Kính hiển vi và kính thiên văn, cái nào "mạnh" hơn?

Nếu như kính hiển vi có độ phóng đại cực lớn giúp chúng ta nhìn thấy được cả những nguyên tử vô cùng nhỏ thì kính thiên văn lại giúp chúng ta nhìn thấy được những vật thể cách chúng ta hàng năm ánh sáng ngoài vũ trụ. Vậy thật ra thì cái nào "mạnh hơn" cái nào? Hãy cùng lấy chiếc kính hiển vi "mạnh" nhất thế giới và đối thủ tương đương trong hạng mục kính thiên văn, đồng thời lấy mắt người làm trung gian để xem cái nào "mạnh" hơn nhé.

Cao 4,57 mét và nặng 6,35 tấn, Scanning Transmission Electron Holography Microscope (STEHM) là một trong những chiếc kính hiển vi mạnh mẽ nhất thế giới, cho phép người ta quan sát được hình ảnh tại độ phân giải 1 phần 35 ngàn tỷ mét mà không cần qua xử lý. Rodney Herring, nhà nghiên cứu đang vận hành kính tại phòng thí nghiệm thuộc Đại học Victoria, Canada tự hào tuyên bố: "Đơn giản nó chỉ là một cỗ máy cực kỳ mạnh mẽ với khả năng nhìn tốt hơn mắt người 20 triệu lần".

Kính hiển vi STEHM - một trong những chiếc kính hiển vi mạnh mẽ nhất thế giới với khả năng gấp 714 ngàn lần mắt người.​

Phát triển bởi hãng công nghệ cao Hitachi Canada, STEHM sẽ ghi lại hình ảnh bằng các electron với bước sóng bằng 10^-5 so với ánh sáng. Trong khi đó, Herring cho biết rằng kính thiên văn không thể áp dụng cách làm này bởi các electron từ những nơi rất xa sẽ bị làm chệch hướng hoặc hấp thu trước khi tới Trái Đất: "Các electron không tới được chúng ta nhưng ánh sáng thì được. Đây là một trong những lý do khiến chúng ta nhìn những thứ nhỏ dễ hơn là quan sát những thứ to".

Mặt khác, các nhà khoa học hiển vi cũng có thể thao tác lên mẫu vật của họ. Theo nhà vật lý quang học Mark Neil tại Đại học hoàng gia London thì việc dùng một cặp laser để soi sáng mẫu vật có thể giúp cải thiện độ phân giải của một chiếc kính hiển vi bình thường từ 300nm tới 10nm. Đối với kính hiển vi electron như STEHM thì mức độ cải thiện thậm chí còn cao hơn, đưa xuống tới quy mô nguyên tử.

Kính thiên văn lớn tại châu Âu với độ phân giải góc 0,01 giây cung, tức là gấp 6000 lần mắt người​.

Trong khi đó thật khó để tìm ra được phép đo tương tự đối với một chiếc kính thiên văn khổng lồ. Thay vì quan tâm tới độ phân giải tuyến tính, các nhà thiên văn học tập trung hơn vào độ phân giải góc (angular resolution) vốn đo lường theo đơn vị giây cung (1/3.600 độ). Thí dụ như kính viễn vọng không gian Hubble có thể thu được hình ảnh ở độ phân giải 0,1 giây cung. Còn kính thiên văn lớn châu Âu (European Extremely Large Telescope) hiện đang được xây dựng trên đỉnh núi Chile dự kiến sẽ có độ phân giải góc lên tới 0,01 giây cung hoặc cao hơn nữa.

Để hình thành nên một phép so sánh giữa kính thiên văn và kính hiển vi, chúng ta nên nghĩ về chúng với giác độ "mắt người không làm được". Giáo sư Neil cho biết thị giác của một người bình thường có khả năng nhận thấy các đối tượng ở độ phân giải tuyến tính là 25.000nm và độ phân giải góc là khoảng 60 giây cung. Vậy chiếc kính hiển vi tốt nhất sẽ đưa khả năng quan sát của chúng ta từ 25.000nm xuống 0,035nm, tức là cải thiện khoảng 714.000 lần. Trong khi đó, chiếc kính thiên văn tốt nhất sẽ đẩy khả năng thị giác của chúng ta từ 60 giây cung lên tới 0,01 giây cung, tức là gấp khoảng 6000 lần.