Thiên văn học là một ngành học mà những dụng cụ quang học phải được cải tiến ngày càng hoàn hảo để tầm nhìn được ngày càng xa hơn. 

Nguyên tắc quang học về kính thiên vẫn được diễn tả lần ðầu tiên vào thế kỷ thứ 13 do nhà khoa học Anh Roger Bacon. Tuy nhiên phải ðợi ðến nãm 1608 mới được áp dụng bởi một ngýời sản xuất kính ở Middleburg Hà Lan, ông Hans Lippershey. Hans Lippershey tình cờ thấy hai đứa bé cầm hai thấu kính để nhìn thì thấy cái chong chóng chỉ hướng gió của nhà thờ có vẻ gần hơn. Hans Lippershey thử thí nghiệm ðặt một thấu kính hội tụ và một thấu kính phân kỳ trong một cái ống và ông ðã tìm ra được một dụng cụ nhìn xa (viễn vọng kính).

Lippershey, người sáng chế ra tổ tiên của kính thiên văn.

Trong thời ðiểm ðó, có ít nhất hai ngýời Ðức khác cũng đã phát minh. Lại có tin đồn rằng viễn vọng kính đã có từ thế kỷ thứ 16. Nhýng Lippershey là ngýời ðã diễn tả bằng văn. Tuy nhiên, ông không bảo vệ bằng phát minh của ông bởi vì chuyện này quá quan trọng để phải giữ bí mật.

 Sự tiến triển của viễn vọng kính

Ống quang học: 

Lúc đầu người ta đặt tên kính thiên văn là ống quang học, mãi đến năm 1650 mới có tên là téléscope (kính nhìn xa ). Tên này đã được nhà toán học Hy Lạp Ioannes Dimisiani đặt ra năm 1612.

Lúc đầu những kính nhìn xa này chỉ được dùng trong quân đội để kiểm soát quân địch đến gấn. Năm 1609 Galilée là ngýời ðầu tiên dùng "kính lại gần" ðể quan sát bầu trời.

 Bản sao ống quang học của Galilée

Galilée, người khám phá quan trọng nhất

 Kính thiên văn khúc xạ

Trong kiểu kính thiên vãn khúc xạ, ánh sáng ðýợc hội tụ nhờ một kính hội tụ. Thấu kính thứ hai làm thị lính. Kính này là kính phân kỳ, dùng ðể ðiều chỉnh lại những tia sáng hội tụ thành song song ðể cho mắt nhìn dễ thấy hơn.

Kính loại này có thể to ðến khoảng 1 mét ðường kính nhưng chưa bao giờ ðược chế tạo. Cũng không thể chế kính loại này to hơn bởi vì sự sai lệch sẽ quá lớn. Thêm nữa, thấu kính loại này rất nặng nên chúng sẽ bị biến dạng do trọng lượng của chúng tạo ra. 

Kính thiên văn khúc xạ có 2 khuyết ðiểm phải ðược sửa ðổi:

Thứ nhất: sai lệch vì độ cong của khối cầu của thấu kính không cho phép những tia sáng hội tụ lại một điểm. Và do đó, hình sẽ mờ.

Thứ hai: sai lệch màu sắc bởi vì mỗi màu có điểm hội tụ riêng của nó và một vòng màu sẽ xuất hiện chung quanh vật được quan sát.

 Ðường ði của ánh sáng trong kính thiên văn khúc xa (réfracteur)

 Kính phản chiếu Newton 

Nguyên tắc của loại kính dùng gương này ðược James Gregory gợi ý , nhưng Newton là người ðầu tiên thực hành và xử dụng. Ông dùng một gương lồi ðể làm hội tụ tia sáng. Ông ðã giải quyết được sự sai lệch màu sắc. Loại gương này hiện vẫn còn dùng vì mặc dù có nhiều kiểu thiết kế khác.

Nguyên tắc rất dễ: Ðầu tiên ánh sáng phản chiếu trở lên nhờ một tấm gương thứ nhất có dạng parabole, tiếp theo, ánh sáng ði lệch một phía nhờ phản chiếu qua một tấm gương phẳng nằm nghiêng một góc 45° . Cuối cùng ánh sáng qua những thấu kính ðể khuếch ðại ảnh lên và ðến thị kính. Kính thiên văn phản chiếu ðầu tiên do Newton làm ra có miếng gương ðường kính 2,5m , được trưng bày năm 1671

Kính thiên văn phản chiếu Newton 

Tấm gương chính lúc ðầu ðược làm bằng thau. Sau ðó nhà hóa học Ðức Justus Liebig đã tìm cách phủ một lớp bạc mỏng trên thủy tinh. Ưu ðiểm của bạc là oxyd hóa chậm hơn thau nhiều nhưng nếu dùng gương làm toàn bằng bạc ròng thì tốn kém nên phương pháp mạ ðược xử dụng. Cuối cùng, năm 1918 người ta tìm ra nhôm, với độ phản xạ ánh sáng lên đến 82% so với 65% độ phản xạ của bạc nên nhôm được dùng để phủ lên gương thay cho bạc.

Trong thế kỷ 18, kính thiên văn càng ngày càng to dần . Kể từ nãm 1774, nhiều dụng cụ rất tốt ðược William Herschel, ngýời Ðức, sống tại Anh thiết lập. Với một trong những kính thiên văn của mình, ông đã khám phá ra Uranus(1781) , và năm 1789 ông đã hoàn thành một kính thiên văn phản chiếu có đường kính 122 cm, là kính thiên văn lớn nhất cho đến năm 1845.

 Cassegrain

 Kính thiên văn Cassegrain

Trong kính thiên văn Cassegrain, ánh sáng đến gương chính (parabole lõm) sẽ được phản chiếu đến tâm một gương khác (gương lồi), nơi đây ánh sáng lại được trả về lại phía dưới để vào thị kính. Ở giai đoạn này , ánh sáng được phản chiếu trong ống xuyên qua một lỗ ở giữa cuả gương trung tâm (thấu kính chính) và hình ảnh sẽ được rọi to lên nhờ thị kính và những thấu kính.

Kính thiên văn Coudé 

Tuy nhiên trong vài trường hợp nếu không ðục lỗ thấu kính chính thì phải dùng thêm một gương thứ hai ðể hướng những tia sáng vô thành ống: Ðó là kính thiên văn Coudé. Cai hay của kính này là nó cho hình ảnh lớn hơn nhiều, ống thì ngắn và dễ xử dụng 

 Schmidt-Cassegrain 

Loại kính lai giữa kính khúc xạ và kính phản chiếu , đó là kính thiên văn Schmidt-Cassegrain. Berhard Voldomar Schmidt đã thêm vô kính Cassegrain một thấu kính kiểu Schmidt nõi vật kính. Nó hoạt ðộng như một kính phản chiếu, nhưng thấu kính này có tác dụng làm giảm ðộ sai lệch hình cầu (aberration sphérique) do gương gây ra.

Hành trình của tia sáng trong kính thiên văn kiểu Schmidt-Cassegrain  

Những thực hiện gần đây

Những kính thiên văn gần đây không dùng để xem những vùng thấy được của phổ ánh sáng (điện từ). Nhờ những tiến bộ quan trọng trong những thấp kỷ vừa qua trong ngành điện tử, quang học, và không gian; hiện nay ta có thể quan sát bầu trời trong những vùng ngoài quang phổ thấy được bằng mắt. Giờ đây người ta khảo cứu được tia hồng ngoại, tia vi va, sóng radio và tia X , tia g đến từ không gian. Nhiều kỹ thuật tân tiến những kính thiên văn còn bao gồm cả những vùng thấy được. Và kích thước cuả chúng ngày càng khổng lồ.  

Radiotélescopes

Radiotéléscope dùng ðể bắt những tín hiệu từ không gian ðến. Có nhiều kính kết thành mạng ðể làm tãng ðộ phân tích hình cao (để nhìn được những vật rất xa nên nhỏ so với mắt chúng ta).  

Nhiều nhà thiên văn đã làm một mạng những kính thiên văn đặt khắp nơi trên thế giới để có được độ mạnh của một kính thiên văn có độ lớn tầm cỡ trái đất.

Mạng quan trọng nhất là VLA (Very Large Array) gồm 27 radiotéléscopes lưu ðộng trải dài trên 36 km và dùng cho cơ quan SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence, Ði tìm sự Thông minh ngoài trái đất ) để đi tìm những tín hiệu ngoài quả đất đưa đến.

Mạng VLA ở New Mexico 

Ðó là những kính thiên văn mà ta thấy trong phim Contact do Jodie Foster đóng .

Sự khám phá ra Pulsar, những tinh tú này cho ra những tín hiệu rất đều đặn, là nhờ những radiotéléscope. Lúc đầu những nhà thiên văn tưởng là những tín hiệu đó phát ra từ một đời sống thông minh nào đó của vũ trụ, điều này làm cho Pulsar có biệt hiệu là "những người nhỏ màu xanh (Little Green Men)

 Pulsar còn gọi là Sao neutrons, là một thiên thể rất nhỏ, đường kính cỡ 20 km và tỷ trọng rất lớn (1024 g/1cm3), quay xung quanh nó với vận tốc rất lớn và phát ra những làn sóng điều biến. Nó tựa như phần trung tâm cùa sao nổ dưới dạng nova

Pulsar (Sao Neutrons) 

Radiotéléscope nổi tiếng nhất là Arecibo tại Puerto Rico. Nó ðược xây ngay trên ðất, tại một miệng núi lửa. Ðýờng kính 310 mét và là kính radiotéléscope lớn nhất thế giới và nhạy nhất (trừ các kính nối thành mạng).

Tuy nhiên nó có vài nhược ðiểm là nó chỉ thấy ðýợc 1/3 bầu trời vì nó không thể quay hướng ðýợc. Chỉ mỗi ðài thu là có thể chuyển ðộng một ít ðể theo dõi một thời gian ngắn một điểm nhất định trong bầu trời

Nó được dùng trong phim Golden Eye, phim đầu tiên mà Pierce Brosnan đóng

 Radiotéléscope Arecibo (Puerto Rico)

 Radiotéléscope Parkes (Úc) Big Ear (Ohio)

Radiotéléscope Parkes bên Úc nhỏ hõn, chỉ 64 m ðường kính nhưng tiện lợi hơn vì nó dễ sử dụng 

Có một radiotéléscope đặc biệt như Big Ear ở Ohio, Hoa Kỳ, tương đương với một radiotéléscope đường kính 52,5 m, nhưng kính này đã bị hủy hoại năm 1998 

Canada tham dự

Canada tham dự vào nhiều dự án quan trọng về kính thiên văn. Họ hợp tác trong viêc quản lý đài thiên văn giữa Canada-France- Hawaii được đặt trên đỉnh núi Mauna Kea, à Hawaï , cao 4200 m. Kính thiên văn này được khánh thành năm 1979 và có đường kính 3,58m.

 Một dự án quan trọng khác là dự án Gemini. Gồm 2 kính thiên văn 8,1 m trên dãy Andes ở Chili và trên núi lửa Mauna Kea, à Hawaii. Mặt gýõng của hai kính thiên vãn này ðýợc làm từ những tấm hình lục giác và được dùng để quan sát những nguồn tia hồng ngoại . Dự án này mới vừa bắt đầu năm 2000 và quan sát năm 2001.

Ðài thiên văn Bắc Gemini 

Kính thiên văn mạnh nhất Ðông Bắc Mỹ:

Ðài thiên văn trên núi Méganic do sự hợp tác của trýờng Ðại học Montréal và Ðại học Laval. Những sinh viên môn Thiên văn đến thực tập nơi này. Ðài thiên văn gồm một kính thiên văn có 1,6 m đường kính, đứng vào hạng thứ 3 của Canada 

Tương lai của những kính thiên văn:

Kính thiên văn là một ngành ðang phát triển bởi vì càng khám phá nhiều, ta càng thấy sự hiểu biết của ta giới hạn. Những kính thiên văn càng ngày càng to lớn hõn, càng cầu kỳ hõn và ðã có những kính trong không gian. Có rất nhiều dự án về đài quan sát. Người ta ðã bàn về kính thiên văn nối tiếp kính Hubble, đó là kính Kính Thiên Văn của Thế hệ Tiếp theo (Next Generation Space Telescope) sẽ được cho vào quỹ đạo đầu thập niên tới. Và một kính thiên văn khổng lồ đường kính 100 mét.

Bài đọc thêm

Kính Thiên Văn Vô cùng Lớn ELT

Kính thiên văn Hubble HST