Kính thiên văn không gian Hubble

[justify]Trong hơn 15 năm qua, kính Hubble đã và đang cung cấp cho các nhà khoa học, cho công chúng các bức ảnh tuyệt diệu về không gian xa thẳm. Kính Hubble là một trong những công cụ khoa học hiện đại nhất mà con người đã đưa lên quỹ đạo. Kính Hubble giúp cho nhân loại có được những khám phá quan trọng về các hành tinh, các vì sao, các thiên hà và về vũ trụ. Nhờ vào những nỗ lực phi thường của các nhà khoa học, các kỹ sư, kính Hubble còn giúp cho chúng ta có được cái nhìn sâu về quá khứ và dự đoán được một phần tương lai của vũ trụ.
[/justify]





[justify]
1. Tại sao lại phải sử dụng kính thiên văn không gian?

Mặc dù kính Hubble mới được đưa lên quỹ đạo từ năm 1990, những tiền đề và chuẩn bị cho nó đã có từ trước đó rất lâu. Những mô tả chi tiết về một đài thiên văn không gian hoạt động tại bước sóng khả kiến đã được bắt đầu từ sau thế chiến thứ II. Năm 1946, Lyman Spitzer, lúc đó đang là giáo sư và nghiên cứu viên tại đại học Yale, đã chỉ rõ những lợi thế của một kính thiên văn không gian so với các đài quan sát đặt dưới mặt đất. Trong bài báo “Astronomical Advantages of an Extra-Terrestrial Observatory”, Spitzer đã nhấn mạnh sự bẻ cong và sự hấp thụ một phần ánh sáng từ các ngôi sao của bầu khí quyển của Trái Đất. Dù có chính xác và hiện đại đến đâu thì các kính thiên văn mặt đất cũng không thể giải quyết triệt để hai vấn đề này, trong khi các kính thiên văn không gian tránh được hết các bất lợi trên. Hơn nữa, bầu khí quyển còn ngăn chặn các tia X đến từ vũ trụ, do đó các đài thiên văn mặt đất không thể quan sát được. Điều này cũng hoàn toàn không ảnh hưởng gì đến các kính thiên văn không gian.

Trong thời gian dạy ở trường Princeton, Spitzer được bổ nhiệm làm chủ tịch hội đồng khoa học chuyên trách về vấn đề xây dựng các kính thiên văn không gian cỡ lớn của viện Hàn lâm quốc gia Hoa Kỳ. Trong cuộc họp đầu tiên năm 1966, hội đồng đã bàn và nghiên cứu rất chi tiết về các khả năng sử dụng kính thiên văn không gian cỡ lớn. Năm 1969, hội đồng đã hoàn thành báo cáo “Scientific Uses of the Large Space Telescope” với mục đích thúc đẩy quá trình xây dựng các kính thiên văn không gian cỡ lớn. Báo cáo nhấn mạnh “một thiết bị như vậy sẽ có những đóng góp đặc biệt quan trọng cho nhận thức của nhân loại về vũ trụ”.
[/justify]






Ảnh: Giáo sư, Tiến sĩ Lyman Strong Spitzer, Jr (26/06/1914 – 31/031997)[justify]2. Biến ý tưởng thành hiện thực[/justify]


[justify]Để có thể biến ý tưởng thành hiện thực, một điều không thể thiếu là sự trợ giúp của NASA, cơ quan duy nhất có khả năng thực hiện các đề xuất của viện Hàn lâm quốc gia. Trong những năm 1960, Wernher von Braun đã cùng với nhóm nghiên cứu của ông tại trung tâm không gian Marshall tiến hành tìm hiểu những vấn đề đặt ra đối với một chiếc kính thiên văn không gian cỡ lớn. Vào giữa những năm 1960, NASA và những nhà thầu của cơ quan này đã tiến hành những nghiên cứu về tính khả thi của dự án. Mặc dù ban đầu có những bất đồng trong nội bộ NASA về việc liệu có nhất thiết phải tiến hành các nghiên cứu về tính khả thi trước hay có thể chuyển ngay sang khâu chế tạo, tuy nhiên, vào thời điểm đó, chương trình Tàu Con Thoi (Space Shuttle program) đã được phê duyệt, mở ra thêm nhiều hướng mới trong quá trình chế tạo và vận hành một chiếc kính thiên văn không gian (và do đó, cần phải có những tìm hiểu và phân tích kỹ hơn). Năm 1971, George Low, phó giám đốc NASA, đã phê chuẩn việc thành lập nhóm “Nghiên cứu khoa học về kính thiên văn không gian” với nhiệm vụ tiến hành các tìm hiểu, phân tích về sự khả thi của dự án.

Với sự tham gia của NASA, bước tiếp theo là phải có được nguồn tài chính. Theo dự tính ban đầu, tổng chi phí sẽ vào khoảng 400 đến 500 triệu USD, một con số rất lớn. Năm 1975, khoản dự toán này đã bị từ chối. Không nản lòng, NASA và các nhà thiên văn hàng đầu như Lyman Spitzer, John Norris Bahcall đã tiến hành nhiều chiến dịch vận động quy mô lớn cho dự án. Tổ chức Nghiên cứu không gian châu Âu (ESRO), tiền thân của ESA, đã được mời thực hiện khâu sản xuất các tấm pin mặt trời với chi phí thấp và tham gia vào các giai đoạn quan sát, nghiên cứu sau này. NASA muốn tận dụng các hợp tác quốc tế để có thể giảm chi phí cho dự án xuống mức mà quốc hội có thể phê chuẩn. Năm 1975, ESRO đã chấp nhận đề nghị của NASA. Đường kính của gương chính cũng đã được giảm từ 3 mét xuống còn 2.4 mét. Nhờ đó, chi phí cho dự án giảm xuống còn khoảng 200 triệu USD, bằng khoảng một nửa so với ban đầu. Năm 1977, chương trình “Kính viễn vọng không gian cỡ lớn” (Large Space Telescope program) đã được quốc hội Hoa Kỳ phê chuẩn.

Năm 1978, quá trình thiết kế chiếc kính bắt đầu được tiến hành. Tập đoàn Perkin-Elmer chịu trách nhiệm chế tạo gương chính cùng với hệ thống quang học. Tập đoàn Lookheed Martin đảm nhận việc chế tạo tàu vũ trụ cùng với các hệ thống hỗ trợ. Một số công ty châu Âu chế tạo các tấm pin mặt trời. Rất nhiều công nghệ tiên tiến hàng đầu đã được áp dụng, trong đó có hệ thống mài laser điều khiển bằng máy tính áp dụng trong quá trình chế tạo gương chính.

Theo kế hoạch ban đầu, kính thiên văn sẽ được phóng lên không gian vào năm 1983. Tuy nhiên, thời điểm này đã bị hoãn lại. Chiếc gương chính đã được chế tạo xong vào năm 1981, tuy nhiên, hệ thống quang học phải đến năm 1984 mới hoàn thành và kéo theo là quá trình lắp ráp toàn bộ chỉ hoàn thành vào năm 1985. Tuy nhiên, năm 1983 cũng đã có nhiều mốc sự kiện quan trọng. Dự án đã nhận được sự tài trợ của viện Kính thiên văn Khoa học Không gian, đại học John Hopkins. Cũng trong năm này, tên của nhà thiên văn vĩ đại Edwin P. Hubble đã được chính thức dùng để đặt cho chiếc kính thiên văn.[/justify]





[justify]3. Phóng lên không gian, những tấm ảnh mờ và sự sửa chữa tuyệt diệu
[/justify]

[justify]Tháng 12 năm 1985, kính thiên văn Hubble được chế tạo thành công. Thời gian phóng dự kiến vào tháng 10/1986. Tuy nhiên, mọi việc đã không diễn ra như vậy. Ngày 28/01/1986, trong 1 buổi sáng lạnh lẽo, tàu con thoi Challenger đã gặp nạn trên bầu trời Florida chỉ hơn 1 phút sau khi phóng, toàn bộ phi hành đoàn hi sinh. Tai nạn này đã làm khiến cho kế hoạch phóng của Hubble bị lùi lại. Năm 1988, đội tàu con thoi của NASA đã khôi phục lại hoạt động. Điều mà bao nhiêu người trông đợi đã trở thành hiện thực, ngày 24/04/1990, tàu con thoi Discovery đã triển khai thành công kính Hubble lên không gian.

Ban đầu, có 5 thiết bị quan sát được triển khai trên kính Hubble :
1. Wide Field/Planetary Camera (WF/PC),
2. Goddard High Resolution Spectograph (GHRS),
3. Faint Object Camera (FOC),
4. Faint Object Spectograph (FOS)
5. High Speed Photometer (HSP)

Sau vài tuần vận hành, các nhà khoa học thấy rằng các bức ảnh của kính Hubble bị nhòe. Mặc dù tình trạng bị nhoè ảnh là chấp nhận được, và các bức ảnh này vẫn cho phép các nhà khoa học có được những kết quả phân tích đáng kể, tuy nhiên, đó vẫn là một khiếm khuyết so với các yêu cầu đặt ra ban đầu. Quá trình tìm hiểu cho thấy có hiện tượng quang sai cầu đối với gương chính. Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là do sai số của thiết bị trong qúa trình chế tạo dẫn đến cạnh của gương được mài hơi phẳng hơn 1 chút. Các kỹ sư đã nhanh chóng bắt tay vào khắc phục sự cố cho kịp với lần bảo trì thứ nhất năm 1993.[/justify]



Ảnh: Tàu Discovery triển khai kính Hubble

[justify][justify]Hệ thống được chế tạo để khắc phục lỗi trên được gọi là COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement). COSTAR là một hệ thống quang học cho phép triệt tiêu các quang sai cầu. Tháng 12 năm 1993, phi hành đoàn tàu con thoi Endeavour đã tiến hành lần bảo trì thứ nhất đối với kính Hubble (nhiệm vụ STS-61). Các nhà du hành đã 5 lần thực hiện các hoạt động ngoài phi thuyền (EVA), gắn COSTAR vào kính viễn vọng, thay Wide Field/Planetary Camera bằng một camera mới hơn (Wide Filde/Planetary Camera 2) (1). Các tấm pin mặt trời cũng được lắp thêm và 4 con quay hồi chuyển được thay thế. Nhiệm vụ bảo trì được thực hiện thành công, kính Hubble có đầy đủ các “năng lực” của một kính thiên văn hoạt động ngoài không gian, công chúng bắt đầu được biết đến những bức ảnh “tuyệt diệu” “chưa từng có” về các ngôi sao, thiên hà, tinh vân và những thiên thể khác trong không gian xa thẳm.

Những lần bảo trì sau đó tiếp tục nâng cao những khả năng của kính Hubble. Tháng 2 năm 1997, phi hành đoàn STS-82 lắp thêm lên kính thiên văn 2 thiết bị mới :
+ Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (NICMOS)
+ Space Telescope Imaging Spectograph

Trong lần bảo trì thứ 3 (3A, tháng 12 năm 1999, nhiệm vụ STS-103), toàn bộ 6 con quay hồi chuyển và một trong số 3 cảm biến dùng để điều chỉnh hướng đã được thay thế. Trong lần bảo trì thứ tư (3B) được thực hiện vào tháng 3 năm 2002, phi hành đoàn tàu Columbia đã gắn thêm Advanced Camera for Surveys (ACS) vào kính thiên văn. Thiết bị mới này cung cấp hình ảnh nét hơn với trường nhìn rộng hơn và có khả năng tập hợp dữ liệu nhanh hơn Wide Field/Planetary Camera 2. Các tấm pin mặt trời và hệ thống làm lạnh của NICMOS cũng đã được thay thế.

[/justify]



Ảnh: Hai bức ảnh chụp thiên hà M-100 trước và sau khi kính Hubble được gắn thêm COSTAR[/justify]
(còn tiếp)