Thiên văn học, một niềm đam mê.

Thiên văn học, một niềm đam mê.

Từ hàng ngàn năm nay con người vẫn ngước mắt lên nhìn bầu trời sao lung linh trong đêm tối với mong ước khám phá những điều bí ẩn của bầu trời, được bay đến những ngôi sao xa xôi.


Bản đồ sao tháng 01/2005

Ngày xưa, sát bầu trời bằng mắt thường và không hiểu được những hiên tượng thiên nhiên kì bí trên bầu trời (nhật thực, nguyệt thực, sao băng, sao chổi, các vụ nổ sao siêu mới...) nên cha ông chúng ta gắn các hiện tượng đó với các biến động lớn trong XH. Ngay như ở Trung Quốc, một trong những cái nôi của nền khoa học Thế giới, nơi quan sát thiên văn đã được ghi lại trên những mẩu xương từ những năm 1500 năm trước Công nguyên, cũng có lưu lại trong sử sách. Khi sao mới (do các vụ nổ sao gây ra, sẽ được nói kĩ hơn ở phần sau) xuất hiên trên bầu trời năm 185 sau Công nguyên thì nó được coi là báo hiệu cho sự sụp đổ của triều Đông Hán. Vụ nổ sao siêu mới năm 1054 được ghi lại do Dương Đức Huy trong cuốn "Trung Quốc cổ tịch tống hội yếu" như sau: "Tôi đoán là Sao khách không xâm phạm tới sao Tất (sao Andebaran, ngôi sao sáng nhất trong chòm Kim Ngưu, Taurus). Đây là điềm tốt cho Hoàng đế và báo cho là cả nước sẽ thịnh vượng. Tôi xin ghi lời đoán của tôi vào sách sử".

Sao siêu mới năm 1054 cũng được quan sát tại Nhật Bản. Sử Minh Nguyệt Kí có chép: "Một ngôi sao khách được quan sát thấy trong chòm sao Kim Ngưu ở chân trời phía đông bắt đầu từ trung tuần tháng tư, giờ sửu (tức là khoảng 1 - 3 giờ trưa) năm thứ 2 Thiên Hỉ"

Các nhà khảo cổ cũng cho rằng sự kiện này cũng được người da đỏ châu Mĩ khắc vào đá vùng Arizona.

Tại Việt Nam, Đại Việt sử kí toàn thư có ghi rằng trong tháng 2, năm thứ nhất Quang Thuận, triều Lê Thánh Tông (năm 1460 dương lịch) đã có một ngôi sao mới xuất hiện gần chòm sao Cựu Tước (Crater) và Trường Xà (Hydra).

Tuy nhiên thuở đó con người thường gắn các hiên tượng thiên văn với những điềm xấu như lũ lụt, dịch bệnh... Người Hi Lạp và Ả Rập ngày xưa hình dung sao chổi như một mớ tóc hay một lưỡi kiếm lửa bay trên không trung, tượng trưng cho sự tức giận của Thượng Đế, gieo những thiên tai và tang tóc. Ngay đến năm 1910 khi sao chổi Halley quay trở lại gần Trái Đất, dân chúng thành phố San Francisco đã rất kinh hoàng vì sợ hít phải hơi độc xianua phát hiện thấy trong đuôi sao chổi.


Galilée Gallileo (1564-1642)

Thiên văn học chỉ thực sự có những bước nhảy vọt sau khi Galilée Gallileo phát minh ra chiếc kính thiên văn đầu tiên vào năm 1604. Ông đã quan sát mặt trăng với chiếc kính của ông và kí hoạ lại hình dạng của mặt trăng ở các pha khác nhau.


Chiếc kính thiên văn đầu tiên của Galilée Gallileo


Kí hoạ các pha của Mặt trăng của Galilée Gallileo

Từ đó đến nay với những bước đi vững chắc, Thiên văn học đã trở thành một ngành khoa học mạnh với các thiết bị tối tân như kính thiên văn với thị kính lớn, kính thiên văn ở bước sóng vô tuyến, kính thiên văn giao thoa vô tuyến hay đưa kính thiên văn lên vũ trụ. Thậm chí con người đã đặt chân lên Mặt trăng và đưa robot lên thám hiểm sao Hoả cũng như gửi các tàu thám hiểm đến các hành tinh trong Hệ Mặt trời, bay ra ngoài Hệ Mặt trời để nghiên cứu vũ trụ.


Hệ thống Very Large Array

Tất cả đều chỉ nhằm một mục đích:

"Nhà thiên văn là người sống ở hiện tại, nhìn vào quá khứ và làm việc cho tương lai"


Tài liệu tham khảo:
1. Thiên văn Vật lí
2. Vũ trụ phòng thí nghiệm thiên nhiên vĩ đại
3. Vũ trụ giãn nở

mình cũng mê lắm nhưng chưa đủ điều kiện để thực hành nhiều !

Mô hình Địa tâm:
Aristotle (384-322 trước CN), một học trò ưu tú của Plato và là một trong những nhà triết học vĩ đại nhất thời bấy giờ. Ông tin Vũ trụ được tạo thành bởi 4 yếu tố: đất, nước, không khí và lửa. Mọi chuyển động và biến đổi có thể giải thích dựa vào sự vận động của 4 yếu tố này. Mỗi yếu tố có vị trí tự nhiên riêng của nó. Và vị trí của đất là Trái đất, trung tâm bất động của vũ trụ. Chuyển động của các thiên thể là chuyển động tròn với vận tốc không đổi. Ông lí luận rằng vì Trái đất đứng yên và mọi vật đều rơi xuống Trái đất nên Trái đất phải là trung tâm của Vũ trụ.

Từ sau thế kỉ thứ II sau CN, vị trí và đặc điểm chuyển động của các hành tinh đã được xác định với độ chính xác đáng kể. Claudius Ptolemy (100-170 sau CN), nhà toán học, thiên văn học Hi Lạp, đã phác thảo ra mô hình Địa tâm về Vũ trụ trong luận thuyết Almagest vào năm 125 sau CN. Mô hình này không mô tả một cách đúng đắn bản chất của Vũ trụ nhưng nó được Giáo hội La Mã chấp nhận vì nó phù hợp với thuyết "sáng thế" mà Chúa đã tạo ra Vũ trụ. Ngoài ra mô hình này cũng có thể giải thích các quan sát thiên văn trong độ chính xác đạt được vào thời đó.
Dựa trên các đặc điểm chuyển động của các thiên thể như sau:
+ Bầu trời quay xung quanh Trái đất với chu kì 24h (nhật động)
+ Mặt trời và Mặt trăng, bên cạnh nhật động còn chuyển động đối với các sao theo chiều ngược với nhật động, các chu kì tương ứng là 365 ngày và 27 ngày.
+ Các hành tinh cũng chuyển động so với các theo chiều ngược chiều nhật động nhưng cũng có những thời kì chúng chuyển dịch theo chiều ngược lại nên chuyển động của chúng có dạng nút so với phông tạo bởi các ngôi sao cố định.
+ Hai hành tinh, Thuỷ tinh và Kim tinh, dao động quanh Mặt trời với li giác tương ứng là 28° và 48°.

Ptolemy đã phác thảo ra mô hình Địa tâm như sau để giải thích các đặc điểm trên:
+ Trái đất nằm ở trung tâm Vũ trụ.
+ Vũ trụ bị giới hạn bởi một mặt cầu chứa các ngôi sao cố định. Mặt cầu này quay xung quanh một trục đi qua tâm Trái đất.
+ Mặt trời và Mặt trăng chuyển động trên những quỹ đạo tròn với vận tốc không đổi nhưng với chu kì lớn hơn chu kì nhật động.
+ Các hành tinh chuyển động với tốc độ không đổi trên những vòng tròn nhỏ (vòng ngoại luân). Tâm của ngoại luân chuyển động trên các quỹ đạo tròn (vòng chính đạo) xung quanh Trái đất.
+ Tâm các ngoại luân của các hành tinh bên trong (Kim tinh và Thuỷ tinh) nằm trên đường nối tâm Mặt trời và tâm Trái đất.
+Các thiên thể quay xung quanh Trái đất, theo thứ tự xa dần là: Mặt trăng, Thuỷ tinh, Kim tinh, Mặt trời, Hoả tinh, Mộc tinh và Thổ tinh.

Để giải thích được các nút thắt trong chuyển động của Thuỷ tinh và Kim tinh, Ptolemy đã đưa ra một mô hình rất phức tạp.
Dần dần với các phương pháp và thiết bị quan sát chính xác hơn, người ta phát hiện rằng một số đặc điểm chuyển động của các hành tinh không thể giải thích bằng thuyết Địa tâm. Do vậy mô hình Địa tâm được điều chỉnh để phù hợp với các quan sát. Điều này chỉ làm cho mô hình đã phức tạp lại càng phức tạp hơn. Và một tu sĩ đã phải thốt lên rằng tại sao Chúa lại có thể tạo ra một Vũ trụ phức tạp đến như vậy cơ chứ?
Tình trạng bế tắc này kéo dài mãi đến thế kỉ XVI.

Từ thế kỉ XV, một số quốc gia châu Âu đã đạt được những thành tựu to lớn trong nghệ thuật, khoa học, kinh tế... Christopher Columbus đã phát hiện ra châu Mĩ trong khi tìm một con đường khác tới Ấn Độ. Magellan lần đầu tiên đi vòng quanh Trái Đất. Trong khoa học, uy lực và cách giảng dạy độc đoán của Giáo hội đã dần được thay thế bởi cách suy nghĩ và phương pháp khoa học mới.
Từ trước CN, mô hình Nhật tâm đã được đề xuất bởi một số nhà thiên văn Hi Lạp nhưng nó nhanh chóng bị lãng quên bởi hàng ngày con người vẫn chứng kiến nhật động và quan điểm duy trì bởi Giáo hội chống lại mô hình Nhật tâm.
Nhà thiên văn học Ba Lan Nicolaus Copernicus (1473-1543) là người đầu tiên dám đứng lên chống lại quan điểm được mọi người thừa nhận và được sự ủng hộ của Giáo hội.

Nicolaus Copernicus (1473-1543)
Năm 1543, năm cuối đời của Copernicus, ông xuất bản cuốn sách "Về sự quay của thiên cầu" trong đó có mô hình vũ trụ nhật tâm:
+ Mặt trời nằm yên ở trung tâm vũ trụ.
+ Các hành tinh chuyển động xung quanh Mặt trời trên các quỹ đạo hình tròn và cùng chiều.
+ Trái đất quay quanh trục của nó trong khi chuyển động xung quanh Mặt trời.
+ Mặt trăng chuyển động trên một quỹ đạo tròn xung quanh Trái đất.
+ Các hành tinh, theo thứ tự khoảng cách tăng dần từ Mặt trời là: Thuỷ tinh, Kim tinh, Trái đất, Hoả tinh, Mộc tinh và Thổ tinh.
+ Các sao ở rất xa và cố định trên thiên cầu.

Mô hình Nhật tâm của Copernicus
Về cơ bản, hệ Nhật tâm của Copernicus mô tả Hệ Mặt trời là đúng đắn. Sử dụng mô hình này người ta có thể giải thích các đặc điểm nhìn thấy của các thiên thể một cách dễ dàng. Hệ Nhật tâm của Copernicus đánh dấu một bước ngoặt của loài người trong nhận thức về Vũ trụ và mở đường cho sự tiến bộ của khoa học. Nhưng mô hình Nhật tâm mâu thuẫn với giáo lí của nhà thờ nên lúc đầu nó bị hoài nghi và chống đối. Các tác phẩm của các nhà khoa học đương thời khác như Giocdano Bruno, Kepler, Galileo đã làm cho mọi người chấp nhận mô hình Nhật tâm.
Giocdano Bruno là nhà văn, nhà hùng biện, giáo sư đại học người Italia, và là người ủng hộ cho mô hình Nhật tâm của Copernicus. Ông tin rằng mỗi ngôi sao là một Mặt trời khác (điều này đã từng được Hipparchus, 194-120 trước CN, một triết học gia người Hi Lạp đưa ra), chung quanh các sao cũng có các hành tinh và sự sống không đơn độc trong Vũ trụ bao la. Ông đã bị Toà án dị giáo kết án tà đạo và bị thiêu sống ở quảng trường Roma.

Giocdano Bruno (1548-1600)

Vài nét về Galillé Galileo (1564 - 1642), nhà vật lí người Italia đã đóng góp rất lớn cho sự phát triển của Thiên văn học và Vật lí học. Năm 1610, ông đã chế tạo chiếc kính thiên văn đầu tiên để hướng lên bầu trời quan sát các thiên thể. Sau đây là một số kết quả ông thu được:
- Có các dãy núi và các miệng núi lửa do va chạm ở trên Mặt trăng (đặc biệt là ông không thấy chị Hằng và chú Cuội đâu cả)
- Mộc tinh có 4 vệ tinh quay xung quanh (các vệ tinh này hiện nay được gọi là các vệ tinh Gallileo)
- Mặt trời có các vết đen. Dựa vào các vết đen này mà Gallileo đã xác định được chu kì quay của Mặt trời.
- Kim tinh có các pha giống như Mặt trăng (điều này chứng tỏ rằng Kim tinh quay xung quanh Mặt trời chứ không phải quay xung quanh Trái đất, Gallileo đưa ra)
- Có vô số các ngôi sao trong dải Ngân Hà. Phát hiện này phù hợp với ý kiến của Bruno cho rằng mỗi ngôi sao chỉ là một Mặt trời khác ở xa chúng ta và Vũ trụ là vô hạn.

Năm 1632, ông đã viết cuốns "Đối thoại về hai hệ thống thế giới" xây dựng một lập luận ủng hộ hệ Nhật tâm của Copernicus và phản đối quan điểm áp đặt của Nhà thờ. Cuốn sách của ông bị Nhà thờ ngăn cấm.
Năm 1633, ông phải ra toà án dị giáo, đặt tay lên cuốn Kinh thánh và nói rằng "Trái đất là trung tâm của Vũ trụ" nếu không thì chắc số phận của ông cũng sẽ như Bruno. Tuy nhiên sau khi bước chân ra khỏi cửa Toà án thì ông có nói một câu mà đến nay chúng ta vẫn nhắc lại:
"Eppure si muove!"
Tuy thoát khỏi tộ chết và nhà tù nhưng ông vẫn bị quản thúc tại gia cho đến khi ông qua đời.
Cách đây vài năm Nhà thờ đã giải tội cho Galilée Gallileo.

Mặt trời

Mặt trời là một ngôi sao, cũng như vô số những ngôi sao khác chúng ta nhìn thấy trên bầu trời vào mỗi buổi tối, nhưng mặt trời gần trái đất hơn nhiều. Mặt trời là vị "chỉ huy" của Hệ mặt trời, điều khiển sự chuyển động của hành tinh chúng ta và các hành tinh khác. Khoảng cách trung bình đến Trái Đất là 149,5 triệu km. Mặt trời tự xoay xung quanh mình một vòng mất 25 ngày. Ánh sáng đi từ mặt trời đến trái đất hết 8 phút 18 giây. Mặt trời là một khối cầu toàn bằng chất khí, nhiệt độ và áp suấ tăng từ ngoài vào trong. Lớp bề mặt chấ khí gọi là quang cầu (photosphere). Trong lớp này có những vết_ vùng tối hơn có những hình dạng khác nhau. Trên lớp quang cầu là lớp sắc cầu (chromosphere) có màu hồng, nơi có những chỗ nhô ra. Lớp cuối cùng là vành khí hiếm có nhiệt độ lên đến trên một triệu độ. Trong tình trạng này các chất khí không còn là những khí bình thường. Người ta đặt cho chúng cái tên đặc biệt là plasma (trạng thái thứ tư của vật chất). Ở tâm mặt trời, áp suất lên đến nhiều tỉ atm và nhiệt độ đến 14 triệu độ. Vật chất ở đó không còn plasma hoá nữa mà trở thành biến chất.

Ngày nay, người ta nghiên cứu mặt trời nhờ các tên lửa. Nhìn qua tia cực tím, mặt trời có vẻ lớn hơn mặt trời quen thuộc của chúng ta và gần như hoàn toàn bị những vết tối luôn luôn chuyển động che kín. Mặt trời, qua bức xạ trong không gian, mất đi bốn triệu tấn trọng lượng của mình trong một giây đồng hồ. Người ta đã đo được chỉ riêng trong một ngày, bốn kilômet vuông bề mặt trái đất nhận một năng lượng bằng năng lượng trái bom nguyên tử thả xuống Hiroshima. Một thống kê khác quả quyết rằng số năng lượng mặt trời hàng ngày toả xuống Trái đấ còn lớn hơn tất cả năng lượng mà nhân loại đã sử dụng từ ngày có mặt trên trái đất.
Năng lượng rơi xuống trái đất một phần phản chiếu, một phần được hấp thu và biến thành nhiệt lượng, phần rơi lên các loại cây xanh và được sử dụng để tạo chất hữu cơ. Dưới ảnh hưởng của năng lượng mặt trời (thể hiện trên trái đất dưới dạng ánh sáng), cây xanh (chứa diệp lục tố) hấp thu khí cacbonic và phân tích thành cacbon và oxigen. Chúng giữ lại cacbon và giải phóng oxigen. Cacbon kết hợp với nước tạo tinh bột. Như vậy năng lượng MT được dự trữ trong cây xanh dưới dạng amidon.
Hoạt động của MT luôn thay đổi. Cứ mỗi mười một năm nó đạt đến cực đại. Nó quan hệ chặt chẽ với sự thay đổi số lượng các vết và độ lớn của nó. Trong suốt thời kỳ hoạt động của mặt trời cực đại, người ta thường quan sát thầy trên Trái Đất những trận bão từ. Khi ấy, sự liên lạc vô tuyến bằng sóng ngắn, hoạt động điện báo bị nhiễu loạn, các địa bàn chỉ phương hướng giảm độ chính xác.
Những hiện tượng như bắc cực quang và nhiều bí ẩn của bầu trời cũng là do kết quả của hoạt động mặt trời. Và nhờ mặt trời, chúng ta mới có những sunrise, sunset cho mọi người lãng mạn, phải không?

Sao Thuỷ

Khoảng cách đến mặt trời: 57,9 tr km
Đường kính: 4960 km
Độ dài năm 87,96 ngày
Vệ tinh không
Khối lượng 3,28.10 mũ 23 kg
Sao Thuỷ là hành tinh gần mặt trời nhất, chuyển động nhanh nhất, rất hợp với cái tên Mercury là thần đem tin trong thần thoại La Mã. Nó còn là hành tinh nhỏ nhất, lực hấp dẫn không đủ sức để giữ lại một lớp khí quyển lâu dài, trên sao Thuỷ chỉ có một lớp khí rất hiếm và những vết CO2, còn có thể có Argon và Neon. Sức hút của sao Thuỷ rất yếu: một người dung một tay nhấc 80 kg trên sao Thuỷ dễ dàng như nhấc 20 kg trên Trái Đất.
Trong khoảng hơn 50 năm người ta tin rằng sao Thuỷ có thời gian quay xung quanh trục của nó và thời gian quay xung quanh Mặt Trời bằng nhau (88 ngày), nghĩa là một mặt quay về hướng mặt trời và mặt kia không bao giờ quay được về phía mặt trời. Đến năm 1965 điều này không còn được thừa nhận nữa. Sao Thuỷ có vòng quay xung quanh trục là 58,65 ngày bằng đúng hai phần ba vòng quay quanh mặt trời: 88 ngày. Vì gần mặt trời nên sao Thuỷ nhận bức xạ mặt trời 6,6 lần nhiều hơn Trái Đất. Nhiệt độ trên mặt từ 300 độ C đến 400 độ C, mặt sao Thuỷ có thể giống Mặt Trăng: chỗ xám, chỗ sang, có chỗ trũng và đá, trơ trọi hoang dã.
Vì sao Thuỷ ở gần Mặt Trời nên rất khó nhìn thấy. Một người quan sát chăm chỉ thỉnh thoảng có thể nhìn thấy nó ở gần chân trời phía Tây trước hoàng hôn, hoặc ở chân trời phía Đông ngay trước lúc Mặt Trời lên. Có một số ngày sao Thuỷ ra xa Mặt Trời đủ để nhìn thấy, nó không đi quá 28 độ đông và tây Mặt Trời nên ta không thể nhìn thấy Sao Thuỷ suốt đêm; nhưng ban ngày, bằng cách che kính thiên văn khuất ánh sáng Mặt Trời, các nhà thiên văn có thể nhìn thấy nó ban ngày khi nó xa Mặt Trời vừa đủ.
Những người Hy Lạp xưa gọi sao Thuỷ bằng hai tên, khi nó ở bầu trời chiều, họ cũng gọi là Mercury, nhưng khi ở bầu trời sáng, họ không nhận ra đó cũng chính là hành tinh mà họ đã nhìn thấy khoảng hai tháng trước, lúc buổi chiều xẩm, do đó họ gọi thêm một tên nữa là Apollo.
Nhìn qua kính thiên văn, sao Thuỷ có những thay đổi giống như Mặt Trăng. Khi ở phía bên kia Mặt Trời, nó tròn đầy, quay quanh Mặt Trời đến gần Trái Đất nó khuyết dần rồi gần như biến mất khi vào giữa Mặt Trời và Trái Đất.
Khoảng 13 lần trong một thế kỷ, luôn luôn vào thánh 5 và thánh 11, sao Thuỷ ở vị trí đúng giữa Trái Đất và Mặt Trời. Đây là một đổi pha của sao Thuỷ, nó không đều vì mặt phẳng quỹ đạo của sao Thuỷ nghiêng so với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất làm cho hành tinh này thường đi lên phía trên và phía dưới Mặt Trời. Từ năm 1960 đến năm 2000 có năm lần chuyển pha, với lần thứ nhất năm 1960. Những chuyển pha này không gây nên nhật thực vì sao Thuỷ quá nhỏ, nó chỉ làm tối một phần nhỏ xíu trên mặt Trời. Ta chỉ có thể quan sát hiện tượng này qua kính thiên văn với loại phóng đại ít nhất khoảng 50 lần. Nhìn trực tiếp ánh sang mặt Trời qua kính thiên văn rất nguy hiểm, vì vậy người ta đặt một tấm màng cách sau thị kính khoảng 0,3 m để nhận ảnh mặt Trời đồng thời quan sát tiến trình chuyển pha của sao Thuỷ.