Roberto Gilmozzi luôn nhìn vượt ra ngoài chân trời. Ông mơ ước xây dựng các đài thiên văn khổng lồ của tương lai. Nhà thiên văn học nhiệt huyết người Italy này vẫn còn nhớ các cuộc tranh luận sôi nổi giữa các nhà thiên văn và các kỹ sư bắt đầu từ giữa những năm 1990, khi mà việc xây dựng Kính thiên văn cực Lớn (VLT) của châu Âu còn chưa kết thúc.
Khoảng 15 kính thiên văn khác được lắp các gương đường kính từ 8-10m cũng được xây dựng trên toàn thế giới. Nhưng Roberto Gilmozzi biết rằng chúng sẽ không đủ để phát hiện ra các hành tinh tương tự hành tinh của chúng ta, các thế giới có thể bao bọc sự sống.
Vì vậy, Gilmozzi và các bạn của ông đã tính toán kích thước lý tưởng của một dụng cụ quan sát ngang tầm với các tham vọng thăm dò: đường kính 100m! Một giấc mơ ngày nay được cụ thể hóa và được đưa vào dự án Owl. Kính thiên văn Over Whelmingly Large, owl trong tiếng Anh gợi đến đôi mắt to của chim cú, sẽ "làm thay đổi căn bản ngành thiên văn như việc sáng chế ra kính thiên văn đã tạo ra cuộc cách mạng thiên văn cách đây 4 thế kỷ". Trước khi kết thúc thập kỷ thứ hai của thế kỷ 21, kính thiên văn khổng lồ này sẽ thống trị sân khấu khoa học với một gương đường kính từ 60-100m. Nó sẽ được sự trợ giúp của hai dự án kính thiên văn của Mỹ quy mô nhỏ hơn, TMT (30m) và GMT (25m). Chỉ có con ngươi cực lớn của Owl mới có thể phát hiện được trong Thiên hà các hành tinh anh em của Trái đất và mới nhìn xuyên qua tấm màn khí quyển của chúng, để tìm nước, mêtan, ôxy, và cả diệp lục..., các yếu tố cần thiết cho mọi dạng sự sống ngoài Trái đất.
Ba kính thiên văn khổng lồ sẽ có thể cùng nhau lần ngược thời gian vũ trụ, đi tìm các vật đầu tiên sinh ra ngay sau Big Bang. Thế giới mà chúng ta sẽ khám phá ở rìa của vũ trụ có thể sẽ không giống với những gì mà chúng ta đang biết: các ngôi sao khổng lồ nổ thành các chùm kỳ dị, các thiên thể cô đơn hoặc các chùm sao sẵn sàng sinh ra các thiên hà tương lai. Các đài thiên văn mặt đất đã sẵn sàng vào cuộc cạnh tranh với các kính thiên văn không gian. Tuy nhiên, Annie Baglin của đài thiên văn Paris-Meudon, chủ dự án Corot nghiên cứu các hành tinh đá trong Thiên hà, nhấn mạnh: "Trên thực tế, sẽ không có cạnh tranh thực sự giữa các đài thiên văn mặt đất và không gian. Vì, mặc dù có cùng mục đích, nhưng chúng sẽ không tìm các vật giống nhau ở những khu vực giống nhau".
Một kỷ nguyên mới đang mở ra đối với quan sát thiên văn. Roberto Gilmozzi giải thích: "Trong lịch sử kính thiên văn, cứ khoảng bốn mươi năm đường kính của gương lại tăng lên gấp đôi, và điều này đúng kể từ Galileo cho tới tận VLT. Nhưng với dự án gương 100m của chúng tôi, con số này phải nhân lên với mười!" Năm 1996, Robert Gilmozzi công bố các tư biện của mình trong một bài báo tựa khoa học viễn tưởng. Nghiên cứu này đã đến tay Philippe Dierickx, phụ trách việc dựng các kính của VLT. Vốn là người thực dụng, kỹ sư người Bỉ này ban đầu tin rằng đây là một chuyện tầm phào. Ông muốn chia sẻ thông tin này với các đồng nghiệp của mình tại công ty Reosc, chịu trách nhiệm đánh bóng bốn gương đường kính 8m của VLT. Nhưng các kỹ sư thiết kế quang học không cười. Họ còn đưa ra các giải pháp xuất phát trực tiếp từ các công nghệ được áp dụng cho dự án công nghệ lớn của Laser mégajoule (phỏng các vụ nổ hạt nhân), gần Bordeaux.
Bốn phim âm bản bên trái cho thấy một mô phỏng hiệu năng của Owl, so với các loại kính thiên văn khác. Cú nhảy vọt về chất lượng giữa VLT và Owl tương tự như bước nhảy vọt từ quan sát thiên văn bằng mắt trần sang quan sát thiên văn bằng kính thiên văn Galileo. Hình trên, sơ đồ hoạt động của Owl cho thấy các photon được tiếp nhận bởi gương thứ nhất đường kính 100m sẽ được nối với một gương thứ hai đường kính 25,6m. Hình ảnh thu được, vì bị biến dạng bởi các dòng khí chảy rối, nên sẽ phải được chỉnh bằng một hệ thống quang học thích ứng gồm bốn gương có thể điều chỉnh hình dạng.
TMT và GMT của Mỹ. Đây là hai dự án khác nhau nhận được sự hỗ trợ của nhiều trường đại học và viện khoa học. TMT (trên) sẽ gồm 700 gương hình lục lăng được tổ chức thành một tổng thể đường kính 30m. Từ năm 2015, nó sẽ quan sát bầu trời qua ánh sáng hồng ngoại và ánh sáng nhìn thấy được. GMT (dưới) cổ hơn, với 6 gương nguyên khối mỗi gương 8,4m (bằng kích thước các gương của VLT) được xếp thành hình cánh hoa quanh một gương thứ bảy cùng cỡ, tạo ra một gương có đường kính 25,3m. Hai kính thiên văn này có thể lần ngược thời gian và trở về một thời kỳ ở đó các ngôi sao rất nặng bùng nổ thành các chùm supernovae, giống như N11 trong Đám mây Magellan Lớn (giữa)
Phấn khởi, Philippe Dierickx đến gõ cửa Roberto Gilmozzi. Họ bắt đầu làm việc cùng nhau: ban ngày dành cho việc vận hành VLT, ban đêm dành cho Owl. Sau ba năm "các ý tưởng ngây thơ đầu tiên đã trở thành các mô hình hoàn thiện". Tháng 3 năm 1998, dự án của họ thu được một thành công lớn trong một cuộc gặp quốc tế. Và năm 2000, Đài thiên văn Nam Âu (The European Southern Observatory) đã lập một nhóm làm việc gồm mười người với một khoản ngân sách 1,5 triệu euro. Philippe Dierickx dự báo: "Kể từ năm tới, khi đèn xanh được bật, chúng tôi sẽ khởi động giai đoạn thiết kế cuối cùng".
Giữa thập kỷ tới, nếu mọi việc tiến triển thuận lợi, châu Âu sẽ khánh thành kính thiên văn khổng lồ, lớn ngang với kim tự tháp lớn Kheops. Làm thế nào có thể dựng được một kính thiên văn lớn gấp mười lần các kính thiên văn hiện nay? Liệu một gương đường kính 100m có bị biến dạng dưới sức nặng của chính nó hay không? Làm thế nào để định hướng được một kính khổng lồ như vậy với một độ chính xác cần thiết?
Các nhà nghiên cứu đã tìm ra giải pháp trong một trò chơi điện tử, trò Lego. Phần khung đỡ cũng như gương được tạo thành từ hàng nghìn mảnh "nhỏ" đồng nhất ghép vào nhau, và vận chuyển được bằng các container kích thước chuẩn. Khi phần khung đỡ hoàn thành, sẽ bắt đầu đặt 3048 mảnh gương đường kính 1,6m, tất cả đều cực kỳ đồng nhất.
Theo Scotte Gardell, phụ trách thông tin ở đài thiên văn Palomar (California), đây thực sự là lời thách thức đối với các nhà khoa học của Viện công nghệ và của trường đại học California, những người đã nghĩ ra một dự án siêu khổng lồ mang tên Celt (California Extremely Large Telescope). Được sự phối hợp của Canada và một nhóm các trường đại học Mỹ, các cơ sở này cũng xây dựng một dự án kính thiên văn có "gương khổng lồ phân đoạn". Đó là một gương đường kính 30m, cấu thành từ 738 gương mỗi gương có đường kính 1,2m, dày 45cm. Kết hợp với nhau, các gương này tạo thành một gương duy nhất đường kính 30m. Một sự kết hợp tạo cho nó một khả năng thu lượm ánh sáng cao hơn chín lần đài thiên văn Keck.
span>Nhưng một dự án khổng lồ khác cũng đồng thời xuất hiện trên lục địa Mỹ: GMT (Giant Magellan Telescope). Nói là khổng lồ nhưng so với Owl thì nó còn rất khiêm tốn, với gương đường kính 25m hợp thành từ 7 gương tròn mỗi gương đường kính 8,4m, sáu trong số chúng được xếp thành hình cánh hoa xung quanh gương thứ bảy. Được hỗ trợ bởi một tổ hợp các trường đại học Mỹ, GMT chắc chắn đây là một trong những kính thiên văn hiện đại nhất của ngành thiên văn học. Trong khi đối với hai dự án trên, vấn đề địa điểm vẫn còn bỏ ngỏ, thì người người ta đã biết rằng GMT sẽ được đặt tại cực nam của sa mạc Atacama, Chilê. Hình ảnh đầu tiên dự báo sẽ thu được vào năm 2016.
Tất cả các kính thiên văn thuộc hàng khổng lồ này liệu có giải quyết được hiện tượng khí chảy rối của khí quyển Trái đất, một hiện tượng làm cho chúng suy yếu so với một kính thiên văn không gian như Hubble? James Lequeux, nhà thiên văn ở đài thiên văn Paris-Meudon, nhận xét: "Một kính thiên văn đường kính một mét có khả năng giải quyết về lý thuyết thương đương với kính thiên văn Hubble. Nhưng để đạt được điều đó trên Trái đất, cần phải liên tục điều chỉnh dạng của gương thu nhận theo các dòng khí chảy rối. Để làm được điều này cần phải có một khả năng tính toán ghê gớm, các thuật toán phức tạp, và một sức mạnh tin học mà chúng ta còn chưa có. Chừng nào chúng ta còn chưa có được sức mạnh này, thì chừng ấy một kính thiên văn cực lớn cũng sẽ chẳng có ích gì". Nhưng Roberto Gilmozzi vẫn tin tưởng: "Các tiến bộ của ngành công nghiệp chế tạo dụng cụ quang học và cơ khí làm cho chúng tôi tin rằng Owl có thể được xây dựng trong vòng 15 năm tới".
Vấn đề còn lại cần phải giải quyết là tài chính, vì "tất cả các dự án này mới chỉ đang trong giai đoạn nghiên cứu, chưa một dự án nào có được nguồn tài trợ cho việc triển khai", Fabienne Casoli, của đài thiên văn Paris-Meudon nhận xét. "Các kính thiên văn này sẽ phải tốn 600 triệu đến 1 tỷ euro. Cái giá đó không quá đắt, chỉ tương đương với giá của một chương trình không gian, kể cả giá phóng". Và chắc chắn đó là lợi thế chính của các đài thiên văn mặt đất. Vì các kính thiên văn không gian, như Hubble và kính thiên văn tương lai kế nhiệm nó, James Web Space Telescope, sẽ vẫn phải bằng lòng trong một thời gian dài với các gương nhỏ, cực kỳ tốn kém trong việc phóng và duy trì trên quỹ đạo.
Một giải pháp hay thực sự - nhưng không đơn giản và cũng không rẻ- phải chăng là lắp đắt Owl trên Mặt trăng? Roberto Gilmozzi đã nghĩ tới điều đó. Trong một cuộc hội thảo gần đây, ông đã thuyết trình ý tưởng của mình về một căn cứ trên Mặt trăng, một giải pháp giúp chúng ta "thoát khỏi vĩnh viễn các vấn đề về khí chảy rối và thời tiết". Một cửa sổ mới cần được mở cho giấc mơ khôn nguôi này.
Rẻ hơn. Dự án kính thiên văn phản xạ hình trụ của Úc đáp ứng được mong muốn giảm chi phí: |
Vì vậy, Gilmozzi và các bạn của ông đã tính toán kích thước lý tưởng của một dụng cụ quan sát ngang tầm với các tham vọng thăm dò: đường kính 100m! Một giấc mơ ngày nay được cụ thể hóa và được đưa vào dự án Owl. Kính thiên văn Over Whelmingly Large, owl trong tiếng Anh gợi đến đôi mắt to của chim cú, sẽ "làm thay đổi căn bản ngành thiên văn như việc sáng chế ra kính thiên văn đã tạo ra cuộc cách mạng thiên văn cách đây 4 thế kỷ". Trước khi kết thúc thập kỷ thứ hai của thế kỷ 21, kính thiên văn khổng lồ này sẽ thống trị sân khấu khoa học với một gương đường kính từ 60-100m. Nó sẽ được sự trợ giúp của hai dự án kính thiên văn của Mỹ quy mô nhỏ hơn, TMT (30m) và GMT (25m). Chỉ có con ngươi cực lớn của Owl mới có thể phát hiện được trong Thiên hà các hành tinh anh em của Trái đất và mới nhìn xuyên qua tấm màn khí quyển của chúng, để tìm nước, mêtan, ôxy, và cả diệp lục..., các yếu tố cần thiết cho mọi dạng sự sống ngoài Trái đất.
Ba kính thiên văn khổng lồ sẽ có thể cùng nhau lần ngược thời gian vũ trụ, đi tìm các vật đầu tiên sinh ra ngay sau Big Bang. Thế giới mà chúng ta sẽ khám phá ở rìa của vũ trụ có thể sẽ không giống với những gì mà chúng ta đang biết: các ngôi sao khổng lồ nổ thành các chùm kỳ dị, các thiên thể cô đơn hoặc các chùm sao sẵn sàng sinh ra các thiên hà tương lai. Các đài thiên văn mặt đất đã sẵn sàng vào cuộc cạnh tranh với các kính thiên văn không gian. Tuy nhiên, Annie Baglin của đài thiên văn Paris-Meudon, chủ dự án Corot nghiên cứu các hành tinh đá trong Thiên hà, nhấn mạnh: "Trên thực tế, sẽ không có cạnh tranh thực sự giữa các đài thiên văn mặt đất và không gian. Vì, mặc dù có cùng mục đích, nhưng chúng sẽ không tìm các vật giống nhau ở những khu vực giống nhau".
Một kỷ nguyên mới đang mở ra đối với quan sát thiên văn. Roberto Gilmozzi giải thích: "Trong lịch sử kính thiên văn, cứ khoảng bốn mươi năm đường kính của gương lại tăng lên gấp đôi, và điều này đúng kể từ Galileo cho tới tận VLT. Nhưng với dự án gương 100m của chúng tôi, con số này phải nhân lên với mười!" Năm 1996, Robert Gilmozzi công bố các tư biện của mình trong một bài báo tựa khoa học viễn tưởng. Nghiên cứu này đã đến tay Philippe Dierickx, phụ trách việc dựng các kính của VLT. Vốn là người thực dụng, kỹ sư người Bỉ này ban đầu tin rằng đây là một chuyện tầm phào. Ông muốn chia sẻ thông tin này với các đồng nghiệp của mình tại công ty Reosc, chịu trách nhiệm đánh bóng bốn gương đường kính 8m của VLT. Nhưng các kỹ sư thiết kế quang học không cười. Họ còn đưa ra các giải pháp xuất phát trực tiếp từ các công nghệ được áp dụng cho dự án công nghệ lớn của Laser mégajoule (phỏng các vụ nổ hạt nhân), gần Bordeaux.
 |
Bốn phim âm bản bên trái cho thấy một mô phỏng hiệu năng của Owl, so với các loại kính thiên văn khác. Cú nhảy vọt về chất lượng giữa VLT và Owl tương tự như bước nhảy vọt từ quan sát thiên văn bằng mắt trần sang quan sát thiên văn bằng kính thiên văn Galileo. Hình trên, sơ đồ hoạt động của Owl cho thấy các photon được tiếp nhận bởi gương thứ nhất đường kính 100m sẽ được nối với một gương thứ hai đường kính 25,6m. Hình ảnh thu được, vì bị biến dạng bởi các dòng khí chảy rối, nên sẽ phải được chỉnh bằng một hệ thống quang học thích ứng gồm bốn gương có thể điều chỉnh hình dạng.
 |  |
 |
Phấn khởi, Philippe Dierickx đến gõ cửa Roberto Gilmozzi. Họ bắt đầu làm việc cùng nhau: ban ngày dành cho việc vận hành VLT, ban đêm dành cho Owl. Sau ba năm "các ý tưởng ngây thơ đầu tiên đã trở thành các mô hình hoàn thiện". Tháng 3 năm 1998, dự án của họ thu được một thành công lớn trong một cuộc gặp quốc tế. Và năm 2000, Đài thiên văn Nam Âu (The European Southern Observatory) đã lập một nhóm làm việc gồm mười người với một khoản ngân sách 1,5 triệu euro. Philippe Dierickx dự báo: "Kể từ năm tới, khi đèn xanh được bật, chúng tôi sẽ khởi động giai đoạn thiết kế cuối cùng".
Giữa thập kỷ tới, nếu mọi việc tiến triển thuận lợi, châu Âu sẽ khánh thành kính thiên văn khổng lồ, lớn ngang với kim tự tháp lớn Kheops. Làm thế nào có thể dựng được một kính thiên văn lớn gấp mười lần các kính thiên văn hiện nay? Liệu một gương đường kính 100m có bị biến dạng dưới sức nặng của chính nó hay không? Làm thế nào để định hướng được một kính khổng lồ như vậy với một độ chính xác cần thiết?
Các nhà nghiên cứu đã tìm ra giải pháp trong một trò chơi điện tử, trò Lego. Phần khung đỡ cũng như gương được tạo thành từ hàng nghìn mảnh "nhỏ" đồng nhất ghép vào nhau, và vận chuyển được bằng các container kích thước chuẩn. Khi phần khung đỡ hoàn thành, sẽ bắt đầu đặt 3048 mảnh gương đường kính 1,6m, tất cả đều cực kỳ đồng nhất.
Theo Scotte Gardell, phụ trách thông tin ở đài thiên văn Palomar (California), đây thực sự là lời thách thức đối với các nhà khoa học của Viện công nghệ và của trường đại học California, những người đã nghĩ ra một dự án siêu khổng lồ mang tên Celt (California Extremely Large Telescope). Được sự phối hợp của Canada và một nhóm các trường đại học Mỹ, các cơ sở này cũng xây dựng một dự án kính thiên văn có "gương khổng lồ phân đoạn". Đó là một gương đường kính 30m, cấu thành từ 738 gương mỗi gương có đường kính 1,2m, dày 45cm. Kết hợp với nhau, các gương này tạo thành một gương duy nhất đường kính 30m. Một sự kết hợp tạo cho nó một khả năng thu lượm ánh sáng cao hơn chín lần đài thiên văn Keck.
50 triệu máy thu. Dự án châu Âu Thea (Thousand Element Array) cần hơn 50 triệu bộ |
 Chuỗi chùm. Thay vì lắp đặt các kính phản xạ hình parabol, Mỹ và Ấn Độ đưa ra các chùm 4400 ăngten parabol nhỏ đường kính 12m, được sản xuất hàng loạt để hạ giá thành. 2200 các parabol này được tập trung trong một vòng tròn đường kính 5km, 1100 đặt trong vòng tròn đường kính 150km, số còn lại trải dài trên 300km. |
Tất cả các kính thiên văn thuộc hàng khổng lồ này liệu có giải quyết được hiện tượng khí chảy rối của khí quyển Trái đất, một hiện tượng làm cho chúng suy yếu so với một kính thiên văn không gian như Hubble? James Lequeux, nhà thiên văn ở đài thiên văn Paris-Meudon, nhận xét: "Một kính thiên văn đường kính một mét có khả năng giải quyết về lý thuyết thương đương với kính thiên văn Hubble. Nhưng để đạt được điều đó trên Trái đất, cần phải liên tục điều chỉnh dạng của gương thu nhận theo các dòng khí chảy rối. Để làm được điều này cần phải có một khả năng tính toán ghê gớm, các thuật toán phức tạp, và một sức mạnh tin học mà chúng ta còn chưa có. Chừng nào chúng ta còn chưa có được sức mạnh này, thì chừng ấy một kính thiên văn cực lớn cũng sẽ chẳng có ích gì". Nhưng Roberto Gilmozzi vẫn tin tưởng: "Các tiến bộ của ngành công nghiệp chế tạo dụng cụ quang học và cơ khí làm cho chúng tôi tin rằng Owl có thể được xây dựng trong vòng 15 năm tới".
Vấn đề còn lại cần phải giải quyết là tài chính, vì "tất cả các dự án này mới chỉ đang trong giai đoạn nghiên cứu, chưa một dự án nào có được nguồn tài trợ cho việc triển khai", Fabienne Casoli, của đài thiên văn Paris-Meudon nhận xét. "Các kính thiên văn này sẽ phải tốn 600 triệu đến 1 tỷ euro. Cái giá đó không quá đắt, chỉ tương đương với giá của một chương trình không gian, kể cả giá phóng". Và chắc chắn đó là lợi thế chính của các đài thiên văn mặt đất. Vì các kính thiên văn không gian, như Hubble và kính thiên văn tương lai kế nhiệm nó, James Web Space Telescope, sẽ vẫn phải bằng lòng trong một thời gian dài với các gương nhỏ, cực kỳ tốn kém trong việc phóng và duy trì trên quỹ đạo.
 Một con mắt đường kính 100m. Một kỳ tích công nghệ: 3048 mảnh gương đường kính 1,6m sẽ được ráp với nhau để tạo thành một gương phẳng |
Quốc Khang
Dịch từ Sciences et Avenir
Dịch từ Sciences et Avenir