Tìm hiểu lịch sử kính thiên văn

Trong khi kính Newton đang phát triển mạnh mẽ, nhiều nhà thiên văn vẫn thích và tìm cách cải tiến chống sắc sai cho chiếc kính khúc xạ quen thuộc của mình.

Thành công, trớ trêu thay, một lần nữa lại đến với một nhà thiên văn nghiệp dư, Chester Moore Hall (1703–1771), một luật sư người Anh. Câu trả lời nằm ngay trong mắt chúng ta : trong khi mọi dụng cụ quang học do con người tạo ra đều bị sắc sai thì mắt chúng ta, một thứ máy ảnh “thiên tạo” lại hoàn toàn không bị sắc sai ! Ông cho là cấu tạo của mắt có lẽ phức tạp hơn nhiều so với một thấu kính thủy tinh và chính điều này đã triệt được sắc sai.

Thủy tinh thể như một thấu kính hội tụ có chiết suất 1.4 trong khi đó thủy tinh dịch phía sau và thủy dịch phía trước thủy tinh thể lại có chiết suất là 1.38.

Ảnh: cấu tạo thủy tinh thể

Xuất phát từ việc nhận thấy sắc sai của thấu kính phân kỳ "ngược chiều" với kính hội tụ. Nếu kết hợp giữa 2 thấu kính phân kỳ và hội tụ theo một cách nào đó, ta có thể triệt được sắc sai. Vấn đề là "theo một cách nào đó".... Cái độc đáo của Hall là dùng một loại thủy tinh khác, flint, có chiết suất lớn hơn (1.8-2) để làm thấu kính phân kỳ vì nếu chúng có cùng chiết suất thì chẳng có tác dụng gì cả..

Tia sáng xanh lam bị lệch nhiều hơn qua kính hội tụ bằng thủy tinh crown (1.5), sẽ được "nắn" bớt ra ngoài qua kính phân kỳ bằng thủy tinh flint và sẽ hội tụ về cùng một điểm với tia màu đỏ

Sắc sai đã được giải quyết một phần: tia đỏ và lam đã hội tụ về một điểm.
Năm 1733 Chester Moore Hall đã chế tạo thành công thấu kính tiêu sắc (achromatic lens) có đường kính 6.4cm, tiêu cự 51cm và lắp một kính thiên văn nhỏ.

Nhưng điều kiện nghiệp dư quá nhiều hạn chế, ông không thể giải quyết được vấn đề đúc phôi kính thủy tinh lớn hơn, không bị bọt, và nhất là có độ đồng nhất cao về chiết suất trong toàn khối thủy tinh là yêu cầu hàng đầu của vật kính tiêu sắc.


Dường như không biết gì về công trình của Chester Moore Hall, 25 năm sau, năm 1758, nhà chế tạo dụng cụ quang học người Anh -John Dollond (1706-1761) dựa theo công trình của nhà vật lý Thụy Điển Samuel Klingenstierna đã chế tạo thành công và đăng ký bản quyền thấu kính tiêu sắc.
Có điều thú vị là trước đó, Dollond đã từng bảo vệ quan điểm của Newton về việc không thể khử sắc sai trong thấu kính và cho là tính toán của nhà toán học Thụy Sĩ Leonhard Euler về việc kết hợp nhiều thấu kính để khử sắc sai và cầu sai chỉ là lý thuyết đơn thuần, không thực tế!

Ảnh: Kính thiên văn khúc xạ của John Dollond

Moore Hall là một luật sư lại không quan tâm đến việc đăng ký bản quyền phát minh của mình trong khi nhà công nghiệp Dollond nhanh nhạy hơn nhiều, đã nhanh chóng đăng ký và thu nhiếu lợi nhuận từ phát minh này.
Công bằng mà nói, với điều kiện chuyên nghiệp hơn, Dollond đã vượt qua khó khăn của Chester Moore Hall trong việc đúc và kiểm soát chất lượng phôi kính. Với lý thuyết vững chắc và kỹ thuật tốt, ông đã khử được cả sắc sai lẫn cầu sai và cho ra đời những vật kính rất tốt. 

Hầu như cả gia đình Dollond đều tham gia nghiên cứu và Dollond & sons trở thành nhà sản xuất kính thiên văn nối tiếng vào thời kỳ đó.Năm 1765, Peter Dollond, con trai John Dollond, đã chế tạo thành công thấu kính tiêu sắc ghép từ 3 thấu kính chất lượng tốt hơn thấu kính đôi của cha mình.
Cái gì cũng có mặt trái ! Khi bằng phát minh của Dollond hết hạn độc quyền vào năm 1772, giá thấu kính tiêu sắc ở Anh giảm còn một nửa!

Chất lượng kính thiên văn khúc xạ với vật kính tiêu sắc đựoc nâng cao rõ rệt. Không cần giảm quang sai bằng cách kéo dài tiêu cự, ống kính được rút ngắn rất nhiều, trở nên dễ lắp đặt và sử dụng.
Người ta bắt đầu tìm cách chế tạo những thấu kính to hơn nhưng đường kính vật kính chỉ được tăng dần lên theo tiến bộ của kỹ thuật đúc phôi kính. Đến năm 1886, người ta mới chế tạo được vật kính tiêu sắc có đường kính đến 90cm. Đây có thể gọi là Thời Hoàng Kim của Kính thiên văn khúc xạ
Lê Quang Thủy - CLB Thiên văn nghiệp dư TP.HCM