MỤC LỤC

Kính thiên văn khúc xạ

Kính thiên văn khúc xạ thu ánh sáng bằng thấu kính vật kính thủy tinh lớn ở đầu ống. Thấu kính hội thụ ánh sáng về cuối ống nơi mà ảnh sẽ được phóng đại bởi thị kính.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 14: Lược đồ mô tả vận hành của một kính thiên văn khúc xạ. Credit: OneMinuteAstronomer.com

Kính thiên văn khúc xạ là loại kính viễn vọng mà nhiều người biết. Nó là loại kính viễn vọng đầu tiên được phát minh, và Galileo là người đầu tiên hướng một chiếc kính nhìn xa như vậy lên bầu trời đêm từ năm 1609. Những chiếc kính thiên văn khúc xạ đầu tiên có một thấu kính vật kính đơn với dạng cong phỏng cầu. Điều này khiến cho ảnh bị biến dạng nhiều ở gần rìa của trường nhìn. Cùng với đó, các ánh sáng đỏ, lục, và xanh cũng bị hội tụ ở những điểm khác nhau, một vấn đề được gọi là "sắc sai" (chromatic aberration). Sắc sai khiến cho ảnh của các ngôi sao và các hành tinh có một "quầng màu" xung quanh. Để giảm những vấn đề này, các kính thiên văn khúc xạ đầu tiên cần phải có tỷ lệ tiêu cự lớn, có nghĩa là cho dù kính thiên văn có một thấu kính vật kính nhỏ thì nó cũng vô cùng dài, từ 3 đến 6 mét hoặc hơn. Nhưng vào giữa thập niên 1750, một luật sư có tên là Chester Moore đã phát minh một chiếc kính khúc xạ với hai thấu kính vật kính, mỗi thấu kính được làm từ một loại thủy tinh khác nhau để hiệu chỉnh từng phần hiện tượng sắc sai. Ngày nay, tất cả các kính thiên văn khúc xạ đều có vật kính kiểu "vô sắc" (achromatic) như vậy.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 15: Một cạnh của thiên hà xoắn ốc khi xuất hiện trong một kính thiên văn 8". Credit: OneMinuteAstronomer.com

Kính khúc xạ cho độ tương phản cao nhất trong số các loại kính thiên văn, khiến chúng trở nên tuyệt vời cho việc quan sát trực quan các chi tiết trên Mặt Trăng và các hành tinh, đặc biệt kính khúc xạ với thấu kính vô sắc và tỷ lệ tiêu cự f/10 hoặc dài hơn. Tuy vậy kính thiên văn khúc xạ, ngay cả kính khúc xạ vô sắc, đặc biệt với những kính có tỷ lệ tiêu cự f/8 hoặc ít hơn, có xu hướng cho màu lỗi, đặc biệt đối với những đối tượng sáng. Trong khi việc khắc phục nhược điểm này là khó, thì kính khúc xạ khá đắt so với khẩu độ và khả năng gom sáng của chúng. Nhưng kính khúc xạ lại nhẹ, dễ sử dụng, kết cấu cơ khí chắc, và cho ảnh sắc nét của các thiên thể sáng. Nếu bạn hầu như chỉ hứng thú với Mặt Trăng và các hành tinh, thì một chiếc kính thiên văn khúc xạ vô sắc có thể đúng là chiếc kính bạn cần. Bạn có thể có một kính khúc xạ 80 mm hay 90 mm và chân đế cứng vừa phải với chi phí khoảng 6 đến 8 triệu.

Trong khoảng 20 năm trở lại đây, các loại thủy tinh fluorite mới và sự đổi mới trong thiết kế kính thiên văn đã cho ra đời các thấu kính khúc xạ "tiêu sắc" (apochromatic) cho ảnh hầu như không có màu lỗi, ngay cả ở tỷ lệ tiêu cự f/6 hay f/7. Như nhiều người nhìn nhận, đây là một kính thiên văn tuyệt diệu, với hình ảnh sắc như dao cạo và độ tương phản tuyệt đỉnh. Chúng được yêu thích bởi các nhà nhiếp ảnh thiên văn học và những người quan sát trực quan Mặt Trăng và các hành tinh, cũng như các tinh vân lớn và các cụm sao trong Dải Ngân Hà.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 16: Một chiếc kính thiên văn khúc xạ tiêu sắc gắn trên một chân đế alt-azimuth đơn giản. Credit: Celestron.

Nhược điểm của dòng kính thiên văn này là là các kính tiêu sắc "thượng lưu" thường đắt khủng khiếp, lên đến hàng chục triệu cho mỗi inch khẩu độ. Tuy nhiên trong những năm qua, nhiều kính khúc xạ được đánh giá tốt sử dụng thiết kế thấu kính "ED" đơn giản hơn và các vật liệu mới đã đánh vào thị trường. Ví dụ, bạn có thể có một ống quang học ED 4-inch tươm tất (không gồm chân đế) có thể mang lại ảnh sắc nét của các hành tinh, và độ tương phản tuyệt vời của các sao đôi, và trường rộng kinh ngạc của Dải Ngân Hà, chỉ với khoảng 20 triệu. Nếu bạn có bầu trời tối quang đãng và yêu thích chính của bạn là các vật thể có thể thừa hưởng từ các thấu kính ED hay tiêu sắc, bạn có thể thử với một chiếc kính như vậy ở một bữa tiệc sao và nhìn thử xem có hợp với bạn hay không.

Ưu điểm của kính khúc xạ

  • Độ tương phản và độ sắc nét hình ảnh tuyệt vời.
  • kết cấu cơ khí chắc chắn; ít khớp nối và dễ lắp đặt.
  • Dễ sử dụng.

Nhược điểm của kính khúc xạ

  • Khẩu độ nhỏ nhất so với giá tiền.
  • Bị một ít màu lỗi (sắc sai) với thấu kính vô sắc.

Đối tượng của kính khúc xạ

  • Quan sát Mặt Trăng, các hành tinh, và các đối tượng sâu sáng
  • Với một thành phần quang học mở rộng để có hình ảnh cùng chiều, kính thiên văn khúc xạ có thể dùng để quan sát mặt đất.
  • Các kính thiên văn ED và tiêu sắc tỷ lệ tiêu cự thấp cho trường rộng kinh ngạc của bầu trời đêm.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 17: Một cụm sao cầu, một quả bóng của các ngôi sao cổ đại, được chụp ảnh qua một kính thiên văn 6 inches. Credit: OneMinuteAstronomer.com

Kính thiên văn phản xạ Newtonian

Kính thiên văn phản xạ thu ánh sáng sử dụng gương cong ở cuối ống kính thay vì sử dụng một thấu kính ở đầu ống. Isaac Newton phát mình ra chiếc kính thiên văn phản xạ đầu tiên vào cuối thế kỷ 17. Ông sử dụng một gương chéo nhỏ thứ hai để bẻ góc ánh sáng ra ngoài kính thiên văn đến một thị kính. Thiết kế vô cùng thiết thực của ông, ngày nay gọi là kính thiên văn Newtonian, là dạng chính của kính thiên văn phản xạ đơn thuần được sử dụng ngày nay bởi các nhà thiên văn học nghiệp dư.

Với một khẩu độ cho trước, các kính thiên văn Newtonian thường là loại kính ít đắt đỏ bởi vì, không giống như các thấu kính của kính khúc xạ, chỉ có một bề mặt của một gương cần được đánh bóng và tính toán cẩn thận. Và bởi vì không có ánh sáng này đi xuyên qua gương, nên thủy tinh ít đắt đỏ nhất được sử dụng. Một số kính phản xạ tự làm thậm chí còn sử dụng thủy tinh từ một ô cửa sổ bỏ đi!

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 18: Phác thảo của một kính thiên văn phản xạ Newtonian. Phía trước của ống kính được mở; gương chính nằm ở cuối ống kính. Một gượng phụ nhỏ hơn phản xạ ánh sáng a ngoài đến một thị kính. Credit: OneMinuteAstronomer

Các kính thiên văn Newtonian mang lại giá trị tuyệt vời. Một kính khúc xạ hàng đầu 4-inch có giá cao hơn hẳn một kính phản xạ Newtonian 12-inch, trong khi kính phản xạ có khả năng thu sáng gấp 9 lần. Các kính phản xạ Newtonian thỉnh thoảng mới cần chuẩn trực quang học - đặc biệt là khi ống kính bị va đụng. Việc chuẩn trực cũng không phức tạp, nhưng nó cần một chút thực hành. Các kính thiên văn Newtonian cũng có xu hướng cồng kềnh, với một ống dài khoảng 1.2 đến 1.5 mét hoặc hơn. Các kính thiên văn Newtonian cũng có một kiểu quang sai gọi là "coma". Hiện tượng này khiến các ngôi sao ở rìa của trường nhìn xuất hiện dạng có đuôi mờ dần. Nhưng nó không phải là vấn đề lớn nếu tỷ lệ tiêu cự lớn hơn f/6. Một ưu điểm khác của kính thiên văn Newtonian: bởi vì các gương phản xạ tất cả màu sắc khả kiến chính xác như nhau, nên kính phản xạ không có hiện tượng sắc sai.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 19: Các kính thiên văn phản xạ Dobsonian. Credit: Meade Corp.

Các kính thiên văn Newtonian khoác một kiểu cách mới rộng rãi hơn vào những năm 1980, khi các nhà sản xuất kính thiên văn đã thương mại hóa một thiết kế của nhà truyền bá thiên văn học John Dobson.

Kính thiên văn "Dobsonian" chỉ là một phiên bản của kính thiên văn Newtonian khẩu độ lớn và không đắt tiền, đặt trên một chân đế alt-azimuth đơn giản xoay hướng trái-phải (theo phương vị - azimuth) và hướng trên-dưới (theo cao độ - altitude). Các kính thiên văn Dobsonian không thể bị đánh bại cho việc quan sát trực quan các vật thể sâu đơn thuần. Vkwis các gương lớn (đường kính lên đến 36"), các kính thiên văn Newtonian kiểu mới này được gọi là "gầu ánh sáng" bởi khả năng thu sáng cực lớn của chúng.

Nếu bạn hứng thú với việc quan sát trực quan hoàn toàn, và bạn muốn khẩu độ (và khả năng thu sáng) lớn nhất so với tầm tiền, thì một chiếc kính thiên văn Dobsonian là sự lựa chọn đáng giá. Một kính thiên văn Dobsonian 8-inch (200 mm) f/6 với tiêu cự 1200 mm là một con ngựa chiến tuyệt hảo, ngay cả cho những người mới bắt đầu. Đối với hầu hết những người quan sát, loại kính này không quá dài và nặng để di chuyển, và vẫn có đủ khẩu độ để nhìn thấy hàng ngàn các vật thể sâu. Hiện nay một chiếc kính thiên văn Dobsonian tốt ở kích thước này có giá khoảng dưới 10 triệu đồng.

Ưu điểm của kính thiên văn Newtonian/Dobsonian

  • Khẩu độ lớn nhất theo giá tiền.
  • Dễ sử dụng khi đặt trên một chân đế dễ điều chỉnh như chân đế Dobsonian.
  • Không có hiện tượng sắc sai.

Nhược điểm của kính thiên văn Newtonian/Dobsonian

  • To lớn, ống dài.
  • Thỉnh thoảng cần phải có các hiệu chỉnh nhỏ.
  • Một ít quang sai coma tại các tỷ lệ tiêu cự ngắn

Đối tượng của kính thiên văn Newtonian

  • Quan sát Mặt Trăng, các hành tinh, và các vật thể sâu mờ.
  • Những người quan sát có ý thức tài chính muốn quan sát được nhiều hơn và không quan trọng việc mang vác kính thiên văn.

Kính thiên văn phức hợp

Một chiếc kính thiên văn Newtonian (hoặc Dobsonian) có một nhược điểm lớn: nó sử dụng một gương phản xạ đơn lẻ để phản xạ ánh sáng đến một thị kính. Điều đó có nghĩa là chiều dài của kính Newtonian hầu như bằng với tiêu cự, do đó bạn có một chiếc kính vừa dài vừa nặng cần đến một chân đế lớn và bất tiện.

Nhưng rất nhanh sau khi Newton phát triển kính phản xạ của ông, một linh mục công giáo người Pháp tên là Laurent Cassegrain đã phát minh ra một chiếc kính phản xạ sử dụng hai gương để bẻ gập ánh sáng dọc theo trục quang học trong một ống kính ngắn hơn. Hiện nay nhiều kính thiên văn phản xạ, và gần như tất cả các kính thiên văn chuyên nghiệp, đều sử dụng một biến thể của thiết kế Cassegrain.

Năm 1930, Bernard Schmidt đã thêm vào một bước ngoặt mới. Ông kết hợp một gương cầu đơn giản với một thấu kính có hình dạng đặc biệt tại đầu ống kính để hiệu chỉnh cầu sai (spherical aberration). Tại mặt phẳng tiêu cự, ông đặt một mẩu phim ảnh. Cách bố trí này được gọi là một máy ảnh Schmidt. Nó được dùng cho việc chụp ảnh trường rộng bầu trời. Sau đó vào năm 1946, một kiến trúc sư và họa sĩ có tên Roger Hayward đã đặt một gương lồi đằng sau thấu kính hiệu chỉnh để gửi ánh sáng ra phía sau của ống kính đến một thị kính hoặc máy ảnh. Một công ty tên là Celestron đã xây dựng thiết kế này và phát triển kỹ thuật chế tạo để sản xuất loại kính mà ngày nay chúng ta gọi là kính thiên văn Schmidt-Cassegrain (SCT) với số lượng lớn. Điều này đã làm nên một cuộc cách mạng của thiên văn học nghiệp dư những năm 1970.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 20: Cấu trúc quang học của một kính thiên văn Schmidt-Cassegrain . Ánh sáng đi vào ống từ phía bên phải. Credit: OneMinuteAstronomer

Kính thiên văn Schmidt-Cassegrain là kính dành cho mọi người. Các nhà sản xuất kính thiên văn yêu thích chúng bởi các gương cầu và thấu kính hiệu chỉnh dễ chế tạo hơn so với gương parabolic của kính thiên văn Newtonian. Những người quan sát không thường xuyên yêu thích chúng bởi sự gọn nhẹ và chúng có khẩu độ tương đối lớn để nhìn thấy các vật thể sâu mờ. Và các nhà nhiếp ảnh thiên văn học yêu thích chúng bởi sự dễ dàng lắp đặt và định hướng, họ có thể chụp ảnh trường hẹp và bổ sung một phần tử quang học được gọi là telecompressor để chụp ảnh trường rộng.

SCT không phải là hoàn hảo ở mỗi thứ, nhưng chúng khá tốt ở mọi thứ. Ưu thế lớn nhất là sự gọn nhẹ: Một chiếc SCT 8-inch f/10 đóng gói một khẩu độ lớn và một tiêu cự 2000 mm (80") vào trong một ống dài khoảng 430 mm (17"). Nó nặng khoảng 6 kg (không tính chân đế). Tuy nhiên, nó chỉ có trường nhìn hẹp, đây là nhược điểm lớn nếu bạn thích quan sát trường rộng các đám mây sao. Bởi vì sự có mặt của gương thứ cấp, nên bạn sẽ không có được cùng độ tương phản sắc nét của Mặt Trăng và các hành tinh với một chiếc SCT như một chiếc kính khúc xạ. Gương thứ cấp thỉnh thoảng cần hiệu chỉnh, dù không thường xuyên như với kính Newtonian. Và một chiếc SCT thì có giá gấp đôi so với một kính Newtonian với cùng khẩu độ.

Maksutov-Cassegrains (Mak) là một loại khác của kính thiên văn phức hợp. Loại kính này gần giống với các kính Schmidt-Cassegrains. Chúng có một gương cầu để thu ánh sáng và một thấu kính cong ở phía trước để hiệu chỉnh quang sai. Nhưng thấu kính hiệu chỉnh ở một kính Mak có một dạng cong phỏng cầu đơn giản dễ sản xuất. Và gương thứ cấp thì đơn giản là một lớp nhôm mỏng dính đằng sau thấu kính. Vì vậy không như một chiếc kính Newtonian hay SCT, kính Mak không cần hiệu chỉnh.

Nhược điểm của hệ quang học của kính Mak là để giữ cho quang sai ở mức thấp, các kính Maks được chế tạo vói một tỷ lệ tiêu cự dài, thường vào khoảng f/12 đến f/15. Điều đó có nghĩa là bạn có độ phóng đại cao hơn với một thị kính sẵn có, và trường nhìn hẹp hơn so với một kính Schmidt f/10 hay một kính Newtonian f/6 hay f/8. Vì vậy các kính Mak không phải là thứ tuyệt vời nếu bạn muốn tầm nhìn rộng, bao quát Dải Ngân Hà. Chúng dùng tốt hơn nhiều đối với các đối tượng cần độ phóng đại lớn như các hành tinh, Mặt Trăng, các sao đôi, các cụm sao cầu, và các tinh vân hành tinh.

Các kính Mak dùng tốt nhất cho những người quan sát trong đô thị bởi hai lý do. Chúng gọn nhẹ và dễ dàng vận chuyển. Và độ phóng đại lớn hơn sẽ làm tối bầu trời thành phố nhợt nhạt và mang về nhiều tương phản với các đối tượng sâu.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 21: Một chiếc kính thiên văn Schmidt-Cassegrain gắn trên một chân đế xích đạo cao cấp của Đức. Credit: OneMinuteAstronomer

Thấu kính hiệu chỉnh của Mak khá dày, có nghĩa là Mak sẽ nặng hơn với các khẩu độ cao hơn. Đó là lý do bạn sẽ không thể tìm thấy các kính Mak thương mại với khẩu độ lớn hơn 7 inches.

Ưu điểm của kính thiên văn phức hợp

  • Gọn nhẹ và đa năng.
  • Rất ít sắc sai.
  • Khẩu độ lớn.

Nhược điểm của kính thiên văn phức hợp

  • Đắt hơn nhiều so với kính thiên văn Newtonian với cùng khẩu độ.
  • Thỉnh thoảng cần hiệu chỉnh nhỏ.
  • Trường nhìn hẹp (đặc biệt là với thiết kế Maksutov).

Đối tượng của kính thiên văn phức hợp

  • Tất cả xung quanh việc quan sát Mặt Trăng, các hành tinh, các sao đôi, và các vật thể sâu với trường nhìn hẹp.
  • Những người quan sát có khả năng tài chính cao và muốn có khẩu độ lớn nhưng gọn nhẹ dễ di chuyển.

Còn tiếp...

Nguồn: A Beginner’s Guide to Choosing Binoculars and Telescopes for Stargazing

Author: Hien PHAN
Nguyên chủ nhiệm CLB Thiên văn Bách khoa - PAC (nay là CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC); Nghiên cứu sinh ngành Vật lý thiên văn tại APC Laboratory, Paris Diderot University, Cộng hòa Pháp.