Kính viễn vọng phản xạ

Kính viễn vọng quang phổ

Quang phổ học (spectroscopy) là môn nghiên cứu các phổ (spectrum, số nhiều spectra) của vật chất, dựa trên cơ sở là mỗi nguyên tố hóa học có một phổ đặc trưng. Điều này có thể quan sát được qua hệ thống kính quang phổ, trong đó các tia sáng đi qua một khe hẹp, đến thấu kính chuẩn trực (collimating lens) được chỉnh thành những tia sáng song song, đi qua một lăng kính (prism), sau đó được phân tích và qua một kính lấy nét (focusing lens) ở thị kính. Qua kính quang phổ, có thể thấy một chuỗi những hình ảnh, mỗi hình ảnh có một màu khác nhau, vì ánh sáng đã được phân tích qua những phổ màu khác nhau.

Kính quang phổ thường tách ánh sáng thành những dải màu tiếp nối nhau, với nhiều đường sậm chạy ngang được gọi là đường Fraunhofer. Mỗi tổ hợp các đường sậm tương ứng với một nguyên tố của vì sao đã hấp thụ những màu bị mất đi. Ví dụ: nguyên tố H cho một đường đỏ sậm, Na cho một cặp đường vàng sậm, Fe cho những đường của hầu hết các màu. Mỗi nguyên tố trong tầng khí quanh vì sao tạo nên những đường phổ đậm đặc trưng, tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất của khí. Vì thế, có thể quan sát những phổ của hàng trăm ngàn vì sao.

Phân tích quang phổ của ánh sáng chiếu từ một vì sao cho phép phân tích thành phần hóa học của vì sao này. Ví dụ: nguyên tố helium được khám phá trên Mặt Trời nhiều năm trước khi được tìm thấy trên Trái Đất. Gần đây, nghiên cứu quang phổ của Mặt Trời cho thấy chứng cứ vững chắc về sự hiện diện của ion hydrogen âm. Vì thế, nghiên cứu quang phổ của các vì sao đã cung cấp nhiều tư liệu quý giá. Ví dụ, các tinh vân (nebula) cho thấy một nguyên tố mới, tạm thời được đặt tên là nebulium, không có trên Trái Đất. Cũng nhờ nghiên cứu quang phổ các vòng quanh Sao Thổ, được biết các vòng này chủ yếu tạo thành bởi những mảnh băng ammonia. Quang phổ học cũng đã được ứng dụng để phân tích thành phần hóa học khí quyển của Mộc Tinh sau khi sao chổi Shoemaker-Levy 9 va đập vào.

Quang phổ học cũng giúp khám phá những thiên thể ở rất xa. Ví dụ: các phổ của một vài vì sao ở xa thỉnh thoảng bị tách rời nhau, rồi sau đó hợp lại. Hiệu ứng này là do sự hiện diện của vì sao đôi, quay gần nhau đến đỗi một kính viễn vọng thông thường không thể phân biệt được.

Các đường phổ dịch chuyển vị trí khi nguồn ánh sáng di chuyển tiến gần hoặc rời xa thiết bị quan sát. Sự dịch chuyển này giúp tính toán khá chính xác vận tốc tương đối của bất kỳ nguồn phát xạ nào. Nói chung, nếu mọi đường phổ của một vì sao dịch chuyển về phía màu đỏ, vì sao đó đang rời xa Trái Đất, và vận tốc có thể được tính toán từ mức độ dịch chuyển. Ngược lại, khi vì sao đang tiến gần Trái Đất, phổ dịch chuyển về phía màu tím. Qua cách này, có kết luận dẫn đến thuyết vũ trụ giãn nở.