Nguyên Lý Cơ Bản Của Kính Thiên Văn

Đã bao giờ bạn nhìn lên bầu trời đêm và suy nghĩ rằng những vật thể sáng trên trời kia là gì? Hay những chấm sáng ấy liệu có thể nhìn rõ hơn không? Hay thậm chí những ngày nắng chói chang, bạn muốn đi “trả thù” mà không biết mặt mũi “Ông Trời” ra sao? Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và công nghệ, việc ngắm nhìn các thiên thể trên bầu trời đã không còn khó khăn như trước nữa. Kính thiên văn đã trở thành công cụ thiết yếu, được sử dụng rộng rãi trong ngành thiên văn học, vật lý thiên văn hay với cả những người yêu thiên văn nghiệp dư.

Kính thiên văn của Galile, chiếc kính do ông tự chế tạo dựa trên các nguyên lý quang học. Dù còn rất đơn sơ nhưng cũng giúp ông có được những khám phá quan trọng, điển hình như quan sát Mặt Trăng, khám phá các vệ tinh của Mộc tinh (sau này được gọi là các vệ tinh Galileo), nhận thấy các pha của Kim tinh, và phân giải các vệt sáng tinh vân là các ngôi sao dày đặc.

Về mặt kỹ thuật, kính thiên văn là một thiết bị quang học có chức năng phóng đại hình ảnh của vật thể ở xa bằng hệ thống kính và gương cầu. Thuật ngữ “Kính thiên văn” (Telescope) thường dùng để nói kính thiên văn quang học (bước sóng nằm trong dải ánh sáng nhìn thấy). Tuy nhiên, trong quá trình phát triển, nó đã trải qua những biến đổi lớn kể từ khi ra đời vào thế kỷ 17. Và hệ quả là đến ngày nay, chúng ta đã có nhiều loại kính thiên văn hoạt động trên các dải bước sóng khác nhau, từ sóng vô tuyến cho tới tia gamma. Tóm lại, mục đích chính của kính thiên văn là thu gom ánh sáng và các bức xạ do vật thể ở xa phát ra và hội tụ chúng vào một tiêu điểm, nơi ảnh có thể được quan sát, chụp lại hoặc khảo sát.

KÍNH THIÊN VĂN NGÀY NAY CÓ NHIỀU LOẠI KHÁC NHAU

Chính vì sự phong phú như vậy, kính thiên văn được phân loại thành nhiều loại khác nhau. Có thể phân loại dựa vào những yếu tố sau : sự sắp xếp thấu kính và gương, loại bức xạ mà kính đó tiếp đón, điều kiện kèm theo bên ngoài mà chúng hoàn toàn có thể chịu được, …

Trong nội dung này, chúng ta sẽ dựa vào cơ chế hoạt động của kính và có thể hiểu đây là những kính thiên văn thông dụng, quan sát dựa trên bước sóng nhìn thấy, mà chia làm hai loại chính:

• Kính thiên văn khúc xạ (Refracting Telescope)
• Kính thiên văn phản xạ (Reflecting Telescope)

Tuy nhiên, trong quy trình tăng trưởng, những nhà khoa học đã phong cách thiết kế thêm một trường hợp ( hay loại thứ ba ) nữa, đó là :

• Kính thiên văn tổ hợp (Catadioptric Telescope)

KÍNH THIÊN VĂN KHÚC XẠ (REFRACTING TELESCOPE)

Nói đến kính thiên văn khúc xạ thì tiên phong, ta cần tìm hiểu và khám phá về khái niệm khúc xạ. Khúc xạ ánh sáng là gì ? Khúc xạ ánh sáng là sự bẻ cong của chùm ánh sáng khi đi qua hai thiên nhiên và môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau .Hiện tượng khúc xạ ánh sáng qua lăng kínhKính thiên văn khúc xạ hoạt động giải trí dưa trên nguyên tắc khúc xạ ánh sáng ( và cả nguyên tắc truyền thẳng ), sử dụng một thấu kính để thu nhận và quy tụ ánh sáng .Chúng ta hoàn toàn có thể tưởng tượng, một thấu kính ( lens ) là một chuỗi những lăng kính phối hợp theo cách mà toàn bộ những tia sáng chiếu vào thấu kính song song với trục được khúc xạ để đi qua tiêu điểm. Trong hình 3, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể thấy được nguồn sáng ( thiên thể ) là những chùm sáng song song ( vì chúng ở rất xa ), đi vào trong ống kính thiên văn. Nó sẽ đi qua thấu kính, và với đặc tính vật như như đã nói ở trên, giúp tập trung chuyên sâu những tia sáng lại, khiến ảnh của nguồn sáng hiện lên rõ hơn nếu ta quan sát ( bằng mắt hoặc hiện lên camera ) .Thấu kính được cấu thành từ các lăng kính, giúp cho các chùm sáng song song khi qua nó sẽ hội tụ lại, giúp ảnh vật trở nên rõ hơn.Tuy nhiên, trong việc hoạt động giải trí với nguyên tắc khúc xạ ánh sáng qua những lăng kính cũng là một điểm yếu của kính thiên văn khúc xạ. Lý do nằm ở chỗ, hầu hết những ánh sáng ta thu được là ánh sáng trắng, khi đi qua lăng kính sẽ xảy ra hiện tượng kỳ lạ sắc sai ( chromatic aberration ). Sắc sai là hiện tượng kỳ lạ khi ánh sáng trắng đi qua lăng kính sẽ bị xô lệch, biến thành một chùm sáng với phân bổ từ đỏ đến tím. Nguyên nhân của hiện tượng kỳ lạ này là khi ánh sáng trắng là tập hợp của nhiều loại màu khác nhau ( 7 màu ) phân bổ dựa theo những bước sóng khác nhau, khi qua lăng kính sẽ có những góc khúc xạ khác nhau nên không quy tụ cùng một điểm, gây ra hiện tượng kỳ lạ sắc sai. Thử tưởng tượng bạn đang quan sát Mặt Trăng mà viền của nó gồm những màu khác nhau thì sẽ thế nào ! Tuy nhiên, hiện tượng kỳ lạ sắc sai sẽ được khắc phục bằng cách sử dụng thấu kính APO ( Apochromatic elements ), thấu kính làm giảm hiện tượng kỳ lạ sắc sai, được sản xuất để có năng lực tập trung chuyên sâu những tia sóng khác nhau vào một điểm .a) Cấu tạo của một chiếc kính thiên văn phản xạ (Reflector), gồm có gương chính và gương phụ, dựa trên hiện tượng phản xạ ánh sáng để hoạt động.
b) Cấu tạo của một chiếc kính thiên văn khúc xạ (Refractor), dựa trên hiện tượng khúc xạ ánh sáng qua thấu kính (lens) để hoạt động.

KÍNH THIÊN VĂN PHẢN XẠ (REFLECTING TELESCOPE)

Kính thiên văn phản xạ hoạt động dựa trên nguyên lý phản xạ ánh sáng, sử dụng gương để thu nhận và hội tụ ánh sáng.

Hoạt động của một chiếc kính phản xạ được diễn đạt trên hình 4 và 5. Tất cả thiên thể đều nằm quá xa đến nỗi ánh sáng từ chúng đến Trái Đất là những tia sáng song song. Vì những tia sáng song song với nhau, gương của kính thiên văn phản xạ được làm thành dạng cong parabol để hoàn toàn có thể quy tụ những tia sáng song song vào một điểm. Việc phản xạ này được thực thi bởi gương chính. Ngoài ra, trong kính còn có một gương phụ, có trách nhiệm hướng ảnh quy tụ đến mắt người xem. Và trong hình 5 cũng lý giải nguyên do ảnh tất cả chúng ta quan sát được ngược so với thực tiễn .Nguyên lý hoạt động chi tiết của hiện tượng phản xạ ánh sáng trong kính phản xạ và hiện tượng ảnh bị ngược (đảo ảnh) khi xem qua kính phản xạ.

KÍNH THIÊN VĂN TỔ HỢP (CATADIOPTRIC TELESCOPE)

Hầu hết những yếu tố của kính thiên văn khúc xạ được xử lý bằng kính thiên văn phản xạ. Tuy nhiên điều đó không có nghĩa là kính thiên văn phản xạ không có điểm yếu kém .Thiết kế ống mở của kính phản xạ có nghĩa là bụi sẽ từ từ lắng xuống gương, ngay cả khi bạn đậy nắp kính không sử dụng, nên nếu không dữ gìn và bảo vệ tốt sẽ nhanh bị xuống cấp trầm trọng và chất lượng ảnh quan sát được sẽ bị giảm sút. Vì vậy khi chiếm hữu một chiếc kính phản xạ bạn sẽ cần phải vệ sinh kính liên tục và nhiều lúc hoàn toàn có thể đem đến những vết xước không mong ước. Và để xử lý những yếu tố của 2 loại kính trên thì người ta đã điều tra và nghiên cứu ra kính thiên văn tổng hợp .

Kính thiên văn tổ hợp (catadioptric) là sự kết hợp cơ cấu của kính phản xạ và khúc xạ, sử dụng cả ống kính và gương để thu thập ánh sáng trực tiếp. Như được mô tả trên hình 6, thấu kính là bộ phận tiếp nhận ánh sáng đầu tiên, hướng ánh sáng đi đến gương chính. Gương chính tiếp tục điều hướng đường truyền đến gương phụ (tương tự trong kính phản xạ), tiếp tục ánh sáng được phản xạ qua gương phụ đi đến thị kính và mắt người xem hay có thể là máy ảnh.

Nguyên lý hoạt động của kính thiên văn tổ hợp. Bao gồm các thấu kính để khúc xạ và các gương để phản xạ. Nhờ kết hợp được các yếu tố trên, kính tổ hợp hoạt động rất ổn định và cho chất lượng tốt.

Nó được thiết kế để kết hợp ưu điểm của hai loại kính và hầu như loại bỏ được nhược điểm của cả hai loại kính. Kính thiên văn tổ hợp có thể đủ khả năng để có một khu vực thu thập ánh sáng lớn. Ống kính cũng được bao kín hoàn toàn nên đảm bảo an toàn dễ bảo trì, bảo dưỡng, và ánh sáng của nó có thể được hướng qua một thị kính ở nhiều góc độ khác nhau. Đồng thời, kính dễ dàng tháo lắp và có kích thước nhỏ gọn rất thuận tiện cho các nhà thám hiểm khi di chuyển. Tuy nhiên, điều ấn tượng nhất của kính thiên văn tổ hợp là một sự kết hợp hoàn hảo giữa kính thiên văn khúc xạ với các yếu tố phản xạ trong thiết kế mang lại hình ảnh rõ nét hơn so với hai loại còn lại, khiến kính viễn vọng catadioptric trở nên lý tưởng để xem hoặc thậm chí chụp ảnh các thiên thể ở xa.

Trên đây là bài ra mắt sơ lược về nguyên tắc hoạt động giải trí của những loại kính thiên văn thông dụng. Hy vọng bài viết đem lại cho bạn những kỹ năng và kiến thức hữu dụng trong quy trình sử dụng những loại kính !# DAC # DACfacts # telescopeTìm hiểu và san sẻ bởi Ban Kỹ Thuật – CLB Thiên văn học Thành Phố Đà Nẵng

Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Khoa học