Phát triển vật lý thiên văn tại Việt Nam

Một ngành khoa học cơ bản, thực nghiệm và ứng dụng

Nhờ có những định luật cơ học của Newton và Kepler mà các nhà khoa học mới tính được quỹ đạo để phóng những vệ tinh phục vụ ngành vô tuyến viễn thông, như vô tuyến truyền hình và hệ thống điện thoại di động. Hệ định vị toàn cầu nhằm xác định vị trí của tàu bè trên biển, máy bay trên không gian và hướng dẫn người lái xe hơi len lỏi để tìm đường phố trong những đô thị, có thể đạt được độ chính xác rất cao, nếu thuyết tương đối của Einstein được áp dụng. Kỹ thuật hiện đại làm kính thiên văn được dùng trong ngành y để chẩn đoán bệnh trong võng mạc ở đáy mắt. Thiên văn học cũng giải đáp được phần nào những thắc mắc siêu hình và triết lý mà nhân loại ấp ủ từ thời xa xưa. Quan sát bầu trời là để tìm hiểu nguồn gốc của vũ trụ và của loài người, là để phát hiện những thế giới văn minh khác, nếu có, trên những hành tinh xa xôi ở ngoài hệ Mặt trời.

Mục tiêu đầu tiên của ngành thiên văn vẫn là nghiên cứu những hiện tượng trên bầu trời, sự sinh tử của những ngôi sao, của những thiên hà và sự tiến hóa của toàn thể vũ trụ. Xác định những điều kiện lý-hóa trong phòng thí nghiệm thiên nhiên vũ trụ cũng là một đề tài không kém quan trọng của ngành thiên văn vật lý. Vì bức xạ của những thiên hà xa xôi thu được trong kính thiên văn và antenne rất yếu, nên các nhà thiên văn phải dùng những kính thiên văn quang học và vô tuyến thật lớn cùng những thiết bị điện tử tối tân để thu từng hạt photon. Họ còn phóng vệ tinh lên không gian để tránh hiện tượng hỗn loạn trong bầu khí quyển của Trái đất làm hình những thiên thể kém phần sắc nét. Kỹ thuật xây những kính thiên văn vừa lớn vừa nhẹ và chế ra những máy điện tử thu tín hiệu ngày càng nhạy đã góp phần vào sự phát triển ngành công nghệ tiên tiến.

Sau khi Chiến tranh Thế giới thứ II kết thúc, các kỹ sư trước kia đã từng làm nghĩa vụ quân sự phòng không và phát hiện tàu chiến trên biển bằng radar, nay trở thành những nhà khoa học tiên phong xây những antenne và máy điện tử để thu tín hiệu vô tuyến trong vũ trụ. Ngành thiên văn vô tuyến đã được phát triển, chính là nhờ những nỗ lực của các chuyên gia kỹ thuật radar. Nhiều khám phá thiên văn quan trọng, như sự phát hiện bức xạ phông vũ trụ, một bằng chứng thiết yếu củng cố thuyết Big Bang, đã được thực hiện trên bước sóng vô tuyến. Sự cộng sinh giữa khoa học cơ bản và khoa học kỹ thuật là yếu tố cần thiết trong quá trình phát triển của ngành thiên văn hiện đại. 

Các nhà thiên văn dùng những lý thuyết vật lý mới nhất cùng những kết quả thu được bằng kính thiên văn để tìm hiểu nguồn gốc và sự tiến hóa của vũ trụ. Những công trình quan sát đại trà và những mô hình lý thuyết chạy liên tục hàng tháng trong những siêu máy tính đã giúp các nhà thiên văn mô phỏng được cấu trúc của toàn thể vũ trụ.

Hình 1: (a) Hệ kính thiên văn vô tuyến đặt tại Nançay, vùng đồng quê Sologne (180 km về phía Nam Paris), có 2 antenne khổng lồ đặt cách xa nhau 460 m. Phía bên trái hình là antenne phẳng (kích thước 200 m x 40 m) quay xung quanh một trục ngang và phản chiếu tín hiệu vô tuyến vũ trụ vào antenne cong (phía bên phải hình, kích thước 300 m x 35 m). Tín hiệu được hội tụ vào tiêu điểm (toà nhà thấp màu trắng ở giữa 2 antenne), nơi có máy quang phổ thu và phân tích tín hiệu.

Giải pháp phát triển vật lý thiên văn của Việt Nam

Vũ trụ là một môi trường trong đó có đủ các hiện tượng lý-hóa mà chúng ta cần quan sát và nghiên cứu để cũng thực hiện được trong phòng thí nghiệm trên Trái đất. Các nhà thiên văn tìm thấy trong Dải Ngân hà chất hữu cơ HC11N thuộc loại cyanopolyyne, một hóa chất có những chuỗi cacbon dài liên kết với nhau. Các nhà hóa học, khi muốn tìm hiểu trong phòng thí nghiệm cơ chế hình thành của cyanopolyyne, đã tình cờ chế ra chất fullerene có cấu trúc như một quả bóng đá vi mô chứa toàn là nguyên tử cacbon. Chất fullerene có độ bền rất cao và được dùng trong công nghệ nano. Tìm hiểu cơ chế phát ra năng lượng trong lòng Mặt trời và những ngôi sao cũng giúp các nhà vật lý thực hiện được những phản ứng nhiệt hạch giải phóng ra nhiều năng lượng hơn cả những phản ứng phân hạch trong lò nguyên tử.

Việt Nam không nhất thiết phải xây những đài thiên văn đắt tiền và những kính thiên văn lớn để quan sát vũ trụ. Các nhà thiên văn toàn cầu là một cộng đồng không phân biệt biên giới. Trong thời gian đầu chưa có thiết bị, các nhà thiên văn Việt Nam có thể cộng tác với những đồng nghiệp nước ngoài và sử dụng những kính thiên văn sẵn có trên thế giới. Họ không cần phải đến tận đài quan sát, nhưng có thể theo dõi những buổi quan sát từ xa trên máy tính và xử lý số liệu trong phòng thí nghiệm trong nước. Họ cũng có thể dùng máy tính để lập ra những mô hình lý thuyết nhằm giải thích những kết quả thu được. 

Điều cốt yếu là đào tạo đủ chuyên gia, dù phải gửi ra nước ngoài, để sau khi về nước họ thành lập được một đội ngũ thiên văn đầu ngành. Trước đây, ngành thiên văn vật lý ở Tây Ban Nha hầu như không phát triển đáng kể. Nhưng chỉ trong ba thập niên, họ đã gửi sinh viên đi du học tại các nước láng giềng có truyền thống thiên văn, như Pháp và Đức. Hiện nay, Tây Ban Nha đã có một đội ngũ thiên văn vô tuyến trẻ rất năng động và có uy tín.

Hình 1 (b) Hình antenne cong, ở phía bên phải trong hình (a), được phóng to ra. Hệ kính Nançay, thuộc Đài Thiên văn Paris, được dùng để thu tín hiệu vô tuyến phát từ những pulsar, nhân của những ngôi sao đã nổ, cùng những thiên hà xa xôi. Kính thiên văn vô tuyến Nançay đã được Tổng thống Pháp, Charles de Gaulle, khánh thành mùa xuân năm 1965 (Hình Trung tâm thiên văn vô tuyến Nançay).

Hành trang của các nhà  thiên văn vật lý rất đa dạng nên có thể giúp họ hoạt động trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau. Với sự hỗ trợ của Hội Thiên văn Quốc tế, chúng tôi đã tổ chức những khoá học thiên văn vật lý tại Việt Nam. Từ năm 1996 đến năm 2005, chúng tôi đã vận động Chính phủ Pháp để trao học bổng cho sinh viên Việt Nam sang Đại học Paris 6 và Đài thiên văn Paris thực tập và làm luận án tiến sĩ về môn thiên văn vật lý. Họ đã trở về nước công tác, trong số đó có những sinh viên đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ tại Paris. Tuy nhiên, họ không tập trung ở một cơ quan để cùng cộng tác và cũng không đủ đông để thành lập một bộ môn nghiên cứu thiên văn.

Đài thiên văn Phủ Liễn ở Kiến An, thành phố Hải Phòng, đã được chính quyền Pháp xây vào đầu thế kỷ trước, chủ yếu là để dự báo thời tiết và quan sát Mặt trời. Giáo sư Nguyễn Xiển là nhà khoa học Việt Nam đầu tiên được cử làm giám đốc Đài Phủ Liễn. Trong thời chiến, kính thiên văn và thiết bị quang học đã được chuyển đi nơi khác. Hiện nay, nhiệm vụ chính của Đài Phủ Liễn là theo dõi khí tượng. Khí hậu nhiệt đới ẩm thấp ở Việt Nam không thuận lợi cho sự quan sát bầu trời trong lĩnh vực quang học và trên những bước sóng ngắn milimet vô tuyến. Đa số kính thiên văn vô tuyến hiện đại trên thế giới hoạt động trên bước sóng milimet. Tuy nhiên, sóng vô tuyến trên những bước sóng dài từ 10 cm trở lên có khả năng truyền tới kính thiên văn, ngay cả khi có mưa, mà không bị khí quyển ẩm ướt hấp thụ. Do đó, ngành thiên văn vô tuyến cũng có thể được phát triển tại Việt Nam. Những nước ở vùng nhiệt đới như Ấn Độ cũng đã xây những hệ giao thoa vô tuyến hoạt động trên những bước sóng dài để thu bức xạ của nguyên tử hydro rất phổ biến trong vũ trụ. Do sự dãn nở của không gian vũ trụ, vạch hydro phát trên bước sóng 21 cm từ những thiên hà xa xôi đều dịch chuyển về phía những bước sóng dài. Những kết quả quan sát này giúp các nhà thiên văn tìm hiểu vũ trụ ở thời đại nguyên thủy. Ấn Độ cũng là nơi sinh viên Việt Nam có thể thực tập trong ngành thiên văn vô tuyến.

Đài thiên văn Phủ Liễn

Cố Giáo sư Hoàng Xuân Hãn là người đã quan tâm đến ngành thiên văn nước nhà. Giáo sư là một nhà học giả uyên thâm, không những chỉ trong lĩnh vực khoa học và làm lịch, mà còn đối với những vấn đề văn hóa. Chúng tôi đã có dịp trao đổi với Giáo sư Hãn về lịch sử thiên văn phương Đông để viết và xuất bản những tác phẩm phổ biến khoa học.

Trong khuôn khổ hợp tác khoa học giữa Đại học Quốc gia Hà Nội với Đại học Paris, Pierre và Marie Curie, và Đài Thiên văn Paris, chúng tôi đã tổ chức vào đầu tháng 11 năm 2010 một hội thảo về môn khoa học vũ trụ và khí hậu học tại Việt Nam, nhân dịp Đại lễ 1000 năm Thăng Long - Hà Nội. Các nhà khoa học đầu ngành của Pháp trình bày những kết quả mới nhất thu được bằng kính thiên văn đặt trên mặt đất và phóng lên không gian, cùng khả năng phát triển thiên văn học tại Việt Nam. Các nhà khoa học nhận định rằng khí thải công nghiệp làm Trái đất ngày càng nóng lên và có khả năng biến thành một hành tinh khô cằn. Kỹ thuật thám hiểm vũ trụ cũng được dùng để tiên đoán những diễn biến của khí hậu.

Một cuộc gặp gỡ với cố Giáo sư Hoàng Xuân Hãn (đứng bên phải) nhân buổi Giáo sư đến tham quan Đài Thiên văn Paris - Meudon vào năm 1987

Những cuộc thí nghiệm khoa học đơn giản và những buổi trình diễn thiên văn dưới vòm nhà chiếu hình vũ trụ là những biện pháp để nâng cao dân trí. Đã có một đề án Việt - Pháp để xây tại thủ đô Hà Nội một Cung khoa học trong đó có nhà chiếu hình vũ trụ, nhằm phổ biến khoa học cho quảng đại quần chúng. Chúng tôi đã tham gia hoạt động tích cực trong nhiều năm nhằm thực hiện đề án này. Nhưng cho đến nay, công trình xây dựng Cung khoa học vẫn hãy còn tồn tại dưới dạng đồ án thiết kế.

Sự thành công rực rỡ của ngành toán học Việt Nam là động cơ thúc đẩy sự phát triển những ngành khoa học khác trong đó có ngành vật lý thiên văn.