Dấu ấn của Thuyết lượng tử trong nghiên cứu vũ trụ docx

Dấu ấn của Thuyết lượng tử trong nghiên cứu vũ trụ Vũ trụ là một phòng thí nghiệm đa dạng cung cấp cho các nhà khoa học những số liệu liên quan đến nhiều hiện tượng lý- hóa, từ mức vĩ mô đến mức vi mô. Những bức xạ trong vũ trụ Vũ trụ là một phòng thí nghiệm đa dạng cung cấp cho các nhà khoa học những số liệu liên quan đến nhiều hiện tượng lý-hóa, từ mức vĩ mô đến mức vi mô. Lực hấp dẫn phổ biến của Newton chi phối sự chuyển động của các thiên thể và quá trình tiến hoá của vũ trụ trên quy mô lớn. Thuyết Big Bang - tuy vẫn còn phải được cải tiến nhưng được đa số các nhà thiên văn chấp nhận - và những công trình về sự tổng hợp những nguyên tố trong vũ trụ nguyên thủy và trong những ngôi sao đều là cơ sở để giải thích những hiện tượng thiên văn quan sát thấy hiện nay. Những công trình củaMax Planck và củaAlbert Einstein đã mở đường cho sự nghiên cứu những bức xạ vũ trụ.Về mặt kỹ thuật, kính thiên văn quang học và kính thiên văn vô tuyến ngày càng lớn, có độ phân giải cao, cùng những thiết bị thu tín hiệu chế tạo ra từ những vật liệu bán dẫn và siêu dẫn, cũng làm cho ngành thiên văn phát triển rất nhiều trong những thập niên gần đây. Các nhà thiên văn xử lý số liệu và áp dụng những định luật lý-hóa để lập ra những mô hình lý thuyết nhằm tìm hiểu cơ chế phát nhữngbức xạ và mô tả nhữnghiệntượngquansát trongvũ trụ.Bức xạ điện từ lan truyền trong không gian như những làn sóng trải dài từ những bước sóng cực ngắn của tia gamma, tia X và tia tử ngoại đến bước sóng khả kiến và những bước sóng cựcdài hồngngoạivà vôtuyến.Vìbứcxạ cótính chấtlưỡngtính sóng-hạt nên các nhà vật lý dùng khái niệm sóng để mô tả hiện tượng giao thoa trong quang học và khái niệm hạt để giải thích hiệu ứng quang điện hay quá trình hấp thụ và phát bức xạ. Trong vũ trụ có vô số thiên hà, mỗi thiên hà là một tập hợp khí và bụi cùng vớinhững ngôisao vàhànhtinh.Những thiênthể đặc cóđộ dàyquanghọc(optical depth) lớn, như những ngôi sao, những hành tinh và những đám mây chứa nhiều khí và bụi đều tuân theo định luật của vật đen và phát ra bức xạ nhiệt. Tinh vân là những đám khí bị ion hoá (plasma) trong đó có electron chuyển động tự do. Khi electron trong tinh vân va chạm và tương tác với những hạt ion cũng phát ra bức xạ nhiệt. Các nhà thiên văn quansát bức xạ nhiệt để đo nhiệtđộ của các thiên thể. Tàndư củanhữngngôisao đã nổ (saosiêumới) lànhữngđámkhítươngđốiloãng trong đó electron đượcgia tốc trongtừ trường vàchuyểnđộngtheo những đường lực với tốc độ cao xấp xỉ bằng tốc độ ánh sáng. Loại thiên thể này phát ra bức xạ phi-nhiệt mạnh hơn bức xạ nhiệt rất nhiều. Bức xạ phi-nhiệt trong vũ trụ giống những bức xạ quan sát trong những máy gia tốc “synchrotron”. Quan sát bức xạ phi-nhiệt là để tìmhiểucơ chế gia tốc các hạt vậtchất trongcácthiên thể vàđể ước tính từ trường và năng lượng của electron. Thiên thể trong vũ trụ phát ra bức xạ nhiệt vàbức xạ phi-nhiệt trên những dải tần số rộng. Vật đen là một vật lý tưởng có khả năng hấp thụ hoàn toàn các năng lượng điệntừ.Khiđượcnungnóng,vậtđenphátra bức xạ nhiệt.Khoảng trốngđenkịtvà kín mít bên trong cái lò than có thể được coi là một vật đen. Bức xạ phông vũ trụ, tàn dư của Big Bang, phát ra trên bước sóng vi ba (sóng vô tuyến) và hiện tràn ngập toàn bộ vũ trụ, cũng là bức xạ vật đen. Planck là nhà vật lý đã đưa ra ý kiến độc đáo để lượng tử hóanăng lượng củavật chấtnhằm giảiquyết mâuthuẫn giữa kếtquả lý thuyếtvàkếtquả quansátliênquanđến vấnđề nănglượngcủavậtđen. Einstein khái quát hoá giả thuyết của Planck để lượng tử hoá bức xạ với mục đích giải thích cơ chế phát những vạch phổ nguyên tử và phân tử. Công trình của Einstein đã dẫn đến sự phát hiện bức xạ cảm ứng (stimulated emission) và sự phát minh những máymaser và laser phát ra những tia xạ có cường độ lớn dùng trong công nghiệp trên bước sóngvi ba và quang học. Cuốithế kỷ 19vàđầuthế kỷ 20 đã đemlạimộtkỷ nguyênmớichongành vật lý.Cácnhàvậtlýở thế kỷ 19dùng lýthuyếtnhiệtđộnghọcvà vậtlý thốngkê cùng với giả thuyết năng lượng được phân bố đều giữa các hướng chuyển động tự do trong không gian (degree of freedom) để xác định phổ của bức xạ vật đen ở trạng thái cân bằng nhiệt (trạng thái nhiệt độ đồng đều và không thay đổi). Dựa trên những lý thuyết cổ điển này, Lord John William Rayleigh và James Jeans tìm thấy một công thức rất đơn giản để tính cường độ của bức xạ vật đen. Theo công thức Rayleigh-Jeans, độ sáng của vật đen không tùy thuộc vào bản chất của vật thể, nhưng cóđiều kỳ lạ là ở bất cứ nhiệt độ T nào,độ sáng B n cũng tăng rấtnhanh với tần số n theo luật bình phương (B n = 2kTn 2 /c 2 , k là hằng số Boltzmann và c là tốc độ ánh sáng). Có nghĩa là một vật đen như cái lò dùng để nung nấu phải phát ra những bức xạ rất mạnh ở những tần số cao, đặc biệt trên vùng sóng tử ngoại và sóng X. Như ta biết, trên thực tế lò này không phát ra tia tử ngoại và tia X độc hại vàkhônggâyra thảmhoạ cho người dùng.Theo côngthức Rayleigh-Jeans, toànbộ năng lượng của vật đen (tức là tích phân của hàm B n theo tần số) cũng là vô tận! Phương pháp tính cường độ củabức xạ vật đen bằng những lý luận của ngành vật lý cổ điển đã dẫn đến những kết quả tỏ ra là không hợp lý. Công thức Rayleigh- Jeans đã gây rachấn động làm mộtsố nhà khoa họcở đầu thế kỷ 20 phải gọi đó là “thảmhoạ tử ngoại” hay“thảm hoạ Rayleigh-Jeans”. Nhiều nhà vật lý nổi tiếng hồi đó như Josef Stefan, Ludwig Boltzmann và Wilhelm Wien tìm cách giải quyết mâu thuẫn giữa lýthuyết và thực nghiệm liên quan đến vấn đề bức xạ vật đen. Vào đầu thế kỷ 20, tuy Max Planck chưa biết nguyên nhân sâu sắc của vấn đề này trên phương diện vật lý, nhưng muốn tìm ra mộtcông thứctoán học cókhả năng tính đượcnhững đường cong để khớpvớiđườngcongcủaphổ vậtđenmà cácnhàvậtlýđã quan sátđượctừ trước bằng phương pháp thực nghiệm. Sau khi đã tìm thấy những đường cong của vật đen bằng công thức toán học, Max Planck nảy ra ý kiến cho rằng năng lượng của nhữnghạt daođộng,như nhữngelectron trongnguyêntử,khôngchỉ đơngiảntỷ lệ vớinhiệtđộ màphảibị lượngtử hoá. NănglượngE của hạtbiến đổi theotừngmức lượng tử hn (h là hằng số Planck, và n là tần số của bức xạ). Xác suất P(E) để có năng lượng E phải tỷ lệ với exp(-E/kT). Độ sáng của vật đen tính theo lý thuyết lượng tử là: B n = (2hn 3 /c 2 )/[exp (hn/kT) – 1)]. Công thức này mang tên công thức Planck cho thấy, dù ở tần số cao đến đâu thìmẫusố vẫntăngrấtnhanhsovớitử số,làmhàmB n phảigiảmxuốngở vùngtần số cao nên tránhđược thảmhoạ tử ngoại.Ở miền tần số thấpnhư miềnsóng viba (sóng vô tuyến xentimet và những bước sóng dài hơn) hn/kT rất nhỏ nên công thứcPlanckvà côngthức Rayleigh-Jeans đềudẫnđếnnhữngkết quả tương tự như nhau. Công thức Planck cho thấy nhiệt độ của vật đen càng cao thì vật đen càng sáng.Theo côngthứcWien,cựcđạicủa bứcxạ xảy ra ở tầnsốn max ~ 3kT/h,làmcho đỉnh của những đường cong Planck dịch chuyển về phía tần số cao khi nhiệt độ tăng lên. Tuy những ngôi sao đều có khí quyển bao bọc xung quanh nhưng vẫn được coi là những vật đen trên một mức độ nào đó. Các nhà thiên văn dùng định luật Planck và định luật Wien và dựa trên độ sáng và màu của những ngôi sao để sắp xếp sao thành từng loại. Ngôi sao nào nóng thì sáng và có màu xanh lam, còn những ngôi sao nguội hơn lại mờ hơn và có màu đỏ (tần số thấp hơn tần số màu xanh). Bề mặt mặt trời nóng khoảng 6000 độ Kelvin nên Mặt trời là một ngôi sao màu vàng. Bức xạ phông vũ trụ tàn dư của Big Bang Vũ trụ nguyên thủy là mộtmôi trường plasma r tnóng trongđó photon(hạt ánh sáng) vachạmliên tục vớielectronnên khôngdichuy n được d dàng.Trong 400 000 năm đausaukhi vũ trụ được khai sinh từ BigBang, hiệntượng tán xạ này làm vũ trụ mờ đục và phát ra bức xạ nhiệt. Ph của bức xạ vũ trụ là ph của một vậtđen. Saukhi nhiệtđộ giảmxu ngchı̉ cònkhoảng3000 Kelvin,electrontáihợp được với proton đe tạo ra hydro trung hoà. Khi đó trong vũ trụ không còn nhi u electronnên photon di chuy n tự do và vũ trụ trở nên trong sáng. Vật ch t không còn có tác động đoi với photon, nên bức xạ vũ trụ v n giữ được đặc tı́nh của một vật đen. Vũ trụ ti p tục dãn nở không ngừng, nhưng ph bức xạ phôngvũ trụ v n được mô tả b ng định luật Planck, tuy ở nhiệt độ ngày càng th p. Ph của bức xạ phôngvũ trụ hiện nayr t khớpvớiđườngcongPlanck củamột vật đenở nhiệt độ 2,726 Kelvin. Bức xạ phông phát ra mạnh nh t trên bước sóng vô tuy n ~ 1,9 milimet (t n s ~160 Gigahertz). Sự phát hiện ra bức xạ phông vũ trụ không những là một bằng chứng củng cố thuyết Big Bang mà còn giúp các nhà thiên văn nghiên cứu cấu trúc của vũ trụ trên quy mô rộng. Khi quan sát về hướng những chùm thiên hà, họ nhận thấy đường cong Planck biểu diễn phổ của bức xạ phông vũ trụ có chút ít sai trệch so với đường cong của vật đen ở nhiệt độ 2,726 Kelvin. Lý do là vì môi trường giữa nhữngthiên hàtrongnhững chùmthiên hàcókhíbị ion hoávà nóngtớihàngtrăm triệu độ nên electron có năng lượng cao và phát ra bức xạ X. Trong quá trình va chạm với photon, electron năng lượng cao chuyển năng lượng cho photon (biệt ngữ vật lý là “hiệu ứng Compton ngược”).Electroncủachùmthiênhàtươngtácvới photon của bức xạ phông vũ trụ qua hiệu ứng Compton ngược và làm tăng năng lượng photon của bức xạ phông. Do đó, ở hướng những chùm thiên hà, đường cong củaphổ bức xạ phông vũ trụ thay đổi chút ít. Hiệntượng nàyđược tiênđoán bởi hai nhà vật lý Sunyaev (Ouzbekistan) và Zeldovich (Nga) nên gọi là “hiệu ứng Sunyaev-Zeldovich”(viếttắtlà“hiệuứng SZ”).Sự quansáthiệu ứngSZlà mộttrong những phương tiện để phát hiện những chùm thiên hà xa xôi và để xác định hằng số Hubble, dẫn đến sự ước tính tuổi của vũ trụ. Kính thiên văn dùng để quan sát hiệu ứng SZ và để phát hiện bức xạ yếu ớt của những chùm thiên hà cần có độ phân giải cao. Sự tương tác giữa bức xạ và vật chất Theo quan niệmcủa Planck,vậtchấtbị lượngtử hoá và được coinhư những hạtdaođộng điềuhoà(harmonicoscillator)để phátra bức xạ. Năng lượng củahạt được lượng tử hoátrên những mức cách nhau đều. Bohr nhận định là những mức năng lượng của nhữnghệ nguyêntử không nhấtthiết phải cách nhau đều.Sau này các nhà vật lý xác định là khoảng cách của những mức năng lượng của phân tử cũng không được phân bố đều trên thang năng lượng. Einstein không những dựa trêngiả thuyếtvậtchấtbị lượngtử hoácủa Planck, mà còncho rằngbứcxạ cũng là những hạtlượng tử cónăng lượnghn.Công trìnhcủa Einsteinlượng tử hoábứcxạ đã mở đườngchocôngviệcnghiêncứuquá trìnhtương tác giữabức xạ vàvậtchất như được trìnhbầy sau đây. Những tinh vân trong vũ trụ là những đám khí trong đó nguyên tử thay đổi năng lượng để phát ra bức xạ. Khi đám khí ở trạng thái cân bằng nhiệt, nguyên tử được phân bố trên thang năng lượng theo định luật Boltzmann. Ở những mức năng lượng E càng cao thì “dân số” (nguyên tử) n càng thưa thớt theo luật hàm mũ: n ~ exp (-E/kT). Theo Einstein, khi một bức xạ có tần số thích hợp chiếu vào nguyên tử thì nguyên tử hấp thụ photon của bức xạ để nhảy từ mức năng lượng thấp l lênmức năng lượng caom.Cườngđộ củabức xạ càng mạnhthì xácsuất của hiện tượng hấp thụ càng cao và tỷ lệ với một hằng số gọilà B lm . Ngược lại, nguyên tử phát ra photon khi chuyển từ mức năng lượng cao m xuống mức năng lượng thấpl. Trong trường hợp này, Einstein đề xuất hai cơ chế phát bức xạ khác nhau. Cơ chế thứ nhất là nguyên tử có khả năng chuyển hoàn toàn ngẫu nhiên từ mức năng lượng cao m xuống mức năng lượng thấp l với xác suất A ml mà không cần có một nguồn bức xạ nào chiếu vào. Qua quá trình này, nguyên tử phát ra “bức xạ tự phát” (spontaneous emission). Cơ chế thứ hailànếucó một bứcxạ cótần số n thích ứng với hiệu số năng lượng ở mức m và l, (E m – E l = hn), chiếu vào thì đám khí nguyêntử phát ra“bức xạcảm ứng”(stimulated emission).Suấtphoton phátratỷ lệ với cường độ của bức xạ theo hệ số B ml tương ứng với hai mức m và l. Bức xạ tự phát và bức xạ cảm ứng phát ra dưới dạng những vạch phổ có tần số tương ứng với sự chuyển mứcgiữa mức m và mức l. Những hệ số A ml ,B lm , và B ml , gọi là hệ số Einstein, không phải là những hằng số phổ biến mà lại tùy thuộc vào những mức năng lượng l, m và vào đặc điểm của từng nguyên tử. Trong một đám khí nguyên tử ở trạngthái cân bằng nhiệt, suất nguyên tử chuyểnlên mứctrênphải bằng suất nguyên tử chuyển xuống mức dưới. Einstein dựa trên giả thuyết này và đồng thời áp dụng công thức Planck để tìm thấy những hệ thức giữa những hệ số A ml , B lm , và B ml . Muốn tính được giá trị của những hệ số Einstein tương ứng với từng vạch phổ,cácnhàvậtlýphảidùngthêm cả nhữngđịnhluậtcủavật lý nguyêntử. Những hệ số Einstein được dùng trong phương trình cân bằng thống kê để tính phổ của những bức xạ nguyên tử và phântử. Trong vũ trụ những đám khí trong tinh vân thường ở trạng thái cân bằng nhiệt. Các nhà thiên văn quan sát những vạch phổ nguyên tử và phân tử để xác định điều kiện lý-hóa trong những thiên thể, như nhiệt độ và mật độ. Hydro trung hoà là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ. Nguyên tử hydro phát ra một vạch phổ trên bước sóng vô tuyến 21 xentimet. Xác suất tự phát A ml của nguyên tử hydro rất thấp (A ml ~ 3.10 -15 /giây) nên nguyên tử tồn tại trên mức năng lượng cao m trong một thời gian t ml dài tới 11 triệu năm (t ml ~ 1/A ml ). Có nghĩa là cứ 11 triệu năm mới có một photon vô tuyến của nguyên tử hydro tự nhiên phát ratrên bước sóng 21 xentimet ! Nhờ có sự va chạm với electron làm nguyên tử chuyển mứcnănglượngnhanh hơn,nên chukỳ phátphoton rút cụcgiảmxuống 400năm, tuy vẫn còn dài. Tuy nhiên bứcxạ 21 xentimet của nguyên tử trunghoà hydro vẫn là bức xạ mạnh nhất trong vũ trụ, bởi vì hydro là thành phần vật chất phổ biến nhất, có mật độ cao nhất. Vạch phổ 21 xentimet của hydro đã được dùng để phát hiện cấutrúc xoắn ốc của Ngân hà và để quansát những thiên hà xaxôi. Những tia laser và maser trong vũ trụ Cơ chế phát bức xạ cảmứng màEinstein đề xuất đã dẫnđến những áp dụng để sản xuất những máy laser và maser trong công nghiệp. Công trình của Einstein cũngtỏ ra rất cần thiết trongcông việc nghiêncứu hiện tượnglaservàmasertrong vũ trụ. Như đã trìnhbầytrong chương trước,thông thường những đám khítồntại ở trạng thái “cân bằng nhiệt” trong đó nguyên tử đọng ở những mức năng lượng thấp theo định luật Boltzmann. Tuy nhiên đám khí có thể chuyển sang trạng thái “không cân bằng nhiệt” nếu có một cơ chế “bơm” nguyên tử lên những mức năng lượng cao. Khi đó sự phân bố nguyên tử không còn tuân theo định luậtBoltzmann. Thậm chı́ sau khi được bơm, dân s nguyên tử ở những mức năng lượng cao có khả năng vượt hơn h n dân s nguyên tử ở̉ những mức năng lượng th p. Hiện tượng “đảo ngược dân số” tạo ra tình trạng có rất nhiều nguyên tử tập trung ở nhữngmức năng lượngcao, chẳng hạn ở mứcm. Khimột bứcxạ cótầnsố n = (E m – E l )/h chiếuvàothìkhôngcòn nhiềunguyêntử ở mứcnănglượng thấpl để hấpthụ bức xạ. Trái lại, bức xạ khởi động một quá trình tương tự như một loại “phản ứng dây chuyền”, làm những nguyên tử tập trung ở mức năng lượng cao m đột nhiên đổ xô xuống mức năng lượng dưới l và thi nhau phát bức xạ. Quá trình này tạo ra một tia laser rất mạnh. Các nhà vật lý sử dụng nhiều “thủ thuật” để bơm dân số nguyên tử lênnhữngmức năng lượng cao.Chẳng hạn họ dùngmộttiaánh sáng để bơm nguyên tử lên những mức năng lượng rất cao. Từ đây nguyên tử dần dần tự rơi xuống những mức năng lượng dưới qua cơ chế tự phát bức xạ và tạm đọng lại ở một mức năng lượng m nào đó, gọi là mức nửa bền vững (metastable state). Khi đó chỉ cần một bức xạ có tần số thích hợp chiếu vào là nguyên tử đổ xuống một mức năng lượng thấp hơn và tạo ra bức xạ laser. Laser (Light amplification by stimulated emission of radiation) phát ra những tia xạ trên lĩnh vực sóng khả kiến, tử ngoại (ultraviolet) vàhồngngoại (infrared). Cònmaser (Microwave amplification by stimulated emission of radiation) hoạt động theo nguyên tắc của laser nhưng trên miền sóngvi ba (vôtuyến). Các nhà thiênvănphát hiện làtrong vũ trụ cũng cónhững đámkhíphát bức xạ maser.Maser thiênnhiên xuấtphát từ những phântử trong nhữngtinhvâncủa dải Ngân hà. Tinh vân là những đám khí nguyên tử và phân tử có cả bụi và những ngôi sao sáng trưng. Phân tử là mộttập hợp nguyên tử trong đó những nguyên tử có thể coi là gắn với nhau bằng những lò xo vô hình. Khi phân tử dao động hoặc quay xung quanh nhữngtrụccủaphântử thìphátra nhữngbức xạ trênbướcsóng hồng ngoại và vô tuyến. Phân tử trong tinh vân được bơm lên những mức năng lượng cao bởiphoton của những ngôi sao vàcủa bụi để phát rabức xạ maser. Vào thập niên 1960, các nhà thiên văn của Đại học Berkeley quan sát được trên bước sóng 18 xentimet một bức xạ phát ra từ hướng Tinh vân Lạp Hộ (Orion Nebula). Vạch phổ của bức xạ rất hẹp nhưng lại cực kỳ sáng làm các nhà thiên văn ngạc nhiên đến nỗi họ phải cho đó là bức xạ của một chất “Huyền bí” (Mysterium) nào đó! Sau những tính toán cơ học lượng tử và những kết quả đo đạc quang phổ, họ kết luận là vạch bức xạ “Huyền bí” thực sự chính là một vạch phổ maser của phân tử “hydroxyl” OH quen thuộc. Ngoài phân tử OH còn có phân tử nước H 2 O và phân tử “silicon monoxide” SiO cũngphátra nhữngbức xạ maser vôtuyếnrấtmạnh.Sau này các nhà thiên văn còn phát hiện được trong những thiên hà xa xôi những bức xạ maser OH vàH 2 O mạnhgấphàngnghìntớihàng triệulầnnhữngmaser quan sát được từ trước trong dải Ngân hà (xem Hình). Cường độ của những bức xạ maser vũ trụ tăng theo hàm mũ với kích thước của đám khí phân tử. Những đám khí trong vũ trụ lớn hàng trăm triệu kilomet, tương đương với kích thước của hệ mặt trờinênphátra bức xạ maserrấtmạnh. Trong vũ trụ,một bứcxạ vô tuyếnsau khi truyền qua đám khí maser có khả năng được khuếch đại đến hàng tỷ lần. Những laser và maser nhân tạo đương nhiên là có kích thước khiêm tốn hơn nhiều. Để tăng cườnghiệu suất củaquá trình bơm laser nhân tạo, một hệ thốnggươngđược dùng để phản chiếu bức xạ cảm ứng nhằm kích thích liên tục laser. Muốn nghiên cứuhiệntượngmasertrongvũ trụ,cácnhàthiênvănphải lậpranhữngmôhình lý thuyết để giải phương trình truyền bức xạ trong đám khí phân tử, kết hợp với phươngtrìnhcân bằngthống kê trong đó xuấthiện những hệ số Einstein. Bức xạ maser trong thiên hà Messier 82 là một trong hai bức xạ maser r t mạnh được phát hiện đau tiên ở h n bên ngoài dải Ngân hà. Kı́nh thiên văn vô tuy n lớn 100 met của viện “Max Planck Institut für Radioastronomie, Bonn” đã được dùng đe phát hiệnra bứcxạ masernày. Mi nph r trộng trũng xu ng (phı́a bên phải trong ph ) được tạo ra bởi những đám khı́ hydroxyl trong thiên hà, nhưng vı̀ những đám khı́ này không phải là maser nên không phát mà lại h p thụ bức xạ (cường độ âm). Trục tung bi u die̃n cường độ của bức xạ và trục hoành bi u di n t c độ củanhữngđám khı́ trongthiên hà. Trong những năm gần đây, tia laser còn được chiếu lên bầu trời để tạo ra những ngôi sao nhân tạo. Các nhà thiên văn quan sát ngôi sao laser như một ngôi sao chuẩn để điều chỉnh liên tục kính thiên văn nhằm loại trừ sự hỗn loạn của khí quyểncókhả nănglàmnhiễuhình củathiênthể.Tia laser kích thích nhữngnguyên tử natritrong khíquyểnvà tạo ramột điểm sáng màu vàng trôngnhư mộtngôi sao. Các nhà thiên văn chỉ cần “bật” ngôi sao laser mỗi khi họ cần dùng ở bất cứ thời điểm nào và ở vị trí nào trên bầu trời để điều chỉnh thiết bị trong khi họ quan sát các thiên thể. Những kính thiên văn cỡ lớn sẽ được trang bị bằng thiết bị hiện đại này, hiện nay được coilà thiết bị cần thiếtđể chụpđược hình của những thiên thể với độ sắc nét cao. Tôn vinh các nhà khoa học Khí quyển trái đất chỉ để bức xạ khả kiến (ánh sáng), hồng ngoại gần và vô tuyến đột nhập từ vũ trụ vào bề mặt trái đất. Còn những bức xạ khác trong phổ điện từ như bức xạ gamma, bức xạ X, bức xạ tử ngoại và hồng ngoại xa đều bị khí quyển trái đất hấp thụ. Muốn quan sát những miền sóng bị hấp thụ, các nhà thiên văn phải phóng kính thiên văn ra ngoài tầng khí quyển trái đất. Họ thường lấy tên các nhà bác học nổi tiếng để đặt cho các vệ tinh phóng kính thiên văn lên không gian. Têncủa Einsteinđã đượcđặtchovệ tinh nhântạophóngnăm 1978để quansát vũ trụ trên miền sóng X. Kính của vệ tinh Einstein được dùng để nghiên cứu những thiênthể phátranhữngbứcxạ cónănglượngcao,như pulsarvàtàndư củanhững vụ sao nổ cùng những chùm thiên hà. Một vệ tinh khác cũng hoạt động trên bước sóng X được phóng năm 1999 và được đặt tên là Chandra để tôn vinh nhà thiên văn vật lý Chandrasekhar (Ấn độ), người đã đề xuất lý thuyết giải thích quá trình hình thành những thiên thể siêu đặc như sao lùn trắng, sao neutron và lỗ đen. Trong số những kết quả đáng ghi nhớ mà vệ tinh Chandra đã đạt được, phảikể sự phát hiện một lỗ đen khổng lồ nặng gấp 2,5 triệu lần mặt trời và nằm ngay trong trung tâmNgân hà. Cơ quan Không gian Vũ trụ Châu Âu (European Space Agency) chuẩn bị phóngmộtvệ tinh đặt tên là Planckđể quansátbứcxạ phôngvũ trụ.Năm1989,vệ tinh COBE đã phát hiện là bức xạ phông vũ trụ không đồng đều và phổ bức xạ là phổ một vậtđen.Biênđộ thănggiángnhiệtđộ,tuy cựckỳ nhỏ,nhưngthể hiện một vũ trụ nguyên thủy lổn nhổn vật chất, mầm mống của những thiên hà quan sát thấy ngày nay. Planck là vệ tinh thế hệ thứ ba, sau COBE và WMAP, có độ nhạy chưa từng đạt được từ trước tới nay. Vệ tinh Planck nhạy bằng khoảng một nghìn lần vệ tinh COBE và phổ kế trên vệ tinh Planck phủ một miền sóng rất rộng, từ sóng hồng ngoại tới sóng vô tuyến. Mục tiêu chính của vệ tinh Planck là quan sát chi tiết bức xạ của vũ trụ nguyên thủy để cung cấp những số liệu cần thiết cho những mô hình lý thuyết mô tả quá trình tiến hoá của vũ trụ. Hiện nay tại nước Đức đã có hàng chục viện nghiên cứu khoa học cũng mang tên nhà bác học Max Planck. . Dấu ấn của Thuyết lượng tử trong nghiên cứu vũ trụ Vũ trụ là một phòng thí nghiệm đa dạng cung cấp cho các nhà khoa học những. để lượng tử hóanăng lượng củavật chấtnhằm giảiquyết mâuthuẫn giữa kếtquả lý thuyếtvàkếtquả quansátliênquanđến vấnđề nănglượngcủavậtđen. Einstein khái quát hoá giả thuyết của Planck để lượng tử. hạtlượng tử cónăng lượnghn.Công trìnhcủa Einsteinlượng tử hoábứcxạ đã mở đườngchocôngviệcnghiêncứuquá trìnhtương tác giữabức xạ vàvậtchất như được trìnhbầy sau đây. Những tinh vân trong vũ trụ