Thiên văn học là một trong những ngành khoa học lâu đời nhất của nhân loại. Hoạt động cơ bản của nó là nghiên cứu bầu trời và tìm hiểu về những gì chúng ta thấy trong vũ trụ. Thiên văn học quan sát là một hoạt động mà các nhà quan sát nghiệp dư thích thú như một sở thích và trò tiêu khiển và là loại hình thiên văn học đầu tiên mà con người thực hiện. Có hàng triệu người trên thế giới thường xuyên ngắm sao từ sân sau hoặc đài quan sát cá nhân của họ. Hầu hết không nhất thiết phải được đào tạo về khoa học, mà chỉ đơn giản là thích ngắm sao. Những người khác được đào tạo nhưng không kiếm sống bằng việc làm khoa học thiên văn.
Về phía nghiên cứu chuyên nghiệp, có hơn 11.000 nhà thiên văn học được đào tạo để nghiên cứu chuyên sâu về các ngôi sao và thiên hà. Từ họ và công việc của họ, chúng ta có được sự hiểu biết cơ bản về vũ trụ. Đây là một chủ đề thú vị và đặt ra nhiều câu hỏi liên quan đến thiên văn học trong suy nghĩ của mọi người về chính vũ trụ, cách nó bắt đầu, những gì ở ngoài kia và cách chúng ta khám phá nó.
Khái niệm cơ bản về Thiên văn học
Thiên văn học là việc nghiên cứu khoa học các thiên thể (như các ngôi sao, hành tinh, sao chổi, tinh vân, quần tinh, thiên hà) và các hiện tượng có nguồn gốc bên ngoài vũ trụ (như bức xạ nền vũ trụ). Nó nghiên cứu sự phát triển, tính chất vật lý, hoá học, khí tượng học, và chuyển động của các vật thể vũ trụ, cũng như sự hình thành và phát triển của vũ trụ.
Khi mọi người nghe thấy từ “thiên văn học”, họ thường nghĩ đến việc nghiên cứu về sao. Đó thực sự là cách nó bắt đầu – bởi những người nhìn lên bầu trời và vẽ biểu đồ những gì họ thấy. “Thiên văn học” xuất phát từ hai thuật ngữ Hy Lạp cổ đại là Astron nghĩa là “ngôi sao” và Nomia cho “luật” hay “luật của các vì sao”. Ý tưởng đó thực sự làm nền tảng cho lịch sử thiên văn học: một con đường dài để tìm ra những vật thể trên bầu trời và những quy luật tự nhiên chi phối chúng. Để đạt được sự hiểu biết về các vật thể vũ trụ, mọi người phải làm rất nhiều việc quan sát. Điều đó cho họ thấy các chuyển động của các vật thể trên bầu trời, và dẫn đến sự hiểu biết khoa học đầu tiên về những gì chúng có thể là.
Xuyên suốt lịch sử loài người, con người đã “thực hiện” thiên văn học và cuối cùng nhận thấy rằng những quan sát về bầu trời của họ đã cho họ manh mối về thời gian trôi qua. Không có gì ngạc nhiên khi mọi người bắt đầu sử dụng bầu trời hơn 15.000 năm trước. Nó cung cấp các chìa khóa tiện dụng để điều hướng và tạo lịch từ hàng ngàn năm trước. Với việc phát minh ra các công cụ như kính viễn vọng, các nhà quan sát bắt đầu tìm hiểu thêm về các đặc điểm vật lý của các ngôi sao và hành tinh, khiến họ tự hỏi về nguồn gốc của chúng. Nghiên cứu về bầu trời đã chuyển từ một thực tiễn văn hóa và công chúng sang lĩnh vực khoa học và toán học.
Những ngôi sao
Vì vậy, các mục tiêu chính mà các nhà thiên văn học nghiên cứu là gì? Hãy bắt đầu với những ngôi sao – trung tâm của nghiên cứu thiên văn học. Mặt trời của chúng ta là một ngôi sao, một trong những ngôi sao có lẽ là một nghìn tỷ trong thiên hà Milky Way. Bản thân thiên hà là một trong vô số thiên hà trong vũ trụ. Mỗi cái đều chứa những quần thể sao khổng lồ. Các thiên hà được tập hợp lại thành các cụm và siêu đám tạo nên thứ mà các nhà thiên văn học gọi là “cấu trúc quy mô lớn của vũ trụ”.
Các hành tinh
Hệ mặt trời của chúng ta là một vùng hoạt động của nghiên cứu. Các nhà quan sát ban đầu nhận thấy rằng hầu hết các ngôi sao dường như không di chuyển. Nhưng, có những vật thể dường như lang thang đối với bối cảnh của những ngôi sao. Một số di chuyển chậm, số khác tương đối nhanh chóng trong suốt cả năm. Họ gọi những “hành tinh” này, từ tiếng Hy Lạp có nghĩa là “những kẻ lang thang”. Ngày nay, chúng ta chỉ đơn giản gọi chúng là “hành tinh”. Ngoài ra còn có các tiểu hành tinh và sao chổi “ngoài kia”, mà các nhà khoa học cũng nghiên cứu.
Không gian sâu – Không gian ngoài Thiên thể
Các ngôi sao và hành tinh không phải là thứ duy nhất cư trú trong thiên hà. Những đám mây khí và bụi khổng lồ, được gọi là “tinh vân” (thuật ngữ số nhiều của Hy Lạp cho “những đám mây”) cũng ở ngoài đó. Đây là những nơi mà các ngôi sao được sinh ra, hoặc đôi khi chỉ đơn giản là phần còn lại của những ngôi sao đã chết. Một số “ngôi sao chết” kỳ lạ nhất thực sự là sao neutron và lỗ đen. Sau đó, có các chuẩn tinh – Quasar, và những “quái thú” kỳ lạ được gọi là Sao từ, cũng như các thiên hà va chạm, và nhiều hơn nữa. Vượt ra ngoài thiên hà của chúng ta (Dải Ngân hà), nằm trong một tập hợp các thiên hà đáng kinh ngạc, từ các hình xoắn ốc như của chúng ta đến các thiên hà hình lăng trụ, hình cầu và thậm chí là các thiên hà không đều.
Nghiên cứu Vũ trụ
Như bạn có thể thấy, thiên văn học hóa ra là một môn học phức tạp và nó đòi hỏi một số ngành khoa học khác để giúp giải quyết những bí ẩn của vũ trụ. Để thực hiện một nghiên cứu đúng đắn về các chủ đề thiên văn, các nhà thiên văn học kết hợp các khía cạnh của toán học, hóa học, địa chất, sinh học, và vật lý.
Khoa học của thiên văn học được chia thành các phân ngành riêng biệt. Ví dụ, các nhà khoa học hành tinh nghiên cứu các thế giới (hành tinh, mặt trăng, vành đai, tiểu hành tinh và sao chổi) trong hệ mặt trời của chúng ta cũng như những ngôi sao quay quanh đó. Các nhà vật lý năng lượng mặt trời tập trung vào Mặt trời và ảnh hưởng của nó đối với hệ mặt trời. Công việc của họ cũng giúp dự báo hoạt động của mặt trời như sự phùng ra, phóng xạ hàng loạt và vết đen mặt trời.
Các nhà vật lý thiên văn áp dụng vật lý vào các nghiên cứu về các ngôi sao và thiên hà để giải thích chính xác cách chúng hoạt động. Các nhà thiên văn vô tuyến sử dụng kính viễn vọng vô tuyến để nghiên cứu tần số vô tuyến phát ra từ các vật thể và quá trình trong vũ trụ. Tia cực tím, tia X, tia gamma và thiên văn hồng ngoại cho thấy vũ trụ trong các bước sóng ánh sáng khác. Chiêm tinh học là khoa học đo khoảng cách trong không gian giữa các vật thể. Ngoài ra còn có các nhà thiên văn học toán học sử dụng các con số, tính toán, máy tính và thống kê để giải thích những gì người khác quan sát trong vũ trụ. Cuối cùng, các nhà vũ trụ học nghiên cứu toàn bộ vũ trụ để giúp giải thích nguồn gốc và sự tiến hóa của nó trong gần 14 tỷ năm thời gian.
Công cụ Thiên văn
Các nhà thiên văn học sử dụng các đài quan sát được trang bị kính viễn vọng mạnh mẽ giúp họ phóng to tầm nhìn của các vật thể mờ và xa trong vũ trụ. Họ cũng sử dụng các thiết bị gọi là máy quang phổ phân tích ánh sáng từ các ngôi sao, hành tinh, thiên hà và tinh vân và tiết lộ thêm chi tiết về cách chúng hoạt động. Máy đo ánh sáng chuyên dụng (gọi là quang kế) giúp họ đo độ sáng của các sao khác nhau. Đài quan sát được trang bị tốt nằm rải rác trên khắp hành tinh. Chúng cũng quay quanh bề mặt Trái đất, với các tàu vũ trụ như Kính viễn vọng Không gian Hubble cung cấp hình ảnh và dữ liệu rõ ràng từ không gian. Để nghiên cứu các thế giới xa xôi, các nhà khoa học hành tinh gửi tàu vũ trụ trong các chuyến thám hiểm dài hạn, tàu đổ bộ sao Hỏa như Curiosity, nhiệm vụ Sao Thổ Cassini và nhiều, nhiều nhiệm vụ khác. Những tàu thăm dò này cũng mang theo các dụng cụ và máy ảnh cung cấp dữ liệu về mục tiêu của chúng.
Tại sao cần nghiên cứu Thiên văn học?
Nhìn vào các ngôi sao và thiên hà giúp chúng ta hiểu vũ trụ của chúng ta ra đời và hoạt động như thế nào. Ví dụ, kiến thức về Mặt trời giúp giải thích các ngôi sao. Nghiên cứu các ngôi sao khác cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức hoạt động của Mặt trời. Khi chúng ta nghiên cứu những ngôi sao xa hơn, chúng ta tìm hiểu thêm về Dải Ngân hà. Lập bản đồ thiên hà của chúng ta cho chúng ta biết về lịch sử của nó và những điều kiện tồn tại đã giúp hệ mặt trời của chúng ta hình thành. Biểu đồ các thiên hà khác xa mà chúng ta có thể phát hiện dạy cho các bài học về vũ trụ lớn hơn. Luôn có điều gì đó để học trong thiên văn học. Mỗi đối tượng và sự kiện đều kể một câu chuyện về lịch sử vũ trụ.
Theo một nghĩa rất thực, thiên văn học cho chúng ta cảm giác về vị trí của chúng ta trong vũ trụ. Nhà thiên văn học quá cố Carl Sagan đã nói rất ngắn gọn khi ông tuyên bố: “Vũ trụ ở trong chúng ta. Chúng ta được tạo ra từ các ngôi sao. Chúng ta là một cách để vũ trụ biết chính nó.”
Carolyn Collins Petersen
