Sự ra đời của Hubble
Trước khi kính Hubble ra đời, tầm nhìn của con người tới không gian vũ trụ luôn bị giới hạn bởi bầu khí quyển Trái đất. Khi nhìn lên bầu trời đêm, chúng ta thấy các ngôi sao đang tỏa sáng lấp lánh, tức là chúng đang bị ảnh hưởng bởi các lớp khí quyển, khiến ánh sáng từ các ngôi sao bị biến dạng, tạo ra hình ảnh không chính xác. Mọi nỗ lực của khoa học để có những kính viễn vọng xa hơn, thấu kính lớn hơn, rõ nét hơn đều là chưa đủ chừng nào vẫn còn lớp khí quyển đó. Lớp khí quyển ấy bảo vệ các sinh vật trên Trái đất khỏi những tia bức xạ nguy hiểm nhưng đồng thời ngăn con người quan sát và nghiên cứu vũ trụ sâu hơn.
Ý tưởng về một trạm quan sát nằm ngoài vũ trụ đã được học giả người Đức Hermann Oberth trình bày hồi năm 1923. Quan điểm này được nhà thiên văn học người Mỹ Lyman Spitzer tiếp tục phát triển và giới thiệu vào những năm 40 thế kỷ trước. Các nghiên cứu của Spitzer được trình bày một cách có hệ thống, xuyên suốt sự nghiệp, thuyết phục giới học giả và sau này được xem là nền tảng lý luận cho sự ra đời của kính viễn vọng không gian Hubble.
Việc Liên Xô (trước đây) phóng thành công vệ tinh Sputnik vào năm 1957 đã thúc đẩy Mỹ phải nỗ lực hơn trên hành trình tiến vào vũ trụ. Trong thập niên 60 thế kỷ 20, Mỹ và Anh đã lần lượt phóng lên vũ trụ những kính viễn vọng quay quanh quỹ đạo Trái đất. Thời gian tồn tại dài hơn dự kiến và hình ảnh sắc nét thu được từ các dự án này đã củng cố quyết tâm của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) cùng Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA).
Năm 1968, NASA tiến thêm một bước khi triển khai dự án Kính thiên văn vũ trụ quỹ đạo lớn (LST), thứ sau này sẽ mang tên Kính viễn vọng không gian Hubble, đặt theo tên học giả người Mỹ Edwin Hubble, một trong những nhà thiên văn học vĩ đại nhất thế kỷ 20.
Thời gian dự kiến phóng ban đầu của Hubble là năm 1979. Tuy nhiên, hàng loạt khó khăn cả về phương diện kỹ thuật lẫn tài chính đã khiến dự án phải kéo dài thời gian. Việc cắt giảm chi tiêu công ở Mỹ thập niên 70 buộc NASA phải hợp tác sâu rộng hơn với châu Âu. Họ cũng phải điều chỉnh đường kính của Hubble đồng thời tính toán tới vai trò của tàu con thoi trong việc vận hành dài hạn.
Khi hoàn thiện, kính viễn vọng không gian Hubble là một ống kính khổng lồ được đặt trong một tàu vũ trụ. Kính Hubble có 5 thiết bị chụp hình chính, cộng thêm rất nhiều máy móc hỗ trợ. Kính thiên văn trên tàu được đặt ở một vị trí khiến nó không bị ảnh hưởng bởi ánh sáng mặt trời và bầu khí quyển Trái đất. Hubble được thiết kế để quay quanh Trái đất và cách mặt đất 550 km.
Điểm đặc biệt của kính Hubble là có thể hoạt động độc lập và được sửa chữa định kỳ bởi con người. Người Mỹ ban đầu kỳ vọng Hubble sẽ duy trì hoạt động trong khoảng 15 năm. Thực tế tới nay, Hubble đã 35 tuổi. Ngày 24/4/1990, tàu con thoi Discovery cất cánh từ Trái đất, mang theo Kính viễn vọng không gian Hubble. Chỉ một ngày sau, kính viễn vọng đã được đặt ổn định vào quỹ đạo, bắt đầu trở thành “Đôi mắt thần của loài người nhìn vào vũ trụ”.
Thách thức và thành tựu
Trong vài tuần sau khi bắt đầu sứ mệnh, kính Hubble lập tức gặp vấn đề với hệ thống quang học. Những hình ảnh đầu tiên được gửi về mang tới chất lượng tốt hơn các kính thiên văn trên mặt đất, nhưng mờ hơn đáng kể so kỳ vọng của NASA.
Phân tích cho thấy gương chính của Hubble có một lỗi quang sai rất nhỏ, chỉ bằng 2,2 micron, tương đương khoảng 1/50 độ dày sợi tóc con người. May cho NASA vì họ đã thiết kế để kính Hubble có thể được sửa chữa định kỳ. Tháng 12/1993, tàu Endeavour được phóng lên quỹ đạo, tiếp cận Hubble với sứ mệnh sửa chữa kéo dài trong 10 ngày. Các nhà khoa học - phi hành gia đã đi bộ ngoài không gian, trực tiếp thay mới, lắp đặt và nâng cấp nhiều chi tiết của Hubble.
Nhiệm vụ thành công rực rỡ, những hình ảnh tiếp theo được gửi về Trái đất đã khiến giới học giả kinh ngạc. Chúng có độ sắc nét tốt nhất từ trước tới nay, mang tới hình ảnh rõ ràng về những thiên hà xa xôi mà loài người chưa từng biết tới.
Từ đó tới nay, Hubble đã được bảo dưỡng tổng cộng 5 lần, giúp nó tiếp tục duy trì vị thế “Đôi mắt của nhân loại”, đài quan sát vũ trụ tiên tiến nhất mà loài người sở hữu suốt một thời gian dài. Nó không chỉ có khả năng quan sát, chụp hình mà còn phân tích được các tia cực tím, một số tia hồng ngoại, giúp loài người giải đáp nhiều thắc mắc lớn về vũ trụ.
Song song với quá trình bảo dưỡng, Hubble cũng tiến hành các dự án nhìn sâu hơn vào dòng thời gian và không gian vũ trụ. Các dự án vào năm 1995, 2004 và 2012 đã nhìn sâu vào quá khứ khi vũ trụ mới khoảng 1 tỷ năm tuổi, góp phần mở rộng đáng kể hiểu biết của loài người về buổi sơ khai của vũ trụ.
Trước đó vào năm 1920, Edwin Hubble đã chứng minh giả thuyết vũ trụ đang giãn nở không ngừng, dẫn tới thuyết Vụ nổ lớn (Big bang) mà ngày nay được số đông giới khoa học đồng tình. Gần 100 năm sau, chiếc kính viễn vọng không gian mang tên ông đã củng cố thêm giả thuyết này bằng các phép đo chính xác hơn. Các hiểu biết mới của loài người về năng lượng tối, lỗ đen, sự hình thành và biến mất của các ngôi sao... cũng tới từ thông tin mà Hubble mang lại.
Với riêng hệ mặt trời, Hubble tỏ rõ năng lực vượt trội với quá trình quan sát kéo dài hơn 30 năm. Nó đã cung cấp cho NASA vô số thông tin quan trọng về những hoạt động trong nội bộ hệ mặt trời, ghi chép về những vật thể đến và đi, các sao chổi, va chạm giữa các tiểu cầu nhỏ. Dữ liệu về Đốm đỏ lớn (cơn bão trên bề mặt sao Mộc, đã tồn tại hơn 300 năm, đường kính đủ lớn để chứa bên trong ba quả địa cầu), vành đai quanh sao Thổ, sự thay đổi các mùa ở sao Thiên Vương hay va chạm của sao chổi Shoemaker-Levy 9 với sao Mộc là một vài thành tựu quan sát lớn của Hubble.
Thú vị hơn, Hubble có thể giúp loài người thật sự tìm kiếm các thế giới của người ngoài hành tinh. Hãy tưởng tượng bạn đang chụp ảnh hoàng hôn, ánh sáng của mặt trời sẽ chiếu qua bầu khí quyển Trái đất, mang theo thông tin của khí quyển đó, đi vào máy ảnh của bạn. Hubble cũng có thể hoạt động theo cách tương tự. Nó đo được quang phổ ánh sáng đi qua khí quyển của những ngoại hành tinh xa xôi, từ đó xác định được thành phần bầu khí quyển.
Kính viễn vọng không gian Hubble đã thực hiện quá trình kiểm tra ấy trên 100 hành tinh trong 20 năm qua, xác định được nhiều nguyên tố cơ bản cho sự sống như natri, kali, hơi nước, oxit... ở một số hành tinh. Nếu không có Hubble, môi trường, khí hậu của nhiều tinh cầu vẫn sẽ là một bí ẩn chưa thể giải mã với nhân loại.
Tương lai hậu Hubble
Do chương trình tàu con thoi của Mỹ đã ngừng hoạt động từ năm 2011, NASA hiện không còn phương tiện để bảo trì và nâng cấp kính viễn vọng Hubble. Do quay quanh bề mặt Trái đất, quỹ đạo của Hubble sẽ bị ảnh hưởng theo thời gian. Các nhà khoa học tính toán kính viễn vọng này sẽ rơi xuống khí quyển Trái đất trong 20 năm nữa nếu không được tăng tốc trở lại.
Cùng thời điểm đó, nhân loại đã chuẩn bị cho những phương án kế cận Hubble. Kính viễn vọng James Webb được coi là kế nhiệm của Hubble, có ống kính rộng gấp 5 lần Hubble, tổng giá thành sản xuất tầm 10 tỷ USD và mạnh hơn Hubble ở nhiều phương diện. Khác với Hubble vốn chỉ quay quanh bầu khí quyển, kính Webb cách Trái đất tới 1,5 triệu km và quay quanh mặt trời. Kính viễn vọng thế hệ mới này được phóng lên quỹ đạo từ năm 2021 và hiện hoạt động song song với kính Hubble.
Kính James Webb một lần nữa là thành tựu hợp tác của NASA, ESA và thêm cả Cơ quan Vũ trụ Canada. Kỳ vọng dành cho nó là nhìn sâu hơn vào quá khứ, khám phá các giai đoạn cổ xưa, trong đó có cả thời kỳ vụ nổ Big Bang cách đây hơn 13 tỷ năm.
Xa hơn nữa, kính viễn vọng Euclid của châu Âu đã được phóng lên từ năm 2023, Nancy Grace Roman của NASA cũng dự kiến phóng vào năm 2027. Sự xuất hiện của một loạt “đôi mắt thần” mới sẽ từng bước giảm bớt vai trò của Hubble trong tương lai. Dù vậy, nó vẫn là sự tự hào vì những tháng năm lịch sử và vô số đóng góp lớn lao cho hành trình khám phá vũ trụ của loài người.
