PHÂN TÍCH PHỔ - CỐT LÕI CỦA VẬT LÝ THIÊN VĂN
Năm 1802 nhà vật lý Anh Uyliam Haiđơ Uôlaxtơn ( 1766 - 1828), sau khi tìm ra các tia tử ngoại một năm trước đó, đã làm ra kính quang phổ. Trong kính này phía trước lăng kính, song song với cạnh của nó có một khe hẹp. Hướng dụng cụ này lên trời, Uôlaxtơn nhận thấy rằng phổ Mặt Trời có những vạch sẫm rất mảnh cắt ngang.
Uôlaxtơn khi đó chưa hiểu ý nghĩa phát hiện của mình nên không chú ý lắm đến điều đó. Phải 12 năm sau, vào Năm 1814 nhà vật lý Đức lôdep Phraunhôphơ ( 1781- 1826) lại phát hiện ra trong phổ Mặt Trời có các vạch sẫm, nhưng ông đã giải thích đúng đó là do sự hấp thụ các tia sáng bởi các chất khí của khí quyển Mặt Trời. Ứng dụng hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng, ông đã đo bước sóng của các vạch quan sát được. Từ đó các vạch này có tên là các vạch Phraunhôphơ.
Năm 1833, nhà vật lý Xcôtlen Đavit Briuxtơ ( 1781- 1868), nổi tiếng về các nghiên cứu sự phân cực ánh sáng, đã chú ý tới một nhóm các dải trong phổ Mặt Trời mà cường độ của chúng tăng lên cùng với việc Mặt Trời hạ thấp xuống chân trời. Gần 30 năm trôi qua, cho tới Năm 1862, nhà vật lý thiên văn xuất sắc người Pháp Pie Giuyn Xêda Giăng xen (1824 - 1907) đã tìm ra lời giải thích đúng cho các dải này. Chúng xuất hiện là do các chất khí của khí quyển Trái Đất hấp thụ các tia sáng Mặt Trời và có tên là các vạch đất (tiếng Anh: telluric lines, gốc tiếng Latinh telluris nghĩa là “đất, Trái Đất”).
Đến giữa thế kỷ XIX, các nhà vật lý đã nghiên cứu khá kỹ phổ của các chất khí nóng sáng. Chẳng hạn, người ta đã biết rằng sự phát sáng của hơi natri sinh ra vạch màu vàng sáng. Nhưng cũng tại vị trí đó trong phổ Mặt Trời lại xuất hiện một vạch tối. Thế nghĩa là thế nào:
Giải quyết được vấn đề này vào năm 1856 chính là nhà vật lý học người Đức Guxtavơ Kiêchôp ( 1824-1887) và đồng nghiệp của ông là nhà hoá học nổi tiếng Rôbe Bunden ( 1811- 1899). So sánh các bước sóng của các vạch Phraunhôphơ trong phổ Mặt Trời và các vạch phát xạ hơi của các chất khác nhau, Kiêchôp và Bunden đã phát hiện ra trên Mặt Trời có natri, sắt, magiê, canxi, crôm và các kim loại khác. Lần nào thì các vạch tối trong phổ Mặt Trời cũng tương ứng với các vạch sáng trong phòng thí nghiệm. Năm 1862 nhà vật lý và thiên văn Thuỵ Điển Anđec lônat Angxtrôm (1814 - 1874), một trong những người đặt nền móng cho ngành quang phổ học (chính tên ông đã được đặt cho đơn vị độ dài angxtrôm: 1Å=10-10m), đã phát hiện trong phổ Mặt Trời các vạch của nguyên tố phổ biến nhất tương tự nhiên: hyđrô. Năm 1869 cũng ông đã lập ra atlat chi tiết đầu tiên của phổ Mặt Trời sau khi đã đo rất chính xác bước sóng của vài ngàn vạch.
Ngày 18-8- 1868, nhà vật lý thiên văn người Pháp Pie Giăngxen, khi quan sát nhật thực toàn phần đã nhận thấy một vạch vàng sáng trong phổ Mặt Trời gần các vạch kép của natri. Người ta đã đặt cho nguyên tố hoá học chưa được biết đến ở Trái Đất là hêli (từ tiếng Hy Lạp helios nghĩa là Mặt Trời). Quả thực, phải mãi đến năm 1895, hêli mới được tìm thấy lần đầu tiên trên Trái Đất trong các chất khí thoát ra khi nung nóng khoáng vật cleveit, cho nên nó hoàn toàn phù hợp với tên gọi “ngoài Trái Đất” như vậy.
Những thành tựu của quang phổ học Mặt Trời đã kích thích các nhà khoa học áp dụng phương pháp phân tích phổ vào việc nghiên cứu các ngôi sao. Vai trò xuất sắc trong sự phát triển phổ học sao có quyền dành cho nhà vật lý thiên văn người Ý Angielô Xecchi ( 1818 - 1878). Vào các năm 1863 - 1868 ông đã nghiên cứu phổ của 4000 ngôi sao và lập ra việc phân loại đầu tiên các phổ sao: ông chia chúng thành 4 loại. Cách phân loại của ông đã được tất cả các nhà thiên văn chấp nhận và được áp dụng cho đến khi xuất hiện cách phân loại Havớt đầu thế kỷ XX. Đồng thời với Uyliam Hơcghinxơ, Xecchi đã thực hiện những quan sát phổ đầu tiên đối với các hành tinh. Ông đã phát hiện trong phần đỏ của phổ sao Mộc một dải tối rộng mà sau này mới vỡ lẽ là của khí mêtan.
Người đồng bào của Xecchi là Giôvanni Đônati (1826 - 1873) cũng đóng góp không nhỏ vào sự phát triển của phổ học thiên văn. Tên tuổi ông này thường gắn với một sao chổi sáng rất đẹp do ông phát hiện Năm 1858 và mang tên ông. Đônati là người đầu tiên thu được phổ sao chổi và nhận dạng các vạch và dải quan sát được trong phổ đó. Ông cũng nghiên cứu phổ của Mặt Trời, của các sao, của sắc cầu và nhật hoa Mặt Trời, cũng như của cực quang.
Uyliam Hơcghinxơ ( 1824 - 1910) đã xác lập được sự giống nhau giữa phổ nhiều ngôi sao và phổ Mặt Trời. Ông đã chứng tỏ rằng ánh sáng phát ra từ bề mặt nóng sáng của Mặt Trời sau đó đã bị hấp thụ bởi các khí của khí quyển Mặt Trời. Đó là lí do vì sao các vạch nguyên tố trong phổ Mặt Trời và các sao lại có màu tối chứ không phải màu sáng. Hơcghinxơ lần đầu tiên thu được và nghiên cứu phổ của các tinh vân khí gồm các vạch phát xạ riêng rẽ. Điều đó chứng tỏ rằng chúng là chất khí.
Hơcghinxơ lần đầu tiên nghiên cứu phổ một ngôi sao mới thuộc chòm Bắc Miện, bùng nổ. Năm 1866, và phát hiện ra bao quanh ngôi sao này có một lớp khí đang nở rộng. Ông là một trong những người đầu tiên sử dụng nguyên lý Đôple – Phidô (thường gọi là hiệu ứng Đôple) để xác định vận tốc của các sao theo tia sáng nhìn thấy.
Trước đó không lâu, năm 1842, nhà vật lý người Áo Crixtiơn Đôple ( 1803 - 1853) đã chứng minh về mặt lý thuyết rằng, tần số các dao động âm thanh và ánh sáng mà người quan sát cảm nhận được phụ thuộc vào tốc độ tiến lại gần hoặc rời ra xa của nguồn âm thanh hoặc ánh sáng. Độ bổng của âm sắc tiếng còi đầu tàu hoả sẽ thay đổi rõ rệt (về phía hạ độ bổng) khi tàu tiến lại, đi ngang qua ta và bắt đầu rời xa.
Nhà vật lý xuất sắc người Pháp Acmăng lppôlit Lui Phidô (1819 - 1896) năm 1848 đã kiểm tra hiện tượng này đối với các tia sáng trong phòng thí nghiệm. Ông đã đề nghị áp dụng vào việc tính vận tốc sao theo tia sáng nhìn thấy, được gọi là vận tốc hướng kính hoặc vận tốc xuyên tâm tức là theo sự dịch chuyển của các vạch phổ về phía đầu tím của phổ (trong trường hợp nguồn sáng tiến lại) hoặc về phía đầu đỏ (trong trường hợp nguồn sáng rời xa). Năm 1868, bằng phương pháp đó Hơcghinxơ đã đo vận tốc xuyên tâm của sao Sirius. Thật ra ngôi sao này tiến về phía Trái Đất với vận tốc khoảng 8 km/s.
Việc áp dụng triệt để nguyên lý Đôple - Phidô trong thiên văn đã dẫn đến hàng loạt phát hiện kỳ diệu. Năm 1889 giám đốc Đài thiên văn Havơt (Mỹ) Etuôt Saclơ Picơrinh (1846 - 1919) đã khám phá ra sự phân đôi của các vạch trong phổ ngôi sao Mizar, một ngôi sao cấp 2 ở đuôi chòm sao Gấu Lớn. Các vạch này khi thì xích lại, khi thì giãn ra theo một chu kỳ nhất định. Picơrinh hiểu rằng đây là một hệ sao kép khá sát nhau: các ngôi sao ở gần nhau đến nỗi không một kính thiên văn nào phân biệt được riêng từng sao. Vì vận tốc của cặp sao này hướng về các phía khác nhau nên có thể xác định được chúng bằng nguyên lý Đôple - Phidô (tất nhiên cũng xác định được cả chu kỳ quay của các sao trong hệ).
Năm 1900 nhà thiên văn ở đài Puncôvô (Nga) Arixtac Apôlônôvich Bêlôpônxki ( 1854 - 1934) đã sử dụng nguyên lý này để xác định tốc độ và chu kỳ quay của các hành tinh. Nếu đặt cái khe của phổ ký dọc theo xích đạo của hành tinh, các vạch phổ sẽ có độ nghiêng (một mép của hành tinh tiến về phía chúng ta, mép kia rời xa). Áp dụng thủ pháp này đối với các vành đai sao Thổ, Bêlôpônxki đã chứng minh rằng các bộ phận của vành đai quay xung quanh hành tinh theo các định luật Keple, tức là gồm vô số các hạt nhỏ riêng biệt không gắn kết với nhau đúng như Giêmxơ Clac Macxoen (1831- 1891) và Xôphia Vaxiliepna Côvalepxcaia (1850 - 1891) đã dự đoán theo lý thuyết.
Đồng thời với Bêlôpônxki, nhà thiên văn Mỹ Giêmxơ Etuôt Kilơ (1857 - 1900) và nhà thiên văn Pháp Hăngri Đêlăngđrơ (1853 - 1948) cũng thu được kết quả đúng như vậy.
Khoảng một năm trước các khảo sát này, Bêlôpônxki đã phát hiện ra sự thay đổi có chu kỳ của các vận tốc xuyên tâm của các sao xêphêit. Khi đó nhà vật lí người Nga Nicôlai Alêcxâyêvich Umôp (1846 - 1915) đã bày tỏ ý nghĩ đi trước thời đại là trong trường hợp này các nhà khoa học gặp phải sự đập mạch xung của ngôi sao, chứ không phải gặp hệ sao đôi.
Trong khi đó quang phổ học thiên văn ngày càng thu được nhiều thành tích. Năm 1890, Đài thiên văn Havơt đã cho ra đời danh mục lớn các phổ sao, gồm 10350 sao đến cấp 8 và đến 25o xích vĩ nam. Nó được đề tặng cho hương hồn Henri Đrâypơ (1837 - 1882), nhà thiên văn nghiệp dư Mỹ (nguyên là bác sĩ), người đi tiên phong trong việc ứng dụng rộng rãi chụp ảnh trong thiên văn. Năm 1872 ông đã thu được ảnh chụp phổ sao đầu tiên, tiếp theo là phổ của các sao sáng, của Mặt Trăng, các hành tinh sao chổi và các tinh vân.
Sau khi tập đầu của danh mục ra đời người ta đã nhiều lần bổ sung. Con số phổ sao được nghiên cứu đã lên đến 350.000.
