Ánh sáng giúp con người khám phá vũ trụ như thế nào?

Công nghệ tối tân có thể đưa người lên Mặt Trăng và vệ tinh đến rìa Hệ Mặt trời. Nhưng những khoảng cách này chẳng là gì với khoảng không bao la giữa các vì sao. Vậy làm thế nào để khám phá và nghiên cứu một thứ to lớn như vũ trụ khi chúng ta hầu như không thể với tới? Câu trả lời là ánh sáng.

Khoảng không bao la giữa các vì sao

Ánh sáng cho biết cấu tạo của những vật thể trong vũ trụ

Cũng giống như ánh sáng mặt trời có thể tán sắc thành những màu cầu vồng, phân tách ánh sáng từ những vật ở xa làm lộ ra những dải màu khác nhau tùy thuộc vào nguồn phát ra chúng. Các vạch màu đặc biệt này không chỉ có thể tiết lộ thành phần cấu tạo của vật thể, mà còn cho biết nhiệt độ và áp suất của nó.

Ánh sáng mặt trời có thể tán sắc thành những màu cầu vồng

Nhìn ánh sáng từ mặt trời ta thấy những vệt đen trong cầu vồng, những vệt này là dấu vết đặc trưng của nguyên tử. Mỗi loại nguyên tử hấp thụ một bước sóng khác nhau và hàm lượng hấp thụ dựa trên số lượng nguyên tử. Vậy, qua quan sát lượng ánh sáng bị mất trên các bước sóng, ta biết được các nguyên tố có trong bầu khí quyển của Mặt trời và mật độ của chúng.

Nhìn ánh sáng từ mặt trời ta thấy những vệt đen trong cầu vồng

Ánh sáng cho biêt khoảng cách và tốc độ của những vật thể trong vũ trụ

Chúng ta còn có thể khám phá nhiều hơn từ ánh sáng Nếu bạn đã từng đứng ở ga tàu hỏa, có thể bạn sẽ nhận ra rằng tiếng động phát ra từ đoàn tàu phụ thuộc vào hướng di chuyển của nó với cao độ âm thanh tăng lên khi tàu chạy về phía bạn và giảm xuống khi tàu chạy ra xa, điều này là do hiệu ứng Doppler của sóng âm thanh.

Hiệu ứng Doppler

Âm thanh không truyền được trong chân không, không ai nghe được tiếng thét của bạn ngoài vũ trụ. Nhưng ánh sáng thì có thể, áp dụng hiệu ứng Doppler cho nguồn sáng, nếu nguồn sáng gần chúng ta, bước sóng sẽ ngắn và ánh sáng trở nên xanh hơn. Nếu ánh sáng đến từ một nguồn đang di chuyển ra xa, nó sẽ có bước sóng dài hơn và sẽ trở nên đỏ hơn.

Âm thanh không truyền được trong chân không

Bằng cách phân tích dải màu dựa trên sự dịch chuyển ánh sáng từ những vật thể được quan sát bởi kính thiên văn, chúng ta có thể biết nó được cấu tạo bằng gì, nó nóng như thế nào và chịu áp suất ra sao, ta còn biết được nó có di chuyển không, theo hướng nào và nhanh tới mức nào.

Nghiên cứu sóng vô tuyến kể ta biết lịch sử xa xưa của vũ trụ

Nhưng ta không bó hẹp chỉ trong bước sóng. Nghiên cứu sóng vô tuyến kể ta biết lịch sử xa xưa của vũ trụ. Nghiên cứu tia hồng ngoại sinh ra từ các vật thể lạnh như gas và mây bụi trong không gian và tia cực tím từ những ngôi sao trẻ sinh. Nghiên cứu bước sóng cho ta bức tranh toàn cảnh hơn về vũ trụ. Vì thế, các nhà thiên văn học sử dụng nhiều loại kính khác nhau từ quang phổ của tia hồng ngoại, tia cực tím đến tia X, từ kính thiên văn vô tuyến đến vệ tinh nhân tạo.

Nghiên cứu bước sóng cho ta bức tranh toàn cảnh hơn về vũ trụ.

Người đầu tiên nghiên cứu ánh sáng từ những thiên hà xa xôi là Edwin Hubble, Hubble đã khám phá ra rằng vũ trụ đang giãn nở vì những thiên hà đang di chuyển ra xa chúng ta và càng tiến ra xa thì tốc độ di chuyển lại càng nhanh. Chưa hết, khi chúng ta quan sát ánh sáng từ một vùng yên tĩnh trong vũ trụ, chúng ta sẽ thấy dấu hiệu của Hiđrô và Heli, với tỷ lệ 3:1, cũng cô cho giả thuyết vũ trụ nguyên sơ chỉ bao gồm 2 loại khí: Hydro và Heli. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều bí ẩn khác mà chúng ta vẫn chưa làm sáng tỏ. Muốn biết bí mật của vũ trụ? Hãy đi theo ánh sáng.