Lịch sử thiên văn.

Lịch sử kính thiên văn(P1) - Bắt đầu từ "Ống kính ma thuật" của Hans Lippershey...


400 năm trước (1608 -2008), Hans Lippershey, một nhà chế tạo kính mắt người Hà Lan tình cờ phát hiện ra nguyên lý phóng đại khi kết hợp các thấu kính, ông đã chế tạo ra ống kính nhìn xa tiền thân của kính thiên văn quang học. Đây chính là một cột mốc quan trọng trong lịch sử thiên văn học vì chỉ một năm sau đó (1609), nhà bác học vĩ đại Galieo đã sử dụng chiếc kính thiên văn đầu tiên của nhân loại quan sát các thiên thể, tạo ra một bước ngoặt của loài người về thế giới quan.

Để kỉ niệm 400 năm lịch sử kính thiên văn, Vietastro xin mang đến cho các bạn đọc tập tài liệu theo dòng thời gian "400 năm lịch sử kính thiên văn" do ban kỹ thuật CLB thiên văn học nghiệp dư TP.HCM(HAAC) biên soạn, mong nhận được sự ủng hộ và đóng góp của các bạn.
LỊCH SỬ KÍNH THIÊN VĂN và CÁC PHÁT KIẾN THIÊN VĂN

Phần 1: Từ "Ống kính ma thuật" của Hans Lippershey...

Hans Lippershey (1570-1619)
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 “đét” vào mông chú nhóc nghịch ngợm, Lippershey đã cùng “nghịch” 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 “kéo gần” lại những vật ở rất xa.
Image

Hans Lippershey đang xem thử mô hình "kính nhìn xa" tại cửa hàng kính mắt của ông

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 “Chiếc ống 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 TP 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 “copy” :

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 !
Image

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 :
Click vào để xem ảnh với kích thước thật

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)

Image

Phiên bản Kính Lippershey của Public Observatory Philippus Lansbergen nhân dịp kỷ niệm 400 năm ngày ra đời của Kính Thiên văn.

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.
Image

“Máy” mài kính mắt vào thế kỷ 17

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. Tấm đá được mài từ một tinh thể thạch anh lớn, khá trong suốt. 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 ? ).

Nhiều tấm đá lấy lửa khác có niên đại muộn hơn, chất lượng tốt hơn đã được tìm thấy tại đảo Crete (Hy lạp).
Image

Tấm đá lấy lửa

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 nguyên lý 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 “đêm trường Trung cổ” thì ánh sáng khoa học bừng sáng ở phía Đông. Nhà bác học vĩ đại người Aicập Ibn al-Haytham (Alhacen) (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 !)

Dù thấu kính cho kính viễn vọng đòi hỏi chất lượng bề mặt và chiết suất đồng nhất cao hơn nhiều so với kính mắt, nhưng kỹ thuật thời đó đã đủ để thừa sức chế tạo tốt.

Phải chăng sự chậm trễ này là do 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 số phận của Giordani Bruno, người ủng hộ thuyết Nhật tâm của N.Copernic)

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 trước đó 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 nhỏ chỉ có độ phóng đại 3 lần, dù khả năng có thể cao hơn nhiều, và được giới thiệu là dùng để "xem hát" !

Ống kính viễn vọng của Lippershey sau đó đã tìm được đất dụng võ thực sự trong lĩnh vực quân sự và hàng hải.

Lê Quang Thủy - HAAC
Tài liệu tham khảo:
http://www.inventionofthetelescope.eu/400y_telescope/index.php?lang=en
http://www.astronomytelescope.net/astronomytelescope01.php
http://www.pacifier.com/~tpope/
http://www.scitechantiques.com/Galileo_telescope/
http://www.astrosurf.com/re/history_telescope.html
http://www.aip.org/history/cosmology/index.htm
THE STORY OF THE HERSCHELS A FAMILY OF ASTRONOMERS http://www.gutenberg.org/files/12340/12340-h/12340-h.htm
http://galileo.rice.edu/por/scientists.html
http://americanhistory.si.edu/collections/navigation/object.cfm?recordnumber=1247814
http://www.aip.org/history/cosmology/index.htm
http://amazing-space.stsci.edu/resources/explorations/groundup/lesson/scopes/ritchey/index.php
http://amazing-space.stsci.edu/resources/explorations/groundup/lesson/eras/huge-reflectors/index.php
http://www.astr.ua.edu/keel/telescopes/bta.html

chú dạo này có vẻ thích thiên văn nhỉ, định làm mấy cái kính để nhìn ngày tận thế hả

hihi.t mong đến ngày tận thế lắm

2. Đến Kính Thiên văn Galile.

Galileo Galilei (1564-1642)
Chỉ vài tháng sau, năm 1609, nhà bác học vĩ đại Galileo Galilei (1564-1642), từ nước Ý xa xôi, nghe mô tả về chiếc ống Lippersey và đã thử làm một chiếc tương tự. Với kỹ năng khéo léo, chỉ vài ngày sau ông đã có một chiếc kính Lippershey. Không hài lòng về chiếc kính này, cũng như giới làm kính thiên văn nghiệp dư 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.

Kính thiên văn của Galile

Với tính tò mò của nhà 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 (lồi lõm) 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 phát hiện 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.

Những điều này là bằng chứng thuyết phục, củng cố cho Thuyết Nhật tâm của Nicolai Copernics.Trái đất không còn là “cái rốn” của vũ trụ nữa, mà chỉ là một trong những hành tinh quay quanh mặt trời.

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.

G.Galile hướng dẫn các nghị viên Venice dùng kính thiên văn.

Bản vẽ Mặt trăng của Galile



https://2img.net/h/i266.photobucket.com/albums/ii274/Jupiter210909/clip_image002-1.jpg

Hình ảnh sao Mộc và sao Thổ qua kính Galile có lẽ giống như vậy.
http://thienvanhoc.org/haac/plugins/content/fboxbot/thumbs/400Picture15_395x72_f365d46bff50fcd5770eadcd8e039047.jpg
Bản vẽ sao Mộc và 4 vệ tinh của Galile (Io, Europa, Ganymede, Calisto)


Bản vẽ của Galile về Sao Thổ ông quan sát được

Galie miêu tả Sao Thổ như chiếc tách có quai.Ảnh trên là hình vẽ vào năm 1610. Ảnh dưới ông vẽ vào năm 1616

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 0.75 diop, thị kính là kính cận 20 diop, thân ống kính bằng ống nhựa PVC hoặc giấy bìa cứng. Bạn hãy ngắm thử Mặt trăng và so với bản vẽ của G.Gallilei bên cạnh xem sao nhé.

Trước Galile, với mắt thường người ta chỉ có thể thấy được 5 hành tinh và khoảng 2.000 ngôi sao có độ sáng đến cấp 6. Với kính Galile và các cải tiến sau đó, vũ trụ đã mở rộng ra với biết bao điều kỳ thú, với hàng triệu ngôi sao lấp lánh, những tinh vân, thiên hà xa xôi…

Ý nghĩa lớn nhất của phát minh này đã được thể hiện qua nhận xét của nhà triết học, toán học nổi tiếng người Pháp René Descarte, năm 1637 : “By 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.”
3. Cải tiến của Kepler

Johannes Kepler (1571-1630)

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 “chạy” 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.

Bạn hãy so sánh 2 tấm ảnh của cùng một ống kính với 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 “lỡ” 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 “dán’ 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, sau này lại trở thành một đặc điểm để phân biệt kính thiên văn và kính viễn vọng dùng để quan sát mặt đất.
Image

Hình 1.Qua kính Galile


Hình 2. và kính Kepler có cùng độ phóng đại

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 1-3 cm 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, cũng là một nhà vật lý mà ta đã nhắc đến ở trên, 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.

Cầu sai

Với thấu kính phẳng lồi, để triệt cầu sai, mặt lồi phải là mặt hyperboloit.


Ảnh một ngôi sao ở điểm được xem là "đúng tiêu cự" nhất, điểm b, cũng sẽ không là một điểm sáng mà là một đốm tròn nhòe.

Chỉ có điều công nghệ chế tạo thấu kính thời đó chưa làm được điều này. Mặt cầu là bề mặt "tự nhiên", dễ dàng có được khi mài 2 bề mặt với nhau theo mọi phương ngẫu nhiên với biên độ nhất định nào đó. Còn các bề mặt dạng khác thì rất khó vì không thể "đo" được. 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

http://www.inventionofthetelescope.eu/400y_telescope/index.php?lang=en
http://www.astronomytelescope.net/astronomytelescope01.php
http://www.pacifier.com/~tpope/
http://www.scitechantiques.com/Galileo_telescope/
http://www.astrosurf.com/re/history_telescope.html
http://www.aip.org/history/cosmology/index.htm
THE STORY OF THE HERSCHELS A FAMILY OF ASTRONOMERS http://www.gutenberg.org/files/12340/12340-h/12340-h.htm
http://galileo.rice.edu/por/scientists.html
http://americanhistory.si.edu/collections/navigation/object.cfm?recordnumber=1247814
http://www.aip.org/history/cosmology/index.htm
http://amazing-space.stsci.edu/resources/explorations/groundup/lesson/scopes/ritchey/index.php
http://amazing-space.stsci.edu/resources/explorations/groundup/lesson/eras/huge-reflectors/index.php
http://www.astr.ua.edu/keel/telescopes/bta.html
Phần tiếp theo: Cuộc đua Kính thiên văn

các bạn nên đọc kỹ để hiểu về ông cha mình nhé các bạn.và bắt tay vào làm 1 cái kính nhé

...Comming soon

xỉu, hình như ai xóa bài mình ở đây thì phải. Hoàng ngố đâu rồi

ưu cầu lớp trưởng nên đọc topic và cho ý kiến ko đc nói lung tung nhé

ai bảo ko đọc, vẫn đọc và vẫn có ý kiến đấy thôi