Hoạt động và nghiên cứu khoa học cho sự phát triển thiên văn học
Thiên văn học là một ngành khoa học lâu đời đã giúp nhân loại tìm hiểu vị trí của mình trong vũ trụ. Ngày nay, các nhà thiên văn dùng những định luật vật lí, hoá học và toán học để nghiên cứu những hiện tượng quan sát thấy trên bầu trời. Họ sử dụng những kính thiên văn quang học lớn tới 10 mét và những ăngten khổng lồ có kích thước hàng trăm mét (kính thiên văn vô tuyến) để quan sát những thiên thể xa xôi. Trong thời gian gần đây, qua các phương tiện thông tin đại chúng, chúng ta đã được theo dõi những cuộc thám hiểm các hành tinh trong hệ mặt trời bằng những trạm quan sát tự động đổ bộ hẳn xuống bề mặt các thiên thể. Mồng 4 tháng 7 năm 2005, phi thuyền Deep Impact của NASA đã phóng một trạm tự động lao thẳng như một viên đạn vào sao chổi Temple 1 để quan sát vật chất trong lõi sao bắn ra ngoài. Sao chổi được hình thành cùng với trái đất cách đây hơn 4 tỉ năm, nhưng vẫn giữ nguyên vẹn tính chất nguyên thủy. Quan sát sao chổi có thể cung cấp những thông tin liên quan đến sự hình thành trái đất.
Vốn là một nhà thiên văn công tác tại Đài Thiên văn Paris, nôi của nền văn minh khoa học Pháp, tôi đã tham gia vào công trình nghiên cứu vũ trụ cùng cộng đồng các nhà thiên văn trên thế giới. Trong vũ trụ, mỗi loại thiên thể phát ra một loại bức xạ, tùy theo điều kiện lí-hoá. Công trình khoa học của tôi là nghiên cứu những bức xạ vũ trụ và phát hiện những nguyên tố hóa học có khả năng dẫn đến sự sống trong Dải Ngân hà và trên trái đất. Sử dụng những kính thiên văn đặt trên mặt đất và phóng vào không gian hoạt động trên những bước sóng vô tuyến và hồng ngoại, cùng những mô hình lí thuyết, tôi đã nghiên cứu điều kiện lí-hoá trong những thiên hà và quá trình sinh tử của những ngôi sao trong Dải Ngân hà. Rất nhiều phân tử đã được phát hiện trong Ngân hà trong đó có những phân tử hữu cơ, một số là mẩu của những axit amin. Phân tử axit amin là những chất hữu cơ, thành phần cơ bản của protêin (chất đạm) cần thiết cho sự sống. Có giả thuyết cho rằng từ thời xa xưa, sao chổi đã gieo rắc mầm mống của sự sống trên trái đất. Sự phát hiện những mẩu axit amin đã thúc dục tôi săn tìm phân tử glycine trong Ngân hà, vì glycine là phân tử axit amin tiêu biểu đơn giản nhất. Cùng hai đồng nghiệp Pháp, chúng tôi đã sử dụng một kính thiên văn vô tuyến hiện đại của Viện Thiên văn Vô tuyến Pháp-Đức, được trang bị những phổ kế và máy thu tín hiệu có độ nhậy cao, xây trên một đỉnh của dãy núi Sierra Nevada ở miền nam nước Tây Ban Nha. Mục tiêu quan sát là tinh vân Lạp Hộ, nôi của những ngôi sao mới được hình thành và có tiếng là chứa nhiều loại phân tử. Kết quả là có rất nhiều vạch phân tử hữu cơ hiện lên trong phổ, nhưng những vạch phổ của phân tử glycine không xuất hiện. Có khả năng là những vạch phổ glycine quá yếu, nên bị các vạch của những chất hóa học khác che lấp.
Sự tìm kiếm axit amin trong Ngân hà là một đề tài ưa chuộng vì liên quan đến sự sống. Các nhà khoa học thường đặt câu hỏi: liệu chúng ta sống hoàn toàn cô độc trong vũ trụ, hay còn có những nền văn minh sinh sống trên những hành tinh khác? Sự tìm kiếm những nền văn minh ở bên ngoài trái đất rất là nan giải. Giả thử có những nền văn minh trên hành tinh nào đó của một hệ sao trong Ngân hà đã đạt được trình độ kĩ thuật cao, ít nhất bằng trình độ của loài người trên trái đất hiện nay. Họ có thể phát những tín hiệu vô tuyến để liên lạc với những nền văn minh khác trong Ngân hà. Nhưng vì khoảng cách giữa những hệ sao rất lớn, nên phải đợi hàng vạn năm mới hi vọng có hồi âm. Sự phát hiện những hoá chất và sự săn tìm axit amin trong Ngân hà là bước mở đầu trong công việc tìm kiếm sự sống trong vũ trụ. Hiện nay vẫn có những nhà thiên văn đang tiếp tục quan sát nhằm phát hiện glycine trong Ngân hà.
Những thiên hà và những ngôi sao phát ra ánh sáng mà ta nhìn thấy là những thiên thể đang ở tuổi trung niên. Những ngôi sao già đã hao mòn vật chất và những ngôi sao cùng những thiên hà sơ sinh không đủ năng lượng để phát ra ánh sáng, nên chỉ phát chủ yếu bức xạ hồng ngọai. Bởi vì khí quyển trái đất hấp thụ bức xạ hồng ngọai, nên các nhà thiên văn phải phóng vệ tinh ra hẳn bên ngoài không gian trái đất để quan sát những loại thiên thể này. Tôi là thành viên của Ủy ban Quốc tế tham gia thực hiện đề án của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (European Space Agency) để phóng vệ tinh hồng ngoại ISO (Infrared Space Observatory). Sau 10 năm chuẩn bị, vệ tinh ISO đã được phóng bằng một tên lửa Ariane ngày 17 tháng 11 năm 1995. Các máy điện tử thu tín hiệu được ướp lạnh trong một bình chứa hêli lỏng để giữ thiết bị ở nhiệt độ 4 độ Kelvin (-269 độ Celsius), nhằm giảm đến mức tối thiểu tiếng ồn của máy thu và tăng độ nhậy của kính. Vệ tinh ISO chứa đủ hêli để hoạt động trong hai năm rưỡi. Nhiều số liệu hiện vẫn còn đang được khai thác. Trong số những kết quả đáng chú ý, chúng tôi đã phát hiện là Ngân hà chứa rất nhiều hơi nước phun ra bởi những ngôi sao trong những luồng gió có tốc độ hàng vạn kilomet/giờ. Chúng tôi tìm hiểu được cơ chế khuếch đại các bức xạ vô tuyến phát ra từ những ngôi sao, tương tự như những tia laze trong phòng thí nghiệm. Trong phổ của những ngôi sao có cả dấu vết của những vụn đá quý như hồng ngọc, bám vào những hạt bụi. Những thiên hà xa xôi đang hình thành cũng được phát hiện để nghiên cứu vũ trụ ở trạng thái nguyên thủy.
Một số kết quả trong lĩnh vực thiên văn
Quan niệm cho rằng trong vũ trụ bao la chẳng lẽ chỉ có sự sống trên hành tinh trái đất, đã thúc dục các nhà thiên văn tìm kiếm những thế giới khác. Những trạm tự động đã được phóng để thám hiểm trực tiếp những hành tinh có khả năng có sự sống như hành tinh Hoả và vệ tinh Titan của hành tinh Thổ. Cho tới nay, chưa có bằng chứng cụ thể nào chứng minh được là trên những thiên thể này có sự sống, dù chỉ dưới dạng vi sinh vật. Hoả và Titan nằm trong hệ mặt trời, nên là những mục tiêu tương đối gần trái đất. Sự sống chỉ có thể tồn tại trên những hành tinh có điều kiện lí-hoá thích hợp, chủ yếu là sự hiện diện của nước. Trong Ngân hà có đến hàng trăm tỉ ngôi sao và hành tinh, nên sự phát hiện những hành tinh tương tự như trái đất ở hẳn bên ngoài hệ mặt trời là điều kiện tiên quyết cho công việc tìm kiếm sự sống trong vũ trụ. Tuy nhiên sự phát hiện những hành tinh bên ngoài hệ mặt trời là vấn đề nan giải. Hãy tưởng tượng ta bay được đến ngôi sao gần nhất, với tốc độ ánh sáng ta cũng phải để ra khoảng 4 năm mới tới đích. Khi ngoảnh lại ngắm hệ mặt trời, ta chỉ nhìn thấy mặt trời nhỏ như muôn vàn ngôi sao khác và không nhìn thấy trái đất và những hành tinh quay xung quanh. Lí do là vì ánh sáng của những hành tinh chỉ yếu bằng một tỉ lần ánh sáng của mặt trời và của những ngôi sao bình thường. Muốn phát hiện hành tinh trong những hệ sao, cũng giống như muốn đứng từ Vũng Tàu để nhìn thấy được một con đom đóm bay bên cạnh một ngọn hải đăng sáng chói ở tận cảng Hải Phòng! Các nhà thiên văn đang có dự án sử dụng những kính thiên văn hiện đại lớn và phóng những trạm tự động để phát hiện những hành tinh ở bên ngoài hệ mặt trời và xác định những thành phần hoá học trong khí quyển có khả năng nuôi dưỡng sự sống.
Ánh sáng và tín hiệu vô tuyến của các thiên thể càng ở xa trong vũ trụ càng mất nhiều thời gian đề truyền tới trái đất. Do đó, quan sát sâu trong vũ trụ tức là đi ngược thời gian để tìm hiểu những sự kiện xẩy ra từ những thời điểm xa xưa, khi vũ trụ hãy còn non trẻ. Sử dụng những kính thiên văn khổng lồ và những mô hình lí thuyết chạy trong những siêu máy tính điện tử, các nhà thiên văn phỏng đoán được những sự kiện thiên văn xẩy ra từ những giai đoạn tiến hoá ban đầu, khi vũ trụ chỉ nhỏ bằng hàng trăm lần vũ trụ hiện nay.
Gần như hầu hết các nhà khoa học đã nhất trí cho rằng vũ trụ sinh ra từ vụ nổ Big Bang, cách đây khoảng 14 tỉ năm. Những quan sát thiên văn cùng những lí thuyết vật lí mới nhất đã đẫn đến những kết quả thật là bất ngờ. Chúng ta sống trong một vũ trụ chứa tới 70 phần trăm năng lượng, chỉ có 30 phần trăm năng lượng còn lại là dưới dạng vật chất mà đa phần lại là “vật chất tối” không quan sát thấy. Tất cả vật chất tạo ra những thiên hà và những vì sao mà ta nhìn thấy bằng mắt thường hay qua kính thiên văn, chỉ chiếm 4 phần trăm tổng số năng lượng trong vũ trụ. Tóm lại, đa phần vũ trụ là phi vật chất và vô hình. Vật chất tạo ra các thiên thể lẫn sinh vật và thực vật trên trái đất hóa ra rất hiếm và thuộc vào thành phần 4 phần trăm không đáng kể của vật chất trong vũ trụ. Trong tương lai vũ trụ không những sẽ dãn nở mãi mà còn dãn nở ngày càng nhanh và ngày càng loãng. Hiện tượng này hiện không có ảnh hưởng tới đời sống của nhân loại, vì là một quá trình thiên văn tiến hành rất chậm.
Thiên văn học có ích lợi gì?
Từ thời xa xưa, con người quan sát sự chuyển động của các thiên thể để làm lịch và dự báo mùa. Những ngôi sao trên trời là những mốc chỉ đường cho các nhà hàng hải giữa biển cả mênh mông. Nhờ sự phát triển của ngành cơ học thiên thể dùng những định luật của nhà vật lí Newton để tính toán sự tương tác giữa những thiên thể nên loài người mới phóng được phi thuyền để thám hiểm những hành tinh.
Đối với các nhà khoa học ngày nay, sự tìm hiểu những hiện tượng trong vũ trụ giúp họ thực hiện những cuộc thí nghiệm trên trái đất. Chẳng hạn, mặt trời khống chế được những phản ứng nhiệt hạch, tổng hợp các hạt nhân hidro để tạo ra năng lượng và tồn tại trong một chục tỉ năm. Ngày nào các nhà khoa học khắc phục được kĩ thuật này thì nhân loại sẽ có một nguồn năng lượng lớn vô cùng. Những phản ứng nhiệt hạch giải phóng rất nhiều năng lượng, nhưng chỉ được tiến hành ở nhiệt độ cao ít nhất 100 triệu độ và đòi hỏi những từ trường mạnh bằng hàng vạn lần từ trường trái đất để giam hãm và tập trung hạt nhân. Bởi vì cần phải có những điều kiện vật lí khắc nghiệt như thế, nên tới nay các nhà khoa học mới chỉ thực hiện được những phản ứng nhiệt hạch trong một khoảnh khắc, chưa dẫn đến sự khai thác trên quy mô lớn để phục vụ công nghiệp. Đề án quốc tế ITER xây một lò phản ứng nhiệt hạch thí nghiệm đầu tiên, một loại mặt trời nhân tạo tí hon, dùng nhiên liệu đơteri và triti (cả hai là đồng vị của hidro), đã được chấp nhận. Năng lượng phát ra bởi một kilo nhiên liệu hạt nhân tương đương với năng lượng sản xuất bởi một vạn tấn than.
Ngoài những đề tài nghiên cứu vũ trụ xa xôi, thiên văn học còn đề cập đến những vấn đề liên quan đến môi trường trái đất. Kĩ thuật dùng trong ngành thiên văn có thể được áp dụng trong công việc bảo vệ môi trường. Những vệ tinh nhân tạo và khinh khí cầu được phóng lên không gian để thăm dò khí quyển trái đất, nhằm cung cấp số liệu cần thiết cho những mô hình dự báo thời tiết và khí hậu. Mật độ của khí thải cacbonic CO2 và mêtan CH4 gây ra hiệu ứng nhà kính hun nóng khí quyển trái đất và của tầng ôdôn O3 ngăn chặn những tia tử ngoại (ánh sáng cực tím) độc hại của mặt trời, có thể được khảo sát bằng những thiết bị vô tuyến và hồng ngoại trang bị phổ kế. Cùng với những mô hình bao gồm hàng trăm phản ứng hoá học chạy trong siêu máy tính, những số liệu quan sát giúp các nhà khoa học tiên đoán sự diễn biến của khí hậu, có khả năng đang đi vào giai đoạn ngày càng nóng nực. Đợt nóng tháng 8 năm 2003 tại một số nước vùng Tây Âu, làm một vạn rưởi người thiệt mạng riêng tại nước Pháp và những vụ hạn hán và lũ lụt ở đây đó, có thể tái diễn thường xuyên trong tương lai, nếu không có những biện pháp hạn chế sự tiêu thụ nhiên liệu hoá thạch gây ra hiệu ứng nhà kính.
Kỹ thuật quang học hiện đại làm kính thiên văn để quan sát được thật rõ các thiên thể đang được sử dụng trong ngành y học, nhằm phát hiện những vết thương trong võng mạc mắt.
Những đóng góp vào sự phát triển thiên văn học tại Việt
Thiên văn học là một ngành khoa học cơ bản đa ngành, liên quan đến nhiều lĩnh vực khoa học, như vật lí, hoá học, toán học, sinh học và các ngành kĩ thuật, đặc biệt là ngành điện tử. Những kính thiên văn quang học và vô tuyến cùng những máy thu tín hiệu được chế tạo bằng những kĩ thuật tiên tiến, nên đòi hỏi nhiều kinh phí. Ngành thiên văn hầu như chỉ được phát triển ở những nước có nhiều khả năng về mặt kinh tế. Sự phát triển ngành khoa học thiên văn là một công trình lâu dài. Tuy nhiên, tôi thiết nghĩ có những biện pháp có thể thực hiện ngay từ bây giờ, nếu trong tương lai nước ta muốn tham gia vào công trình chinh phục vũ trụ cùng cộng đồng các nhà thiên văn trên thế giới.
Điều cần thiết là đào tạo một đội ngũ chuyên gia để tiếp cận với những kĩ thuật thiên văn hiện đại. Sinh viên tốt nghiệp các trường đại học trong nước đã sang Đài Thiên văn Paris, nơi tôi công tác, để theo học các khoá thiên văn và thực tập. Một số đã có bằng tiến sĩ và đã trở về nước công tác. Nhưng vì không có điều kiện kĩ thuật thuận lợi, không có đồng nghiệp để cộng tác và không có hậu thuẫn khuyến khích, nên họ lại ra nước ngoài tiếp tục công trình nghiên cứu để duy trì và trau dồi kiến thức. Tình trạng này có thể cũng là tình trạng chung của các chuyên gia trong nước vừa mới tốt nghiệp trong các ngành khoa học khác. Dù sao, họ cũng là những đội ngũ có tiềm năng, sẵn sàng trở về nước đóng góp, nếu chúng ta tạo điều kiện thu hút họ. Nhiều chuyên gia Việt kiều có kinh nghiệm, hiện đang công tác tại các cơ quan nghiên cứu nước ngoài, cũng sẵn sàng đóng góp. Với tinh thần cộng tác hiện đang được phổ biến trong giới các nhà khoa học toàn cầu, các nhà khoa học Việt Nam vẫn có thể thực hiện chương trình nghiên cứu của mình và sử dụng những thiết bị hiện đại tại những cơ quan khoa học nước ngoài.
Ngành thiên văn trong nước chưa được sinh viên ưa thích, vì họ cho rằng sau khi tốt nghiệp sẽ không có việc làm xứng đáng. Do đó, số lượng sinh viên và cán bộ thiên văn vẫn còn quá ít ỏi. Tôi nghĩ hiện nay chưa cần xây những đài thiên văn tốn kém, công việc đầu tiên là đào tạo thêm cán bộ khoa học để có một đội ngũ chuyên gia công tác ở một nơi, cùng trong một bộ môn thiên văn vật lí. Ngày nay, sinh viên tốt nghiệp ngành thiên văn đều có một hành trang vật lí vững chắc. Vũ trụ phải được coi là một phòng thí nghiệm thiên nhiên phong phú mà các nhà khoa học có thể tha hồ sử dụng. Quan niệm coi thiên văn học là một ngành khoa học không thiết thực và xa xỉ, không còn có tính thời sự. Thiên văn học đã tiến những bước khá dài trong vòng nửa thế kỉ nay. Trong những thập niên tới, với thế hệ những kính thiên văn khổng lồ mới được đưa vào hoạt động, chúng ta sẽ được chứng kiến những phát hiện khoa học bất ngờ và thú vị.
Từ năm 1976, tôi thường xuyên về nước để tham gia phát triển ngành thiên văn. Nhật thực toàn phần ngày 24 tháng 10 năm 1995 là dịp để phổ biến rộng rãi thiên văn học trong quần chúng. Tôi đã vận động để có kinh phí của Bộ Ngoại giao Pháp và làm một kính thiên văn vô tuyến mang về nước cùng một số kính quang học. Sau khi dùng kính để hướng dẫn nhân dân quan sát nhật thực ở chân núi Tà Dôn tại Phan Thiết, tôi đã đề nghị tặng Đại học Quốc gia Hà Nội và Đài Phủ Liễn (Kiến An – Hải Phòng) tất cả thiết bị để sinh viên thực tập quan sát bầu trời.
Đài Thiên văn Paris cùng Đại học Pierre-Marie Curie đã kí kết với Đại học Quốc gia Hà Nội một hợp đồng, nhằm tổ chức những khoá học thường xuyên tại Thủ đô để giảng môn thiên văn vật lí và giới thiệu những kĩ thuật điện tử và xử lí hình trên máy tính. Học viên là những cán bộ khoa học của các trường đại học và của các viện khoa học trong nước và những sinh viên khoa lí sắp tốt nghiệp. Trong những khoá học gần đây, chúng tôi đã đưa thêm môn vật lí khí quyển và vật lí môi trường vào chương trình học.
Hội Thiên văn Quốc tế (International Astronomical Union) cũng quan tâm đến sự giúp đỡ phát triển ngành thiên văn tại nước ta và hỗ trợ tổ chức những lớp bổ sung kiến thức thiên văn, dành cho cán bộ của các trường Đại học Sư phạm. Hội Thiên văn Quốc tế đã đề nghị tôi điều phối chương trình giảng dạy. Cùng các giáo sư thiên văn trong nước, các giáo sư Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Huân, Nguyễn Đình Noãn và các giáo sư Mỹ Donat Wentzel và Jay White, chúng tôi hoạt động tích cực để duy trì sự hỗ trợ của Hội Thiên văn Quốc tế.
Chương trình quốc tế đặt tên là HOU (Hands On Universe) đã được thành lập để tạo điều kiện cho học sinh phổ thông và sinh viên đại học toàn cầu, sử dụng qua Internet, một mạng kính thiên văn cỡ nhỏ. Học sinh và sinh viên Việt Nam có thể tham gia để điều khiển những kính thiên văn của họ cùng những kính thiên văn khác trong mạng, hoặc sử dụng số liệu và hình của các thiên thể.
Phổ biến thiên văn học cũng là điều cần thiết để tham gia vào công việc bài trừ mê tín và nâng cao trình độ hiểu biết của quần chúng. Tôi đã viết một số sách xuất bản trong nước để phổ biến thiên văn học. Những đề tài thiên văn phức tạp cũng đã được trình bầy trong một cuốn sách giáo trình song ngữ Việt-Anh cấp đại học mà tôi đã soạn cùng các tác giả Phạm Viết Trinh, Nguyễn Đình Huân, Nguyễn Đình Noãn và Donat Wentzel.
Những nỗ lực từ trước tới nay, nhằm phổ biến ngành thiên văn tại nước ta, đã đạt được kết quả, tuy hãy còn khiêm tốn. Hội thiên văn Việt Nam đã ra đời và mới đây, những câu lạc bộ thiên văn nghiệp dư đã được thành lập và được trang bị những kính thiên văn nhỏ, đủ để hoạt động tích cực, nhằm tiến hành những chương trình quan sát thông thường. Sự đào tạo cán bộ chuyên ngành, sự phổ biến giảng dạy thiên văn cùng sự quan tâm của quần chúng đối với thiên văn học, là bước đầu trong công trình xây dựng nền móng của ngành thiên văn Việt Nam.
GS. Nguyễn Quang Riệu (Pháp)
Last modified 29-06-2006