Đài thiên văn được đặt trên núi cao như Mauna Kea ở Hawaii hay sa mạc Atacama ở Chile vì ở đó không khí loãng, khô, ổn định và trời tối. Càng lên cao, lớp khí quyển làm nhoè và hấp thụ ánh sáng sao càng mỏng, đặc biệt là hơi nước vốn chặn các bước sóng hồng ngoại và dưới milimét. Cái giá phải trả là những đêm làm việc ở độ cao mà cơ thể con người chỉ nhận được khoảng hơn nửa lượng oxy so với mặt biển.
Bầu trời "tốt" là bầu trời như thế nào
Người làm thiên văn chọn địa điểm bằng mấy tiêu chí cụ thể chứ không chỉ "càng cao càng tốt":
| Tiêu chí | Ý nghĩa | Vì sao núi cao, sa mạc có lợi |
|---|---|---|
| Độ nhoè (seeing) | Mức ảnh sao bị rung, nhoè do không khí xáo trộn | Dòng khí trên đỉnh núi cô lập thường phẳng lặng hơn, nhất là khi gió thổi từ biển vào |
| Hơi nước | Hơi nước hấp thụ hồng ngoại và sóng dưới milimét | Ở độ cao lớn, phần lớn hơi nước đã nằm phía dưới; Atacama thuộc loại sa mạc khô nhất thế giới |
| Số đêm quang | Bao nhiêu đêm trong năm không mây | Đỉnh Mauna Kea thường nằm trên lớp nghịch nhiệt giữ mây ở thấp; Atacama hiếm mưa |
| Độ tối | Ít ánh đèn nhân tạo | Xa thành phố, có quy định hạn chế đèn chiếu lên trời |
Một mẹo khó hình dung: từ máy bay, có khi thấy đỉnh Mauna Kea nhô lên trên biển mây trắng. Đó là lớp nghịch nhiệt, nơi không khí ấm nằm trên không khí lạnh hơn, chặn mây và hơi ẩm ở phía dưới. Kính thiên văn trên đỉnh nhìn lên một bầu trời gần như không còn hơi nước.
Mauna Kea: đỉnh núi lửa giữa Thái Bình Dương
Mauna Kea trên đảo Hawaii cao khoảng 4.207 m so với mực nước biển. Trên đỉnh có hơn chục kính thiên văn của nhiều nước. Nổi tiếng nhất là cặp kính Keck với gương chính đường kính 10 m, mỗi gương ghép từ 36 mảnh lục giác, bắt đầu hoạt động vào thập niên 1990. Cạnh đó là kính Subaru của Nhật với gương liền khối 8,2 m và kính Gemini North.
Đỉnh núi cũng là nơi linh thiêng trong truyền thống của người Hawaii bản địa. Dự án Kính thiên văn Ba mươi mét (TMT) gặp sự phản đối của nhiều người bản địa, nên chuyện dùng đỉnh núi thế nào được bàn kỹ giữa giới khoa học, chính quyền và cộng đồng. Người đến thăm được đề nghị tôn trọng các điểm thờ phụng trên đỉnh.
Ngủ ở lưng chừng núi, làm việc trên đỉnh
Nhân viên và nhà thiên văn thường nghỉ ở khu Hale Pōhaku, độ cao khoảng 2.800 m, để cơ thể dễ chịu hơn, rồi mới lên đỉnh làm việc. Nhiều kính hiện nay được điều khiển từ xa: ví dụ đài Keck cho phép nhà thiên văn quan sát từ trụ sở ở thị trấn Waimea dưới chân núi, hoặc từ trường đại học của họ. Trên đỉnh chỉ còn đội kỹ thuật vận hành, giảm số người phải ở độ cao lớn suốt đêm.
Atacama: sa mạc của những gương khổng lồ
Sa mạc Atacama ở miền bắc Chile có những vùng gần như không có mưa nhiều năm liền. Đài quan sát Nam Âu (ESO) đặt Kính Rất Lớn (VLT) trên núi Cerro Paranal, cao khoảng 2.635 m, gồm bốn kính gương chính 8,2 m có thể phối hợp với nhau. Trên núi Cerro Armazones gần đó, ESO đang xây Kính Cực Lớn (ELT) với gương chính khoảng 39 m ghép từ gần 800 mảnh, dự kiến bắt đầu quan sát vào cuối thập niên này.
Đài Vera C. Rubin trên núi Cerro Pachón công bố những hình ảnh đầu tiên vào tháng 6 năm 2025. Kính này sẽ chụp lại toàn bộ bầu trời phía nam vài đêm một lần trong mười năm, so sánh từng ảnh mới với ảnh cũ để tìm những gì thay đổi: sao bùng sáng, tiểu hành tinh di chuyển, siêu tân tinh. Theo kế hoạch, mỗi đêm hệ thống có thể phát ra tới hàng triệu cảnh báo "có gì đó khác" gửi cho các nhà thiên văn trên thế giới. Đó là phát hiện bất thường ở quy mô cả bầu trời.
ALMA: làm việc ở độ cao 5.000 m
Mảng ăng-ten ALMA, hợp tác giữa châu Âu, Bắc Mỹ, Đông Á và Chile, khánh thành năm 2013 trên cao nguyên Chajnantor ở độ cao khoảng 5.000 m. ALMA gồm 66 ăng-ten parabol thu sóng milimét và dưới milimét, có thể được xe vận chuyển chuyên dụng dời đi để đổi cách bố trí mảng. Ở bước sóng này, hơi nước là kẻ thù lớn nhất, nên phải lên cao tới vậy.
Phần lớn nhân viên ALMA làm việc ở Cơ sở Hỗ trợ Vận hành ở độ cao khoảng 2.900 m. Những ai phải lên khu ăng-ten ở 5.000 m thường được kiểm tra sức khoẻ trước, mang theo oxy và có giới hạn thời gian làm việc. Ở độ cao đó, đầu óc phản ứng chậm hơn, người ta dễ nhầm số, quên bước, nên quy trình làm việc được thiết kế để tránh sai sót: làm theo danh sách kiểm, đi theo cặp, giảm việc phải tính toán tại chỗ.
Một đêm ở đài thiên văn
Ca làm việc bắt đầu trước khi Mặt Trời lặn. Đội vận hành mở mái vòm sớm để nhiệt độ trong vòm bằng nhiệt độ ngoài trời, vì chênh lệch nhiệt làm không khí quanh gương xáo động, ảnh sẽ nhoè. Họ kiểm tra thời tiết, độ ẩm, gió: gió quá mạnh hay độ ẩm quá cao là phải đóng mái để bảo vệ gương.
Khi trời tối hẳn, công việc chủ yếu diễn ra trong phòng điều khiển sáng đèn đỏ hoặc mờ, trước những màn hình. Nhiều đài lớn dùng chế độ "xếp hàng": nhà thiên văn gửi yêu cầu quan sát từ trước, đội vận hành chọn mục tiêu phù hợp với điều kiện trời từng giờ. Hệ thống quang học thích nghi bắn tia laser lên tầng natri ở độ cao khoảng 90 km, tạo một "ngôi sao nhân tạo" để đo độ rung của khí quyển và uốn gương phụ hàng trăm lần mỗi giây bù lại.
Gần sáng, mái đóng lại, các máy chụp ảnh "tối" và ảnh hiệu chuẩn để sau này trừ nhiễu. Rồi đội làm đêm đi ngủ khi người khác bắt đầu ngày mới. Cuộc sống đảo ngày làm đêm này đặt ra những vấn đề sức khoẻ giống mọi nghề trực đêm.
Đài thiên văn ở Việt Nam
Việt Nam có các đài thiên văn phục vụ nghiên cứu và giáo dục, tiêu biểu là đài ở Nha Trang (Khánh Hoà) và đài ở khu công nghệ cao Hoà Lạc (Hà Nội), do các đơn vị thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vận hành và đưa vào hoạt động khoảng cuối thập niên 2010. Kính ở đây nhỏ hơn nhiều so với Mauna Kea hay Atacama, và khí hậu nhiệt đới ẩm khiến số đêm quang không nhiều. Nhưng chúng làm được những việc hữu ích: theo dõi sao biến quang, quan sát các hiện tượng như nhật thực, nguyệt thực, và nhất là đưa học sinh, sinh viên đến gần kính thiên văn thật.
Các đài thường có những buổi mở cửa đón khách, đặc biệt vào dịp có hiện tượng thiên văn đáng chú ý. Thông tin được đăng trên trang của đơn vị vận hành và các câu lạc bộ thiên văn nghiệp dư.
Góc nhìn hôm nay: nếu muốn lên một đài thiên văn núi cao
- Sức khoẻ trước tiên: Mauna Kea khuyến cáo khách dừng ở trung tâm du khách lưng chừng núi ít nhất khoảng nửa giờ để thích nghi, và không khuyến khích trẻ nhỏ, phụ nữ mang thai, người có bệnh tim phổi lên đỉnh. Người có bệnh mạn tính nên hỏi bác sĩ trước chuyến đi.
- Đặt lịch tham quan: ESO tổ chức các buổi tham quan miễn phí Paranal và ALMA vào cuối tuần, phải đăng ký trước trên trang chính thức.
- Giữ trời tối: ở khu đài, không bật đèn pha xe, đèn pin trắng lên trời; dùng đèn đỏ khi được hướng dẫn.
- Tự quan sát ở nhà: nhiều dữ liệu thiên văn được công khai. Các dự án khoa học công dân như Zooniverse mời người tình nguyện phân loại thiên hà, tìm ngoại hành tinh từ dữ liệu thật.
Đài thiên văn núi cao nhắc ta một điều: muốn thấy rõ một tín hiệu yếu, việc đầu tiên là bớt nhiễu. Người ta leo lên 5.000 m không phải vì muốn gần sao hơn vài km, mà để bỏ lại phía dưới phần không khí ẩm đang che mắt.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao đài thiên văn thường đặt trên núi cao?
Trên núi cao, lớp khí quyển phía trên mỏng hơn, khô hơn và thường ổn định hơn, nên ảnh sao ít bị nhoè và ít bị hơi nước hấp thụ. Núi cao xa thành phố cũng tối hơn, ít ánh đèn nhân tạo.
Mauna Kea cao bao nhiêu mét?
Đỉnh Mauna Kea trên đảo Hawaii cao khoảng 4.207 m so với mực nước biển. Trên đỉnh có hơn chục kính thiên văn, trong đó có cặp kính Keck gương 10 m và kính Subaru của Nhật.
ALMA là gì?
ALMA là mảng 66 ăng-ten thu sóng milimét và dưới milimét trên cao nguyên Chajnantor, Chile, ở độ cao khoảng 5.000 m. Đây là dự án hợp tác giữa châu Âu, Bắc Mỹ, Đông Á và Chile, khánh thành năm 2013.
Vì sao sa mạc Atacama tốt cho thiên văn?
Atacama là một trong những nơi khô nhất thế giới, có nhiều đêm quang mây, độ cao lớn và xa đô thị. Ít hơi nước đặc biệt quan trọng với các kính quan sát hồng ngoại và sóng vô tuyến bước sóng ngắn.
Việt Nam có đài thiên văn không?
Có. Việt Nam có các đài thiên văn phục vụ nghiên cứu và giáo dục, tiêu biểu là ở Nha Trang và khu công nghệ cao Hoà Lạc, thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các đài thường mở cửa đón khách vào những dịp có hiện tượng thiên văn đáng chú ý.
