KÍNH THIÊN VĂN THẾ HỆ THỨ NHẤT
Cho đến giữa thế kỷ XIX kính thiên văn khúc xạ theo kiểu Phraunhôphơ trở thành công cụ cơ bản để quan sát trong thiên văn học. Do chất lượng quang học cao, lắp đặt thuận tiện, cơ chế đồng hồ cho phép giữ kính thiên văn này liên tục hướng về phía ngôi sao đang quan sát do tính ổn định và không cần phải liên tục hiệu chỉnh, nên nó được các nhà quan sát thiên văn đòi hỏi cao nhất công nhận là công cụ đắc lực. Trông chừng như tương lai của kính thiên văn khúc xạ là hết sức sáng sủa. Thế nhưng các nhà thiên văn am tường nhất đều biết rõ ba nhược điểm chính của loại kính thiên văn này: dẫu sao vẫn có hiện tượng sắc sai tương đối rõ, không thể chế tạo được vật kính có đường kính lớn ống ngắm lại có chiều dài lớn hơn khá nhiều so với loạt kính thiên văn phản xạ theo kiểu của Catxơgranh có cùng tiêu cự.
Hiện tượng sắc sai đã trở nên rõ hơn vì vùng quang phổ tiến hành nghiên cứu các thiên thể đã mở rộng. Những tấm kính chụp vào thời gian đó lại rất nhạy với các tia tím và các tia cực tím và lại không nhạy với các vùng có ánh sáng xanh lục và xanh lam mà mắt thường nhìn thấy. Trong khi đó vùng này mới là vùng không có hiện tượng sắc sai khi quan sát bằng kính thiên văn khúc xạ. Thành thử người ta buộc phải thiết kế một kính thiên văn gồm hai ống ngắm, một ống ngắm chứa vật kính để quan sát còn ống kia chứa vật kính để chụp ảnh.
Ngoài ra, vật kính của kính thiên văn khúc xạ lại hoạt động trên toàn bộ bề mặt của nó và khác hẳn với tấm gương trong kính phản xạ, không thể lắp thêm những đòn bẩy từ phía sau nhằm giảm độ võng, còn trên những kính thiên văn dùng gương thì người ta đã dùng những đòn bẩy (như là hệ thống giảm tải) ngay từ lúc ban đầu. Bởi vậy kính thiên văn khúc xạ chỉ dừng lại ở đường kính khoảng 1m, còn kính thiên văn phản xạ sau này đạt tới đường kính 6m, mà đó cũng chưa phải là giới hạn cuối cùng.
Tất nhiên, sự phát triển của kỹ thuật đã tạo cơ hội xuất hiện những kính thiên văn phản xạ thế hệ mới. Vào giữa thế kỷ XIX, nhà hoá học người Đức Iuxtut Libic (Justus Liebig) đã đưa ra một phương pháp hoá học đơn giản để mạ bạc thuỷ tinh. Phương pháp này đã cho phép chế tạo được những tấm gương bằng thuỷ tinh. Những tấm gương này dễ làm nhẵn bóng hơn gương kim loại và lại nhẹ hơn nhiều. Những người thợ thuỷ tinh cũng đã hoàn chỉnh những phương pháp của mình và có thể mạnh dạn nói đến những tấm phôi thuỷ tinh có đường kính cỡ l m.
Như vậy, chỉ còn có việc phải tạo ra được một phương pháp có cơ sở khoa học để kiểm tra những tấm gương lồi. Và vào cuối những năm 50 của thế kỷ XIX nhà vật lý học người Pháp Giăng Becna Lêông Phucô, người phát minh ra quả lắc quen thuộc đã thực hiện được điều này. Ông cho đặt một nguồn sáng điểm vào tâm cong của gương cầu được mang ra kiểm tra và chắn ảnh nguồn sáng đó bằng một con dao. Khi nhìn xem khi con dao chuyển động thẳng góc theo trục gương, từ phía nào trên tấm gương đó xuất hiện bóng tối, thì có thể giữ con dao ở đúng tiêu điểm rồi sau đó có thể nhìn thấy rất rõ ràng cả những nét gồ ghề không phẳng của bề mặt. Bằng phương pháp này ta có thể nghiên cứu cả những kính thiên văn khúc xạ mà nguồn sáng điểm chính là ngôi sao quan sát. Nhờ độ nhạy và dễ thấy, nên ngày nay phương pháp Phucô được cả những nhà nghiên cứu chuyên nghiệp lẫn nghiệp dư áp dụng.
Phucô đã chế tạo theo phương pháp của mình hai chiếc kính thiên văn có độ dài của ống ngắm là 3,3 m và đường kính là 80 cm. Thế là chiếc kính thiên văn khúc xạ chế tạo theo kiểu của Phraunhôphơ đã có một địch thủ đáng gờm.
Vào năm 1879 tại nước Anh nhà quang học Cômmôn (Common) đã chế tạo một tấm gương thuỷ tinh hình parabon lõm có đường kính 91 cm. Khi chế tạo ông đã áp dụng các phương pháp khoa học để kiểm tra. Lập tức nhà thiên văn học nghiệp dư Crôtxly (Crossley), vốn là một người giàu có, đã mua chiếc gương này để lắp vào chiếc kính thiên văn của mình. Thế nhưng chiếc gương này lại không vừa ý người chủ sở hữu và đến năm 1894 ông tuyên bố bán nó. Đài thiên văn Lic (Lick) ở Caliphonia (California) vừa mới thành lập đã đồng ý nhận nó, mà thực ra không phải trả tiền.
Chiếc kính phản xạ của Crôtxly đã rơi vào tay những người chủ xứng đáng. Các nhà thiên văn học đã cố gắng khai thác nó càng nhiều càng tốt: kính thiên văn được dùng để chụp ảnh những vật thể thiên văn nhờ nó người ta đã khám phá được rất nhiều những tinh vân ở ngoài Thiên Hà mà trước đây chưa biết. Những tinh vân này giống như tinh vân Tiên Nữ, nhưng có kích thước góc nhỏ hơn. Chiếc kính thiên văn phản xạ thế hệ mới đã tỏ ra có hiệu quả.
Chiếc kính thiên văn tiếp theo cùng loại này được thiết kế ngay trên đất Mỹ, cũng tại Caliphonia, ở đài thiên văn chuyên nghiên cứu Mặt Trời mới lập có tên là: Núi Uynxơn (Mount Wilson). Chiếc phôi gương có đường kính 1,5 m được sơ chế ở Pháp, việc hoàn thiện nó được thực hiện ngay tại đài thiên văn, còn những phụ tùng cơ khí của nó được đặt hàng chế tạo tại một đoạn đầu máy đường sắt gần đó.
Theo những tài liệu còn lưu giữ được, thì toàn bộ công việc chế tạo và thiết kế, lắp đặt được trao cho một người là nhà quang học Gioocgiơ Ritchi. Nói theo ngôn ngữ ngày nay, ông là tổng công trình sư của chiếc kính thiên văn mới này. Nhưng phần hoàn thiện cơ bản nhất của chiếc kính thiên văn này là cơ chế đồng hồ chính xác, hệ thống ổ gối đỡ loại mới, cơ cấu di chuyển nhanh cát xét đựng phim chụp ảnh theo hai hướng và những biện pháp cân bằng nhiệt độ gần gương chính để bảo vệ hình dạng của nó khỏi bị méo do hiện tượng nở ra vì nhiệt. Chính Ritchi đã tự mình chụp ảnh bầu trời; thời gian để phơi sáng lên tới 20 giờ (vì sau một ngày người ta mới lấy catxet đựng phim chụp để đưa vào buồng tối).
Kết quả thật mỹ mãn: những tấm ảnh tuyệt với của Ritchi cho đến giờ vẫn còn được in trong các cuốn sách giáo khoa và các ấn phẩm phổ biến khoa học thông dụng.
Chiếc kính thiên văn tiếp sau với tấm gương phản xạ đường kính 2,5 m bắt đầu làm việc ở đài thiên văn Núi Uynxơn từ năm 1918. Tất cả những ưu điểm cũng như kinh nghiệm đúc rút được khi sử dụng chiếc kính thiên văn trước nó đều được ứng dụng để thiết kế và lắp đặt dụng cụ khổng lồ này xét vào thời điểm đó.
Chiếc kính thiên văn mới này hữu dụng hơn đàn anh ra đời trước nó ở chỗ là một nhà thiên văn bình thường chưa có kinh nghiệm khi sử dụng kính thiên văn vẫn có thể dễ dàng chụp ảnh những vì sao yếu đến nỗi chúng giỏi lắm cũng chỉ có thể thu được qua kính thiên văn với đường kính 1,5 m. Còn khi chiếc kính thiên văn này ở trong tay một nhà thiên văn học tài ba thì nó là công cụ đắc lực để có được những khám phá tầm cỡ thế giới.
Vào đầu thế kỷ XX khoảng cách từ Trái Đất cho đến những thiên hà gần nhất vẫn là một điều bí ẩn đối với các nhà thiên văn học, chẳng khác gì khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời đối với họ vào đầu thế kỷ XVII. Lúc đó mới có những công trình khẳng định rằng tinh vân Tiên Nữ nằm ngay trong Thiên Hà của chúng ta. Các nhà lý thuyết đã khôn ngoan giữ im lặng trong thời gian đó đã tìm ra một phương pháp tin cậy để xác định khoảng cách đến những hệ sao xa xôi bằng cách dựa vào những ngôi sao biến quang.
Mùa thu năm 1923 trong tinh vân Tiên Nữ người ta phát hiện ra một ngôi sao biến quang đầu tiên thuộc dạng cần tìm; sao xêphêit. Chẳng bao lâu số lượng các sao này tăng đến hàng chục trong các thiên hà khác nhau. Người ta đã xác định được chu kỳ của các sao biến quang này, và qua đó xác định được khoảng cách tới các thiên hà khác (xem mục "sao biến quang").
Việc đo được khoảng cách tới một vài tinh vân ngoài Thiên Hà của chúng ta đã cho phép xác định được rằng một thiên hà càng ở xa bao nhiêu thì nó rời xa chúng ta với tốc độ càng lớn bấy nhiêu (xem mục "Vũ Trụ giãn nở").
Những chiếc kính phản xạ có đường kính l,5 và 2,5 m đã có một thời là niềm tin và chỗ dựa của thiên văn học quan sát, nhưng giờ đây chúng đã không được sử dụng chỉ vì sự nhiễm sáng của bầu trời do ánh đèn siêu đô thị Lốt Angiơlet hắt lên.
Chúng ta sẽ liệt kê dưới đây những đặc điểm của các kính thiên văn hiện đại thế hệ thứ nhất.
Thứ nhất, nhưng tấm gương chính của chúng đều có hình dạng parabôn nghiêm ngặt. Những tấm gương này đều được chế tạo từ loại thuỷ tinh làm gương có hệ số giãn nở nhiệt cao (nhưng điều đó lại là nhược điểm vì hình dạng của gương bị sai lệch chỉ vì nhiệt độ không đều ở những phần khác nhau trên gương). Trông những tấm gương này không khác gì một hình trụ đúc liền với tỷ lệ chiều dày so với đường kính là 1/7.
Điều thứ hai là cấu trúc đỡ ống ngắm dựa theo nguyên tắc càng cứng càng tốt. Những tấm gương chính và gương phụ gắn ở phía trong ống ngắm cần phải ở trên cùng một trục trong phạm vi dung sai cho phép khi tính toán. Nếu không đạt được điều nói trên thì chất lượng của kính thiên văn nhất định sẽ kém đi, bởi vậy cấu trúc của ống ngắm phải được tính toán sao cho trong bất kỳ vị trí nào độ cong của ống ngắm phải nhỏ hơn dung sai mà các nhà quang học cho trước. Đương nhiên một ống ngắm như vậy sẽ khá nặng.
Các ổ gối của kính thiên văn sẽ là loại ổ trượt hoặc tròn (dạng bi). Trong hai chiếc kính thiên văn đầu tiên các phao đỡ kính thiên văn cốt làm giảm sức nặng, khiến cho kính thiên văn hầu như bồng bềnh trên bồn đựng thuỷ ngân.
