400 năm kính thiên văn - Theo dòng thời gian

400 năm kính thiên văn - Theo dòng thời gian

Để kỉ niệm 400 kính thiên văn một trong 2 dự án mình đã đề cập và mong mọi người góp ý và tham gia, đó là viết tài liệu về lịch sử kính thiên văn.

Anh Lê Quang Thủy có gửi cho mình bài viết từ phần mô hình kính thiên văn đầu tiên đến kính thiên văn phản xạ và nhờ xem lại, nhưng với bài viết quá hay như thế này cũng muốn các anh em khác trên diễn đàn cùng xem và sửa lỗi nếu có để sau khi hoàn chỉnh chúng ta có thể in thành sách hay phổ biến cho mọi người.
----

LỊCH SỬ về KÍNH THIÊN VĂN và CÁC PHÁT KIẾN THIÊN VĂN
1. Từ "Ống kính ma thuật" của Lippershey...

Cũng như nhiều phát minh lớn vào thời cổ và trung đại , kính thiên văn được sáng chế ra qua một sự kiện tình cờ may mắn. Đến cuối thế kỷ 16 đầu thế kỷ 17, việc chế tạo kính mắt đã trở thành phổ biến đã là điều kiện thuận lợi cho việc ra đời của kính thiên văn.
Một cơ hội may mắn đã đến với Hans Lippershey (1570-1619) là một nhà chế tạo kính mắt sống tại Middelburg, Hà Lan. Vào năm 1608, con trai Hans Lippershey, trong khi nghịch các kính mắt của bố, đã phát hiện ra và báo cho bố biết có thể nhìn thấy tháp chuông nhà thờ gần hơn, thậm chí thấy cả mấy con chim đang nấp dưới gác chuông qua 2 kính mắt. Thay vì ?ođét? vào mông chú nhóc nghịch ngợm, Lippershey đã cùng ?onghịch? với con trai.
Hans Lippershey đã nghiên cứu cẩn thận và phát hiện ra 2 kính mắt thích hợp đặt thẳng hàng nhau ở một khoảng cách nào đó, thật sự có tác dụng ?okéo gần? lại những vật ở rất xa.
Từ hôm đó, bỏ quên công việc hàng ngày, ông lao vào thử nghiệm nhiều loại kính, nhiều kiểu kết hợp khác nhau và cuối cùng đã chế tạo thành công chiếc? kính nhìn xa? đầu tiên của nhân loại. Chiếc kính được gọi là ?oỐng kính ma thuật của Lippershey? đã nhanh chóng nổi tiếng khắp châu Âu.
Nhưng ông không nhận được bằng sáng chế vì người đồng nghiệp cũng là hàng xóm gần gũi của ông ,Zacharias Janssen, khiếu nại là mình đã làm được ống kính như vậy từ trước đó 4 năm. năm 1604 ! Sau đó vài tuần, Jacob Metius ở Alkmaar cũng đòi quyền sở hữu sáng chế này. Chính quyền Thành Phố Middelburg tuyên bố không xác định được quyền sở hữu sáng chế cho ai cả vì cho là kết cấu ống kính quá đơn giản, rất dễ bị sao chép.

Nhà của Zacharias Janssen ở vị trí số 1 và nhà của Hans Lippershey ở vị trí số 2
Ống kính gồm chỉ 2 thấu kính, một thấu kính lồi hướng về vật quan sát và một thấu kính lõm đặt sát mắt. Độ phóng đại đạt khoảng 3 đến 5 lần. Bạn hãy thử hình dung nó làm việc ra sao qua bản vẽ này !
Bản phác thảo cổ nhất mà người ta được biết của Ống kính Lippershey trong một lá thư viết vào tháng 8 năm 1609
Với ngôn ngữ vật lý phổ thông hiện đại thì nguyên lý làm việc của nó như thế này :
Thấu kính hội tụ (lồi) hướng về phía vật quan sát ở rất xa sẽ cho một ảnh thật nhỏ hơn và ngược chiều với vật tại tiêu diện của nó. Thấu kính này được gọi là vật kính.
Thấu kính phân kỳ (lõm) được chỉnh vị trí sao cho ảnh cho bởi vật kính sẽ nằm đúng tiêu diện vật của nó. Khi đó mắt đặt sau kính sẽ thấy ảnh ảo cùng chiều với góc nhìn lớn hơn . Kính này được gọi là thị kính.
Độ phóng đại của kính sẽ bằng f1 (tiêu cự vật kính) / f2 (tiêu cự thị kính)

Điều khiến chúng ta ngạc nhiên là tại sao Kính viễn vọng lại xuất hiện chậm như vậy trong khi các điều kiện cơ sở cho sự ra đời của nó đã có từ rất lâu.
Ở Châu Âu, thấu kính thủy tinh đã được chế tạo và dùng phổ biến từ thế kỷ 13.
Roger Bacon ( 1219-1294) , nhà thần học Thiên chúa giáo nổi tiếng đã đề cập đến loại kính thần diệu giúp người ta nhìn rõ hơn này trong các công trình nghiên cứu của mình.
Lần theo quá khứ xa hơn nữa, năm 1850, người ta đã khai quật được tại Nimrud thuộc Irak một tấm "đá lấy lửa" có niên đại cách đây hơn 3000 năm. Các nhà vật lý cho rằng tấm đá này còn có thể dùng như một kính lúp để phóng đại.( Thậm chí có người cho là đây chính là vật kính của một kính thiên văn cổ dựa trên cơ sở truyền thuyết của người Assyrie cổ đã mô tả Sao Thổ như một vị thần đứng trong một vòng gồm những con rắn cắn đuôi! Phải chăng họ đã từng có được những chiếc kính mạnh hơn của Lippershey và biết rõ về vành đai sao Thổ ? ).
Các nghiên cứu về ánh sáng và thị giác cũng đã được các nhà "triết học" cổ đại tiến hành từ rất lâu.
Các tiên đề hình học Euclide (325-265BC) rất quen thuộc với chúng ta có lẽ đã được rút ra qua các nghiên cứu của ông về tia sáng.
Archimedes xứ Syracuse (287-212BC) đã từng dùng gương hội tụ ánh nắng mặt trời để đốt cháy chiến thuyền La mã chứng tỏ ông đã biết sự phản xạ trên gương cầu.
Hero xứ Alexandria (10-70) và Ptolemy (90-168), tác giả của thuyết Địa tâm từng đứng vững hơn 15 thế kỷ, đã bắt đầu xây dựng các nguyên lý của quang hình học qua các nghiên cứu về hiện tượng phản xạ và khúc xạ.
Khi châu Âu chìm vào ?ođêm trường Trung cổ? thì ánh sáng khoa học bừng sáng ở phía Đông. Nhà bác học vĩ đại người Aicập Ibn al-Haytham (965-1040) , người được mệnh danh là cha đẻ của quang học, từ các công trình nghiên cứu thực nghiệm của mình, đã hệ thống hoá hoàn chỉnh các nguyên lý về quang hình học gần như dưới dạng chúng ta đã biết hiện nay. ( trước I.Newton vĩ đại và R. Descarte gần 500 năm !)
Chỉ có một lý giải cho sự chậm trễ này : sự SỢ HÃI.
Vào thời kỳ đó, mọi ý tưởng chệch hướng với các "quan điểm chính thống Thiên chúa giáo" đều bị xem là tà giáo và phải bị thiêu hủy, đúng theo cả nghĩa đen lẫn nghĩa bóng !
Các nhà khoa học với các ý tưởng "điên rồ" rất dễ bị xem là "dị giáo", là "phù thủy" nếu không chịu "hối cải" (như G. Gallile chẳng hạn) thì bị Tòa án dị giáo đưa lên dàn hỏa cùng với các tác phẩm của ma quỷ (như Giordani Bruno)

Ngay với một tu sĩ Thiên chúa giáo dòng Franciscan R.Bacon, người được xem là "người Thầy kỳ diệu" mà chúng ta đã nhắc đến ở trên, cũng đã phải rất thận trọng khi nghiên cứu những "bí ẩn của tự nhiên" để tránh bị xem là lạc đạo.
Kính viễn vọng cũng rất dễ bị xem là một "sản phẩm của ma quỷ" với một lý luận theo kiểu " nếu Chúa muốn con người nhìn xa hơn thì Ngài đã ban cho họ đôi mắt của loài chim cắt".
Như đã nói ở trên, có đến 2 người cùng đòi bằng sáng chế kính viễn vọng sau khi Hans Lippershey công bố sáng chế của mình. Có thể họ đã phát minh độc lập nhưng cũng không loại trừ khả năng họ "copy" của nhau hoặc của một nhà sáng chế nào đó không đủ dũng khí để công bố công trình của mình.
Có lẽ chính quyền Middelburg đã đúng khi quyết định không công nhận ai cả vì dường như kính viễn vọng đã được người ta biết đến từ lâu nhưng Nhân loại đã ghi công xứng đáng cho Hans Lippershey vì ít nhất ông đã dũng cảm chấp nhận khả năng bị xem như là một phù thủy với những hậu quả bi đát.
Cũng nhận xét thêm về sự khéo léo của ông khi "trình làng" sản phẩm của mình dưới dạng ống nhòm, chỉ có độ phóng đại 3 lần, dù khả năng có thể cao hơn nhiều, và được giới thiệu là dùng để "xem hát" !
Ý nghĩa của phát minh này được thể hiện qua nhận xét của nhà triết học, toán học nổi tiếng người Pháp René Descarte, năm 1637 : ?oBy taking our sense of sight far beyond the realm of our forebears'''''''' imagination, these wonderful instruments, the telescopes, open the way to a deeper and more perfect understanding of nature.?
Được fairydream sửa chữa / chuyển vào 16:49 ngày 11/04/2008

ttvnol dở chứng nên post bài cực quá !
@ Anh Thủy, em đề nghị sửa "Ống kính ma thuật của Lippershey" thành "Ống kính ma thuật Hà Lan" cho đúng theo The "Dutch perspective glass"
Các dữ kiện mọi người kiểm tra lại dùm anh Thủy với.
?oBy taking our sense of sight far beyond the realm of our forebears'''''''''''''''' imagination, these wonderful instruments, the telescopes, open the way to a deeper and more perfect understanding of nature.?
Dịch sao cho hay đây !
@ Anh Thủy anh tách các ảnh viết trong bài ra riêng để em đưa lên web cho dễ, vì các ảnh nhúng vào word rồi lấy ra lại thì chất lượng bị giảm.

được fairydream sửa chữa / chuyển vào 16:50 ngày 10/04/2008

tiếp đi bác ơi, hay wa''

Mình post tiếp loạt bài của anh Thủy. Nhờ anh em cùng xem và góp ý
--------------------------------------
2. Đến Kính Thiên văn Gallile.
Chỉ vài tháng sau, năm 1609, nhà bác học vĩ đại Gallileo Gallilei 1564-1642 , từ nước Ý xa xôi, nghe mô tả về chiếc ống Lippersey và đã thử làm một chiếc tương tự.
Ông cũng là người nhận ra tầm quan trọng của loại ống kính viễn vọng này trong thương mại, hàng hải và quân sự.

Không hài lòng về chiếc kính này, cũng như giới làm kính TV amateur bây giờ, ông thử làm ống kính dài hơn, lớn hơn, dùng nhiều loại kính khác nhau và cuối cùng, nâng độ phóng đại của kính lên đến khoảng 30 lần. Ống kính của ông dài khoảng 1,3m tức là vật kính có tiêu cự 130cm và thị kính 4-5cm.


G.Galile hướng dẫn các nghị viên Venice xem kính thiên văn.
Với tính tò mò của dân khoa học, ông đã hướng ống kính của mình lên bầu trời đêm và đã vô cùng ngạc nhiên khi nhận ra vô số vết rỗ trên mặt trăng, sao Kim có dạng lưỡi liềm tựa như một mặt trăng bé xíu và sao Thổ tựa như một chiếc tách có 2 quai !
Ông đã chứng minh sao Mộc có 4 vệ tinh bao quanh và Mặt trời cũng có chuyển động tự quay qua nghiên cứu các đốm đen mặt trời.
Điều này là bằng chứng củng cố cho Thuyết Nhật tâm của Nicolai Copernics .
Từ đây, chúng ta sẽ sẽ gọi nó là Kính Thiên văn vì trong phạm vi bài viết này chúng ta chỉ quan tâm đến các kính viễn vọng dùng trong mục đích thiên văn.
Các bạn có thể dễ dàng chế tạo một phiên bản của Kính Gallile bằng các nguyên liệu dễ kiếm : vật kính là kính viễn 0,75diop, thị kính là kính cận 20diop, thân ống kính bằng ống nhựa PVC. Bạn hãy ngắm thử Mặt trăng và so với bản vẽ của G.Gallilei bên cạnh xem sao nhé.

Bản vẽ mặt trăng của Galile

Hình ảnh sao Mộc qua kính Galile có lẽ giống như vậy.

Ảnh HAAC

Ảnh: Một trong những bản vẽ về Sao Mộc cùng các vệ tinh của Galile
Và sao Thổ- chiếc tách có 2 quai


Bản vẽ của Galileo về Sao Thổ ông quan sát được
Ảnh trên là hình vẽ vào năm 1610
Ảnh dưới ông vẽ vào năm 1616
Được fairydream sửa chữa / chuyển vào 11:57 ngày 02/05/2008

3. Cải tiến của Kepler

Năm 1611, Johannes Kepler (1571-1630), tác giả của 3 định luật nổi tiếng về chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời (nhưng đó là chuyện sau này), được G.Gallile nhờ kiểm tra các kết quả quan sát của mình, ông đã bắt đầu quan tâm đến kính thiên văn.
Đôi khi trong cái rủi lại có cái may ! J.Kepler mắt kém đã rất khó khăn khi dùng kính Gallile có trường nhìn rất hẹp. Chỉ cần một rung động nhẹ là trăng sao đều ?ochạy? mất tiêu.
Vốn là nhà toán học, ông đã nghiên cứu nguyên lý của kính và đề nghị dùng thấu kính hội tụ làm thị kính để mở rộng trường quan sát của kính và thế là Kính Kepler ra đời. Sáng kiến rất đơn giản nhưng hiệu quả không ngờ.
Độ phóng đại của kính Kepler cũng bằng f1 (tiêu cự vật kính) / f2 (tiêu cự thị kính)
Tại sao trường nhìn của kính Kepler lại lớn hơn ?
Lời giải thích rất đơn giản : chùm tia sáng qua thấu kính hội tụ sẽ bị lệch hướng về phía quang trục thay vì ra xa quang trục như với thấu kính phân kỳ. Bạn hãy so sánh bản vẽ kính Galile ở trên và bản vẽ kính Kepler này. Với cùng độ phóng đại như nhau, mắt người quan sát trên kính Kepler đặt ngay quang trục còn dùng kính Galile phải dời lên trên khá xa quang trục mới nhìn được phía trên của ảnh, nếu không dời mắt, ta chỉ thấy được một phần dưới của ảnh.

Hình 1.Qua kính Galile

Hình 2 . và kính Kepler có cùng độ phóng đại
Bạn hãy so sánh 2 tấm ảnh của cùng một ống kính với 2 thị kính phân kỳ (kiểu Gallile) và hội tụ (Kepler) với độ phóng đại như nhau. Trường nhìn với thị kính hội tụ lớn gấp 4 lần kính phân kỳ !
Nếu bạn đã ?olỡ? làm một kính Gallile như chúng tôi đã đề nghị ở trên, hãy thay thị kính bằng kính lúp tiêu cự 5cm, trường nhìn lúc này sẽ lớn hơn gấp nhiều lần, bạn sẽ không phải ?odán?T mắt sát vào thị kính và nhất là rất dễ dò tìm mục tiêu quan sát. Chỉ tội cái hình ảnh bị lộn ngược đầu ! Nhưng dùng để quan sát thiên văn thì không thành vấn đề. Cũng khá buồn cười là khuyết điểm này lại trở thành một đặc điểm để nhận dạng kính thiên văn .
Thật ra độ nét của kính Kepler không bằng kính Gallile, quang sai, đặc biệt là sắc sai cũng nhiều hơn nhất là ở độ phóng đại lớn. Bạn có thể thấy chú chim trong hình 2 bị viền màu xanh đỏ và không nét như hình 1. Hiện tượng sắc sai (ảnh bị viền màu) này đến lúc đó vẫn còn là một bí ẩn chưa ai giải thích được!
Để giảm bớt quang sai, thời đó, người ta chỉ có cách che bớt vật kính hay dùng vật kính có tiêu cự dài hơn.
Với chiếc kính Kepler vừa lắp, bạn hãy hướng về mặt trăng xem sao. Thị trường rộng hơn, dễ định vị mục tiêu hơn, nhưng đồng thời hình ảnh bị nhòe đi, viền màu, không còn rõ nét nữa. Bạn hãy cắt vài mảnh bìa tròn, tâm có lỗ đường kính từ 1-3cm để làm màn chắn, che bớt ánh sáng đi vào vật kính và thử ngắm lại xem. Mặt trăng sẽ tối đi nhưng rõ nét hơn nhiều do đã loại bỏ các chùm tia sáng xa quang trục bị quang sai lớn.


Loại quang sai này được gọi là Cầu sai.
R. Descates đã xác định rằng với thấu kính hội tụ có mặt cầu, chùm tia sáng xa quang trục lại hội tụ về một điểm (a) gần hơn so với điểm hội tụ (c) của chùm tia gần quang trục.
Ảnh một ngôi sao sẽ không là một điểm mà là một đốm tròn nhòe.
Với thấu kính phẳng lồi, để triệt cầu sai, mặt lồi phải là mặt hyperboloit.
Chỉ có điều công nghệ chế tạo thấu kính thời đó chưa làm được điều này. Các nhà thiên văn thời đó đành phải chấp nhận hy sinh độ sáng để có hình ảnh rõ nét hơn.
Ở đây có một điều khá kỳ lạ. Về mặt trực quan, có lẽ kính Kepler phải xuất hiện trước mới đúng. Ta có thể hình dung thế này: qua vật kính, ta có thể hứng ảnh một vật ở xa lên một tấm màn, ta sẽ dễ nghĩ đến chuyện xem ảnh này to, rõ hơn qua một chiếc kính lúp cầm tay rất thông dụng hơn là dùng kính phân kỳ để xem ảnh ảo của nó.
Có thể giả thiết rằng Kính kiểu Kepler đã thực sự xuất hiện trước nhưng vì hình ảnh lộn ngược của nó hoàn toàn không thích hợp để làm ngắm "địa văn" nên đã không phổ biến và bị quên lãng. J.Kepler chỉ là người "tái phát minh" ra kiểu kính mang tên mình !
Thiết kế của Kepler, vì ông chỉ thực hiện nó trên giấy, không được hưởng ứng ngay mà mãi đến 29 năm sau, năm 1630 Christoph Scheiner, một tu sĩ dòng Tên cũng là nhà toán học người Đức áp dụng và phổ biến rộng.
Lê Quang Thủy
Được fairydream sửa chữa / chuyển vào 12:17 ngày 02/05/2008
Được fairydream sửa chữa / chuyển vào 13:16 ngày 02/05/2008

4. Cuộc đua Kính thiên văn.
Năm 1610, sau khi các kết quả quan sát của G.Gallilei được công bố, giới khoa học châu Âu như lên cơn sốt. Thế kỷ 17 trở thành thời hoàng kim của Thiên văn học.
Người ta đua nhau chế tạo những chiếc kính thật to để thỏa mãn tính tò mò của mình.
Về mặt nguyên tắc thì quá dễ, chỉ cần có vật kính to hơn để nhận nhiều ánh sáng và tiêu cự dài hơn để có độ phóng đại lớn. Thấu kính đường kính lớn rất khó chế tạo vì thủy tinh thời đó thường bị lẫn bọt khí và nhiễm màu do tạp chất . Do đó người ta cuộc đua tập trung vào hướng kéo dài tiêu cự vật kính.
Chúng ta sẽ lần theo các sự kiện theo thời gian.
Năm 1655 nhà vật lý người Hà lan Christiaan Huygens (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.
Để gọn nhẹ hơn, ông đã bỏ thân ống kính, lắp vật kính lên một trụ cao và chỉnh hướng bằng dây cáp. Sau này nó được gọi là Kính thiên văn không khí-Air Telescope.
Với kính này, lần đầu tiên, thay vì dùng 1 thấu kính đơn như Kepler, ông đã dùng thị kính ghép từ 2 thấu kính hội tụ để loại trừ sắc sai và nhất là có trường nhìn rộng hơn, cho phép tăng độ phóng đại của kính thiên văn. Kiểu thị kính Huyghens này đến nay vẫn còn thấy trong các kính hiển vi và kính thiên văn cũ vì rất đơn giản, dễ chế tạo và rẻ tiền

Ảnh: Kính của Christiaan Huygens
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, tìm ra Rhea, vệ tinh sao Thổ qua kính thiên văn dài 35ft (10.7m).
Năm 1675 G.Cassini nhận ra vành đai sao Thổ gồm 2 vành con, cách nhau một khoảng cách nhỏ. Khoảng cách này được gọi là khoảng chia Cassini.

Vành đai Sao Thổ với khoảng chia Cassini (Ảnh HAAC)
Năm 1684, ông phát hiện tiếp 2 vệ tinh sao Thổ .
Năm 1690, ông quan sát được các chuyển động xoáy trong khí quyển sao Mộc. Các khám phá này được thực hiện qua kính thiên văn dài 100 và 136ft (30.5 và 41.5m) do Campani chế tạo.
(fairydream: Tôi không tìm được ảnh của mà Cassini sử dụng được chế tạo bởi Giuseppe Campani. Bạn nào tìm được xin bổ xung cho bài viết)
Năm 1673, nhà thiên văn Đức Johanes Hevelius đã lần lượt chế tạo 2 kính dài đến 60 và 150ft, có vật kính đường kính đến 20cm, Các kính này không thực sự hoạt động hiệu quả vì rất khó xử dụng, ống kính quá dài bị võng xuống, chỉ một cơn gió nhẹ cũng bị rung động.



Kính thiên văn dài 60 và 150ft (18.5 và 46m) của J.Hevelius.
Bạn hãy hình dung cách chỉnh hướng ống kính dài như vậy ra sao nhé ! Đặc biệt là khi ngắm gần thiên đỉnh !
Chiều hướng tăng độ dài ống kính để giảm quang sai đã đến mức tới hạn. Quang sai không thể giảm hơn nữa mà kính lại quá khó xử dụng. Cuộc đua chiều dài kính thiên văn đã chấm dứt. Các dự án vĩ đại khác, kính dài 300-600ft lần lượt bị xếp xó sau thất bại của Hevenius.
Cuộc đua chuyển sang một hướng mới với một đối thủ mới : Kính thiên văn phản xạ.

@Fairy :
Chiếc kính có độ dài khoảng 35ft mà Giovanni Cassini đã dùng để phát hiện ra vệ tinh Rhea của Sao Thổ cũng là do Giuseppe Campani chế tạo, và "có thể" là chiếc kính trong hình này :

​

====
Trong 1 bức tranh vẽ chân dung Giovanni Cassini, có thể nhìn thấy 1 chiếc kính thiên văn rất lớn bên trên 1 tòa nhà trong đài thiên văn Paris. Chắc họa sĩ định minh họa 1 trong hai chiếc kính khổng lồ 100ft hoặc 136ft.
Tuy nhiên, bức ảnh được vẽ vào năm 1879 (rât lâu sau thời gian G. Cassini sống và làm việc tại đài thiên văn) chi tiết chiếc kính trong bức ảnh chỉ có tính chất "minh họa", không thể chắc chắn là mô tả chính xác 1 trong 2 chiếc kính (trừ khi họa sĩ đã được xem hình vẽ mô tả chính xác chiếc kính thiên văn khi thực hiện bức chân dung này)

​

Cảm ơn Tú !
Anh đã xong phần kính PX giai đọan sơ khai, nhưng không post được !