Tiểu luận Thiên văn vô tuyến

vùng phổ khả kiến và tử ngoại, và xuất hiện trước đa số mọi người dưới màu xanh vừa phải. Hình 2.20. Phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến Ánh sáng tử ngoại: Thường được viết tắt (uv - ultraviolet), bức xạ tử ngoại truyền đi ở tần số chỉ trên tần số của ánh sáng tím trong phổ ánh sáng khả kiến. Mặc dù đầu năng lượng thấp của vùng phổ này liền kề với ánh sáng khả kiến, nhưng các tia tử ngoại ở đầu tần số cao trong ngưỡng tần số của chúng có đủ năng lượng để giết chết tế bào, và tạo ra sự phá hủy mô nghiêm trọng. Năng lượng photon trong tia tử ngoại đủ để làm ion hóa các nguyên tử từ một số phân tử khí trong khí quyển, và đây là quá trình mà tầng điện li được tạo ra và duy trì liên tục. Mặc dù một liều nhỏ ánh sáng có năng lượng tương đối cao này có thể xúc tiến việc tổng hợp vitamin D trong cơ thể, và ít làm sạm da, nhưng quá nhiều bức xạ tử ngoại có thể dẫn tới sự cháy sạm da nghiêm trọng, làm hỏng võng mạc vĩnh viễn, và gây ra ung thư da. Mặt Trời là một nguồn phát bức xạ tử ngoại không đổi, nhưng bầu khí quyển của Trái Đất (chủ yếu là các phân tử ozon) đã ngăn chặn có hiệu quả phần lớn các bước sóng ngắn của dòng bức xạ có khả năng gây chết chóc này, do đó tạo được môi trường sống thích hợp cho cây cối và động vật. Một số côn trùng (nhất là ong mật) và chim chóc có thị giác đủ nhạy trong vùng tử ngoại để phản ứng lại những bước sóng dài, và có thể dựa vào khả năng này để điều hướng. Con người bị giới hạn thị giác với bức xạ tử ngoại, do giác mạc hấp thụ các bước sóng ngắn, và thủy tinh thể của mắt hấp thụ mạnh các bước sóng dài hơn 300 nanomét. Ánh sáng tử ngoại được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị khoa học để khảo sát tính chất của những hệ hóa học và sinh học phong phú, và nó cũng quan trọng trong các quan trắc thiên văn về hệ Mặt Trời, thiên hà, và các phần khác của vũ trụ. Các vì sao và những thiên thể nóng khác là những nguồn phát mạnh ra bức xạ tử ngoại. Phổ bước sóng tử ngoại trải từ khoảng 10 đến xấp xỉ 400 nanomét, có năng lượng photon từ 3,2 đến 100 eV. Loại bức xạ này có ứng dụng trong việc xử lí nước và thực phẩm, là tác nhân diệt khuẩn, là xúc tác quang học giữ các hợp chất, và được dùng trong điều trị y khoa. Hoạt động sát trùng của ánh sáng tử ngoại xảy ra ở những bước sóng dưới 290 nanomét. Việc ngăn chặn và lọc các hợp chất dùng trong các mỹ phẩm dành cho da, kính mát, và cửa sổ đổi màu, là điều khiển sự phơi sáng trước ánh sáng tử ngoại từ Mặt Trời. Tia X: Bức xạ điện từ có tần số cao hơn vùng tử ngoại (nhưng thấp hơn tia gamma) được phân loại là tia X. Phổ tần số của tia X kéo dài ra một vùng rất rộng, với bước sóng ngắn nhất đạt tới đường kính của nguyên tử. Tuy nhiên, toàn bộ vùng phổ tia X nằm trên thang độ dài giữa gần 10 nanomét và 10 picomét. Vùng bước sóng tia X đã khiến cho bức xạ tia X là công cụ quan trọng đối với các nhà địa chất và hóa học trong việc mô tả tính chất của các chất kết tinh, chúng có đặc điểm cấu trúc tuần hoàn trên cỡ độ dài tương đương với bước sóng tia X. Tính đâm xuyên cao qua nhiều vật liệu, như các mô mềm của động vật của các sóng uy mãnh này, cùng với khả năng phơi sáng nhũ tương nhiếp ảnh của chúng, đã đưa đến việc ứng dụng rộng rãi tia X trong y học, để nghiên cứu cấu trúc cơ thể người, và trong một số trường hợp khác, là phương tiện để chữa bệnh hoặc phẫu thuật. Giống như với tia gamma năng lượng cao, việc phơi ra không có điều khiển trước tia X có thể dẫn tới đột biến, sai lệch nhiễm sắc thể, và một số dạng hủy hoại tế bào khác. Phương pháp chụp ảnh vô tuyến truyền thống về cơ bản là thu lấy cái bóng của vật liệu đặc, chứ không phải chụp chi tiết hình ảnh. Tuy nhiên, những tiến bộ gần đây trong kĩ thuật hội tụ tia X bằng gương đã mang lại những hình ảnh chi tiết hơn nhiều của các đối tượng đa dạng bằng việc sử dụng kính thiên văn tia X, kính hiển vi tia X và giao thoa kế tia X. Các chất khí khí nóng trong không gian vũ trụ phát ra phổ tia X rất mạnh, chúng được các nhà thiên văn học sử dụng để thu thập thông tin về nguồn gốc và đặc trưng của các vùng nằm giữa các vì sao của vũ trụ. Nhiều thiên thể cực kì nóng, như Mặt Trời, lỗ đen, pulsar, chủ yếu phát ra trong vùng phổ tia X và là đối tượng nghiên cứu của thiên văn học tia X. Thiên văn học tia X là một ngành tương đối mới có nhiệm vụ thu thập các sóng năng lượng cao này để lập bản đồ vũ trụ (hình 2.21). Kĩ thuật này cho các nhà khoa học cơ hội quan sát các hiện tượng thiên thể ở xa trong cuộc tìm kiếm những khái niệm vật lí mới, và kiểm tra những lí thuyết không thể thử thách bằng những thí nghiệm thực hiện trên Trái Đất này. Hình 2.21. Ảnh chụp tia X của các vì sao Tia gamma: Là bức xạ năng lượng cao có tần số cao nhất (bước sóng ngắn nhất) trong phổ điện từ. Dạng bức xạ năng lượng cao này có bước sóng ngắn hơn một phần trăm của nanomet (10 picomet), năng lượng photon lớn hơn 500 kiloelectron-volt (keV) và tần số mở rộng tới 300 exahertz (EHz). Tia gamma được phát ra do sự chuyển trạng thái bên trong hạt nhân nguyên tử, bao gồm hạt nhân của những chất phóng xạ (tự nhiên và nhân tạo) nhất định hay từ các vụ nổ hạt nhân và các nguồn đa dạng khác trong không gian vũ trụ: Tia gamma phát ra từ những vùng nóng nhất của vũ trụ, bao gồm các vụ nổ sao siêu mới, sao neutron, pulsar và lỗ đen, truyền qua khoảng cách bao la trong không gian để đến Trái Đất. Mỗi photon tia gamma giàu năng lượng đến mức chúng dễ dàng được nhận ra, nhưng bước sóng cực kì nhỏ của chúng đã hạn chế các quan sát thực nghiệm về những tính chất sóng. Những tia uy mãnh này có khả năng đâm xuyên khủng khiếp và được báo cáo là có thể truyền qua 3 mét bêtông! Tia gamma có thể gây ra các đột biến, các sai lạc nhiễm sắc thể, và còn hủy hoại tế bào, như thường quan sát thấy ở một số dạng bức xạ gây nhiễm độc khác. Tuy nhiên, bằng việc điều khiển sự phát tia gamma, các chuyên gia có thể làm chủ các mức năng lượng cao để chiến đấu với bệnh tật và giúp điều trị một số dạng ung thư. Tác giả: Mortimer Abramowitz, Thomas J. Fellers và Michael W. Davidson (davidson@magnet.fsu.edu) Bức xạ vũ trụ và ngành thiên văn vật lý: Sơ lược về bức xạ vũ trụ: Vũ trụ là một phòng thí nghiệm đa dạng cung cấp cho các nhà khoa học những số liệu liên quan đến nhiều hiện tượng lý-hóa, từ mức vĩ mô đến mức vi mô. Lực hấp dẫn phổ biến của Newton chi phối sự chuyển động của các thiên thể và quá trình tiến hoá của vũ trụ trên quy mô lớn. Thuyết Big Bang - tuy vẫn còn phải được cải tiến nhưng được đa số các nhà thiên văn chấp nhận - và những công trình về sự tổng hợp những nguyên tố trong vũ trụ nguyên thủy và trong những ngôi sao… đều là cơ sở để giải thích những hiện tượng thiên văn quan sát thấy hiện nay. Những công trình của Max Planck và của Albert Einstein đã mở đường cho sự nghiên cứu những bức xạ vũ trụ. Nhờ quan sát bằng kính thiên văn vô tuyến ngày càng lớn, có độ phân giải cao mà các nhà thiên văn thu được những bức xạ ngoài vũ trụ, xử lý số liệu và áp dụng những định luật lý-hóa để lập ra những mô hình lý thuyết nhằm tìm hiểu cơ chế phát những bức xạ và mô tả những hiện tượng quan sát trong vũ trụ. Bức xạ vũ trụ là gì? Là bức xạ điện từ lan truyền trong không gian như những làn sóng trải dài từ những bước sóng cực ngắn của tia gamma, tia X và tia tử ngoại đến bước sóng khả kiến và những bước sóng cực dài hồng ngoại và vô tuyến, bức xạ vũ trụ gửi tới bị hấp thu hoặc phản xạ bởi khí quyển Trái Đất trên dải rộng của phổ điện từ. Tia gamma, tia X và bức xạ tử ngoại bị hấp thụ bởi các nguyên tử và phân tử trong khí quyển Trái Đất. Bức xạ hồng ngoại bị hấp thụ trong một vùng phổ rộng bởi các phân tử nước (H2O) và đi-ô-xit các-bon (CO2). Sóng vô tuyến có bước sóng dài bị phản xạ ngược vào Vũ trụ bởi các lớp quyển ion ở phía trên khí quyển Trái Đất. Phần trên của khí quyển Trái Đất bị ion hóa bởi bức xạ cực tím của Mặt Trời. Trong khí quyển Trái Đất chỉ có hai cửa sổ phổ hẹp cho phép bức xạ vũ trụ truyền qua. Đó là: • Cửa sổ khả kiến và hồng ngoại gần, có bước sóng từ λ ~ 0,4 μm đến λ ~ 3 μm. • Cửa sổ vô tuyến, có bước sóng từ λ ~ 1mm đến λ ~ 30m. Về nguyên tắc, một số phần trong cửa sổ vô tuyến được bảo vệ nhằm tránh sự nhiễu tạo bởi các ra-da và các trạm phát phóng trên mặt đất và trong không gian. Những tín hiệu vô tuyến do con người tạo ra phải được phát ngoài những phần của cửa sổ phổ vô tuyến được dành riêng cho thiên văn vô tuyến. Kính thiên văn quang học và kính thiên văn vô tuyến milimét thường được lắp đặt trên các núi cao, ở đó khí quyển trong suốt hơn so với lớp khí quyển ở gần mặt đất nhằm cải thiện đến mức tối đa các điều kiện quan sát. Những vùng phổ nằm ngoài 2 cửa sổ kể trên, chỉ có thể tiếp cận được nhờ các thiết bị được lắp đặt trên các bóng thám không bay cao và trên các vệ tinh hoặc các tàu thăm dò vũ trụ ở ngoài khí quyển Trái Đất. Các nhà thiên văn cần phải quan sát không chỉ ở các bước sóng khả kiến mà còn cả trong vùng phổ điện từ càng rộng càng tốt nhằm nghiên cứu những điều kiện vật lý của các thiên thể. Phổ bức xạ của các thiên thể : [Radiantion spectra of astronomical objects] Phổ đầy đủ các bức xạ được phát ra bởi một thiên thể được gọi là phổ điện từ hay phổ bức xạ của thiên thể. Khi dùng phổ kế phân tích bức xạ điện từ, bức xạ bị tách thành một dãy các vạch sáng và tối chồng lên trên một nền phổ liên tục. Bức xạ liên tục trải dài từ tia gamma, tia X và sóng cực tím qua sóng quang học và hồng ngoại tới sóng vô tuyến. Cường độ của bức xạ liên tục và độ rộng của phổ của nó phụ thuộc vào quá trình bức xạ và những điều kiện vật lý, đặc biệt là nhiệt độ, mật độ và từ trường trong thiên thể. Sự phát xạ vạch phụ thuộc vào bản chất nguyên tử và phân tử có mặt trong khí quyển của thiên thể. Trong vũ trụ có vô số thiên hà, mỗi thiên hà là một tập hợp khí và bụi cùng với những ngôi sao và hành tinh. Những thiên thể đặc có độ dày quang học (optical depth) lớn, như những ngôi sao, những hành tinh và những đám mây chứa nhiều khí và bụi đều tuân theo định luật của vật đen. Quá trình phát xạ của bức xạ vũ trụ: Là quá trình phát xạ liên tục thông qua một trong hai cơ chế: bức xạ nhiệt và bức xạ phi nhiệt. Bức xạ nhiệt: Bức xạ nhiệt chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật phát xạ, bao gồm bức xạ vật đen, bức xạ hãm trong khí bị ion hóa, bức xạ vạch quang phổ. Bất kì vật thể hay hạt vật chất có nhiệt độ trên độ 0 tuyệt đối đều phát ra bức xạ nhiệt. Nhiệt độ của một vật làm cho nguyên tử và phân tử vật chất bên trong nó chuyển động hỗn loạn. Ví dụ, các phân tử khí, trong khí quyển của một hành tinh chẳng hạn, chuyển động hỗn loạn và va chạm với phân tử khác. Khi các phân tử va chạm với nhau, chúng thay đổi hướng tương đương với việc gia tốc kéo theo các hạt điện tích được gia tốc, do đó chúng phát ra bức xạ điện từ với dải phổ điện từ không giống nhau tùy theo lượng chuyển động trong vật chất liên quan trực tiếp với nhiệt độ của nó. Vật đen là một vật thể mang tính giả thuyết là hấp thụ hoàn toàn mọi bức xạ chiếu tới nó và không phản xạ lại. Khi nhiệt độ của vật đen không thay đổi, theo nguyên lý cân bằng nhiệt lượng: F0 là thông lượng bức xạ điện từ bắn vào vật. Fht là phần thông lượng bức xạ điện từ bắn vào bị hấp thụ. Fpx là phần thông lượng bức xạ điện từ bắn vào bị phản xạ (tán xạ); đối với vật đen Fpx = 0. Ftq là phần thông lượng bức xạ điện từ bắn vào bị truyền qua; đối với vật đen Ftq = 0. Fbxn là thông lượng bức xạ điện từ vật bức xạ trở lại môi trường. Vật đen định nghĩa như trên là một vật lý tưởng, không tồn tại trong thực tế, có đặc tính biến tất cả năng lượng nhận được thành năng lượng bức xạ đặc trưng cho nhiệt độ của vật, với bất kỳ trị số nào của bước sóng. Mô hình vật đen là một mô hình lý tưởng trong vật lý, nhưng có thể áp dụng gần đúng cho nhiều vật thể thực tế. Các vật thể thực đôi khi được mô tả chính xác hơn bởi khái niệm vật xám. Vật thể trên thực tế gần đúng với khái niệm vật đen nhất là lỗ đen, là vật có lực hấp dẫn mạnh đến nỗi hút gần như tất cả các vật chất (hạt hay bức xạ) nào ở gần nó. Mọi vật thể trong vũ trụ ở trạng thái cân bằng nhiệt và năng lượng phát xạ trở lại theo một phổ đặc trưng. Phổ đạt đỉnh cao tại một bước sóng chỉ phụ thuộc nhiệt độ vật thể. Những vật thể có nhiệt độ thấp hơn phát ra bức xạ ở bước sóng dài nhiều hơn. Những vật thể trong ảnh phát ra trong hay gần dải sáng nhìn thấy của phổ điện từ, để một vật thể phát ra bức xạ nhiệt ở những bước sóng vô tuyến thì nó phải lạnh hơn những vật thể trên rất nhiều. Hình 2.22. Phổ vật đen ở 3 nhiệt độ khác nhau: 5000 K, 4000 K, và 3000 K. Sự phát nhiệt có thể nảy sinh trong một đám mấy khí, ở đó nguyên tử khí bị ion hoá bởi các photon tử ngoại tới từ các ngôi sao hoặc do va chạm giữa các nguyên tử. Các electron tự do chuyển động hỗn loạn trong môi trường chứa ion. Những ion này dường như đứng yên vì khối lượng của chúng lớn hơn nhiều so với các electron. Các electron bị đổi hướng và bị gia tốc khi đi vào miền lân cận các ion phát bức xạ. Nhiệt độ của môi trường ion hoá phản ánh sự chuyển động nhiệt hỗn độn của các electron. Bức xạ phi nhiệt: Bức xạ phi nhiệt không phụ thuộc vào nhiệt độ của vật phát xạ, gồm có bức xạ synchrotron, bức xạ synchrotron hồi chuyển từ các pulsar, bức xạ cảm ứng maser trong vũ trụ. Bức xạ này được phát ra bởi một đám mây khí trong đó các electron có năng lượng cao chuyển động nhanh (gần bằng vận tốc ánh sáng) được gia tốc một từ trường. (sẽ đề cập đến trong chương 4 của tiểu luận này) Năng lượng bức xạ vũ trụ: Bức xạ từ các thiên thể được xem như là bức xạ của vật đen tuyệt đối, vì bề mặt của chúng được bao phủ bởi một lớp khí dày trong suốt. Công thức Plank về công suất bức xạ đơn sắc của vật đen: Độ chói bức xạ: (W/m2/Hz/st) Xem xét một phần tử bề mặt ds nằm trong bề mặt S đang phát ra bức xạ có tần số (Hz) Độ chói là năng lựơng thu được trong một giây, trên một đơn vị độ rộng của dãi sóng, qua một đơn vị diện tích và trên một đơn vị góc khối, từ phần không gian nằm trong góc khối (st) trong bầu trời nằm trong hình nón giới hạn bởi bề mặt ds (m2). k = 1,38.10-23 J/K (hằng số boltzmann) h = 6,63.10-34 J.s (hằng số Plank) Hàm sóng: Năng lượng phát xạ toàn phần: Định luật Stefan – Boltmann nói lên rằng năng lượng tăng rất nhanh theo nhiệt độ: (với ) Dựa vào công thức tính này các nhà thiên văn đo cường độ bức xạ của thiên thể ở các bước sóng khác nhau để vẽ phổ bức xạ của nó. Căn cứ vào hình dạng của phổ, người ta có thể phân biệt các cơ chế bức xạ. Từ các quá trình bức xạ nhiệt cho phép các nhà thiên văn xác định nhiệt độ của hành tinh. Ngành thiên văn vật lý: Ngành thiên văn vật lý đang trên đà phát triển nhờ có những  kính thiên văn hoạt động  trên nhiều miền sóng. Muốn nghiên cứu những thiên thể trong Vũ trụ, các nhà khoa học phải quan sát trên những bước sóng trong phổ điện từ, từ bước sóng gamma, X, tử ngoại, khả kiến, đến bước sóng hồng ngoại và vô tuyến. Những môi trường có nhiệt độ cao phát ra bức xạ gamma và X. Những ngôi sao bình thường như Mặt trời phát ra ánh sáng. Những thiên hà đang hình thành và những ngôi sao còn trẻ, chưa đủ nóng nên chỉ phát ra bức xạ hồng ngoại và vô tuyến. Các nhà thiên văn chuyên nghiệp thường xuyên tiếp cận các kính thiên văn, máy thăm dò và máy tính công suất cao. Hầu hết công việc trong ngành thiên văn bao gồm 3 công đoạn: Các nhà thiên văn trước hết quan sát các thiên thể bằng cách hướng các kính thiên văn và các thiết bị thu thập thông tin thích hợp. Sau đó, họ phân tích hình ảnh và dữ liệu. Sau khi phân tích, họ so sánh kết quả đạt được với lý thuyết đã có để xác nhận khám phá nào của họ là phù hợp với dự đoán bằng lý thuyết hay không hoặc là có thể cải tiến lý thuyết hay không. Một số nhà thiên văn làm việc đơn độc trong việc quan sát và phân tích, và một số khác đơn độc trong việc phát triển các lý thuyết mới. Thiên văn học như là một đề tài rộng lớn mà các nhà thiên văn chuyên môn trong một hoặc vài lĩnh vực nào đó. Ví dụ, nghiên cứu về hệ Mặt trời là một phần khác biệt trong sự chuyên môn hóa so với việc nghiên cứu về các ngôi sao. Các nhà thiên văn nghiên cứu về Dài ngân hà Milky Way thường sử dụng kĩ thuật khác so với những kĩ thuật được sử dụng bởi các nhà thiên văn nghiên cứu về những thiên hà xa hơn. Nhiều nhà thiên văn hành tinh học, như là các nhà khoa học nghiên cứu về Sao Hỏa, có thể có nền tảng địa chất học và không thể xem họ là những nhà thiên văn trong mọi lĩnh vực. Các nhà thiên văn chuyên về Mặt trời sử dụng các kính thiên văn khác với các nhà thiên văn chuyên về bầu trời đêm bởi vì Mặt trời quá sáng. Các nhà thiên văn lý thuyết có thể không sử dụng kính thiên văn bao giờ cả, thay vào đó, họ sử dụng dữ liệu đã có hoặc đôi khi chỉ nhắc lại các kết quả lý thuyết đã có để phát triển và kiểm định những lý thuyết mới. Một lĩnh cực ngày càng được tăng cường trong thiên văn là thiên văn vi tính hóa, trong đó các nhà thiên văn sử dụng máy tính để tái tạo các sự kiện thiên văn. Những sự kiện minh họa cho việc tái tạo hữu hiệu gồm có: sự hình thành của các thiên hà trẻ nhất trong vũ trụ hoặc vụ nổ của một ngôi sao để thành sao siêu mới. Các nhà thiên văn nghiên cứu về các thiên thể bằng cách khảo sát năng lượng mà chúng phát ra dưới dạng bức xạ điện từ. Bức xạ này truyền khắp vũ trụ từ dải sóng cực ngắn – tia gamma, đến ánh sáng khả kiến và sóng vô tuyến rất dài trong toàn bộ phổ điện từ. Các nhà thiên văn tập hợp các bước sóng khác nhau của bức xạ điện từ phụ thuộc vào vật thể đang nghiên cứu. Kĩ thuật thiên văn thường rất khác biệt khi nghiên cứu các bước sóng khác nhau. Các kính thiên văn truyền thống chỉ làm việc trong vùng ánh sáng khả kiến và những vùng phổ gần khả kiến, như bước sóng hồng ngoại ngắn nhất và bước sóng cực tím dài nhất. Khí quyển Trái đất gây rắc rối cho những nghiên cứu của chúng ta do hấp thụ nhiều bước sóng của phổ điện từ. Thiên văn vật lý bao gồm: Thiên văn tia Gamma, Thiên văn hồng ngoại, Thiên văn cực tím, Thiên văn vô tuyến, Thiên văn khả kiến hay Thiên văn quang học, Thiên văn tia vũ trụ, Thiên văn sóng hấp dẫn, Thiên văn nơ-tri-no là các ngành thiên văn chuyên biệt sử dụng các thiết bị và kĩ thuật khác nhau. Thiên văn quang học là ngành thiên văn chuyên nghiên cứu các thiên thể trên vùng ánh sáng quang học hay khả kiến. Phương tiện và kĩ thuật dùng trong thiên văn quang học là các kính thiên văn quang học khúc xạ hoặc phản xạ. Do kĩ thuật khúc xạ thiên văn có nhiều bất cập nên kính phản xạ được sử dụng phổ biến trong thiên văn quang học hiện nay. Kính thiên văn khúc xạ (refractor telescope) gồm hai thấu kính, một thấu kính có tác dụng hội tụ ánh sáng từ vật gọi là vật kính, một thấu kính phân giải ảnh của vật tới mắt gọi là thị kính. Hạn chế của kính khúc xạ là ánh sáng từ vật tới là ánh sáng tổng hợp bị tán sắc bởi thấu kính dẫn đến hình ảnh không trung thực nếu bộ phận lọc không tốt. Thành tựu: Năm 1609, Galilei dựa trên phát kiến của Lippershey đã tự chế tạo thành công chiếc kính thiên văn khúc xạ có độ phóng đại là 30 lần. Galilei đã dùng kính này quan sát các vết đen Mặt Trời, các chuyển động của Mặt Trăng và các hành tinh. Qua những quan sát đó, Galilei đã khám phá ra 4 vệ tinh lớn nhất của Sao Mộc (mà ngày nay chúng ta gọi là 4 vệ tinh Galilei, chúng gồm: Ganimede, Calisto, Io và Europa), khám phá ra chu kì tự quay của Mặt Trời dựa trên chu kì xuất hiện của các vết đen.  Kính thiên văn phản xạ (reflector telescope) khác với kính thiên văn khúc xạ, nó hội tụ ánh sáng bằng phương pháp phản xạ: Vật kính là một gương cầu lõm hội tụ ánh sáng tại tiêu điểm của gương. Một gương phẳng hay lăng kính được đặt trước vật kính để thu chùm sáng hội tụ và đổi chiều dẫn nó đến thị kính là một thấu kính hội tụ tiêu cự nhỏ. Kính thiên văn phản xạ như vậy cho ra hình ảnh có độ phân giải cao hơn khá nhiểu so với kính thiên văn khúc xạ. Kính thiên văn lớn nhất hiện nay trên thế giới là kính thiên văn VLT (Very Large Telescope) mới được hoàn thành tại Chile. Nó là một kính thiên văn phản xạ tổ hợp gồm 4 gương phản xạ có đường kính 8m. Chúng mang lại hiệu quả hình ảnh tương đương với một gương lớn đường kính 16m. Các gương của hệ thống kính này ngoài các bước sóng ở dải quang học còn có thể thu được những bước sóng ở một phần dải hồng ngoại. Năm 2005, các nhà thiên văn học đã sử dụng tổ hợp kính này và chụp trực tiếp được bức ảnh đầu tiên về một hệ hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời - hệ 2M1207b quay quanh một ngôi sao trong chòm sao Hydra (Mãng xà) cách chúng ta hơn 200.000 năm ánh sáng.  Đứng thứ 2 sau VLT là kính thiên văn phản xạ lớn nhất trước đây tại đài thiên văn Keck trên núi Manua Kea - một ngọn núi cao 4200m cao nhất ở Hawaii. Kính thiên văn lớn nhất ở đài thiên văn này là một gương tổ hợp do nhiều gương nhỏ ghép lại có tổng đường kính là 15m. Kính thiên văn vũ trụ Hubble được NASA phóng lên quĩ đạo ngày 25/4/1990 ở độ cao 600km. Đây là một kính thiên văn phản xạ tự động có đường kính của gương là 2,4m. Mọi hoạt động của Hubble đều được điều khiển tự động, các hình ảnh ghi nhận được đều là ảnh chụp trực tiếp từ Hubble và gửi thông tin về Trái Đất. Những bức ảnh chụp trên vùng khả kiến từ Hubble tốt hơn 5 lần so với các kính định vị trên mặt đất. Hình 2.23. Kính thiên văn vũ trụ Hubble.  Tuy nhiên, bức xạ điện từ từ các ngôi sao hay thiên hà ở càng xa thì khi đến với Trái Đất, bước sóng của chúng càng dãn dài ra (hiệu ứng Doppler). Do đó ánh sáng từ các ngôi sao đến với chúng ta không mang lại những hình ảnh hoàn toàn trung thực về ngôi sao đó, thậm chí rất nhiều ngôi sao, thiên hà mà ánh sáng của chúng không thể đến được với chúng ta do trên đường đi, bước sóng của chúng đã dài ra trở thành các sóng hồng ngoại hay vô tuyến. Để thu được những thông tin chính xác nhất có thể, các kính thiên văn hồng ngoại và vô tuyến ra đời thu các bước sóng thích hợp nói trên và phân tích chúng trên các máy đo quang phổ, từ đó xác định khối lượng, thành phần và các tính chất khác của ngôi sao. Hiện nay, kính thiên văn hồng ngoại không được sử dụng phổ biến như kính thiên văn vô tuyến do kính thiên văn vô tuyến thu được các bước sóng ở nhiều dải hơn, cả dải vô tuyến và dải hồng ngoại, quang học.  Tia X, tia Gamma bị hấp thụ bởi khí quyển trái đất nên Thiên văn tia X và Thiên văn tia Gamma sử dụng các kính thiên văn vũ trụ cỡ lớn gửi vào quỹ đạo quay quanh Trái đất. Cũng vậy, tầng khí quyển Trái đất ngăn chặn hầu hết các bức xạ cực tím nên Thiên văn cực tím sử dụng kính thiên văn vũ trụ Hubble thu nhận bức xạ cực tím, hình ảnh ghi nhận được các nhà khoa học xử lí bằng cách phân tách màu sắc ánh sáng hoặc giảm cường độ bức xạ để có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Thiên văn hồng ngoại nghiên cứu các vùng phổ bức xạ hồng ngoại của các vật thể khảo sát gửi tới. Bức xạ hồng ngoại cũng bị khí quyển Trái đất hấp thụ, vì vậy Đài Thiên văn hồng ngoại được đặt ở tầng khí quyển loãng (đỉnh núi cao) hoặc ngay bên trên tầng khí quyển (trạm không gian). Thiên văn hồng ngoại có nhiều lợi thế vì những vật thể không đủ nóng để phát ra ánh sáng khả kiến hay cực tím vẫn có thể phát ra bức xạ hồng ngoại và bức xạ hồng ngoại thì có khả năng xuyên qua môi trường bụi khí giữa các sao hay ngân hà tốt hơn những bức xạ có bước sóng ngắn hơn. Hơn nữa, vùng phổ sáng nhất của bức xạ từ những ngân hà xa nhất được chuyển về vùng hồng ngoại mà ta thu nhận được. Thiên văn nghiên cứu bức xạ khác như nơ-tri-nô, tia vũ trụ, sóng hấp dẫn không phải là bức xạ điện từ còn khá mới lạ đối với chúng ta (khuôn khổ có hạn, tài liệu không đề cập) Mọi thông tin dữ liệu từ các đài thiên văn vũ trụ ở ngoài không gian được gửi theo sóng vô tuyến truyền về mặt đất và được ghi nhận bởi các kính thiên văn vô tuyến định vị trên mặt đất. Như vậy, thiên văn vô tuyến có giá trị và vai trò rất lớn trong sự phát triển của ngành thiên văn vật lý. Bức xạ vô tuyến và thiên văn vô tuyến: Sóng điện từ có bước sóng khác nhau sẽ truyền đi khác nhau trong môi trường, nên người ta ghép các sóng điện từ có cùng đặc tính lại thành từng băng (band). Tên các băng vô tuyến phổ biến nhất và bước sóng, tần số tương ứng được sử dụng trong thiên văn vô tuyến để khảo sát các đối tượng thiên văn phát ra sóng vô tuyến: Band Wavelength Frequency P-band 90 cm 327 MHz L-band 20 cm 1.4 GHz C-band 6.0 cm 5.0 GHz X-band 3.6 cm 8.5 GHz U-band 2.0 cm 15 GHz K-band 1.3 cm 23 GHz Q-band 7 mm 45 GHz Thiên văn vô tuyến là ngành khoa học nghiên cứu về các thiên thể thông qua việc thu thập và phân tích thông tin từ dải sóng vô tuyến trong phổ bức xạ của thiên thể nhờ kính thiên văn vô tuyến và các trang thiết bị chuẩn xác cần thiết. Với thiên văn học vô tuyến, các nhà khoa học có thể nghiên cứu các hiện tượng thiên văn thường không quan sát được trên những vùng phổ khác của phổ điện từ. Như đã trình bày ở trên, các thông tin mà thiên văn vô tuyến thu nhận ngoài thông tin trực tiếp từ các sóng vô tuyến do các thiên thể phát ra còn có thông tin từ các sóng vô tuyến được tuyền từ các trạm thiên văn vũ trụ thông qua kĩ thuật vô tuyến điện tử gửi về mặt đất cũng được thu nhận và phân tích bởi các kính thiên văn vô tuyến. Ứng dụng kĩ thuật thiên văn vô tuyến, các nhà thiên văn có thể quan sát (phát hiện) bức xạ nền vi sóng vũ trụ, dấu hiệu tàn dư của khởi điểm vũ trụ trong vụ nổ Big Bang. Họ cũng có thể dò tìm về “Đêm Trung cổ” trước khi khởi đầu những ngôi sao hay n