Hai kính thiên văn vô tuyến tại Đài thiên văn Parkes, Úc.
Kính viễn vọng vô tuyến là các kính viễn vọng hoạt động với cơ chế như
kính viễn vọng giao thoa hoặc kính viễn vọng phản xạ, trong dải sóng vô
tuyến.
Kính viễn vọng vô tuyến được ứng dụng chủ yếu trong quan sát thiên văn
và trong liên lạc thông tin trong công nghệ vũ trụ.
Đối với quan sát thiên văn, các kính viễn vọng quang học, trong ứng
dụng quan sát bầu trời từ Trái Đất, chỉ dùng được trong những đêm bầu
trời không có mây và ban ngày không quan sát được vì Mặt Trời chiếu
sáng. Các kính viễn vọng vô tuyến có thể giúp vượt qua trở ngại này, dotín hiệu vô tuyến ít bị nhiễu hơn vào ban ngày và đi xuyên qua các đám
mây.
Trở ngại chính của các kính viễn vọng vô tuyến là do bước sóng của sóng
vô tuyến thường dài cỡ mét, để đạt độ phân giải cao, cần xây dựng các
gương có đường kính khổng lồ. Cách giải quyết là dùng kỹ thuật của kính
viễn vọng giao thoa, sử dụng những tín hiệu đồng bộ thu được từ những
kính viễn vọng phản xạ nằm xa nhau. Khoảng cách lớn giữa từng kính
viễn vọng phản xạ đơn lẻ có thể coi tương đương với "đường kính" của
hệ các kính.
8 trang |
Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 437 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Giáo án Vật lí Lớp 9 - Bài: Kính viễn vọng, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Kính viễn vọng
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
(đổi hướng từ Kính thiên văn)
Bước tới: menu, tìm kiếm
Kính viễn vọng hay kiếng viễn vọng là một dụng cụ giúp quan sát các
vật thể nằm ở khoảng cách xa so với kích thước của con người. Kính viễn
vọng được ứng dụng trong quan sát thiên văn học, hay trong công tác hoa
tiêu của ngành hàng hải, hàng không hay công nghệ vũ trụ, cũng như
trong quan sát và do thám quân sự. Trong các ứng dụng thiên văn, chúng
còn được gọi là kính thiên văn.
Trong lịch sử, kính viễn vọng đầu tiên được chế tạo sử dụng các dụng cụ
quang học, để thu nhận ánh sáng đến từ vật thể ở xa và tạo ra hình ảnh
phóng đại dễ dàng quan sát bởi mắt người. Chúng là các kính viễn vọng
quang học. Sau này, các loại kính viễn vọng khác được chế tạo, sử dụng
bức xạ điện từ nằm ở bước sóng khác, đến từ vật thể ở xa, như radio,
hồng ngoại, tử ngoại, tia X, gamma, ...
Phân loại theo cơ chế
Kính viễn vọng khúc xạ
Bài chi tiết: Kính viễn vọng khúc xạ
Sơ đồ một kĩnh viễn vọng khúc xạ.[1]
Kính viễn vọng khúc xạ là loại kính viễn vọng dùng các thấu kính để thay
đổi đường truyền của các bức xạ điện từ, thông qua hiện tượng khúc xạ,
tạo ra ảnh rõ nét của vật thể ở xa.
Một trong các kính viễn vọng khúc xạ đầu tiên do Galileo (1564–1642)
chế tạo, sử dụng một vật kính, là thấu kính hội tụ để gom các tia sáng vào
một mặt phẳng cách thấu kính hội tụ một khoảng được gọi là tiêu cự. Ánh
sáng bị khúc xạ tạo ra một ảnh rất nhỏ của một vì sao hay hành tinh. Kế
tiếp, ảnh đi qua thị kính, trong kính của Galileo là thấu kính phân kì. Hiện
nay, ảnh đi qua vật kính còn được phóng đại qua thị kính là một thấu kính
hội tụ.
Kính viễn vọng khúc xạ có trở ngại chính là sự tán sắc. Vì thủy tinh hay
các vật liệu làm thấu kính có chiết suất khác nhau cho các bước sóng bức
xạ điện từ khác nhau. Ví dụ, trong kính thiên văn quang học hoạt động
với cơ chế khúc xạ, điều này khiến hình ảnh vật ở xa, ví dụ một vì sao
hoặc một hành tinh, được bao quanh bởi những vòng tròn có màu sắc
khác nhau.
Kính viễn vọng phản xạ
Bài chi tiết: Kính viễn vọng phản xạ
Sơ đồ một kiểu kĩnh viễn vọng phản xạ quang học
Kính viễn vọng phản xạ hoạt động dựa trên sự tảo ảnh của vật ở xa bằng
các gương, thông qua hiện tượng phản xạ các bức xạ điện từ.
Một trong các kính viễn vọng phản xạ đầu tiên do nhà thiên văn người
Scotland James Gregory phát minh năm 1663, dùng một mặt gương lõm
hội tụ thay vì thấu kính hội tụ để thu gom ánh sáng tới tạo ảnh. Ảnh có
thể được thu thập hay được phóng đại thêm qua các gương phụ trợ.
Kính viễn vọng phản xạ có ưu điểm lớn là tránh hiện tượng tán sắc.
Với mọi kính viễn vọng, số photon thu được tỷ lệ thuận với diện tích
phần thu (gương đối với kính viễn vọng phản xạ và thấu kính với kính
viễn vọng khúc xạ). Đồng thời độ phân giải tỷ lệ với đường kính của
phần thu. Ví dụ, khi dùng gương có bán kính gấp đôi, khả năng thu gom
ánh sáng lên gấp bốn lần và độ phân giải tăng hai lần. Việc tăng kích
thước gương có thể được thực hiện dễ dàng hơn so với tăng kích thước
thấu kính. Đây cũng là ưu điểm của kính viễn vọng phản xạ.
Đa số các kính viễn vọng ngày nay, có đường kính cỡ từ vài chục
xentimét trở lên, phục vụ cho quan sát thiên văn, đều là kĩnh viễn vọng
phản xạ.
Kính viễn vọng giao thoa
Bài chi tiết: Kính viễn vọng giao thoa
Kính viễn vọng tổng hợp
Kính viễn vọng quang phổ
Bài chi tiết: Kính viễn vọng quang phổ
Quang phổ học (spectroscopy) là môn nghiên cứu các phổ (spectrum, số
nhiều spectra) của vật chất, dựa trên cơ sở là mỗi nguyên tố hóa học có
một phổ đặc trưng. Điều này có thể quan sát được qua hệ thống kính
quang phổ, trong đó các tia sáng đi qua một khe hẹp, đến thấu kính chuẩn
trực (collimating lens) được chỉnh thành những tia sáng song song, đi qua
một lăng kính (prism), sau đó được phân tích và qua một kính lấy nét
(focusing lens) ở thị kính. Qua kính quang phổ, có thể thấy một chuỗi
những hình ảnh, mỗi hình ảnh có một màu khác nhau, vì ánh sáng đã
được phân tích qua những phổ màu khác nhau.
Kính quang phổ thường tách ánh sáng thành những dải màu tiếp nối nhau,
với nhiều đường sậm chạy ngang được gọi là đường Fraunhofer. Mỗi tổ
hợp các đường sậm tương ứng với một nguyên tố của vì sao đã hấp thụ
những màu bị mất đi. Ví dụ: nguyên tố H cho một đường đỏ sậm, Na cho
một cặp đường vàng sậm, Fe cho những đường của hầu hết các màu. Mỗi
nguyên tố trong tầng khí quanh vì sao tạo nên những đường phổ đậm đặc
trưng, tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất của khí. Vì thế, có thể quan sát
những phổ của hàng trăm ngàn vì sao.
Phân tích quang phổ của ánh sáng chiếu từ một vì sao cho phép phân tích
thành phần hóa học của vì sao này. Ví dụ: nguyên tố helium được khám
phá trên Mặt Trời nhiều năm trước khi được tìm thấy trên Trái Đất. Gần
đây, nghiên cứu quang phổ của Mặt Trời cho thấy chứng cứ vững chắc về
sự hiện diện của ion hydrogen âm. Vì thế, nghiên cứu quang phổ của các
vì sao đã cung cấp nhiều tư liệu quý giá. Ví dụ, các tinh vân (nebula) cho
thấy một nguyên tố mới, tạm thời được đặt tên là nebulium, không có trên
Trái Đất. Cũng nhờ nghiên cứu quang phổ các vòng quanh Sao Thổ, được
biết các vòng này chủ yếu tạo thành bởi những mảnh băng ammonia.
Quang phổ học cũng đã được ứng dụng để phân tích thành phần hóa học
khí quyển của Mộc Tinh sau khi sao chổi Shoemaker-Levy 9 va đập vào.
Quang phổ học cũng giúp khám phá những thiên thể ở rất xa. Ví dụ: các
phổ của một vài vì sao ở xa thỉnh thoảng bị tách rời nhau, rồi sau đó hợp
lại. Hiệu ứng này là do sự hiện diện của vì sao đôi, quay gần nhau đến đỗi
một kính viễn vọng thông thường không thể phân biệt được.
Các đường phổ dịch chuyển vị trí khi nguồn ánh sáng di chuyển tiến gần
hoặc rời xa thiết bị quan sát. Sự dịch chuyển này giúp tính toán khá chính
xác vận tốc tương đối của bất kỳ nguồn phát xạ nào. Nói chung, nếu mọi
đường phổ của một vì sao dịch chuyển về phía màu đỏ, vì sao đó đang rời
xa Trái Đất, và vận tốc có thể được tính toán từ mức độ dịch chuyển.
Ngược lại, khi vì sao đang tiến gần Trái Đất, phổ dịch chuyển về phía
màu tím. Qua cách này, có kết luận dẫn đến thuyết vũ trụ giãn nở.
Phân loại theo bước sóng
Kính viễn vọng quang học
Bài chi tiết: Kính viễn vọng quang học
Kính viễn vọng quang học chủ yếu dựa trên sự thu thập và xử lý ánh
sáng.
Kính viễn vọng vô tuyến
Bài chi tiết: Kính viễn vọng vô tuyến
Hai kính thiên văn vô tuyến tại Đài thiên văn Parkes, Úc.
Kính viễn vọng vô tuyến là các kính viễn vọng hoạt động với cơ chế như
kính viễn vọng giao thoa hoặc kính viễn vọng phản xạ, trong dải sóng vô
tuyến.
Kính viễn vọng vô tuyến được ứng dụng chủ yếu trong quan sát thiên văn
và trong liên lạc thông tin trong công nghệ vũ trụ.
Đối với quan sát thiên văn, các kính viễn vọng quang học, trong ứng
dụng quan sát bầu trời từ Trái Đất, chỉ dùng được trong những đêm bầu
trời không có mây và ban ngày không quan sát được vì Mặt Trời chiếu
sáng. Các kính viễn vọng vô tuyến có thể giúp vượt qua trở ngại này, do
tín hiệu vô tuyến ít bị nhiễu hơn vào ban ngày và đi xuyên qua các đám
mây.
Trở ngại chính của các kính viễn vọng vô tuyến là do bước sóng của sóng
vô tuyến thường dài cỡ mét, để đạt độ phân giải cao, cần xây dựng các
gương có đường kính khổng lồ. Cách giải quyết là dùng kỹ thuật của kính
viễn vọng giao thoa, sử dụng những tín hiệu đồng bộ thu được từ những
kính viễn vọng phản xạ nằm xa nhau. Khoảng cách lớn giữa từng kính
viễn vọng phản xạ đơn lẻ có thể coi tương đương với "đường kính" của
hệ các kính.
Ví dụ, một mạng lưới gồm 25 đĩa thu tín hiệu có đường kính chỉ 25 m,
trải dài từ đảo Hawaii đến quần đảo Virgin, tương đương với một kính
viễn vọng vô tuyến duy nhất có đường kính gần 8.000 km.
Một hạn chế khác của kính viễn vọng vô tuyến là sự nhiễu loạn do từ hoạt
động của con người, kể cả việc sử dụng điện thoại di động. Một số kính
được xây trong lòng một thung lũng để tránh nhiễu sóng, ví dụ như kính
viễn vọng vô tuyến ở thung lũng Arecibo, Puerto Rico, có đĩa an-ten với
đường kính 305 m.
Kính viễn vọng hồng ngoại
Bài chi tiết: Kính viễn vọng hồng ngoại
Kính viễn vọng hồng ngoại thường áp dụng thiết kế cơ bản của kính viễn
vọng phản xạ, nhưng có một bộ phận ở tiêu điểm để chỉ ghi nhận tia hồng
ngoại.
Các vật thể có nhiệt độ khoảng vài trăm độ K có bức xạ vật đen với cực
đại thường nằm trong dải hồng ngoại. Do vậy kính viễn vọng hồng ngoại
giúp quan sát các vật thể nóng ấm ở xa, đặc biệt là trong đêm tối, khi
không có bức xạ hồng ngoại của Mặt Trời gây nhiễu. Kính viễn vọng
hồng ngoại được ứng dụng trong quan sát trong ban đêm các sinh vật,
người hay vật thể có nhiệt độ cao hơn hay thấp hơn môi trường; đặc biệt
trong do thám quân sự.
Đối với quán sát thiên văn học, loại kính này có ít ứng dụng trên Trái Đất
do, ngay cả vào ban đêm, tín hiệu đến từ không gian vũ trụ bên ngoài bị
hấp thụ mạnh bởi khí quyển Trái Đất. Ngoài ra, tín hiệu còn có thể bị
nhiễu do các nguồn nhiệt trên Trái Đất. Chúng được dùng nhiều hơn cho
quan sát thiên văn từ không gian; thường kèm theo kỹ thuật loại bỏ bức
xạ hồng ngoại nền của môi trường xung quanh. Bức xạ nền được thu
riêng và ghi nhớ lại; sau đó hình ảnh không gian sẽ được trừ đi phần bức
xạ nền. Kính viễn vọng hồng ngoại thường được giữ ở nhiệt độ rất thấp
khi vận hành, để hạn chế bức xạ nền phát ra từ chính nó.
Kính viễn vọng tử ngoại
Bài chi tiết: Kính viễn vọng tử ngoại
Kính viễn vọng tử ngoại cũng tương tự như kính viễn vọng phản xạ,
nhưng các mặt gương được tráng thêm những lớp đặc biệt để phản chiếu
tốt tia tử ngoại, đồng thời có các đầu thu nhạy với tia tử ngoại đặt tại phặt
phẳng tạo ảnh của hệ gương.
Trong ứng dụng thiên văn học, do bầu khí quyển Trái Đất, đặc biệt là
tầng ozon, hấp thụ mạnh tia tử ngoại, kính viễn vọng tử ngoại chỉ được
ứng dụng với các trạm quan sát bên ngoài khí quyển Trái Đất. Các vật thể
nóng khoảng trên 10.000 độ K trong vũ trụ thường phát ra bức xạ vật đen
có cực đại tại vùng tử ngoại. Do vậy, kính viễn vọng tử ngoại cung cấp
nhiều thông tin về các vì sao nóng (thường là sao còn trẻ). Tia tử ngoại
cũng hay được phát ra từ những vùng khí xung quanh các thiên hà hay
các thiên thể đang hoạt động mạnh.
Kính viễn vọng Hubble là một ví dụ về kính viễn vọng tử ngoại đã được
phóng lên không gian, trở thành đài quan sát quay chung quanh Trái Đất.
Kính viễn vọng tia X
Bài chi tiết: Kính viễn vọng tia X
Kính viễn vọng tia X được đặt trên những vệ tinh phóng vào không gian
để bắt lấy tia X phát ra từ những vật thể trong không gian. Năm 1999, hai
kính viễn vọng tia X quan trọng được phóng, Chandra X-ray của NASA
và XMM của Cơ quan Không gian Châu Âu (ESA).
Vài kính viễn vọng quang tuyến X có thiết kế tương tự như kính viễn
vọng phản xạ, có điều khác biệt là gương phản chiếu có hình thể gần như
hình trụ thay vì là mặt thấu kính. Các tia X từ vật thể cần quan sát phóng
đến gương và được phản hồi đến bộ phận thu thập tia X. Để ngăn chặn
các tia X không xuất phát từ vật thể cần quan sát (do đó gây nhiễu), các
bộ phận thu tia X được bao bọc bằng một ống chì có đặc tính thu hút tia
X.
Kính viễn vọng tia gamma
Bài chi tiết: Kính viễn vọng tia gamma
Tia gamma là bức xạ điện từ với độ dài sóng ngắn hơn cả tia X. Vì tia
gamma không thể thâm nhập bầu khí quyển của Trái Đất, phải đưa kính
viễn vọng tia gamma vào không gian.
Vài hiện tượng phá hủy to tát nhất trong vũ trụ, như khi các vì sao trung
tính va đập nhau hoặc lỗ đen, phóng ra không gian những tia gamma có
năng lượng cao. Vào đầu thập niên 1990s, kính viễn vọng tia gamma
Compton phát hiện những luồng tia gamma được phân bố đồng đều trong
không gian. Vì sự phân bố này, có ý kiến cho rằng đó là kết quả của
những hiện tượng lớn trong không gian, như việc va đập giữa hai vì sao
trung tính, hoặc giữa một định vì sao trung tính và một lỗ đen.
Kính viễn vọng tia gamma gồm có 2 hoặc nhiều hơn bộ phận phát hiện tia
gamma đặt thẳng hàng. Một bộ phận sẽ được kích động khi có một tia
gamma chiếu đến cho dù theo góc độ nào. Để có thể quan sát những tia
gamma chiếu từ một vật thể, cần có ít nhất 2 bộ phận phát hiện đặt theo
một đường thẳng hướng đến vật thể này. Chỉ những tia gamma phát ra từ
vật thể cần quan sát có thể đi xuyên qua các bộ phận phát hiện.
Trong không gian
Với các quan sát thiên văn học, các kính viễn vọng quang học trên Trái
Đất thường bị ảnh hưởng xấu của nhiễu loạn chiết suất khí quyển, chưa
kể đến các hiện tượng khí tượng như mây, mưa, bụi. Với các kính thiên
văn vô tuyến trên Trái Đất, sự nhiễu sóng vô tuyến do con người tạo ra là
một trở ngại đáng kể. Thêm nữa, bầu khí quyển Trái Đất hấp thụ mạnh
các tia hồng ngoại (do hơi nước), tử ngoại (do tầng ozon), tia X đến từ
ngoài vũ trụ; khiến quan sát thiên văn tại các bước sóng này khó khăn.
Các trạm quan sát đặt trong không gian có thể giúp thoát khỏi ảnh hưởng
trực tiếp của khí quyển Trái Đất. Nếu được đặt xa Trái Đất, như ở trên bề
mặt Mặt Trăng nơi không bao giờ hướng về Trái Đất, các kính thiên văn
vô tuyến còn được Mặt Trăng che chắn khỏi các nhiễu loạn vô tuyến đến
từ Trái Đất.
Kĩnh viễn vọng Hubble
Bài chi tiết: Kính viễn vọng Hubble
Ảnh chụp kính viễn vọng không gian Hubble.
Kính viễn vọng Hubble, được nghiên cứu từ thập niên 1970 và phóng lên
không gian năm 1990, là một bước đột phá quan trọng trong quan sát
thiên văn trong phổ quang học, tử ngoại và hồng ngoại.
Nó có thể thu nhận ánh sáng từ vật thể cách xa 12 tỉ năm ánh sáng. Nó lần
đầu tiên sử dụng công nghệ Multi-Anode Microchannel Array (MAMA)
để ghi nhận tia tử ngoại nhưng loại trừ ánh sáng. Nó có sai số trong định
hướng nhỏ tương đương với việc chiếu một tia laser đến đúng vào một
đồng xu cách đó 320 km và giữ yên như thế.
Việc thiết kế kính này theo dạng mô-đun cho phép các phi hành gia tháo
gỡ, thay thế hoặc sửa chữa từng mảng bộ phận dù họ không có chuyên
môn sâu về các thiết bị. Trong một lần sửa, độ phân giải của Hubble đã
được tăng lên gấp 10.
Hubble cung cấp khoảng 5-10 GB dữ liệu một ngày. Vài khám phá quan
trọng do Hubble mang lại gồm có:* chi tiết sự va đập của sao chổi
Shoemaker-Levy 9 vào Sao Mộc;
chi tiết những cơn bão rộng hàng ngàn km trên Sao Thiên Vương;
xác định và tính toán sự giãn nở của vũ trụ.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- giao_an_vat_li_lop_9_bai_kinh_vien_vong.pdf