NHỮNG KÍNH VIỄN VỌNG HIỆN ĐẠI
Những thiên thể phát bức xạ trên nhiều bước sóng, từ bức xạ gamma có bước sóng ngắn nhất (khoảng 10 - 12 centimét), tới tia x, tia tử ngoại, bức xạ khả kiến, tia hồng ngoại và sóng vô tuyến có bước sóng dài nhất (104 centimét). Tập hợp toàn bộ bức xạ phát ra theo bước sóng (tần số) được gọi là phổ điện từ. Một phần lớn bức xạ trong phổ phát từ trong khí quyển hấp thụ những bức xạ có bước sóng ngắn (như bức xạ gamma, tia X và tia tử ngoại). Tia hồng ngoại bị chặn bởi những phân từ nước và cácbon điôxit. Bức xạ vô tuyến với bước sóng dài hơn 30 mét bị phản chiếu trở lại không gian bởi tầng điện ly. Tầng khí quyển này ở vào độ cao giữa 50 tới 100 kilômét và bị iôn hoá bởi tia X và tia tử ngoại từ Mặt trời chiếu xuống. Nhờ có những tầng khí quyển chung quanh Trái đất nên sinh vật mới được che chở khỏi bị ảnh hưởng tai hại của tia tử ngoại. Nhưng cũng vì vậy mà bầu trời không hoàn toàn trong sáng để chúng ta quan sát Vũ trụ trong toàn vẹn phổ điện từ. May sao, khí quyển có hai lỗ hổng gọi là hai ''cửa sổ'' trong phổ để ta có thể nhìn thấy sao và quan sát những Thiên thể từ mặt đất bằng kính viễn vọng. Đó là phổ trong vùng khả kiến có bước sóng giữa 0,35 micrômét và 1 micrômet (10-4centimét), cửa sổ thứ hai trong vùng sóng vô tuyến ở những bước sóng giữa 0,1 centimét và 3000 centimét.
Kính viễn vọng thường được đặt trên đỉnh núi cao 2000 tới 4500 mét, nơi khí quyển loãng hơn trên mặt đất để đạt được những tiêu chuẩn quan sát tốt. Kính viễn vọng lớn nhất hiện nay tên là Kêch (Kech) của Mỹ có đường kính 10 mét đặt trên mỏm Núi Mauna Kea (Môna Ke) cao 4200 mét trên quần đảo Hawai (Haoai). Những kính viễn vọng thế hệ mới đã được làm theo kỹ thuật hiện đại, dùng những thiết bị quang học để loại trừ những tác động nhiễu loạn của khí quyển làm nhoà ảnh Thiên thể. Trong lúc quan sát, có một hệ thống tự động dùng máy tính để điều chỉnh sự méo mó dù cực nhỏ của viễn kính. Khi nhằm từ hướng này sang hướng khác, mặt gương của kính có thể thay đổi ít nhiều so với mặt gương lý tưởng vì sức nặng của nó. Để dễ điều chỉnh, mặt gương của kính Kếch gồm có 36 gương nhỏ ghép vào nhau thành một mặt gương 10 mét. Ngoài ra, kính còn có những thiết bị thu ánh sáng rất nhậy làm bằng chất bán dẫn. Tương lai sẽ có một kính Kếch thứ hai cũng có đường kính 10 mét đặt trên mỏm núi Mauna Kea.
Cộng đồng Châu Âu cũng đang làm một kính viễn vọng tên là VLT (Very Large Telescope: Kính viễn vọng rất lớn) có đường kính 8 mét sẽ đặt tại Chilê để quan sát bầu trời Nam bán cầu. Địa điểm quan sát này ở độ cao 2500 mét trong một vùng sa mạc cách Thủ đô Santiagô 1000 kilômét về phía Bắc. Khi hoàn thành hệ thống quan sát VLT sẽ có bốn kính 8 mét. Cả bốn sẽ hoạt động đồng thời và các tín hiệu sẽ được tương giao với nhau thành một hệ thống giao thoa có giới hạn phân giải nhờ để nhìn rõ chi tiết của những Thiên thể rất xa. Đỉnh núi được san bằng thành một mặt phẳng có diện tích 25000 mét vuông để có chỗ đặt các viễn vọng kính. Giới hạn phân giải của một viễn kính là góc nhỏ nhất giữa hai điểm mà kính có thể tách biệt được. Kính càng lớn bao nhiêu thì giới hạn phân giải càng nhỏ bấy nhiêu. Giới hạn phân giải của mắt chúng ta vào khoảng 40 giây. Nếu nhìn bằng mắt trần, ta có thể nhìn thấy những chi tiết nhỏ bằng ngọn lửa của một cây nến cách xa ta 100 mét. Với một viễn kính 8 mét có giới hạn phân giải là 0,015 giây, ta có thể nhìn thấy ngọn lửa đó cách xa ta 270 kilômét. Nhưng kính viễn vọng với đường kính 8 tới 10 mét được dùng để quan sát những Thiên hà có độ dịch chuyển về phía đỏ z lớn (z khoảng 3-4) tức là cách rất xa ta.
Muốn tìm hiểu những điều kiện lý hoá trong Vũ trụ, các nhà thiên văn phải quan sát nhiều vùng sóng trong phổ điện từ. Những kính viễn vọng và vô tuyến viễn vọng được phóng ra ngoài khí quyển bằng vệ tinh để quan sát trên bước tia gamma, X, tia tử ngoại, hồng ngoại và sóng vô tuyến ngắn. Để đỡ tốn kinh phí, cũng có một số viễn kính được đặt trên những máy bay và khinh khí cầu chuyên quan sát vũ trụ. Tuy nhiên, vì lý do kỹ thuật, kích thước của những viễn kính phóng lên cao bị giới hạn.
Ngày 24 tháng 4 năm 1990, tàu Vũ trụ con thoi Discovery (Discôvơri) đã chở và phóng kính viễn vọng Hớpbơn có đường kính 2,4 mét ở độ cao 610 kilômét để quan sát trong vùng phổ tử ngoại và khả kiến. Vì không được kiểm tra kỹ lưỡng trước khi phóng nên mặt gương của viễn kính Vũ trụ có khuyết điểm do hiện tượng quang sai, tức là các tia bức xạ rọi vào gương không tập trung vào một tiêu điểm làm cho hình Thiên thể bị nhoà. Trong chuyến bay của tàu Vũ trụ con thoi Endeavour (Enđêvơ) tháng 12 năm 1993, một đoàn 7 nhà du hành Vũ trụ lắp thêm thiết bị quang học và viễn kính Hớpbơn để sửa lại khuyết điểm và tăng thêm hiệu suất của kính. Công việc trùng tu viễn kính đã được đạt kết quả mỹ mãn bất ngờ, vượt qua mọi sự mong đợi của các nhà khoa học. Vì được trùng tu tốt và không bị nhiễu bởi khí quyển Trái đất, viễn kính Hớpbơn có một tới hạn phân giải lý tưởng khiến hình ảnh chụp Thiên thể rất sắc nét. Viễn kính có thể quan sát những Thiên hà xa chúng ta tới ít nhất 12 tỷ năm ánh sáng. Như ta đã biết, những Thiên hà đầu tiên đã được tạo ra khoảng vài tỷ năm sau vụ nổ nguyên thuỷ cách đây khoảng 15 tỷ năm. Nghĩa là dùng viễn kính Vũ trụ Hớpbơn, ta có khả năng đi ngược lại thời gian gần tới thời điểm Vũ trụ vừa được tạo ra. Với viễn kính Hớpbơn, các nhà vật lý thiên văn có thể thu được bức xạ của những Thiên hà xa xăm thế hệ đầu tiên. Một trong những nhiệm vụ của viễn kính Hớpbơn là nghiên cứu nguồn gốc của Vũ trụ.
Cuối năm 1995, cộng đồng Châu Âu dự định phóng một vệ tinh trong đó có một viễn kính 60 centimét đường kính để quan sát trong vùng hồng ngoại. Vệ tinh ISO (Infared Space Obsenlatory: Đài thiên văn Vũ trụ hồng ngoại) là một đài thiên văn ở ngoài Trái đất có nhiệm vụ tìm kiếm các Thiên hà ở thời điểm chúng đang sinh nở và chỉ phát ra bức xạ hồng ngoại vì các ngôi sao chưa hình thành. Vệ tinh cũng có thể thu được bức xạ rất yếu của những sao lùn nâu phát ra trên bước sóng hồng ngoại để tìm hiểu chất đen trong Vũ trụ. Ngoài ra vệ tinh ISO còn có khả năng phát hiện ra những nguyên tử và phân tử trong môi trường giữa các sao trong Thiên hà. Nhiên liệu được cung cấp để vệ tinh ISO hoạt động trong 18 tháng.
Một phần tử tối quan trọng trong việc tìm hiểu Vũ trụ ngoài những dụng cụ hiện đại chính là bản thân những người nghiên cứu thiên văn. Họ phải có trí óc giàu tưởng tượng để nghĩ ra những sáng kiến quan sát độc đáo và làm nhiều mô hình phức tạp tính bằng máy tính trong công việc giải thích những hiện tượng trong Vũ trụ. Nhà thiên văn học Pháp Lavoisier ở thế kỷ XIX đã làm một mô hình để giải thích những biến đổi kỳ dị của quỹ đạo của hành tinh Thiên Vương (Uranus). Mô hình của ông tiên đoán có một hành tinh chưa ai biết nhưng chính nó là nguyên nhân của sự biến đổi quỹ đạo của Thiên Vương. Một đồng nghiệp của ông là nhà thiên văn người Đức Galle (Galơ) dùng viễn kính quan sát đúng theo hướng xác định bởi Lavoisier và tìm ra hành tinh Hải Vương (Neptune).
Điều kiện khí hậu xấu như mây, mưa, gió, bão, tuyết thường làm gián đoạn công việc quan sát. Mô hình mà nhà thiên văn học mất công làm ra đôi khi không thích hợp nên phải huỷ bỏ hoặc cải tiến. Đức tính kiên trì và khiêm tốn là một nhân tố quan trọng trong những công trình nghiên cứu Vũ trụ.
