Thiên văn học là ngành khoa học nghiên cứu tất cả các vật thể trong không gian. Từ này đến với chúng ta từ thuật ngữ Hy Lạp cổ đại có nghĩa là “luật sao”. Vật lý thiên văn, là một phần của thiên văn học, tiến một bước xa hơn và áp dụng các quy luật vật lý để giúp chúng ta hiểu được nguồn gốc của vũ trụ và các vật thể trong đó. Các nhà thiên văn học chuyên nghiệp và nghiệp dư đều quan sát vũ trụ và đưa ra các lý thuyết cũng như ứng dụng để giúp chúng ta hiểu các hành tinh, các ngôi sao và các thiên hà.
Các nhánh của Thiên văn học
Có hai nhánh chính của thiên văn học: thiên văn học quang học (nghiên cứu các thiên thể trong dải khả kiến) và thiên văn học phi quang học (sử dụng các dụng cụ để nghiên cứu các vật thể trong Radio thông qua các bước sóng tia gamma). “Phi quang học” được sắp xếp thành các dải bước sóng, chẳng hạn như thiên văn học hồng ngoại, thiên văn học tia gamma, thiên văn học vô tuyến, v.v.
Các đài quan sát quang học hoạt động cả trên mặt đất và trong không gian (chẳng hạn như Kính viễn vọng Không gian Hubble). Một số, như HST, cũng có các thiết bị nhạy cảm với các bước sóng ánh sáng khác. Tuy nhiên, cũng có những đài quan sát dành riêng cho các dải bước sóng cụ thể, chẳng hạn như các mảng thiên văn vô tuyến. Những công cụ này cho phép các nhà thiên văn học tạo ra một bức tranh về vũ trụ của chúng ta bao trùm toàn bộ quang phổ điện từ, từ các tín hiệu vô tuyến năng lượng thấp, đến các tia gamma năng lượng cực cao. Chúng cung cấp thông tin về sự tiến hóa và vật lý của một số vật thể và quá trình năng động nhất trong vũ trụ, chẳng hạn như sao neutron, lỗ đen, vụ nổ tia gamma và vụ nổ siêu tân tinh. Các nhánh thiên văn học này làm việc cùng nhau để dạy về cấu trúc của các ngôi sao, hành tinh và thiên hà.
Các lĩnh vực thiên văn học
Có rất nhiều loại vật thể mà các nhà thiên văn học nghiên cứu, do đó tối ưu nhất là chia thiên văn học thành các lĩnh vực nghiên cứu phụ.
- Một lĩnh vực được gọi là thiên văn học hành tinh và các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực con này tập trung nghiên cứu vào các hành tinh, cả bên trong và bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta, cũng như các vật thể như tiểu hành tinh và sao chổi.
- Thiên văn học mặt trời là nghiên cứu về Mặt trời. Các nhà khoa học quan tâm đến việc tìm hiểu cách nó thay đổi và để hiểu những thay đổi này ảnh hưởng đến Trái đất như thế nào, được gọi là các nhà vật lý năng lượng mặt trời. Họ sử dụng cả các công cụ trên mặt đất và trên không gian để thực hiện các nghiên cứu không ngừng về ngôi sao của chúng ta.
- Thiên văn học sao là nghiên cứu về các ngôi sao, bao gồm cả quá trình tạo ra, tiến hóa và chết đi của chúng. Các nhà thiên văn quan sát những vật thể này trên tất cả các bước sóng và áp dụng thông tin để tạo ra các mô hình vật lý của các ngôi sao.
- Thiên văn học Thiên hà tập trung vào các vật thể và quá trình đang hoạt động trong Dải Ngân hà. Đó là một hệ thống rất phức tạp gồm các ngôi sao, tinh vân và bụi. Các nhà thiên văn học nghiên cứu chuyển động và sự tiến hóa của Dải Ngân hà để tìm hiểu cách các thiên hà được hình thành.
- Ngoài thiên hà của chúng ta là vô số thiên hà khác, và đây là trọng tâm của thiên văn học ngoài thiên hà. Các nhà nghiên cứu nghiên cứu cách các thiên hà di chuyển, hình thành, tách rời, hợp nhất và thay đổi theo thời gian.
- Vũ trụ học là nghiên cứu về nguồn gốc, sự tiến hóa và cấu trúc của vũ trụ để hiểu nó. Các nhà vũ trụ học thường tập trung vào bức tranh lớn và cố gắng mô hình hóa vũ trụ sẽ trông như thế nào chỉ trong giây lát sau Vụ nổ lớn.
Gặp gỡ một số nhà tiên phong của thiên văn học
Qua nhiều thế kỷ, đã có vô số nhà đổi mới trong thiên văn học, những người đã đóng góp vào sự phát triển và tiến bộ của khoa học. Ngày nay, có hơn 11.000 nhà thiên văn được đào tạo trên thế giới dành riêng cho việc nghiên cứu vũ trụ. Các nhà thiên văn lịch sử nổi tiếng nhất là những người đã có những khám phá quan trọng giúp cải thiện và mở rộng khoa học.
Nicolaus Copernicus (1473 – 1543), là một Nhà Vật lý và Luật sư về thương mại người Ba Lan. Niềm đam mê của ông với các con số và nghiên cứu chuyển động của các thiên thể khiến ông được gọi là “cha đẻ của mô hình nhật tâm hiện tại” của hệ mặt trời.
Tycho Brahe (1546 – 1601) là một nhà quý tộc Đan Mạch, người đã thiết kế và chế tạo các dụng cụ để nghiên cứu bầu trời. Đây không phải là kính thiên văn, mà là những cỗ máy dạng máy tính cho phép ông lập biểu đồ vị trí của các hành tinh và các thiên thể khác với độ chính xác cao như vậy. Ông thuê Johannes Kepler (1571 – 1630), người khởi đầu là học trò của ông. Kepler tiếp tục công việc của Brahe, và cũng có nhiều khám phá của riêng mình. Ông được ghi nhận là người phát triển ba định luật chuyển động của hành tinh.
Galileo Galilei (1564 – 1642) là người đầu tiên sử dụng kính thiên văn để nghiên cứu bầu trời. Ông ấy đôi khi được ghi nhận (không chính xác) là người tạo ra kính thiên văn. Vinh dự đó có lẽ thuộc về nhà nhãn khoa người Hà Lan Hans Lippershey. Galileo đã thực hiện các nghiên cứu chi tiết về các thiên thể. Ông là người đầu tiên kết luận rằng Mặt trăng có thể có thành phần tương tự như hành tinh Trái đất và bề mặt Mặt trời đã thay đổi (tức là chuyển động của các vết đen trên bề mặt Mặt trời). Ông cũng là người đầu tiên nhìn thấy bốn mặt trăng của Sao Mộc và các pha của Sao Kim. Cuối cùng, những quan sát của ông về Dải Ngân hà, đặc biệt là việc phát hiện ra vô số ngôi sao, đã làm rung chuyển cộng đồng khoa học.
Isaac Newton (1642 – 1727) được coi là một trong những bộ óc khoa học vĩ đại nhất mọi thời đại. Ông không chỉ suy luận ra định luật hấp dẫn mà còn nhận ra sự cần thiết của một loại toán học mới (giải tích) để mô tả nó. Những khám phá và lý thuyết của ông đã định hướng cho khoa học trong hơn 200 năm và thực sự mở ra kỷ nguyên thiên văn học hiện đại.
Albert Einstein (1879 – 1955), nổi tiếng với sự phát triển của thuyết tương đối rộng, sự điều chỉnh đối với định luật hấp dẫn của Newton. Tuy nhiên, mối quan hệ của năng lượng với khối lượng (E = MC2) cũng rất quan trọng đối với thiên văn học, vì nó là cơ sở để chúng ta hiểu cách Mặt trời và các ngôi sao khác hợp nhất hydro thành heli để tạo ra năng lượng.
Edwin Hubble (1889 – 1953) là người đã khám phá ra vũ trụ đang giãn nở. Hubble đã trả lời hai trong số những câu hỏi lớn nhất làm đau đầu các nhà thiên văn học vào thời điểm đó. Ông xác định rằng cái gọi là tinh vân xoắn ốc thực chất là các thiên hà khác, chứng tỏ rằng Vũ trụ mở rộng ra ngoài thiên hà của chúng ta. Sau đó, Hubble đã theo dõi khám phá đó bằng cách chỉ ra rằng những thiên hà khác này đang lùi dần với tốc độ tỷ lệ thuận với khoảng cách của chúng so với chúng ta.
Stephen Hawking (1942 – 2018), một trong những nhà khoa học hiện đại vĩ đại. Rất ít người đã đóng góp nhiều cho sự phát triển của các lĩnh vực của họ hơn Stephen Hawking. Công trình của ông đã làm tăng đáng kể kiến thức của chúng ta về lỗ đen và các thiên thể kỳ lạ khác. Ngoài ra, và có lẽ quan trọng hơn, Hawking đã có những bước tiến đáng kể trong việc nâng cao hiểu biết của chúng ta về vũ trụ và sự sáng tạo của nó.
John P. Millis, Ph.D, Carolyn Collins Petersen
