CON MẮT, CÔNG CỤ CHÍNH CỦA NGƯỜI QUAN SÁT
Tuyệt đại đa số các quan sát mà những người yêu thích thiên văn tiến hành trong các đài quan sát là bằng mắt nhìn. Ngay cả khi chụp ảnh bầu trời sao bằng mảy ảnh đặt lên kính thiên văn có thiết bị hẹn giờ, lâu lâu người quan sát cũng phải ngó vào ống kính để kiểm tra độ chính xác của cần gạt và nếu cần thì phải chỉnh kính thiên văn. Do vậy nên biết cấu tạo của mắt ta, các khả năng thực sự và tiềm ẩn của nó.
Mắt người có thể coi là một dụng cụ quan sát độc đáo mà tạo hóa đã ban tặng cho chúng ta. Không phải ngẫu nhiên mà cấu tạo của máy ảnh tự động hiện đại có nhiều điểm giống với cấu tạo mắt.
“Ống kính” (tức vật kính) của mắt là giác mạc (màng sừng trong suốt phía trước bao bọc con mắt) và thủy tính thể giống như khối thịt đông và đàn hồi được. Do các cơ đặc biệt co và giãn mà thủy tinh thể thay đổi hình dạng (phồng lên hoặc bẹt ra). Kết quả là chúng ta luôn nhìn rõ các vật cần nhìn. Khả năng này được gọi là sự điều tiết của mắt. Tuy nhiên các cơ có thể mỏi mệt, khi đó thì thị giác kém đi. Vì thế khi quan sát không nên căng mắt để nhìn cho rõ vật, mà nên dùng một dụng cụ kính nào đó để nâng cao khả năng nhìn. Cũng nên nhớ rằng khi quan sát các thiên thể thì độ nét của hình ảnh còn phụ thuộc vào tình trạng khí quyển.
Thủy tinh thể cũng như bất kỳ ống kính nào, tạo ra ở thành trong của mắt một hình ảnh lộn ngược, và não biến đổi nó thành ảnh thuận. Nhưng trước khi biến đổi ảnh thành dạng quen thuộc thì cần phải có sự cảm thụ. Việc đó đã có võng mọc (màng lưới) phủ hầu như toàn bộ mặt trong của mắt đảm nhiệm. Nó có cấu trúc mắt lui và gồm hai loại tế bào thần kinh nhạy sáng là tế bào hình que và tế bào hình nón. Các tế bào này cũng giống như các hạt hóa chất phủ lên phàm trong máy ảnh và ghi lại hình ảnh.
Tế bào nón kém nhạy sáng hơn nhưng thông tin về màu truyền lên não phụ thuộc vào nó. Tế bào que thì trái lại, giúp ta nhìn được khi có rất ít ánh sáng trong tối nhưng lại không phân biệt được màu sắc.
Điều này được phản ánh sinh động trong câu ngạn ngữ trong đêm tối tất cả các con mèo đều xám”. Nhưng chưa phải đã hết. Tế bào nón nhạy cảm nhất với ánh sáng xanh lá cây với bước sóng 555 nanômet (nm; 1nm = 10-9 m). Khi độ chói nhỏ, ánh sáng chỉ tác động đến các tế bào que. Khi ấy mức nhạy sáng tối đa của mắt dịch chuyển về phía sóng ngắn, ở bước sóng 510 nm. Sự dịch chuyển này được gọi là hiệu ứng Purkynê. Trên thực tế so hiệu ứng Purkynê khi so sánh hai sao màu sáng như nhau thì sao màu đỏ nom sẽ sáng hơn sao màu xanh lơ. Và ngược lại, trong hai sao yếu thì sao màu xanh lơ có vẻ sáng hơn sao màu đỏ.
Thực tế quan sát nhiều năm cho thấy vào lúc hoàng hôn các sao màu đỏ có vẻ sáng hơn 1- 1,5 cấp sao so với cấp sao thực. Hiện tượng này cũng do hiệu ứng Purkynê gây nên và cần phải tính đến khi quan sát các sao biến quang.
Nhờ các tế bào que mà trong đêm tối xa ánh đèn thành phố con người có thể nhìn thấy trên trời các ngôi sao đến cối 6. Ở vùng núi cao, nơi không khí trong sạch hơn, giới hạn nói trên có thể hạ xuống thêm 1,5 – 2 cấp nữa (tức là tới cấp 8). Tuy nhiên, những kết quả đó chỉ đạt được sau khi mắt đã quen với đêm tối. Ngay sau khi bước ra khỏi phòng có đèn sáng, mắt chỉ phân biệt được những ngôi sao sáng nhất. Sau độ 40 phút mắt đạt đến mức nhạy cảm tối đa, cao gấp 200.000 lần mức ban ngày. Ngoài sự thích nghi với bóng tối mắt còn thích nghi cả với ánh sáng. Sự thích nghi này diễn ra nhanh hơn nhiều: sau khi tăng đột ngột mức độ sáng, độ nhạy của mắt giảm xuống, nhưng chỉ sau 5 - 8 phút nó lại đạt mức thông thường.
Các đặc điểm thị giác nói trên cần xét đến khi dự định quan sát. Đầu tiên nên quan sát các tinh vân yếu, các sao biến quang hoặc sao chổi, còn các thiên thể sáng mạnh như Mặt Trăng, sao Kim, sao Mộc… Nên để sau. Cách làm như vậy giúp ta tránh được các sai sót liên quan đến sự thay đổi quá nhanh tình trạng của mắt (khi quan sát xen kẽ các vật sáng với các vật mờ). Ngoài ra, nó còn giúp ta phần nào không làm quá tải võng mạc.
Các tế bào nón và que phân bố không đều trên bề mặt võng mạc. Ở giữa tập trung nhiều tế bào nón hơn còn tế bào que tập trung ở vùng xung quanh. Điều này tạo ra hiệu ứng thị giác biên: ngôi sao yếu trở nên rõ hơn nếu không nhìn thẳng vào nó, mà nhìn hơi chếch ở góc mắt. Hiệu ứng này thường được tận dụng để quan sát các thiên hà và tinh vân yếu.
Cuối cùng, trên bề mặt võng mạc có hai vùng đặc biệt có các tính chất riêng. Vùng thứ nhất được gọi là điểm mù, vì ở đó chẳng có tế bào que lẫn tế bào nón, tức là tuyệt đối “mù” đối với ánh sáng. Chỗ này là chỗ dây thần kinh thị giác đi vào mắt, nó là mắt xích nối giữa võng mạc và não. Vùng đặc biệt thứ hai có tên gọi là điểm vàng, ở đây chỉ tập trung các tế bào nón. Điểm vàng là nơi các khả năng phân giải lớn nhất của mắt.
Khả năng nhìn tách biệt hai vật gần nhau hoàn toàn do kích thước các tế bào nhạy sáng quyết định. Thật vậy nếu hình ảnh của hai ngôi sao gần nhau mà thủy tinh thể chiếu lên võng mạc rơi vào cùng một tế bào nón hoặc que thì người quan sát dường như chỉ thấy một ngôi sao. Nếu các ảnh đó rơi vào hai tế bào cạnh nhau thì người quan sát sẽ thấy không phải một chấm nữa mà là một vệt dài ra và có thể phán đoán về ảnh kép (đôi) của sao. Biết kích thước các tế bào võng mạc (vài phần nghìn milimet) và tiêu cự của thủy tinh thể (khoảng 25 mm), dễ dàng xác định được khả năng phân giải của mắt: nó gần bằng 1’ tức là 1/30 phần đĩa Mặt Trăng nhìn từ Trái Đất. Hai con mắt cho phép ta nhìn thế giới xung quanh với chiều sâu (hình nổi). Nhờ đó ta có thể phán đoán được kích thước các vật và khoảng cách tới chúng. Tuy nhiên trong trung tâm thị giác ở não sự cảm thụ đến từ một mắt thường chiếm ưu thế so với cảm thụ đến từ mắt kia. Con mắt có ưu thế đó được gọi là con mắt chủ đạo. Cần dùng con mắt này để nhìn vào ống kính thiên văn hoặc các dụng cụ quan sát khác. Xác định con mắt chủ đạo không khó. Cách thử: nhìn bằng hai mắt, nhưng dùng một cây bút chì dựng đứng che ánh đèn thì bóng tối của cây bút chì nhất định sẽ rơi vào con mắt chủ đạo. Điều lý thú là kết quả của thí nghiệm rất đơn giản này không hề phụ thuộc vào số lần thử.
Ngoài tất cả các tính chất nêu trên, có thể bổ sung một tính chất nữa của mắt là khả năng hoàn thiện. Lần đầu tiên qua kính thiên văn quan sát sao Mộc hoặc sao Hỏa, người quan sát có thể thất vọng vì chẳng nhìn thấy trên hình đĩa nhòe một chi tiết nào cả. Nhưng sau vài tháng quan sát có hệ thống anh ta sẽ tự tin tìm ra đa số các chi tiết trên các hành tinh mà kính cho phép phát hiện. Sự chênh lệch tối thiểu trong độ sáng của hai ngôi sao mà một anh “lính mới” có thể phân biệt được chỉ là khoảng 0,5 cấp sao. Nhưng nếu anh ta cần cù quan sát các sao biến quang, thì đến cuối mùa quan sát sự chênh lệch trên giảm xuống còn 0,1 cấp sao!
