Có nghĩa là vùng này phải có nhiệt độ vừa phải để nước có thể tồn tại ở thể lỏng và làm nảy sinh ra sự sống. Nồng độ của khí nuôi dưỡng sự sống trong khí quyển của hành tinh cũng phải thích hợp với sự sống tương tự như trên trái đất. Tuy nhiên, vùng ở được phải được hiểu theo nghĩa rộng, bởi vì sự sống trên những hành tinh có thể tồn tại trong những điều kiện khác với trên trái đất. Nhà tự nhiên học Darwin đã giải thích quá trình tiến hoá của sự sống bằng hiện tượng chọn lọc tự nhiên giữa các chủng loài và sự thích nghi của chúng đối với môi trường. Như vậy thì trên các hành tinh khác cũng có khả năng có sự sống thích nghi được với những điều kiện lý - hoá không nhất thiết phải giống trên trái đất. MÔI TRƯỜNG TRÁI ĐẤT Trái đất cũng là một hành tinh hoàn toàn phụ thuộc vào vũ trụ bao la. Ngoài mục tiêu khám phá vũ trụ, những kỹ thuật trong ngành thiên văn còn được dùng để phục vụ nhân loại trong công việc thăm dò khí quyển trái đất, khai thác tài nguyên và bảo vệ môi trường. Không gian vũ trụ là nơi rất thuận lợi để chúng ta có một tầm nhìn tổng quát về phía trái đất. Khí quyển trái đất chứa nitơ và oxy cần
thiết cho sự sống. Còn hơi nước, CO2 và những loại khí hiệu ứng nhà kính sẵn có trong thiên nhiên đều tham gia vào quá trình cân bằng nhiệt để duy trì nhiệt độ trên mặt đất ở mức vừa phải. Một vấn đề đáng được chú ý là sự sống còn của hành tinh trái đất. Đó là hiện tượng gia tăng nhiệt độ khí quyển và sự biến đổi khí hậu, do những loại khí nhà kính nhân tạo gây ra. Từ thời đại phát triển công nghiệp, lượng khí CO2 đã tăng lên và hâm nóng khí quyển, làm thay đổi khí hậu toàn cầu. Mêtan (CH4), một thành phần của khí đốt cũng tham gia vào quá trình làm tăng nhiệt độ. Những vệ tinh quan sát thường xuyên khí quyển và bề mặt trái đất đã được phóng lên không gian để đo những tham số cần thiết cho những mô hình khí tượng và khí hậu học, nhằm tiên đoán hậu quả của sự biến đổi khí hậu. Quan sát những hành tinh lân cận trong hệ mặt trời cũng giúp các nhà khoa học so sánh những điều kiện lý - hoá để nghiên cứu môi trường trái đất. Một số nhà khoa học cho rằng, chính những hoạt động của mặt trời mới là nguyên nhân của sự thay đổi khí hậu trên trái đất. Trong những thời kỳ mặt trời hoạt động tối đa với chu kỳ 11 năm, đã có nhiều vết đen xuất hiện trên bề mặt của mặt trời. Các nhà thiên văn căn cứ vào sự hiện diện của vết đen để ‘‘đánh giá’’ hoạt động của mặt trời. Có nhà khí hậu học cho rằng, dù sự thay đổi năng lượng mặt trời có ảnh hưởng đến trái đất, thì cũng chỉ làm tăng giảm nhiệt độ khoảng 0,2 độ Celsius. Ảnh hưởng của sự thay đổi năng lượng mặt trời đối với khí hậu dường như không đáng kể so với tác động của khí thải công nghiệp. Mục tiêu của Hội thảo Copenhagen tháng 12.2009 về sự biến đổi khí hậu là giảm 40% lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính, nhằm duy trì sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu ở mức không quá 20C. Các đại biểu đều ý thức đây là một vấn đề cần được giải quyết cấp bách để bảo vệ môi trường trái đất. Tuy nhiên, họ chưa đạt được thỏa thuận về lượng khí thải phải giảm để đạt được mục tiêu.