So sánh chất lượng ảnh của Kính thiên văn khúc xạ và Kính thiên văn phản xạ

Câu hỏi:

Tôi phân vân không biết nên chọn lựa để sử dụng kính thiên văn phản xạ hay kính thiên văn khúc xạ, loại kính nào cho chất lượng quan sát tốt hơn.

Trả lời:

Đây là một câu hỏi thuộc dạng “kinh điển” được rất nhiều người quan tâm và mong muốn giải đáp. Trong phạm vi câu hỏi này, ThiênVăn Việt sẽ tạm bỏ qua các yếu tố phụ..., chỉ xét riêng các yếu tố về chất lượng quang học, khả năng vận hành và mức độ tiện lợi khi sử dụng. Trước tiên cần khẳng định rõ ràng: Khi so sánh chất lượng ảnh giữa  kính thiên văn phản xạ chất lượng cao và một kính thiên văn khúc xạ tương ứng (cũng là loại chất lượng cao) với cùng một kích cỡ Vật kính khúc xạ – Gương phản xạ thì kính thiên văn Khúc xạ cho chất lượng ảnh tốt hơn kính thiên văn Phản xạ. Nguyên nhân do các lý do chính sau:

Đối với kính thiên văn phản xạ: Tỷ lệ phản xạ ánh sáng trên gương phản xạ không bao giờ đạt mức toàn phần 100% mà chỉ có một lượng ánh sáng nhất định được phản xạ, tùy thuộc vào chất liệu được tráng phủ trên bề mặt gương và công nghệ tráng phủ mà tỷ lệ phản xạ có sự thay đổi dao động từ 86 đến 95% lượng ánh sáng tới, cho dù hiện nay kính phản xạ hiện đại nhất sử dụng thêm công nghệ Dielectric hoặc sử dụng tính chất phản xạ bằng chất lỏng đặc thù, thậm chí còn gia cường thêm lớp phủ đặc biệt XLT khiến tỷ lệ phản xạ tăng lên rõ rệt, nhưng hiệu suất cũng không thể đạt mức tối ưu. Hơn nữa, kính thiên văn phản xạ còn bị che khuất và chắn sáng bởi gương thứ cấp và các thanh đỡ, thường chiếm từ 5% đến 14% diện tích bề mặt thu sáng của gương phản xạ chính, làm giảm sút lượng ánh sáng thu được, đồng thời với đó là chất lượng ảnh cũng giảm sút theo. Một vấn đề đáng chú ý nữa là khi sử dụng  kính thiên văn phản xạ để quan sát các vật cần độ phóng đại lớn, ảnh thu được thường có hiện tượng hơi nhiễu và giữa các phần ảnh có độ tương phản cao sẽ như bị “gai răng cưa” (không mịn và nét), hiện tượng này khá rõ khi kiểm nghiệm trên các kính thiên văn phản xạ cỡ trung và cỡ nhỏ hoặc ở một số kính thiên văn cỡ lớn nhưng có chất lượng trung bình, đây là một nguyên nhân gần như không thể khắc phục được trong thực tế (nguyên nhân tại sao sẽ được Thiên Văn Việt giải đáp ở một câu hỏi chuyên sâu khác do phạm vi kiến thức để diễn giải câu hỏi này khá phức tạp đối với người sử dụng thông thường).

Ngoài ra trên kính thiên văn phản xạ cũng thường vướng phải hiện tượng cầu sai, khiến cho ảnh bị mờ và hơi biến dạng, trường quan sát không còn được phẳng nét khi quan sát ở độ phóng đại lớn, nên rất khó để lấy nét cho máy ảnh khi chụp ảnh hoặc quay phim thiên văn.

Đối với Kính thiên văn Khúc xạ: Ở những kính thiên văn khúc xạ chất lượng cao, thường có thiết kế tiêu sắc phức Apochoromat Triplet Lens hoặc Apochromat Quadruplet Lens kèm các vật liệu thủy tinh quang học có độ tán sắc cực thấp, cho khả năng khử sắc sai xuất sắc và trường quan sát cực phẳng, công nghệ tráng phủ đa lớp cao cấp hiện nay cho phép trên 99.5 phần trăm ánh sáng tới xuyên qua khiến chất lượng ảnh được tối ưu hóa, ảnh thu được thường rất nét và sáng hơn khi so sánh với kính thiên văn phản xạ có cùng kích cỡ. Điều này hoàn toàn không khó để nhận biết, nếu chú ý, chúng ta sẽ thấy các bức ảnh chụp thiên văn xuất sắc của những người quan sát chuyên nghiệp thường chỉ được thực hiện bởi kính thiên văn Khúc xạ chứ không phải kính thiên văn Phản xạ. Do đó, ở cùng một kích cỡ Vật kính – Gương cầu thì kính thiên văn Khúc xạ luôn có giá cao hơn gấp nhiều lần so với kính thiên văn Phản xạ, giá cả phản ánh đúng giá trị của sản phẩm, tiền nào thì của đó, điều này là lẽ đương nhiên, mức độ lớn của Vật kính Khúc xạ và Gương phản xạ càng tăng thì mức chênh lệch giá càng có khoảng cách xa, thậm chí ở những kính cỡ lớn chuyên dụng, giá của kính thiên văn Khúc xạ có thể cao hơn giá của kính thiên văn Phản xạ từ vài chục đến vài trăm, thậm chí vài ngàn lần cũng không phải là khó hiểu, cho dù kích cỡ của Vật kính Khúc xạ và Gương phản xạ vẫn bằng nhau.

Đến đây có thể một vài người sẽ hỏi: Vậy kính thiên văn Hubble nổi tiếng có thiết kế của kính thiên văn Phản xạ hay kính thiên văn Khúc xạ?. Trả lời: Kính thiên văn Hubble được thiết kế theo nguyên tắc của kính phản xạ chứ không phải kính thiên văn tổ hợp hoặc kính thiên văn khúc xạ, mặc dù chất lượng ảnh của kính thiên văn phản xạ không phải tối ưu nhất, nhưng do các vấn đề liên quan đến việc tối ưu cho thiết kế và mức độ phức tạp khi chế tạo một kính thiên văn khúc xạ có độ lớn tương ứng để đưa vào không gian vũ trụ rất khó khăn nên tại thời điểm chế tạo, thiết kế kính thiên văn phản xạ đã được lựa chọn. Do đó kính thiên văn phản xạ Hubble chỉ là giải pháp tối ưu cân bằng các yếu tố kỹ thuật, chi phí, yêu cầu quan sát tại thời điểm được chế tạo chứ không phải giải pháp tối ưu về hình ảnh. Hiện nay do chưa thỏa mãn với chất lượng kính thiên văn Hubble mang lại, rất nhiều nơi đang tiếp tục chế tạo các loại siêu kính thiên văn Khúc xạ và tổ hợp tiên tiến hiện đại hơn để phục vụ công tác nghiên cứu khoa học và thay thế kính Hubble, kính Hubble sẽ được cho "nghỉ hưu" sau khi các kính trên được chế tạo xong và đưa lên quỹ đạo.

Kết luận: Khi bỏ qua các yếu tố giá cả, độ phức tạp khi sử dụng, trọng lượng kính....mà chỉ đánh giá riêng về chất lượng ảnh thì kính thiên văn Khúc xạ sẽ cho ảnh tốt hơn kính thiên văn Phản xạ có cùng cỡ Vật kính – Gương Phản xạ.

Trân trọng!

   Nhóm tác giả: Thiên Văn Việt (www.thienvanviet.com)