Thiên văn học và những mốc lịch sử đáng chú ý nhất

Thiên văn học và những mốc lịch sử đáng chú ý nhất

 

  Thiên văn học được coi là một trong những môn khoa học ra đời sớm nhất của nhân loại, ra đời cùng với những môn khoa học đầu tiên như toán học, triết học …. Thiên văn học từng bị coi là một ngành học thiếu thực tế và ít thể hiện được những đóng góp trực tiếp trong cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên trên thực tế, thiên văn ra đời rất sớm tại các nền văn minh cổ đại như Babylon, Trung Quốc, Ai Cập, Hy Lạp … đã sớm thể hiện vai trò của mình trong việc dự đoán và giải thích các hiện tượng thiên nhiên cơ bản, đặt ra các cơ sở đầu tiên cho con người về vũ trụ, không gian và thời gian.

 

Và đặc biệt là từ thế kỉ 20 đến nay, thiên văn học đã thể hiện được mối liên quan mật thiết của nó với các ngành khoa học tự nhiên khác như vật lí, hoá học, toán học, …. Giờ đây con người đã có thể đặt chân lên vũ trụ, có thể tiên đoán chính xác các hiện tượng thời tiết, các chuyển động của các thiên thể và những ảnh hưởng của chúng tới Trái Đất, chúng ta cũng đã có những hệ thống thông tin liên lạc vững chắc qua những vệ tinh nhân tạo mà ngay lúc này vẫn đang không ngừng chuyển thông tin đến khắp mọi nới trên mặt đất, .v.v…. Tất cả những đóng góp đó đã đưa thiên văn học trở thành ngành khoa học quan trọng được nghiên cứu mũi nhọn tại nhiều nước trên thế giới; và khác với sự lầm tưởng của nhiều người, thiên văn học ngày nay không chỉ là những hiện tượng trên bầu trời, sự xuất hiện và biến mất của các ngôi sao, mà là một ngành khoa học nghiên cứu về toàn bộ vũ trụ trên qui mô từ vi mô đến vĩ mô với cơ sở chính là vật lí học. Lượng thông tin và kiến thức khổng lồ ngày nay loài người đã có được về thiên văn học là kết quả quan sát và nghiên cứu của suốt 6000 năm qua, tính từ những quan sát đầu tiên vào khoảng 4000 năm trước Công Nguyên. 

 

Dưới đây là những nét cơ bản cùng các sự kiện đáng lưu ý trong lịch sử ra đời và phát triển của thiên văn học. 

 

 

 

Thiên văn học cổ đại 

Thời cổ đại, thiên văn học ra đời trước tiên với mục đích giải thích các hiện tượng của tự nhiên. Con người cổ đại muốn có một cách giải thích các hiện tượng thường làm họ hoảng sợ như mưa, bão, nhật thực, nguyệt thực, sự thay đổi của bầu trời …. Ban đầu các hiện tượng thường được gán cho các vị thần, các thế lực siêu nhiên. Thần thoại và truyền thuyết chính là ra đời từ đó, các quốc gia có nền văn minh phát triển sớm nhất cũng có thần thoại phát triển mạnh nhất như Hy Lạp, Trung Quốc, Ấn Độ…, đây cũng chính là cơ sở cho tôn giáo hình thành và phát triển thông qua việc cúng bái các vị thần để cầu xin sự khoẻ mạnh, may mắn. 

 

Tuy nhiên những sự giải thích theo thần thoại chỉ có tính tình thế, nó nuôi dưỡng những niềm tin thiếu cơ sở thực tế, và thiên văn học ra đời chính từ mong muốn tìm ra những cơ sở để giải thích cho các hiện tượng thiên nhiên, các qui luật của trời đất, vũ trụ. Những quan sát cổ nhất về thiên văn học mà con người được biết ngày nay là những quan sát từ 4000 năm trước Công Nguyên (TCN) tại Ai Cập và Trung Mĩ, văn bản cổ nhất ghi chép lại những quan sát thiên văn được tìm thấy là những văn bản tồn tại từ những năm 3000 TCN tại Trung Mĩ, Ai Cập và Trung Quốc. Năm 2697 TCN, người Trung Quốc đã có những quan sát và ghi chép đầu tiên về nhật thực. Vào khoảng những năm 2000 TCN, đã xuất hiện những cuốn lịch đầu tiên về chu kì của Mặt Trời và Mặt Trăng (sun – lunar calendar) và các nhà thiên văn cổ đã vẽ được những chòm sao đầu tiên. 

 

Khoảng thế kỉ thứ 5 TCN, thiên văn học bắt đầu được nhiều nhà triết học và toán học quan tâm đến khi họ bắt đầu sử dụng các tư duy toán học đầu tiên của mình để giải thích thiên văn. 

 

Thế kỉ thứ 6 TCN, Pythagor và Thales là những người đầu tiên nêu lên ý tưởng rằng Trái Đất có dạng cầu. Thales cũng đã tính được chính xác chu kì thời tiết là 365 ngày, dự đoán tương đối chính xác chu kì nhật - nguyệt thực. Theo quan niệm của Thales thì mọi thứ trong tự nhiên đều sinh ra từ nước và sẽ quay trở lại với nước 

Một nhà triết học khác là Anaximandre đưa ra mô hình vũ trụ đầu tiên trong đó Trái Đất như một hình trụ ngắn có 3 vành quay quanh trên đó có gắn các hành tinh, Mặt Trời và Mặt Trăng. 

 

Thế kỉ thứ 4 TCN, Aristotle đưa ra mô hình vũ trụ trong đó Trái Đất là trung tâm, đây là mô hình địa tâm đầu tiên của nhân loại. Aristotle còn cho rằng mọi vật tạo thành từ 4 yếu tố (element) là đất, không khí, nước và lửa. Nhà vật lí này còn xây dựng nên cả một hệ thống các định luật vật lí mà ngày nay dduwowcj gọi là vật lí Aristotle (hệ thống vật lí này là không chính xác và sau này nó bị Galilei chứng minh là sai lầm và bác bỏ) 

Khoảng năm 280 TCN, 2 nhà thiên văn là Aristarchus và Samos đã đưa ra ý tưởng cho rằng Trái Đất chuyển động tròn quanh Mặt Trời. 

Năm 130 TCN, Hipparchus khám phá ra hiện tượng tiến động của các điểm xuân phân và thu phân, ông cũng đã đưa ra danh mục sao đầu tiên của nhân loại với sự liệt kê khoảng 1000 ngôi sao sáng. 

Năm 140 sau Công Nguyên (SCN), Claudius Ptolemy - một nhà toán học lớn của Hi Lạp cổ - cho ra đời tác phẩm Mathematike Syntaxis (sau này dịch ra là Almagest) trong đó có danh mục của 48 chòm sao đầu tiên trong thiên văn học, sự mô tả chuyển động của Mặt Trời, Mặt Trăng và các hành tinh trên thiên cầu. Mô hình của Ptolemy sâunỳ được gọi là mô hình địa tâm Ptolemy. Mô hình này cho biết Trái đất nằm ở trung tâm vũ trụ. Mặt Trời, Mặt Trăng, các hành tinh và các ngôi sao chuyển động trên những mặt cầu quanh Trái Đất. Mô hình này sau này lộ rõ nhiều điểm bất hợp lí nhưng nó vẫn được duy trì dưới sự bảo vệ rất vững chắc của tôn giáo do nó củng cố niềm tin của con người vào sự sáng tạo của Thượng Đế. 

 

 

 

Thiên văn học trung đại 

Thiên văn học trung đại được tính từ thế kỉ thứ 8 đến thế kỉ thứ 12 sau Công Nguyên. Đây là thời kì nhận thức và tư tưởng của con người về vũ trụ phần nhiều là không có mấy tiến bộ do phải núp dưới cái bóng của mô hình địa tâm Ptolemy được bảo vệ bởi nhà thờ tôn giáo. 

 

Từ đầu thế kỉ thứ 9 đến thế kỉ thứ 11 là thời kì phát triển khá mạnh của thiên văn học tại các nền văn minh A rập và Ba Tư. Các nhà thiên văn của các nền văn minh này đã đưa ra được danh mục sao tương đối đầy đủ, mô tả khá chính xác chuyển động biểu kiến của Mặt Trăng và các hành tinh, …. 

Năm 813, một nhà thiên văn là Al Mamon lập ra trường họ thiên văn Bagdad, tác phẩm Mathematike Syntaxis của Ptolemy được dịch ra tiếng Arập là Al – Majisti, sau này tiếng Latin gọi nó là Almagest 

Năm 903, Al Sufi lập ra danh mục sao của mình đầy đủ hơn Ptolemy cùng với hình vẽ mô tả vị trí các ngôi sao và chòm sao 

Năm 1054, các nhà thiên văn cổ Trung Quốc quan sát được hiện tượng xuất hiện một sao siêu mới (super nova) trong chòm sao Taurus (ngày nay sao siêu mới này được biết đến chính là tinh vân con cua – M1)

 

3- Thiên văn học cận đại 

Thiên văn học thời kì cận đại đánh dấu những bước tiến quan trọng nhất trong nhận thức của con người về Trái Đất và Hệ Mặt Trời. 

 

-Năm 1543, một nhà thiên văn học người Ba Lan là Nicolais Copernics cho xuất bản tác phẩm Về sự quay của thiên cầu, trong đó ông mô tả lại toàn bộ cấu tạo của Hệ Mặt Trời hoàn toàn khác với mô hình trước đây của Ptolemy. Trong mô hình của Copernics, Mặt Trời nằm ở trung tâm vũ trụ, các hành tinh quay xung quanh Mặt Trời trên các quĩ đạo tròn theo thứ tự từ trong ra ngoài là Sao Thuỷ, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hoả, Sao Mộc và Sao Thổ; ngoài ra Trái Dất còn tự quay quanh trục của nó sinh ra ngày và đêm, còn Mặt Trăng là một vệ tinh chuyển động tròn quanh Trái Đất. Năm 1543 cũng là năm cuối cùng của Copernics, mô hình của ông sau này được gọi là mô hình nhật tâm Copernics 

Năm 1572, Tycho Brahe phát hiện và quan sát sự xuất hiện của một sao siêu mới trong chòm sao Cassiopeia. Năm 1576, Brahe thành lập đài thiên văn Uraniborg 

-Năm 1600, Jordano Bruno bị thiêu sống vì đứng ra bảo vệ mô hình nhật tâm Copernics. Mô hình nhật tâm sau khi ra đời vẫn bị phản đối dữ dội từ phía nhà thờ do nó đối lập lại với mô hình Ptolemy đã đứng vững hơn 1000 năm, hơn thế nữa nó lại “chống lại sự sắp đặt của Chúa trời”. Bruno là người đầu tiên dũng cảm bảo vệ đến cùng mô hình nhật tâm. Ông còn cho rằng mỗi sao là một Mặt Trời và quanh các sao cũng có thể có các hành tinh, và như vậy sự sống không chỉ có trên Trái Đất. Những tư tưởng này ủa Bruno làm nhà thờ thiên chúa nổi giận và Bruno bị đưa lên giàn thiêu vào năm 1600. 

-Năm 1603, Johanne Kepler xác lập danh mục sao của mình, hoàn chỉnh hơn các danh mục đã có, năm 1604 ông quan sát và phát hiện một sao siêu mới trong chòm sao Ophiuchus 

-Năm 1608, Lippershey, một thợ kính người Hà Lan khám phá ra cách ghép 2 thấu kính với nhau để tăng độ phóng đại, chiếc kính thiên văn đầu tiên ra đời. 

-Năm 1609, áp dụng công trình của Lippershey, Galileo Galilei đã trở thành người đầu tiên sử dụng kính thiên văn để quan sát bầu trời. Các quan sát của Galilei bằng chiếc kính có độ phóng đại 30 lần đã giúp ông tìm ra 4 vệ tinh lớn nhất của sao Mộc (ngày nay gọi là 4 vệ tinh Galilei – Galilean Satellites), các lỗ thiên thạch trên Mặt Trăng và sự tồn tại của dải Ngân Hà với rất rất nhiều sao. 

Cũng trong năm 1609, Kepler tìm ra 2 định luật đầu tiên của mình về quĩ đạo và vận tốc chuyển động của các hành tinh quanh Mặt Trời 

 

-Năm 1919, Kepler khám phá ra định luật cuối cùng (định luật 3 Kepler) về chuyển động hành tinh, trong đó liên hệ bán trục lớn quĩ đạo với chu kì quĩ đạo của hành tinh. 

Năm 1632, Galilei cho xuất bản cuốn sách Đối thoại giữa 2 hệ thống thế giới trong đó sử dụng các cuộc đối thoại giữa 2 mô hình Ptolemy và Copernics để hứng minh sự đúng đắn của mô hình nhật tâm. Tác phẩm này của Galilei sau này đã khiến nhà thờ nổi giận và ông phải chịu khá nhiều hình phạt về việc này. Ngoài thiên văn ra, Galilei còn có nhiều khám phá và quan điểm về vật lí, đặc biệt ông được coi là người đã sáng lập ra vật lí thực nghiệm. 

Năm 1656, Huygens khám phá ra các tính chất của vành đai sang của Sao Thổ (Saturn’s Ring) và vệ tinh lớn nhất của nó – Titan. 

Năm 1668, Newton chế tạo ra chiếc kính thiên văn phản xạ đầu tiên. Khác với kính thiên văn khúc xạ như của Galilei, kính thiên văn phản xạ sử dụng gương cầu lõm làm vật kính, cho độ phân giải cao hơn kính khúc xạ rất nhiều. 

 

 

4- Thiên văn học hiện đại 

Thiên văn học hiện đại được đánh dấu bằng sự ra đời của cơ học cổ điển (hay còn gọi là cơ học Newton – Newtonian mechanics) qua việc Newton (1642 – 1727) đưa ra 3 định luật cơ bản của động lực học và định luật vạn vật hấp dẫn. Cơ học cổ điển với nền tảng là các định luật của Newton có những ảnh hưởng và đóng góp quan trọng nhất cho hầu hết các thành tựu vật lí và thiên văn trong suốt các thế kỉ 17,18 và 19, thậm chí ngày nay (thế kỉ 21) thì các định luật Newton vẫn có những đóng góp không thể thiếu trong nhiều công trình vật lí hiện đại. 

 

-Năm 1687, Newton cho ra đời tác phẩm Các nguyên lí toán học của triết học tự nhiên, trong đó ông nêu ra các nghiên cứu của mình về chuyển động của các vật thể và tương tác giữa chúng. Các khám phá của Newton được thể hiện trong 3 định luật chuyển động mang tên ông và thuyết hấp dẫn vũ trụ (định luật vạn vật hấp dẫn). Các lí thuyết này đã đánh dấu sự ra đời của cơ học cổ điển và làm nền tảng cho các khám phá trong hơn 2 thế kỉ tiếp theo về vật lí và thiên văn. 

-Năm 1705, Halley dự đoán chính xác chu kì của một sao chổi và tiên đoán sự quay lại của nó vào năm 1758. Sao chổi đó sau này được gọi là sao chổi Halley. 

-Năm 1725, Flamsteed đưa danh mục sao của mình trong đó ông đánh số các sao theo từng chòm sao và theo chiều tăng của toạ độ RA (Right Ascension - khoảng cách góc tích từ điểm xuân phân đến hình chiều của ngôi sao lên xích đạo trời) 

Năm 1728, Halley khám phá ra sự chuyển động của các ngôi sao trên thiên cầu. 

James Bradley đề xuất ý kiến về lí thuyết quang sai của các sao cố định. 

 

-Năm 1744, sao chổi 6 đuôi Cheseaux được phát hiện 

-Năm 1750, Thomas Wright nghiên cứu và đề xuất ý tưởng về sự ra đời của Hệ Mặt Trời 

-Năm 1755, Immanuel Kant đề xuất giả thuyết hình thành các hành tinh và các thiên thể khác trong vũ trụ. 

-Năm 1781, Charles Messier quan sát và thành lập danh mục 103 tinh vân, đánh số từ M1 – M103, gọi là danh mục tinh vân Messier (ngày nay nhiều tinh vân trong số đó được biết đến là các thiên hà hoặc cụm thiên hà, tuy nhiên danh mục Messier ngày nay vẫn còn được sử dụng) 

Cũng trong năm 1781, Herschel tìm ra Sao Thiên Vương. 

 

-Năm 1784, Goodricke tìm ra chu kì của sao biến quang Delta Cephei. 

-Năm 1789, Herschel sử dụng chiếc kính thiên văn phản xạ với gương cầu 1,2m và tiêu cự 12,2 m để quan sát các ngôi sao trong nhiều tinh vân khác. 

-Năm 1796, Laplace đề xuất giả thuyết tinh vân, theo đó Hệ Mặt Trời đa hình thành từ một đám tinh vân tiền hành tinh, sau đó các vành vật chất tách ra tạo thành các hành tinh có quĩ đạo chuyển động quanh Mặt Trời. 

Năm 1839 – 1840, bức ảnh thiên văn đầu tiên được chụp bởi Draper, đó là một bức ảnh chụp bề mặt Mặt Trăng. 

Năm 1842, Doppler khám phá ra hiện tượng dịch bước sóng của các nguồn phát chuyển động. Cụ thể là nếu nguồn chuyển động ra xa người quan sát thì bước sóng của nó sẽ dài thêm ra và ngược lại. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Doppler. 

-Năm 1846, Galle phát hiện ra hành tinh thứ 8 của Hệ Mặt Trời là Sao Hải Vương nhờ áp dụng các kết quả tính toán về sự lệch quĩ đạo Sao Thiên Vương của Leverrier. 

Năm 1851, lần đầu tiên có một thí nghiệm chứng minh sự tự quay của Trái Đất. Foucault sử dụng một con lắc với dây treo rất dài treo lên trần nhà điện Pantheon (Paris), mặt phẳng dao động của con lắc xoay đi theo đúng chu kì tự quay của Trái Đất đã tính được, điều này đã chứng minh cho sự tự quay của Trái Đất

 

5- Thiên văn học từ đầu thế kỉ 20 đến nay 

Thiên văn học hiện đại có một bước ngoạt hết sức quan trọng cùng với vật lí hoạc vào ngay vài năm đầu tiên của thế kỉ 20. Đầu thế kỉ 20, vật lí thế giới bước sang một trang mới, thay đổi một phần lớn nhận thức của nhân loại nhờ 2 lí thuyết vật lí mà đến ngày nay vẫn là 2 mũi nhọn của vật lí hiện đại: thuyết lượng tử do Planck đề xướng năm 1900 và thuyết tương đối đưa ra bởi Einstein (thuyết tương đối hẹp năm 1905 và thuyết tương đối rộng năm 1915). 2 lí thuyết này đã góp phần quan trọng nhất vào tất cả các khám phá của nhân loại về vũ trụ, không gian và thời gian trong thế kỉ 20 và cả những năm đầu tiên của thế kỉ 21. 

 

-Năm 1900, Chaberlin và Moulton đề xuất giả thuyết va chạm về sự hình thành hệ Mặt Trời, theo đó các hành tinh được hình thành do sự va chạm của Mặt Trời sơ khai với một ngôi sao khác. 

Cũng năm này, Max Planck nêu ra lí thuyết về sự lượng tử hoá năng lượng. 

 

-Năm 1905, Albert Einstein nêu ra thuyết tương đối hẹp với 2 nội dung chính là mọi định luật vật lí là như nhau với người quan sát ở các hệ qui chiếu quán tính có vận tốc bất kì và vận tốc ánh sáng là vận tốc lớn nhất và là vận tốc tuyệt đối có giá trị như nhau đối với mọi hệ qui chiếu có vận tốc bất kì. 

-Năm 1911 – 1914, Hertzsprung và Russel cùng khám phá ra mối liên quan giữa các vạch quang phổ của các ngôi sao và cấp sao của chúng, mối liên quan này được biểu diễn trên biểu đồ Hertzsprung – Russel (biểu đồ H-R) 

Năm 1915, Adams phát hiện ra sao lùn trắng đầu tiên, sao Sirius B. 

Einstein hoàn thiện và công bố thuyết tương đối rộng về trường hấp dẫn của mình, năm 1916, phương trình trường của thuyết này ra đời. 

 

-Năm 1919, Eddington chứng minh thành công thuyết tương đối rộng Einstein bằng việc quan sát hiện tượng nhật thực toàn phần trên đảo Principe, qua đó xác minh được tính chính xác của hiệu ứng lệch đường đi tia sáng qua Mặt Trời có thể quan sát được khí có nhật thực toàn phần. 

-Năm 1929, Hubble phát hiện ra hiện tượng tất cả các thiên hà ở rất xa có vạch quang phổ dịch mạnh về phía đỏ, áp dụng hiệu ứng Doppler cho hiện tượng này, Hubble kết luận rằng tất cả các thiên hà đều đang rời xa nhau theo mọi hướng, và như vậy là vũ trụ đang giãn nở. Sự rời xa của các thiên hà được biểu diễn qua định luật Hubble. 

Năm 1930, nhà thiên văn nghiệp dư Tombaugh phát hiện ra hành tinh thứ 9 của Hệ Mặt Trời – Sao Diêm Vương. 

Năm 1937 – 1940, Gamov đưa ra lí thuyết về sự tiến hoá của các ngôi sao. 

-Năm 1948, Gamov đề xuất lí thuyết Big Bang (vụ nổ lớn) về sự hình thành vũ trụ. Lí thuyết này cho biết vũ trụ đã hình thành từ một vũ nổ lớn cách đây khoảng 15 tỉ năm sinh ra vật chất, không gian và thời gian. 

-Năm 1957, vệ tinh nhân tạo đầu tiên được phóng lên vũ trụ. Vệ tinh này mang tên Sputnik1, được Liên Xô (cũ) phóng lên ngày 4 tháng 10. 

Năm 1961, lần đầu tiên con người đặt chân lên vũ trụ. Người đầu tiên bay lên vũ trụ là Gagarin, bay lên vào ngày 12 tháng 4 trên tàu Vostok1. 

-Năm 1965, Penzias và Wilson khám phá ra sự tồn tại của bức xạ phông vũ trụ ở nhiệt độ 2,7K. Khám phá này là một bằng chứng quan trọng chứng minh cho thuyết Big Bang. Loại bức xạ phông này (còn gọi là bức xạ tàn dư) đã được Big Bang tiên đoán từ trước đó, theo đó đây chính là loại bức xạ còn sót lại và giảm nhiệt độ từ Big Bang đến nay. 

Năm 1967, Pulsar đầu tiên được phát hiện, đó là các thiên thể nhỏ nhưng có tốc độ quay rất lớn (có nghĩa là khối lượng của nó là rất lớn), ngày nay đã biết pulsar là các ngôi sao nặng sao khi chết đi co lại thành các khối neutron có mật độ rất lớn, gọi là sao neutron. 

-Năm 1969, con người lần đầu tiên đặt chân lên Mặt Trăng. Hai người đầu tiên đặt chân lên bề mặt của Mặt Trăng là Neils Armstrong và Edwin Aldrin, họ đã bay lên Mặt Trăng trên tàu Apollo11. 

-Năm 1977 – 1986, các tàu Voyager 1 và 2 được phóng lên và lần lượt chụp ảnh các hành tinh nhóm ngoài của Hệ Mặt Trời, chúng cũng là 2 tàu du hành đầu tiên đã ra khỏi biên giới của Hệ Mặt Trời. 

-Năm 1981, Alan Guth nêu ra lí thuyết lạm phát để mô tả và giải thích sự giãn nở gia tốc của vũ trụ. 

-Năm 1998, nhóm dự án vũ trụ học sao siêu mới (Supernova Cosmology Project) do Saul Perlmutter đứng đầu khi quan sát các sao siêu mới phát hiện rằng vũ trụ đang giãn nở với gia tốc ngày càng tăng và như thế thì vũ trụ sẽ giãn nở mãi mãi. 

 

 

Hiện nay thiên văn học tập trung vào 2 mũi nhọn cơ bản. Thứ nhất là vũ trụ học, nghiên cứu cấu trúc và sự tiến hoá của vũ trụ trên nền tảng là các lí thuyết vật lí hiện đại (mà chủ yếu là cơ học lượng tử). Hướng mũi nhọn thứ 2 là hàng không vũ trụ, ứng dụng các công nghệ hàng không để nghiên cứu các thiên thể trong Hệ Mặt Trời. 

 

Thiên văn học từng là một trong những môn khoa học ra đời sớm nhất, cũng là môn khoa học ít nhận được sự đánh giá đúg mức nhất. Nhưng giờ đây, hơn lúc nào hết, thiên văn học đang là một trong những môn khoa học vươn xa nhất và đóng góp những thành tựu không thể thay thế cho nhân loại

 

Tác giả: Đặng Vũ Tuấn Sơn thienvanhoctre.org.vn