Sử dụng hiện tượng gọi là thấu kính hấp dẫn, chúng ta có thể sử dụng Mặt trời như một kính thiên văn khổng lồ để nhìn sâu vào không gian.
Cận cảnh những vệt lửa phun ra từ Mặt trời
Một số kính thiên văn cực kỳ mạnh đã cho chúng ta thấy những góc nhìn ngoạn mục về vũ trụ, cho phép chúng ta nhìn lại những ngày đầu của vũ trụ. Những đài quan sát này, như Kính thiên văn không gian James Webb (JWST), là công nghệ đáng kinh ngạc tiêu tốn hàng tỷ đô la và nhiều thập kỷ làm việc.
Nhưng nếu chúng ta có thể tiếp cận một kính thiên văn tốt hơn nữa thì sao? Đây sẽ không phải là một kính thiên văn thông thường. Nó thậm chí không đi kèm với một thấu kính. Nhưng nó sẽ là kính thiên văn mạnh nhất mà chúng ta từng chế tạo. Kính thiên văn này sẽ sử dụng chính Mặt trời.
Một bức ảnh chụp Mặt trời ngày 29/8/2024. (Ảnh: Mark Johnston).
Hãy xem xét JWST. Với một chiếc gương có đường kính 6,5 m, JWST có khả năng đạt được độ phân giải khoảng một phần mười giây cung, tốt hơn khoảng 600 lần so với mắt người. Ở độ phân giải đó, kính thiên văn này có thể nhìn thấy các chi tiết trên một đồng xu được đặt cách xa nó 40 km hoặc thu được mô hình của một quả bóng đá nằm cách xa 550 km.
Một ví dụ khác là Kính thiên văn Event Horizon, thực chất là một mạng lưới các thiết bị riêng lẻ nằm rải rác trên toàn cầu. Bằng cách phối hợp cẩn thận các thành phần của mình, kính thiên văn đã cung cấp cho chúng ta những hình ảnh ấn tượng về các đĩa khí bao quanh các hố đen khổng lồ. Để đạt được điều này, nó đã đạt được độ phân giải ấn tượng là 20 micro giây cung. Ở độ phân giải đó, kính thiên văn có thể phát hiện ra một quả cam nằm trên bề mặt của Mặt trăng .
Một kính thiên văn lớn hơn sẽ cần những chiếc đĩa khổng lồ hoặc mạng lưới ăng-ten bay qua hệ Mặt trời, cả hai đều đòi hỏi những bước nhảy vọt to lớn về khả năng công nghệ của chúng ta.
Kính thiên văn Mặt trời?
Mặc dù Mặt trời có thể không giống như một thấu kính hay gương thông thường, nhưng nó có khối lượng lớn. Và trong thuyết tương đối rộng của Einstein, các vật thể có khối lượng làm cong không gian - thời gian xung quanh chúng. Bất kỳ ánh sáng nào lướt qua bề mặt của Mặt trời đều bị lệch hướng và thay vì tiếp tục theo đường thẳng, hướng đến một điểm hội tụ, cùng với tất cả các ánh sáng khác lướt qua Mặt trời cùng một lúc.
Các nhà thiên văn học đã sử dụng hiệu ứng này, được gọi là thấu kính hấp dẫn, để nghiên cứu các thiên hà xa nhất trong vũ trụ. Khi ánh sáng từ các thiên hà đó đi qua gần một cụm thiên hà khổng lồ, khối lượng của cụm đó sẽ khuếch đại và phóng đại hình ảnh nền, cho phép chúng ta nhìn xa hơn nhiều so với bình thường.
"Thấu kính hấp dẫn Mặt trời" dẫn đến độ phân giải cao gần như không thể tin được. Giống như chúng ta có một chiếc gương kính thiên văn có chiều rộng bằng toàn bộ Mặt trời. Một thiết bị được đặt ở đúng điểm hội tụ sẽ có thể khai thác sự cong vênh hấp dẫn của lực hấp dẫn của Mặt trời để cho phép chúng ta quan sát vũ trụ xa xôi với độ phân giải đáng kinh ngạc là 10^-10 giây cung. Mạnh hơn khoảng một triệu lần so với Kính viễn vọng Event Horizon.
Tất nhiên, có những thách thức khi sử dụng thấu kính hấp dẫn Mặt trời như một kính thiên văn tự nhiên. Điểm hội tụ của tất cả sự bẻ cong ánh sáng này nằm ở khoảng cách lớn hơn 542 lần so với khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời. Khoảng cách này gấp 11 lần khoảng cách đến sao Diêm Vương và gấp ba lần khoảng cách mà tàu vũ trụ xa nhất của loài người, Voyager 1, được phóng vào năm 1977, đạt được.
Vì vậy, chúng ta không chỉ phải gửi một tàu vũ trụ xa hơn bao giờ hết mà còn phải có đủ nhiên liệu để ở lại đó và di chuyển xung quanh. Các hình ảnh được tạo ra bởi thấu kính hấp dẫn Mặt trời sẽ trải rộng trên hàng chục km không gian.
Kế hoạch tận dụng thấu kính Mặt trời đã có từ những năm 1970. Gần đây nhất, các nhà thiên văn học đã đề xuất phát triển một đội vệ tinh khối lập phương nhỏ, nhẹ sẽ triển khai các cánh buồm Mặt trời để tăng tốc chúng lên 542 AU. Khi đến đó, chúng sẽ chậm lại và phối hợp các thao tác của mình, tạo ra hình ảnh và gửi dữ liệu trở lại Trái đất để xử lý.
Mặc dù có vẻ kỳ quặc, nhưng khái niệm này không quá xa rời thực tế. Và chúng ta sẽ nhận được gì với loại siêu kính viễn vọng này? Ví dụ, nếu nó hướng đến Proxima b, ngoại hành tinh gần nhất được biết đến, nó sẽ cung cấp độ phân giải 1 km. Kính thiên văn JWST hy vọng đạt được khả năng chụp ảnh các ngoại hành tinh, nơi toàn bộ hành tinh nằm trong một số ít pixel, thấu kính hấp dẫn Mặt trời làm lu mờ những ý tưởng đó…
Kính thiên văn Mặt trời sẽ tốt hơn bất kỳ kính thiên văn nào mà chúng ta có thể chế tạo trong bất kỳ tương lai nào trong vài trăm năm tới.