Kính Hubble: Cửa sổ vào bí ẩn của vũ trụ

Có một thứ mà mình vô cùng yêu thích trong khoa học hiện đại — đó là những dự án táo bạo khiến toàn bộ nhân loại cùng nhìn lên và thốt lên: "Chúng ta đã làm được điều gì thực sự kỳ diệu đây?" Và kính viễn vọng Hubble chính là một trong những ví dụ hoàn hảo về điều đó.

Giấc mơ khám phá từ không gian

Năm 1990, NASA phóng một thiết bị khổng lồ lên quỹ đạo Trái Đất. Kính Hubble không phải là kính viễn vọng không gian đầu tiên, nhưng nó chắc chắn là kính vô cùng đặc biệt. Với một gương chính lớn 2,4 mét và khối lượng gần 11 tấn, Hubble được thiết kế để "nhìn" vũ trụ qua ba bước sóng khác nhau: ánh sáng khả kiến, tia cực tím (UV) và ánh sáng hồng ngoại gần.

Sự khác biệt cơ bản của Hubble là nó hoạt động ngoài khí quyển Trái Đất. Vùng khí quyển của chúng ta, mặc dù rất quý giá với cuộc sống, lại là một bức màn cản trở đối với các nhà thiên văn học. Nó làm méo mó, làm mơ hồ hình ảnh từ những ngôi sao và thiên hà xa xôi. Hubble bay ở độ cao khoảng 610 km, vượt qua tất cả những rắc rối này. Với vận tốc 7.500 m/s, nó quay quanh Trái Đất mỗi 97 phút, hay là 15 vòng mỗi ngày.

Kính này được đặt theo tên của nhà thiên văn học Mỹ Edwin Powell Hubble (1889-1953), người đã chứng minh rằng vũ trụ không chỉ gồm duy nhất dải Ngân Hà của chúng ta. Một tên gọi xứng đáng cho một thiết bị sẽ thay đổi mãi mãi cách chúng ta hiểu về vũ trụ.

Từ ý tưởng đến thực tế: Một hành trình đầy gập ghềnh

Câu chuyện của Hubble là một bài học quý giá về sự kiên trì. Người ta bắt đầu nói đến ý tưởng về một kính viễn vọng không gian từ những năm 1940, nhưng mãi đến cuối những năm 1970, nó vẫn chỉ là các bản vẽ và đề xuất trên giấy. Mất 30 năm! Và ngân sách? Gần 1 tỷ đô la Mỹ — một con số khổng lồ vào thời bấy giờ.

NASA đã phải "xin cơu" từ châu Âu. Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) bước vào, cung cấp vốn, trang thiết bị, và những tấm pin năng lượng Mặt Trời quan trọng. Đổi lại, ESA được quyền sử dụng Hubble để quan sát trong ít nhất 15% thời gian hoạt động. Một thỏa thuận công bằng giữa hai nền khoa học.

Tháng 4 năm 1990, Hubble cuối cùng đã được phóng lên từ Trạm không quân mũi Canaveral bằng tàu con thoi Discovery. Lần đầu tiên các nhà khoa học nhìn thấy những bức ảnh từ Hubble, họ… chết lặng. Những bức ảnh đó mờ nhạt, không sắc nét, hoàn toàn khác với những gì họ mong đợi. Những năm đầu của Hubble, có lẽ, là những năm khá khó khăn.

Khoảnh khắc "À!" — Và cách sửa chữa thông minh

Vấn đề nằm ở một khiếm khuyết quang học gọi là "cầu sai" (spherical aberration). Tiến sĩ Robert Arentz tại Ball Aerospace giải thích: "Nguyên nhân là do các rìa bên ngoài của gương quá phẳng, độ lõm của nó chỉ có 4 micron — ít hơn cả độ dày của một sợi tóc." Bạn có thể hình dung sự tinh tế của vấn đề này: một sai số nhỏ bé như vậy nhưng lại gây ra ảnh hưởng lớn tới toàn bộ kính viễn vọng.

May mắn thay, Hubble được thiết kế một cách tinh tế để các phi hành gia có thể sửa chữa và nâng cấp nó trực tiếp trên quỹ đạo. Đây là tính năng duy nhất của Hubble — không kính viễn vọng không gian nào khác có thể làm được việc này. Ball Aerospace chế tạo ra COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement) — một bộ gương có thể chuyển động để khắc phục sai sót quang học.

Tháng 12 năm 1993, các phi hành gia Kathryn C. Thornton và Thomas D. Akers đã thực hiện một sứ mạng bộ hành ngoài không gian để lắp COSTAR vào Hubble. Họ phải đóng gói thiết bị này trong một hộp kích cỡ chiếc điện thoại, chịu được áp lực lớn khi phóng, rồi sử dụng cánh tay robot để lắp nó vào với độ chính xác lên tới 1/10 mm. Chỉ sau khi lắp COSTAR, Hubble mới bắt đầu cung cấp những bức ảnh rõ nét mà nhân loại mơ ước.

Kính Hubble: Một "mắt thần" nhìn vào quá khứ

Từ khi được "chữa lành", Hubble đã trở thành một công cụ khoa học vô cùng mạnh mẽ. Nó có thể thu nhận ánh sáng từ những vật thể cách xa 12 tỉ năm ánh sáng. Để bạn có một hình dung, 1 năm ánh sáng là khoảng cách ánh sáng đi được trong một năm — một con số khổng lồ. Nhưng Hubble không dừng lại ở đó. Công nghệ này cũng cho phép các nhà khoa học theo dõi những hiện tượng vũ trụ phức tạp từ xa.

Độ chính xác của Hubble thực sự không thể tin nổi. Nó có khả năng định hướng chính xác như việc chiếu một tia laser để đúng vào một đồng xu cách đó 320 km xa. Hãy tưởng tượng: một kính viễn vọng bay quanh Trái Đất mỗi 97 phút, chịu tác động của gió mặt trời, sự co giãn do nhiệt độ, nhưng vẫn có thể giữ độ chính xác khủng khiếp đó.

Những khám phá thay đổi vũ trụ học

Trong hơn 30 năm hoạt động, Hubble đã cung cấp khoảng 5-10 GB dữ liệu mỗi ngày. Từ những dữ liệu đó, các nhà khoa học đã đạt được những phát hiện đáng kinh ngạc:

Về các thiên hà: Hubble chụp được những hình ảnh chi tiết chưa từng thấy về các thiên hà sao chổi, những thiên hà xoắn ốc lộng lẫy, và thậm chí những thiên hà đang tương tác, va chạm nhau. Những bức ảnh này không chỉ đẹp — chúng còn cho chúng ta hiểu rõ về cách các thiên hà sinh ra, phát triển, và tương tác.

Về sự hình thành sao: Hubble cung cấp bằng chứng đầu tiên về các lỗ đen tại tâm các thiên hà. Nó cũng cho chúng ta những bức ảnh tuyệt vời về các vườn ươm sao — những nơi mà các ngôi sao mới đang được sinh ra trong những đám mây khí trôi nổi.

Về các hành tinh: Kính Hubble cung cấp chi tiết chưa từng thấy về bầu khí quyển của Sao Hỏa, những cơn bão rộng hàng ngàn km trên Sao Thiên Vương, và những sự kiện như sao chổi Shoemaker-Levy 9 va chạm vào Sao Mộc.

Về chính vũ trụ: Một trong những phát hiện quan trọng nhất liên quan đến Hubble — thực tế là Edwin Powell Hubble mình cũng phát hiện — đó là vũ trụ đang giãn nở. Không phải chỉ các thiên hà đang chuyển động, mà khoảng cách giữa chúng đang tăng lên. Hubble giúp chúng ta đo lường sự giãn nở này với độ chính xác cao hơn.

Kế thừa: James Webb và tương lai

Hubble hiện nay đã hơn 30 năm tuổi. NASA ước tính nó sẽ hoạt động tới hết năm 2030-2040 nếu may mắn. Nhưng khoa học không dừng lại. Năm 2022, NASA phóng lên James Webb Space Telescope — người kế tục của Hubble.

James Webb lớn hơn nhiều — gương chính của nó lớn gấp ba lần Hubble. Nó hoạt động trên một quỹ đạo cao hơn, khoảng 1,5 triệu km từ Trái Đất (gấp hơn 4 lần khoảng cách từ Mặt Trăng), tại điểm Lagrange L2. Khác với Hubble chuyên quan sát ánh sáng khả kiến, James Webb được tối ưu hóa cho ánh sáng hồng ngoại.

Điều này có nghĩa gì? Nó có thể "nhìn thấu" những đám bụi dày đặc nơi các sao và hành tinh đang hình thành. Nó có thể nhìn vào thế hệ sao đầu tiên trong vũ trụ, những vật thể lâu xưa từ thời điểm vũ trụ còn rất trẻ.

Kết thúc hay là sự khởi đầu?

Về số phận cuối cùng của Hubble, NASA vẫn đang cân nhắc. Một giải pháp là hướng nó xuống đại dương. Một giải pháp khác là để nó trôi nổi trong không gian, trở thành một bảo tàng lịch sử vũ trụ. Trong trường hợp xấu nhất, trọng lực sẽ kéo nó về và Hubble sẽ cháy rụi trong khí quyển vào năm 2037.

Nhưng bất kể điều gì xảy ra với thiết bị vật lý, di sản của Hubble sẽ không bao giờ biến mất. Những bức ảnh nó chụp được, những khám phá nó mang lại — tất cả những điều đó đã vĩnh viễn thay đổi cách chúng ta hiểu về vũ trụ. Hubble đã mở rộng trí tưởng tượng của chúng ta, chứng minh rằng đôi khi, con người có khả năng làm những điều vô cùng phi thường.

Kính Hubble là một minh chứng rằng sự kiên trì, kỹ thuật, và sự hợp tác quốc tế có thể tạo ra những kỳ tích. Và đó là một bài học quý giá cho tất cả chúng ta.

---

📚 Bài viết tham khảo và biên soạn lại từ Wikipedia (CC BY-SA). Xem bản gốc: Tiếng Việt · English.