UYLIAM HECSEN
Trước mắt chúng ta mở ra tầm phát hiện bao la và chỉ có quan sát mới cho ta
chìa khóa để phát hiện.
Immanuen Kant
Hecsen là người đi tiên phong trong mọi việc ông làm. Là nhà thiết kế các kính thiên văn phản xạ lớn đầu tiên và nhà quan sát, ông đã vượt rất xa những người cùng thời. Là nhà tư tưởng sâu sắc tạo ra bức tranh chung về Vũ Trụ từ những chi tiết riêng rẽ, ông còn có tác động lớn hơn đến lịch sử thiên văn học.
Trên cở sở những quan sát của bản thân Uyliam Hecsen lần đầu tiên dựng lên hình dáng chung và có những ước lượng đầu tiên về kích thước “ngôi nhà sao” khổng lồ của chúng ta - Thiên Hà. Ông cũng là người đầu tiên dùng kính thiên văn của mình để “bước ra” thế giới vô tận của các tinh vân “ngân hà” xa xôi, tức là các Vũ Trụ sao khác. Hecsen cũng “mở rộng” gấp đôi hệ Mặt Trời và “bắt Mặt Trời dịch khỏi chỗ”, sau khi khám phá ra chuyển động của nó trong không gian Vũ Trụ. Trong môn thiên văn quan sát, ông vừa là Côlông vừa là Magienlăng. Mà tất cả bắt đầu chỉ từ sự tò mò và tình yêu đối với… âm nhạc!
Phriđrich Vinhem (tức Uyliam) Hecsen sinh ngày 15- 11- 1738 ở Hanôvơ (Đức) trong gia đình người nhạc công trung đoàn cận vệ Hanôvơ (Hannover). Từ Năm 15 tuổi Hecsen đã chơi kèn ôboa trong dàn nhạc của cha, rồi chơi đàn viôlông và oocgan. Năm 19 tuổi đường đời của Hecsen rẽ ngoặt. Do trốn quân dịch, được mẹ âm thầm chấp thuận, Hecsen đã sang nước Anh (thời bấy giờ Hanôvơ thuộc quyền vua Anh), mãi mãi xa tổ quốc. Sau nhiều gian truân vất vả, Hecsen đã nổi tiếng là nhạc công, nhạc sĩ và là giáo viên dạy nhạc ở thành phố nghỉ mát ven biển Bath gần Brixtôn (Bristol). Ông nghiên cứu kỹ lý thuyết nhạc. Rồi từ đó nỗi đam mê của ông chuyển sang toán học và quang học, qua các môn này ông tiếp xúc với thiên văn học.
Hecsen đã 35 tuổi, cái tuổi tưởng như đã định hình. Trong các buổi hoà nhạc, em gái ông là Carôlin mà ông gọi sang nước Anh đã biểu diễn cùng ông rất thành công. Nhưng mối quan tâm của Hecsen đến các ngôi sao, niềm khát khao được tận mắt quan sát tự nhiên năng động, hoạt náo đã quyết định hậu vận của ông. Năm 1773 Hecsen mua một kính thiên văn phản xạ nhỏ có tiêu cự khoảng 76 cm. Tuy dùng kính này ông thấy chưa thoả mãn, nhưng mua kính to hơn thì chưa có tiền. Khi đó Hecsen bèn mua vét toàn bộ nguyên vật liệu của một thợ kính rồi tự tay chế tạo kính thiên văn.
Tháng 3- 1774, Hecsen quan sát được một tinh vân sáng đẹp trong chòm sao Thợ Săn nhờ chiếc kính tự tạo đầu tiên của ông theo kiểu phản xạ hệ Niutơn, với chiều dài 5,5 bộ (gần 2m) và đường kính gương chiếu 20 cm.
Ban ngày Hecsen dành toàn bộ thời gian để chế tạo các gương kính buổi tối dành cho âm nhạc, còn đêm khuya ông thả hồn quan sát thiên văn, có khi còn tranh thủ cả giờ nghỉ giải lao khi biểu diễn âm nhạc để quan sát. Giúp ông làm kính có người em Alêcxanđơ, một thợ cơ khí tài ba cũng được ông mời từ Đức sang.
Carôlin em gái ông, đã đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống và nghiên cứu khoa học của nhà bác học. Bà tiến hành xử lý các kết quả quan sát, một công việc tốn sức, đồng thời trong 16 năm lo nội trợ cho gia đình nhỏ của họ. Các nhật ký và hồi tưởng của bà cho chúng ta thấy một bầu không khí sáng tạo sôi nổi, vui vẻ đầy tính thân thiện giữa Uyliam Hecsen và các trợ lý gần gũi nhất của ông. Tuy nhiên trong xưởng sản xuất cái lò nấu chảy mà Hecsen vẫn nấu hợp kim đồng và thiếc để làm gương kim loại cho kính thiên văn bị nổ. Các cổ tay áo sơ mi của anh em Hecsen bị sờn rách vì phải mài và đánh bóng gương. Công việc thủ công này kéo dài nhiều giờ không ngơi nghỉ. Về sau ông cơ khí hoá việc mài các gương tiêu cự dài không phải hình cầu mà là hình parabôn, do đó đòi hỏi độ chính xác đặc biệt trong gia công.
Ở Bath, Hecsen đã chế ra được hàng trăm chiếc gương cho các loại kính thiên văn phản xạ cỡ 7, 10 và 20 bộ (foot) Công cụ thiên văn chính của ông là kính phản xạ kiểu Niutơn có 20 bộ (tiêu cự của ống kính khoảng 7m) và có đường kính của vật kính gần 15 mét. Đỉnh cao phát triển nghề chế tạo kính thiên văn cho đến tận giữa thế kỷ XIX chính là kính phản xạ khổng lồ cỡ 40 bộ, ống kính dài 12 m và đường kính gương 147 cm (nặng khoảng 1 tấn!) do Hecsen chế tạo những năm 1787 - 1789. Độ phóng đại hiệu dụng tối đa ở các kính viễn vọng cỡ lớn của Hêcsen lên tới 2500 lần và được dùng cho mục đích đặc biệt là quan sát các sao đôi. Các quan sát khái quát bầu trời nổi tiếng của Hecsen được tiến hành với độ phóng đại 150 - 300. Các quan sát đòi hỏi phải kiên trì và táo bạo, vì được thực hiện trên độ cao chỉ vài mét so với mặt đất.
Bắt đầu từ năm 1775, ông tiến hành các quan sát khái quát có hệ thống bầu trời sao để không bỏ sót một đối tượng lạ nào. Mỗi quan sát khái quát mất đến vài năm. Carôlin ghi lại toàn bộ những gì mà ông anh bà thấy được theo lời ông đọc. Trong lần quan sát khái quát thứ hai thành công đã khiến sự nghiệp nhạc công của ông chấm dứt: ngày 13-3-1781, Hecsen lần đầu tiên kể từ thời các thầy tư tế Babilon, phát hiện ra một hành tinh mới là Thiên Vương tinh. Hệ hành tinh Mặt Trời lập tức tăng kích thước lên hơn 2 lần.
Hecsen đã tiến vào thiên văn học với chiến công hiển hách. Huy chương vàng của Hội hoàng gia Luân Đôn, việc ông được bầu làm thành viên của Hội này, bằng tiến sĩ Trường đại học Tổng hợp Ôcxphơt vinh dự và hiếm đối với một người nước ngoài như ông, chức nhà thiên văn triều đình với khoản lương suốt đời 300 đồng ghinê là những phần thưởng dành cho Hecsen ở nước Anh. Nhưng điều chủ yếu là ông đã trở thành nhà thiên văn chuyên nghiệp. Năm 1782 Hecsen chuyển đến khu Uyndo Cổ (Windsor), rồi đến năm 1786 định cư hẳn ở Xlau (Slough) cách Luân Đôn 30 km (ngày nay là ngoại vi thành phố). Phrăngxoa Aragô đã nói rằng Xlau là địa điểm có nhiều phát hiện thiên văn nhất trên thế giới. Trong hệ Mặt Trời ngoài Thiên Vương tinh Hecsen còn khám phá ra 2 vệ tinh của nó (năm 1787) rồi phát hiện chuyển động nghịch chiều của một vệ tinh trong đó (1797) và khám phá hai vệ tinh mới của Thổ Tinh (1789). Ông đã đưa ra chính xác chu kỳ quay của Thổ tinh và vành đai của nó (1790), phát hiện sự thay đổi kích thước theo mùa của các chóp cực Hoả Tinh, làm tiền đề cho những phỏng đoán về người sao Hoả và nhiều điều khác. Tuy nhiên những nghiên cứu về các hành tinh của Hecsen chỉ là “chuyện vặt” tiện thể làm được khi hướng nghiên cứu chính của ông tập trung vào thế giới của các ngôi sao còn đầy lạ lẫm.
Năm 1783, khi so sánh chuyển động riêng đã biết của 13 ngôi sao ở vùng quanh Mặt Trời, Hecsen đã phát hiện ra chuyển động thực của Mặt Trời trong không gian và đã chỉ ra khá chính xác điểm hướng trong, chuyển động của Mặt Trời (điểm apex) ở phía sao 
chòm Lực Sĩ.
Quan trọng hơn nữa là việc phát hiện ra các sao đôi và sao chùm (sao bội). Bắt đầu ghi chép đại trà tất cả các cặp sao sát nhau theo quan sát (biếu kiến) trên trời từ năm 1778, chỉ sau một phần tư thế kỷ, ngày 9-6-1803 Hecsen đã có một thông báo nổi tiếng ở Hội Hoàng gia Luân Đôn về việc phát hiện ra mối liên hệ hấp dẫn thực sự giữa các thành viên cùng cặp của 50 cặp sao. Công việc cuối cùng của ông là một danh mục 145 sao đôi vật lý với nghiên cứu chi tiết quỹ đạo của chúng (năm 1822). Cả thảy Hecsen đã phát hiện ra hơn 800 sao đôi và chùm. Ông cũng là người đầu tiên cố gắng đem lại sự rõ ràng minh bạch trong lĩnh vực trắc quang. Khi tiến hành quan sát có hệ thống trong lĩnh vực này từ Năm 1794, trong 6 năm Hecsen đã lập ra 6 danh mục về độ sáng của các sao. Ông đã đề xuất một thang cấp sao khá tin cậy (có hơi khác với thang hiện nay) và đo độ sáng của 3000 sao với mức chính xác đến 0,1 cấp sao, mức tối đa đối với các quan sát bằng mắt. Qua đó “ông cũng phát hiện ra vài sao biến quang mới.
Hecsen biết nhìn ra cái mà những người cùng thời ông thường bỏ qua. Năm 1804, ông đã chú ý đến tương quan giữa giá lúa mạch (xác định mức độ được mùa) với sự phát xạ của Mặt Trời, phụ thuộc vào số vết đen trên bề mặt của nó. Thông tin có vẻ buồn cười vào thời đó đó được đăng trong “Niên giám thiên văn Beclin” (Berliner astronomisches Jahrbuch) của Iôhan Bôđe năm 1808. Nhưng cũng có những sai lầm: cũng như nhiều người khác thời bấy giờ, Hecsen bị cuốn hút bởi ý tưởng có nhiều thế giới có người ở và để ngỏ khả năng là thậm chí Mặt Trời cũng có thể là nơi như vậy: nó lạnh và chỉ được bao quanh bằng khí quyển sáng chói mà có những chỗ thủng dưới dạng vết đen là bề mạt tối.
Năm 1800, Hecsen phát hiện ra rằng nhiệt kế để ở ngoài phạm vi phổ ánh sáng Mặt Trời nhìn thấy được ở về phía đầu đỏ, cũng nóng lên. Từ đó đã tìm ra các tia nhiệt, tức là bức xạ hồng ngoại. Trong phổ của các sao, Hecsen là người đầu tiên nhận xét về sự khác biệt của vị trí độ sáng tối đa, vì thế có sao được gọi là sao xanh, có sao lại vàng hoặc đỏ. Hiện tượng này nói lên sự khác nhau của nhiệt độ bề mặt các sao và sau này là cơ sở cho việc phân loại phổ sao đầu tiên.
Hecsen đã đóng góp phần chủ yếu của mình trong việc tìm hiểu cấu trúc chung của Vũ Trụ. Những quan sát khái quát đầu tiên với kính 20 bộ đã mở ra trước mắt ông vô vàn các sao không phân biệt được bằng mắt thường và sự phân bố rất không đều của chúng trên trời. Kính thiên văn Hecsen đã mở ra bản chất của những đối tượng bí ẩn nhất bầu trời thời đó: các tinh vân dạng ngân hà” bất động. Những đốm tinh vân nhỏ ấy đã cản trở công việc chính của các nhà quan sát thế kỷ XVIII là tìm kiếm sao chổi mới. Năm 1781- 1783 Saclơ Metxiê, nhà phát hiện các sao chổi mới nổi tiếng đã công bố một danh mục chuyên biệt gồm hàng trăm các đốm nhiễu dạng ngân hà” như thế để các nhà quan sát không nhầm chúng là các sao chổi mới. Hecsen đã ngạc nhiên biết bao khi qua kính thiên văn của ông, nhiều tinh vân Metxiê đã phân tách thành các đám sao, dường như khẳng định thuyết các đảo Vũ Trụ của nhà thiên văn Anh Thômat Raitơ ( 1711- 1786). Như vậy Vũ Trụ sao đã dần dần hé mở cấu trúc phức tạp của nó.
Vũ Trụ bao la mở ra trước mắt Hecsen không thể nghiên cứu từng đối tượng một theo kiểu cũ được. Để hiểu cấu tạo của nó ông đã nghĩ ra phương pháp thống kê các mẫu sao: “các đấu”. Ông tính số sao trong thị trường của kính thiên văn 20 bộ ở các phần khác nhau của bầu trời và tuỳ theo số lượng nhiều ít mà phán đoán xem Vũ Trụ sao của chúng ta trải xa đến đâu ở hướng đã ngắm. Đồng thời Hecsen chú ý chấp nhận giả định thô về sự phân bố đều của các sao trong không gian. Sau khi làm hơn một ngàn “đấu” sao như vậy, Hecsen tìm ra hình dạng khái quát của Ngân Hà là một hệ sao hình hơi thuôn dài và ước lượng độ bẹt của nó khá đúng là 1,5. Ông đã phát hiện ra sự biệt lập của hệ sao của chúng ta trong không gian và lần đầu tiên hình dung nó dưới dạng một “đảo” sao. Ngay cả với những ước lượng chỉ mang tính tương đối của Hecsen thì kích thước Thiên Hà chúng ta cũng lớn khủng khiếp: 850 x 200 đơn vị khoảng cách đến sao Sirius (mỗi đơn vị khoảng cách bằng 8 năm ánh sáng), tức là 6800 x 1600 năm ánh sáng. Tuy nhiên có cái bẫy đối với Hecsen và tất cả những người đi theo ông cho tới tận những năm 30 của thế kỷ XX. Quan sát các sao riêng rẽ không cho phép đạt tới biên của Thiên Hà, do đó xuất hiện cảm giác rằng người quan sát, nghĩa là Mặt Trời của chúng ta nằm ở vị trí trung tâm Thiên Hà. Ảo tường này về sau mới được Halâu Sepli xoá bỏ.
Một năm trước đó Hecsen đã có một phát hiện mà ý nghĩa của nó phải một thế kỷ rưỡi sau người ta mới hiểu. Năm 1784 trong lúc quan sát các tinh vân trong danh mục Metxiê, ông đã chắc chắn rằng có những tinh vân loại đặc biệt. Hecsen đã phát hiện hơn 400 tinh vân mới, phần nhiều yếu hơn nhiều và “không thể phân tách” thành các sao dù cho có qua kính thiên văn loại mạnh đi nữa, hay là các tinh vân dạng “ngân hà”. Chúng phân bố trên trời rất không đều: chúng tụ tập thành các đám, và các đám này cùng với các tinh vân riêng lẻ hợp lại thành các dải dài gọi là các vỉa. Hecsen đã tách được hai vỉa tinh vân, mà vỉa rõ hơn ông gọi là “vỉa Tóc Tiên”, vì chính phần vỉa dày đặc các tinh vân nhất thuộc chòm sao Tóc Tiên và chòm sao Trinh Nữ bên cạnh. Ngoài ra, ông còn nhận thấy nó kéo dài ở một số chòm sao khác (Gấu Lớn, Sư Tử) và chỉ ra rằng nó phân bố vuông góc với dải Ngân Hà. Ông giả định rằng vỉa này, cũng gương như Ngân Hà, có thể là dải Vành khuyên bao khắp bầu trời theo đường vòng tròn lớn, lan xuống cả nửa thiên cầu nam. Với sự tinh tế thiên tài, ông đã thấy xu hướng của tinh vân tụ tập lại thành các vỉa, nét cấu trúc đặc trưng của Vũ Trụ quan sát được Hecsen đã so sánh các vỉa tinh vân này và các vỉa địa chất trong đó hàm chứa lịch sử Trái Đất.
Chỉ mãi đến năm 1953, nhà thiên văn Pháp Giêra đơ Vôculơ (Gerard de Vaucoulers) mới xác lập triệt để (có lẽ cũng không biết đến các bước đi tiên phong của Hecsen) rằng trong các vỉa đặc trưng, bao gồm không phải các tinh vân (điều này khi đó đã rõ) mà gồm các thiên hà khác, có chứa phần xích đạo của một siêu hệ khổng lồ gồm hàng vạn thiên hà trong đó có Thiên Hà chúng ta. Có thể coi Hecsen là người mở đường khám phá cấu trúc quy mô lớn của Vũ Trụ mà giờ đây đang thu hút bao nhiêu tâm trí các nhà Vũ Trụ học.
Những khám phá của Hecsen trong thế giới các tinh vân nhiều vô kể. Ba danh mục các tinh vân mới và các quần sao (1786, 1789 và 1802) có chứa hai ngàn rưỡi các đối tượng này mà đa số trong chúng hoá ra là các thiên hà. Hecsen đã phát hiện và mô tả nhiều dạng tinh vân trong đó có nhắc đến các tinh vân “dạng sao chổi” mà ngày nay được xem là giai đoạn quan trọng của sự ra đời các sao. Lần đầu tiên ông đã chú ý đến sự tồn tại của các tinh vân đôi và tinh vân chùm và coi chúng là các hệ vật lý thực.
Như vậy, Hecsen là người đầu tiên nêu ra ý tưởng tiến hoá của vật chất Vũ Trụ dưới tác động của lục hấp dẫn. Vì ông đã phân tách được một số tinh vân thành các cụm sao nên ông cho rằng tất cả tinh vân ấy là những hệ sao xa xôi - “những ngân hà” tựa như Ngân Hà của chúng ta.
Do vậy để tránh nhầm lẫn, ông đã đề nghị viết hoa hệ sao của chúng ta: Ngân Hà hoặc Thiên Hà. Trong số gần 200 tinh vân đôi và tinh vân chùm mà Hecsen ghi nhận thì khoảng một nữa là các hệ bội thực sự còn 19 cái bây giờ được xếp vào nhóm có tên gọi là các thiên hà tương tác. Loại cuối cùng này chỉ được phát hiện lại và xem xét vào thế kỷ XX bởi Phrit Xvicki và đặc biệt chi tiết bởi Bôrit Alêchxanđrôvich Vôrôntxôp - Vêliaminôp. Hecsen đã nêu ra ý tưởng quan trọng rằng ở những chỗ mật độ sao trong không gian cao một cách ngẫu nhiên phải xuất hiện một “lực tích tụ” làm cho quá trình co lại vì lực hấp dẫn tiếp theo trở nên không thể đảo ngược(các ý tưởng này về sau đã được Giêmxơ Ginxơ phát triển).
Một phát hiện lạ thường được Hecsen thực hiện Năm 1791. Vào thời đó trong số các tinh vân hết sức đa dạng ông đã tách ra một loại đặc biệt: tinh vân dạng cái đĩa nhỏ có sự phân bố rất đều trong đó ánh sáng hơi xanh lục. Vẻ ngoài chúng khá giống Thiên Vương tinh nên được ông gọi là tinh vân hành tinh. Ban đầu Hecsen cho rằng chúng cũng là các hệ sao, nhưng ở xa xôi nhất. Nhưng đến Năm 1791, khi ông phát hiện ra một đối tượng tương tự ở chòm sao Dũng Sĩ (ngày nay là tinh vân hành tinh NGC 1514), mà ở giữa cái đĩa mờ có một chấm sáng, thì ông đã rút ra kết luận đúng đắn: vật chất xung quanh tâm điểm sáng (một ngôi sao bình thường) có bản chất khuếch tán chứ không phải là sao. Cảnh tượng rực rỡ mà vật chất như sắp sửa dồn vào tâm bởi lực hấp dẫn và tạo ra ngôi sao ở chính giữa đã cuốn hút trí tưởng tượng của Hecsen (thực ra, ngày nay người ta biết rằng các tinh vân này đang giãn nở). Khi ấy Hecsen đã có thể phân chia các tinh vân “dạng ngân hà” không thể phân tách thành các tinh vân “thật” và “giả” (các hệ sao xa xôi).
Tuy nhiên việc giải đoán cấu trúc của các tinh vân hành tinh đã đưa Hecsen xa rời cách lý giải đúng đắn các tinh vân “dạng ngân hà” nói chung, nhất là loại có nhân sáng. Ông đã giải thích chúng là các sao đang hình thành, còn sự đa dạng về hình dáng của chúng được ông xem là các giai đoạn khác nhau của quá trình này. Tuy phạm phải sai lầm trong việc giải thích các đối tượng cụ thể bản thân ý tưởng của Hecsèn đã đóng vai trò lớn trong việc phát triển các quan niệm tiến hoá về tự nhiên nói chung. Trong thiên văn học, ý tưởng về sự phát triển của tự nhiên lần đầu tiên được nhắc đến trong tác phẩm của Emmanuen Kant, lại được củng cố vững chắc hơn nhờ Hecsen. Ý tưởng ấy trong thiên văn còn đi trước cả trong sinh học, mà ông tổ của nó trong sinh học là Giăng Batixtơ Lamac (Jean - Baptiste Lamarck) (Năm 1809). Laplaxơ đã sửa đổi giả thuyết Vũ Trụ tiến hoá luận của mình trong mỗi lần xuất bản cho phù hợp với các phát hiện của Hecsen.
Đưa ra những ý tưởng phải nói là hết sức táo bạo so với thời bấy giờ về sự phân bố dạng vỉa của các tinh vân, sự tiến hoá của các vật chất Vũ Trụ và sự hình thành sao đang tiếp tục từ vật chất khuếch tán, Hecsen đã chứng tỏ ông là một nhà triết học uyên thâm.
Vào những năm cuối đời, khi quan sát qua kính thiên văn 40 bộ, Hecsen tin rằng giới hạn của Thiên Hà là không thể đạt tới. Ông cũng tin rằng không phải tất cả các tinh vân dạng ngân hà là các khối vật chất khuếch tán và ngay cả những tinh vân yếu nhất trong số đó chỉ phát hiện được ở ranh giới nhìn thấy, cũng có thể là các “ngân hà” khác ở xa tít mù tắp.
Trong suốt hơn ba chục năm, đêm nào đẹp trời Hecsen cũng tiến hành quan sát. Chỉ đến năm 1807 sau một trận ốm nặng, ông mới từ bỏ thói quen đó. Ông mất ngày 23 (có nguồn ghi là 25) -8 -1822. “Ông đã bẻ gãy then cửa Trời cao” - dòng chữ trên bia mộ của ông ghi như vậy.
Em gái của ông, bà Carôlin Lucrexia Hecsen ( 1750 - 1848) cũng là một nhà thiên văn nổi tiếng bậc nhất. Bà đã xử lí và cho xuất bản sau khi anh mình mất một danh mục 2500 tinh vân và quần sao của Hecsen. Bản thân bà đã phát hiện ra 8 sao chổi và 14 tinh vân.
Con trai ông, Giôn Phrêđêric Uyliam Hecsen (1792 - 1971) cũng là một nhà thiên văn nổi tiếng và tiếp tục sự nghiệp quan sát mà người cha đã khởi xướng. Ông này cũng là viện sĩ danh dự Viện hàn lâm khoa học Pêtecbua.
