Những khám phá vĩ đại của kính
thiên văn Hubble (1)
Mark Voit (Physics World, tháng 9/2010)
Sau 20 năm phục vụ, sứmệnh lịch sửcủa Kính thiên văn vũtrụHubble sắpđến
hồi kết thúc. Trong bài, Mark Voit giải thích làm thếnào chiếc kính thiên văn này
giành được danh vọng nổi bật trong lịch sửngành thiên văn học, và đánh giá một số
khám phá mang tính cách mạng của nó.
Được xem là “Con mắt của Chúa”, Tinh vân Helix thật ra là tàn dưchất khí
phát sáng của một ngôi sao đang qua đời. (Ảnh: NASA)
Bạn thích hình ảnh nào từkho ảnh của Kính thiên văn vũtrụHubble? Ảnh
Trường Sâu Hubble? Tinh vân Chim ưng? Thiên hà Xoắnốc Whirlpool? Hay chân
dung của một trong các hành tinh? Chắc chắn bạnđã từng xem hàng tá hình
ảnh Hubble, vì chúng ởmọi nơi – báo in, tạp chí, chương trình truyền hình, hình
nền website, thậm chí trên thiếp mừng. Sựsinh sôi nhanh chóng này của những
hình ảnh tuyệtđẹpđã đưa Hubble trởthành một biểu tượng mà không có một
thiết bịkhoa học nào khác có thểsánh nổi. Hãy hỏi một ai đó trên đường bạn gặp
vềtên của một chiếc kính thiên văn. Câu trảlời hầu nhưchắc chắn sẽlà Kính thiên
văn vũtrụHubble, mặc dù trong vài thập niên trởlạiđây, một vài thiết bịkhác
cũng đã giúp tạo ra một thời kì vàng son của ngành thiên văn học.
Các ảnh chụp Hubble làm say đắm lòng người do vịtrí của chiếc kính thiên
văn này nằm phía trên bầu khí quyển củatrái đất.Đượcđưa vào quỹ đạo cách đây
20 năm trước bởi Tàu con thoi vũtrụDiscovery, Hubble quay một vòng xung
quanh trái đấtmất 96 phút ở độ cao khoảng 560 km – không cao lắm phía trên đầu
chúng ta. So với khoảng cách đến những mục tiêu vũtrụcủa nó, con sốnày có
nghĩa là chiếc kính thiên văn trên hầu nhưbám sát với mặtđất. Tuy nhiên, giá trị
này vẫnđủ cao để vượt qua những trởngại lớn nhấtđối với các quan sát thiên văn
chính xác: bầu khí quyển hay xáo trộn của Trái đất, nó chặn mất phần lớn các dạng
bức xạ điện từmà các nhà thiên văn muốn quan sát. Ngay cảánh sáng khảkiến
cũng không đi qua nguyên vẹn. Tầm nhìn vũtrụdo mà một kính thiên văn mặtđất
cỡlớn mang lại có phần lu mờvì các nhiễu loạn khí quyển làm khúc xạvà lệch
hướng chút ít đối vớiđường đi của chùm tia sáng. Nếu không được hiệu chỉnh,
những sựlệch hướng này sẽlàm nhòe ảnh của những ngôi sao ởxa, bằng không
chúng sẽhiện ra gần nhưcó dạng điểm, sao cho chúng có kích thước góc khoảng
một giây cung, tùy thuộc vào các điều kiện khí quyển. Ngoài hiệuứng mà chúng ta
gọi là sựnhấp nháy, mắt con người không thểphát hiện ra sựlu mờnày, nhưng nó
làm tổn hại nghiêm trọng đối với các nghiên cứu thiên vănđòi hỏi góc nhìn vô
cùng sắc nét. Từvịtrí của nó trong vũtrụ, Hubble có một lợi thếlớn. Nó không
phải xửlí các hiệuứng nhòe ảnh của khí quyển và vì thếcó thểcung cấp các bức
ảnh chi tiết nguy nga tráng lệ.
Ngoài cái đẹp, danh vọng của Hubble còn đến từcâu chuyện lịch sửli kì của
nó. Trong những năm sắp phóng lên vào năm 1990, Kính thiên văn vũtrụHubble
được quảng cáo rùm beng là tiến bộlớn nhất trong ngành thiên văn học kểtừ
khi galileo lầnđầu tiên hướng một chiếc kính thiên văn lên bầu trời. Để khai thác
lợi thếcủa góc nhìn tươi mới từkhông gian bên ngoài, NASA đã trang bịmột trong
những chiếc gương mặtđất chính xác nhất từng được chếtạođể làm bộphận
quang chính của Hubble dùng thu thập và hội tụánh sáng. Sựkì vọng cao độ đã
vấp phải nhiều ê chềsau khi phóng, khi mà chiếc kính không thểhội tụchính xác
và chiếc gương chính gặp phải sựcố. Bềmặt gương nhẵn bóng và chính xác đến
không ngờ, nhưng hình dạng của nó không chính xác vì thiết bịkiểm tra dùng
trong quá trình mài đã được lắpđặt không đúng quy cách. Nhưmột thượng nghịsĩ
đặt vấnđề, hàng tỉ đô la chi cho Hubble đã tạo ra một “con gà công nghiệp”. Nhưng
mộtđặcđiểmđặc biệt của thiết kếHubble mang lại tia hi vọng. Không giống như
những chiếc kính thiên văn khác trong không gian, Hubble được chếtạođể phục
vụbởi các nhà du hành đến thăm nom. Một phần kếhoạch của NASA luôn là việc
nâng cấp Hubble một cách đềuđặn, mang thêm lên những thiết bịmới, ưu việt hơn
mỗi vài ba năm một lần trong những hành trình bay sứmệnh. Và vào năm 1993,
các nhà du hành trên Tàu con thoi vũtrụEndeavour đã mang lên và lắpđặt các
thiết bịquang hiệu chỉnh để bổsung chính xác cho sựbiến dạng của gương chính,
nhờ đó phục hồi tầm nhìn ưu việt mà ngày nay đã tạo ra một bộsưu tậpảnh hết
sứcấn tượng và rất nhiều khám phá khoa học.
Mỗi chuyến thăm dịch vụsau đó để lại một phiên bản mới hơn, cải tiến hơn
của chiếc kính thiên văn trên. Các cải tiến thậtđáng kể, cho nên có thểphân chia sự
hoàn thiện kì công Hubble thành năm giai đoạn khác nhau, mỗi giai đoạn chấm dứt
bởi một sứmệnh dịch vụlắpđặt những thiết bịmới. Qua chuỗi tiếp tếkhoa học
này, Hubble đã giành được danh vọng cao trong lịch sửthiên văn học, nhưng vào
lúc bắtđầu sứmệnh, sựthành công của nó là không chắc chắn cho lắm.
Kính thiên văn vũtrụHubble bay xung quanh Trái đất mỗi vòng mất 97 phút
ởtốcđộ xấp xỉ7,5 km/s so với Trái đất (Ảnh: NASA)
Vật lộnđể tồn tại (1990–1993)
Nếu nhưsứmệnh dịch vụ đầu tiên hiệu chỉnh thịlực của Hubble gặp thất bại,
thì toàn bộchương trình có thểbịhủy. Nhưng bất chấp tiếng tăm bịmai một của
chiếc kính trong ba nămđầu tiên của nó, Hubble vẫn thực hiệnđược nghiên cứu
khoa học có giá trị. Cho dù với một cái gương chính bịrạn nứt, nhưng Hubble vẫn
là chiếc kính thiên văn hoàn hảo nhất từng được chếtạo cho quan sát ánh sáng tử
ngoại bước sóng ngắn, chúng không thểthâm nhập vào bầu khí quyển của Trái đất.
Một trong những dựán chủchốt dành cho Hubble trước khi phóng lên không đòi