- Robert P Crease (Physics World, tháng 5/2012)

Một số câu hỏi lịch sử thật khó trả lời. Nhưng vì sao việc khám phá ra khí quyển của Kim tinh vẫn cứ gây tranh cãi không thôi?


Bất kì ai có đủ may mắn ở đúng nơi thích hợp, đúng thời gian thích hợp, vào đầu tháng tới sẽ có dịp chứng kiến một sự kiện rất hiếm – sự đi qua của Kim tinh phía trước Mặt trời. Những sự kiện thiên văn phù du này, gọi là “sự đi qua của Kim tinh”, xảy ra theo cặp cách nhau 8 năm, và cặp này cách cặp kia hơn một thế kỉ. Sự hấp dẫn của những sự đi qua này không chỉ nằm ở tính hết sức hiếm hoi của chúng, mà còn vì chúng từng được sử dụng để giải một trong những câu hỏi lớn nhất trong lĩnh vực thiên văn học: khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời. Nhưng một nghiên cứu về một lần đi qua đặc biệt của Kim tinh vẫn còn gây tranh cãi cho đến ngày nay.

Đó là lần đi qua vào hôm 26 tháng 5 năm 1761, quan sát bởi nhà bác học người Nga Mikhail Lomonosov. Sử dụng chiếc kính thiên văn khúc xạ 4,5 foot của ông ở St Petersburg, ông khẳng định lần đầu tiên đã nhìn thấy khí quyển của Kim tinh. Không bao lâu sau sự kiện trên, ông viết như thế này: “Kim tinh bị vây quanh bởi một bầu khí quyển lớn, tương tự (nếu không nói là lớn hơn) bầu khí quyển phủ quanh địa cầu của chúng ta.” Mặc dù ngày nay chúng ta biết rằng Kim tinh thật sự có khí quyển, nhưng trong số hàng tá người khác nhìn thấy sự đi qua vào ngày hôm ấy, chẳng có ai nêu ra kết luận dứt khoát. Hơn nữa, một số nhà khoa học hiện nay vẫn phủ nhận khám phá của Lomonosov (xem “Kim tinh: bây giờ hoặc không bao giờ”).

Cuộc tranh luận trên được trình bày rõ ràng trong quyển tiểu sử của Lomonosov xuất bản hồi năm 1937 của tác giả là nhà hóa học và nhà sử học Boris Menshutkin. Được nhà hóa học người Mĩ Tenney Davis dịch sang tiếng Anh vào năm 1952 với tựa đề Lomonosov: Nhà hóa học, Quan cận thần, Nhà vật lí, Nhà thơ, quyển sách đã ca ngợi phát biểu của Lomonosov là một khám phá tuyệt vời. Tuy nhiên, một ghi chú của người dịch cũng phát biểu hống hách không kém – vị dịch giả đã tham khảo một nhà thiên văn học người Mĩ – rằng cái Lomonosov nhìn thấy “chẳng có liên quan gì với sự có mặt hay không có mặt của khí quyển Kim tinh và chẳng trường hợp nào có thể xem là một bằng chứng cho sự tồn tại của nó”.

Vậy thì tại sao cuộc tranh cãi xung quanh việc khám phá ra khí quyển của Kim tinh vẫn tiếp tục kéo dài đến hơn 250 năm sau này? Rốt cuộc người ta có thể làm gì để giải quyết vấn đề đây? Và cuộc tranh cãi này cho chúng ta biết những gì về bản chất của bản thân sự khám phá khoa học?

Chỗ phồng lên và chỗ rực rỡ

Là một nhà bác học có đóng góp cho nhiều lĩnh vực, kể cả thiên văn học, Lomonosov (1711–1765) là viện sĩ gốc Nga đầu tiên tại Viện Hàn lâm Khoa học Nga. Vào lúc xảy ra sự đi qua năm 1761, đã trải qua 17 năm kinh nghiệm quan trắc và phát minh các thiết bị khoa học, ông quan sát sự kiện trên từ nhà của ông, một ngôi nhà lớn có đài thiên văn riêng của ông.

“Chờ Kim tinh đi vào Mặt trời muộn khoảng 40 phút so với thời gian nêu trong lịch thiên văn,” Lomonosov viết, “cuối cùng [tôi] đã thấy cái rìa của Mặt trời lúc đi vào như trông đợi trở nên không rõ ràng và có cái gì đó mờ ảo, mặc dù trước đó [nó] rất rõ.” Nghĩ rằng mình đã bị mờ mắt, Lomonosov nhìn ra xa trong chốc lát, rồi lại ngắm vào thị kính tìm thấy một vết đen nhỏ nối cái đĩa Kim tinh và Mặt trời. Đây là lúc vừa sau thời khắc “tiếp xúc đầu tiên”, khi rìa trước của Kim tinh lần đầu tiên chạm tới phần rìa, hay “quầng”, của Mặt trời.

Lúc tiếp xúc lần thứ hai, khi Kim tinh đã hoàn toàn ở bên trong Mặt trời và rìa sau của nó đi qua rìa mặt trời, Lomonosov để ý thấy hai điểm này cách nhau bởi “một vệt sáng rỡ mỏng như sợi tóc”. Chừng sáu giờ sau đó khi rìa trước của Kim tinh đi tới rìa mặt trời trên đường đi của nó ra khỏi Mặt trời – cái được đặt tên là lần tiếp xúc thứ ba – nhà bác học người Nga viết rằng “một chỗ phồng lên xuất hiện tại rìa của Mặt trời, nó trở nên dễ thấy hơn khi Kim tinh tiến gần hơn đến chỗ đi ra hoàn toàn”. Không lâu sau đó, ông nhìn thấy sự tiếp xúc lần thứ tư là “chỗ phồng lên biến mất, và Kim tinh đột ngột xuất hiện mà chẳng có rìa”.

Để củng cố cho kết luận của ông rằng ông đã quan sát thấy khí quyển của Kim tinh, Lomonosov trích dẫn “sự thiếu rõ nét ở rìa mặt trời [trước đó]” lúc tiếp xúc đầu tiên, cái ông cho là do “khí quyển Kim tinh đang đi vào”; còn “chỗ phồng lên” lúc tiếp xúc lần thứ ba, theo ông, là do “sự khúc xạ của các tia sáng mặt trời trong khí quyển của Kim tinh”. Báo cáo của Lomonosov, trong đó có trình bày các sơ đồ, được công bố bằng tiếng Nga vào hôm 17 tháng 7, 1761 và bằng tiếng Đức vào một tháng sau đó. Mặc dù những người khác quan sát sự kiện trên có nhắc tới một cung sáng hay quầng hào quang xung quanh Kim tinh, nhưng chẳng có ai đề xuất một cơ chế hay lời giải thích nào. Vậy thì cái gây tranh cãi là ở đâu? Lomonosov nói ông đã nhìn thấy khí quyển của Kim tinh, đã mô tả cái ông nhìn thấy, đưa ra một cơ chế giải thích, và đã công bố kết quả nghiên cứu. Hơn nữa, chúng ta đều biết Kim tinh có khí quyển mà.

Quầng hào quang và sai sót hệ thống

Cuộc tranh cãi xảy ra vì hai nguyên nhân: thứ nhất, khí quyển của Kim tinh trông như thế nào trước các thiết bị trên mặt đất lúc đương thời; và thứ hai, ngày nay chúng ta biết gì về những sai sót hệ thống trong quan trắc.

Các nhà sử học đều biết rõ sự nguy hiểm của “lịch sử Whig” – đánh giá quá khứ từ tầm nhìn của thời hiện tại. Nhưng lịch sử khoa học thì có thể khác. Vì các định luật và tính chất của tự nhiên là bất biến, nên những quan sát sau này thỉnh thoảng có thể hiệu chỉnh rõ ràng cho những quan sát trước đây. Có nhiều ví dụ về những quan điểm sai được cho là đúng, chí ít như phát hiện của Enrico Fermi về cái ông nghĩ là những nguyên tố siêu uranium vào năm 1934, và phát hiện được viện dẫn nhiều của Percival Lowell về những con kênh đào trên sao Hỏa hồi cuối thế kỉ 19. Trong trường hợp Kim tinh, Jay Pasachoff ở trường Williams College và cộng sự của ông, học giả độc lập William Sheehan, đã viết một bài báo cho số ra tháng 3&4/2012 của Tạp chí Lịch sử và Di sản Thiên văn học trình bày rằng cái ngày nay chúng ta biết về diện mạo của ảnh khúc xạ Mặt trời do khí quyển của Kim tinh, dựa trên những quan sát phân giải cao của lần đi qua hồi năm 2004, dường như không khớp với cái Lomonosov đã báo cáo hồi năm 1761.

Hơn nữa, những quan sát hiện đại còn làm sáng tỏ thêm về sai sót hệ thống – sản phẩm của sự không hoàn hảo của thiết bị và việc quan sát chứ không phải do hiện tượng đang được quan sát – gây khó khăn cho việc phân tích. Đáng nói nhất trong số này là “hiệu ứng giọt đen”, hiện tượng lần đầu tiên được các nhà thiên văn học chú ý tới trong lần đi qua năm 1761 trong khi đang cố gắng đo thời điểm chính xác của lần tiếp xúc thứ hai và thứ ba. Hầu như tất cả các nhà quan sát đều nhìn thấy, lúc tiếp xúc lần thứ hai, có một cột tối lạ hay một chiếc cầu nối Kim tinh với Mặt trời, diện mạo chính xác của nó thì người này người kia thấy không giống nhau. Thỉnh thoảng, thậm chí khi đang nhìn Kim tinh lúc nó ở bên trong đĩa mặt trời 3 giây cung, chiếc cầu nối này dày lên làm cho đĩa Kim tinh trông giống như một giọt nước dẹt – vì thế mà có tên gọi. Một giọt đen nữa ảnh hưởng đến lần tiếp xúc thứ ba, khi cái bóng Kim tinh bắt đầu đi ra khỏi đĩa mặt trời. Hiệu ứng này – được cho là do nhiều yếu tố, trong đó có giới hạn quang học cố hữu của kính thiên văn, các yếu tố sinh lí học trong võng mạc và điều kiện trong khí quyển – đã làm giảm độ chính xác của các phép đo khoảng cách Mặt trời – Trái đất hồi thế kỉ 18 đi khoảng hai bậc độ lớn.


Những lưu ý từ lịch sử

Trong những phép đo lần đi qua năm 1999 của Kim tinh, Pasachoff và Schneider để ý thấy một giọt đen và tìm thấy một đóng góp quan trọng từ một hiệu ứng cho đến nay phần lớn bị bỏ qua: sự giảm mạnh độ sáng hay “mờ quầng” tại rìa Mặt trời. Trong bài báo của họ đăng trên tạp chí Journal of Astronomical History and Heritage, Pasachoff và Sheehan cho rằng Lomonosov đã không quan sát khí quyển của Kim tinh mà là một sai sót có nguyên nhân một phần là do hiệu ứng mờ quầng này. Hơn nữa, họ cho rằng sở dĩ Lomonosov giả định có khí quyển trên Kim tinh là vì niềm tin của ông vào sự nhất quán của thế giới; nói cách khác, vì ông đã bị thuyết phục trước sự tồn tại của một bầu khí quyển, nên có lẽ ông đang tìm kiếm những hiệu ứng cho thấy nó tồn tại. “Lomonosov đi tới kết luận đúng nhưng dựa trên cơ sở phân tích sai,” họ viết.

Công việc xây dựng lại cái Lomonosov đã nhìn thấy là cực kì khó khăn vì ngôn ngữ sử dụng nhập nhằng – và tất nhiên có nguồn gốc từ tiếng Nga và tiếng Đức. Có thể nói công việc đó tựa như là phục hồi một bức ảnh dựa trên một mô tả hồi 250 trước của một người nào đó bằng một ngôn ngữ khác và rồi đưa ra kết luận về không chỉ một mà là vài chi tiết tinh vi của đối tượng đã được chụp. Từ tiếng Nga dịch thành tiếng Anh là “chỗ phồng lên”, chẳng hạn, là pupyr, nó cũng có nghĩa là mụn nhọt. Làm thế nào chúng ta có thể liên hệ nó rõ ràng với một quầng hào quang hay giọt đen khét tiếng hay biến đổi kia? Rồi còn “cung sáng mỏng như sợi tóc” thì sao? Đó có phải là quầng hào quang do khí quyển tạo ra hay – như Pasachoff và Sheehan nói – đó chỉ là phần đầu tiên của đĩa mặt trời có thể nhìn thấy leo vào cái bóng của Kim tinh khi hiệu ứng giọt đen kết thúc?

Lomonosov tường thuật những hiệu ứng khác lạ ở cả bốn lần tiếp xúc, và cho rằng hiệu ứng lúc tiếp xúc lần thứ nhất, thứ ba và thứ tư là do khí quyển Kim tinh gây ra. Mô tả của Lomonosov về lần tiếp xúc thứ ba có vẻ mang lại sự ủng hộ chắc chắn nhất – mặc dù Pasachoff và Sheehan phủ nhận điều này, họ cho biết hồi năm 2004 họ đã nhìn thấy khí quyển đó trong 20 phút sau sự đi ra của rìa phía trước, và Lomonosov đã viết rằng Kim tinh “không có rìa”.

Viết lại lịch sử?

Các nhà sử học đã phát hiện ra sự nguy hiểm của việc quá tin tưởng vào sự tuyên bố rằng một nhà thực nghiệm từ một thời đại trước đây không thể nhìn thấy một hiện tượng nhất định, vì những khẳng định như thế thường bôi nhọ năng lực của các nhà khoa học tiền bối. Một câu chuyện cảnh giác mà ai cũng biết liên quan đến nhà lịch sử khoa học Alexandre Koyré, người hồi thập niên 1950 đã khăng khăng nhất quyết rằng Galileo không thể suy luận ra định luật vật rơi của ông bằng cách sử dụng phương pháp không chính xác là cho những quả cầu lăn xuống mặt phẳng nghiêng và đo thời gian bằng đồng hồ nước; chắc chắn Galileo đã suy luận ra định luật đó trước rồi mới xào nấu số liệu! Quan điểm này bị bác bỏ vào năm 1961 bởi Thomas Settle, khi đó là một sinh viên chuyên ngành lịch sử khoa học tại trường Đại học Cornell, ông đã lặp lại thí nghiệm trên trong phòng của mình và thu được số liệu đủ chính xác để suy luận ra định luật vật rơi.

Tính hiếm hoi của những lần đi qua của Kim tinh khiến cho việc lặp lại thí nghiệm gặp khó khăn, nhưng lần đi qua vào tháng sau – nếu không phải chờ đến năm 2117 – có vẻ mang lại một cơ hội tuyệt vời: hãy dùng kính thiên văn của Lomonosov và ngắm xem.

Tuy nhiên, nói thì dễ chứ làm thì không đơn giản. Thứ nhất, chúng ta không biết Lomonosov sử dụng kính thiên văn nào; chúng ta chỉ có thể sử dụng một loại tương tự thôi. Thứ hai, việc sử dụng một thiết bị lịch sử quý giá và phức tạp chẳng biết là có được phép hay không. Thứ ba, điều kiện thời tiết ngày đi qua hôm ấy có thể không giống hệt. Cuối cùng, còn có vấn đề kĩ năng thực nghiệm nữa. Các thí nghiệm không tiến hành tự động, và thường phải đẩy các thiết bị đến giới hạn của chúng. Việc biết điều chỉnh thiết bị như thế nào dưới những điều kiện nhất định là một dấu hiệu của kĩ năng thực nghiệm, và thường phụ thuộc người làm thực nghiệm đã làm việc với thiết bị trong thời gian bao lâu rồi. Những nhà thực nghiệm thành thạo có thể để ý đến những thứ mà những người khác bỏ qua. Một nhà quan sát thế kỉ 21 sử dụng một thiết bị thuộc thế kỉ 18 có thể bị thiếu loại kĩ năng này.

Kết luận

Vào thập niên 1950, một động cơ khiến người ta phủ nhận ưu thế của Lomonosov là cuộc chiến tranh lạnh; các nhà sử học và nhà khoa học phương Tây thường gán cho những khẳng định của phía Liên Xô liên quan đến thành tựu của các nhà khoa học Xô Viết là mang tính tuyên truyền. Tuy nhiên, những quan điểm đó nay không còn nữa. Nhưng vấn đề trên vẫn khiến người ta tranh luận vì việc không thể giải quyết thỏa đáng câu hỏi này cho thấy thực tế đáng lo ngại là một số câu hỏi lịch sử - và cả một số câu hỏi khoa học nữa – khó có câu trả lời dứt khoát hoặc rõ ràng.

Thỉnh thoảng, đây là vì các khám phá diễn ra theo nhiều giai đoạn trong một khoảng thời gian kéo dài; ví dụ như trường hợp khám phá ra oxygen và năng lượng tối. Ai khám phá ra khí quyển của Kim tinh trông dễ quyết định hơn nhiều, vì nó chỉ liên quan đến cái một nhà thiên văn quan sát thấy ở một thời điểm nhất định khi quan sát một sự kiện nhất định qua một chiếc kính thiên văn nào đó. Nhưng vì sự không minh bạch của ngôn từ, và vì không thể lặp lại các điều kiện tương đương và sử dụng những kĩ năng cần thiết, nên vấn đề này có quá nhiều cái không thể giải quyết.

Các đội thiên văn học, cả chuyên nghiệp lẫn nghiệp dư, hi vọng sử dụng những chiếc kính thiên văn cổ xưa để quan sát sự đi qua sắp tới – Sheehan gọi họ là “những nhà khảo cổ học thực nghiệm”. Bản thân ông đang có kế hoạch sử dụng kính thiên văn khúc xạ Brashear 168 mm hồi thế kỉ 19 tại đỉnh Wilson, trong khi những người khác tại Đài thiên văn Lowell thì có kế hoạch sử dụng kính thiên văn khúc xạ Clark 152 mm mà Percival Lowell đã mang sang Nhật hồi năm 1892. Cái họ tìm thấy có thể làm sáng tỏ thêm về cái những nhà quan sát tiền bối trước đây có lẽ đã từng thấy. Dẫu vậy, câu hỏi Lomonosov đã nhìn thấy cái gì có lẽ vẫn là một câu hỏi chưa có lời kết.

- Tác giả Robert P Crease là trưởng khoa Triết học tại trường Đại học Stony Brook, và là nhà sử học tại Phòng thí nghiệm quốc gia Brookhaven ở Mĩ.