Con người đã ngước nhìn bầu trời hàng nghìn năm, nhưng mắt thường chỉ thấy được một phần rất nhỏ của vũ trụ: khoảng vài nghìn ngôi sao, năm hành tinh sáng, Mặt Trăng và Mặt Trời. Mọi thứ xa hơn đều chỉ là đốm sáng mờ. Kính viễn vọng đã thay đổi điều đó trong một đêm, theo đúng nghĩa đen: lần đầu tiên, con người nhìn thấy những thứ mà mắt thường không bao giờ thấy được, và vũ trụ bỗng trở nên lớn hơn, phức tạp hơn và kỳ lạ hơn rất nhiều.

Ai thực sự làm ra chiếc kính đầu tiên

Năm 1608, Hans Lippershey, một thợ làm kính ở thị trấn Middelburg thuộc Hà Lan, nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho một dụng cụ "nhìn vật xa như ở gần", gồm hai thấu kính đặt trong một ống. Cùng thời điểm, ít nhất hai thợ làm kính khác ở Hà Lan cũng tuyên bố đã làm ra thứ tương tự, nên chính quyền không cấp bằng độc quyền cho riêng ai — nhưng tin tức về phát minh lan đi rất nhanh khắp châu Âu. Các phiên bản đầu tiên chỉ phóng đại khoảng 3 lần, chủ yếu dùng trong quân sự và hàng hải để nhìn tàu địch hay đất liền từ xa.

Người đưa kính viễn vọng lên trời là Galileo Galilei. Nghe tin về phát minh này vào năm 1609, ông tự chế tạo phiên bản của riêng mình, cải tiến dần đến độ phóng đại khoảng 30 lần, rồi hướng nó lên bầu trời đêm. Những gì ông thấy đã làm rung chuyển cả thiên văn học: Mặt Trăng không phải là một quả cầu hoàn hảo mà đầy núi và miệng hố; sao Mộc có bốn mặt trăng quay quanh nó; dải Ngân Hà hóa ra là vô số ngôi sao chồng chất; sao Kim cũng có pha như Mặt Trăng. Tất cả đều là bằng chứng trực quan cho thấy Trái Đất không phải là trung tâm duy nhất mà mọi thứ quay quanh.

Nguyên lý hoạt động: gom ánh sáng, phóng đại hình ảnh

Kính viễn vọng khúc xạ đời đầu dùng một thấu kính hội tụ lớn (vật kính) để thu ánh sáng từ vật xa và tạo ảnh, rồi một thấu kính nhỏ hơn (thị kính) phóng đại ảnh đó cho mắt nhìn. Vấn đề là thấu kính càng lớn thì càng nặng, dễ cong và tạo ra viền màu quanh hình ảnh. Vì vậy, Isaac Newton năm 1668 đã chế tạo kính viễn vọng phản xạ: thay vì thấu kính, nó dùng một gương lõm để thu ánh sáng và hội tụ vào thị kính. Gương có thể làm lớn hơn nhiều mà không bị biến dạng như thấu kính, và không tạo viền màu — đây chính là nguyên tắc của hầu hết kính thiên văn lớn ngày nay.

Dù là khúc xạ hay phản xạ, sức mạnh thực sự của kính viễn vọng không chỉ nằm ở độ phóng đại. Điều quan trọng hơn là khả năng thu thập ánh sáng: một vật kính hay gương càng lớn thì càng gom được nhiều ánh sáng từ các vật mờ, giúp ta thấy những thiên thể mà mắt thường không bao giờ nhận ra. Đó là lý do các đài thiên văn hiện đại xây gương đường kính hàng mét, và kính James Webb dùng gương vàng đường kính 6,5 mét bay ngoài không gian: không phải để "zoom" cho to, mà để nhìn thấy ánh sáng yếu ớt từ những thiên hà xa nhất.

Tác động: vũ trụ không còn như ta tưởng

Kính viễn vọng đã biến thiên văn học từ môn suy luận triết học thành khoa học quan sát. Sau Galileo, Johannes Kepler dùng quan sát để tìm ra quy luật chuyển động của hành tinh; Newton dùng chính những quy luật đó để xây dựng định luật vạn vật hấp dẫn. Đến thế kỷ 20, Edwin Hubble dùng kính viễn vọng để chứng minh các thiên hà đang rời xa nhau — vũ trụ đang giãn nở. Mỗi thế hệ kính lớn hơn lại đẩy biên giới của cái biết ra xa hơn: từ hệ Mặt Trời, đến dải Ngân Hà, đến hàng tỷ thiên hà, rồi đến ánh sáng tàn dư của vụ nổ Big Bang.

Sự thật thú vị ít người biết

  • Chiếc kính đầu tiên của Lippershey chỉ phóng đại 3 lần — yếu hơn nhiều ống nhòm du lịch ngày nay, nhưng đủ để gây chấn động cả châu Âu.
  • Galileo không chỉ nhìn trời: ông còn bán kính viễn vọng cho chính quyền Venice làm công cụ quân sự, và chỉ sau đó mới dùng nó cho thiên văn.
  • Kính viễn vọng lớn nhất trong không gian hiện nay là James Webb, với gương 6,5 mét; đưa kính ra ngoài không gian giúp tránh việc khí quyển Trái Đất làm mờ hình ảnh — đó là lý do Hubble và James Webb ra đời.

Hiểu lầm thường gặp

Hiểu lầm: "Galileo phát minh ra kính viễn vọng." Galileo là người đầu tiên dùng nó một cách có hệ thống cho thiên văn và công bố những phát hiện chấn động, nhưng phát minh gốc thuộc về các thợ làm kính Hà Lan năm 1608, trước Galileo một năm.

Hiểu lầm: "Kính viễn vọng càng phóng đại nhiều càng tốt." Phóng đại quá mức chỉ làm hình ảnh to ra mà mờ đi, nếu ống kính không thu đủ ánh sáng. Với thiên văn, đường kính vật kính hay gương — tức khả năng gom ánh sáng — mới là yếu tố quyết định bạn thấy được những gì.

Nguồn tham khảo