Kính viễn vọng mới sẽ thay đổi cách chúng ta quan sát vũ trụ

Dự kiến phóng vào tháng 12, kính thiên văn James Webb được kỳ vọng giải đáp những thắc mắc của con người về cách vũ trụ hình thành và sự sống ngoài Trái đất.

James Webb, kính viễn vọng không gian mạnh mẽ nhất của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) sẽ được phóng vào 18/12 tại vùng Guiana thuộc Pháp.

Đó sẽ là khoảnh khắc được giới thiên văn chờ đón trong một thập kỷ. James Webb đã nhiều lần lỡ hẹn do vấn đề kỹ thuật và dịch bệnh bùng phát. Kính viễn vọng này có nhiệm vụ giải đáp những thắc mắc về Hệ Mặt Trời, phân tích khí quyển của các ngoại hành tinh, tìm kiếm các dấu hiệu để tìm ra manh mối liên quan đến sự sống ngoài Trái đất.

Mất 17 năm, 40 triệu giờ để hoàn thiện

James Webb được phát triển từ năm 2004. Kể từ đó, hàng nghìn nhà khoa học, kỹ thuật viên và kỹ sư từ 14 quốc gia đã dành hơn 40 triệu giờ để xây dựng kính viễn vọng. Theo CNN, James Webb có mặt gương rộng 6,5 m, cho phép thu thập nhiều ánh sáng từ các vật thể trong vũ trụ. Thu nhiều ánh sáng đồng nghĩa kính viễn vọng có thể quan sát càng nhiều chi tiết.

Gương vàng của kính James Webb có thể gập mở như những tác phẩm origami đến từ Nhật Bản. (Ảnh: CNN).

Đó là tấm gương lớn nhất mà NASA từng chế tạo cho kính viễn vọng. Kích thước lớn khiến tấm gương không thể đặt vừa vào tên lửa. Do đó, NASA đã thiết kế các bộ phận của kính có thể gập giống tác phẩm gấp giấy origami của Nhật Bản. Khi phóng vào không gian, các động cơ và bộ truyền động sẽ mở tấm gương.

Mỗi kính viễn vọng được phát triển dựa trên kinh nghiệm từ thế hệ trước. Tấm gương của James Webb lớn hơn 60 lần so với những kính thiên văn trước đây. Độ phân giải và độ nhạy của kính cũng cao hơn Hubble, kính viễn vọng hoạt động lần đầu từ năm 1990.

Nhiệm vụ của James Webb

Kính thiên văn James Webb được kỳ vọng giúp chúng ta hiểu hơn về nguồn gốc vũ trụ, tìm ra manh mối về sự hình thành, tồn tại của con người và sự sống ngoài Trái đất.

Kính viễn vọng James Webb sẽ phân tích mọi giai đoạn của lịch sử vũ trụ, gồm những tia sáng đầu tiên sau vụ nổ lớn (Big Bang), sự hình thành của thiên hà, ngôi sao và hành tinh. Sức mạnh của kính viễn vọng có thể giải đáp thắc mắc về cách những thiên hà đầu tiên hình thành cách đây 13,5 tỷ năm.

Những nhà khoa học cũng sẽ dùng James Webb để quan sát, phân tích các hành tinh, lỗ đen, thiên hà, ngôi sao và cấu trúc vũ trụ. Họ sẽ tập trung quan sát sự hình thành, tiến hóa của các hành tinh trong và ngoài Hệ Mặt Trời, đặc biệt là hành tinh nằm trong vùng có thể sinh sống, nơi nhiệt độ thích hợp để hình thành nước lỏng.

Nhờ sự trợ giúp của kính viễn vọng Spitzer, nhóm nhà khoa học tại NASA đã đặt ra những mục tiêu quan sát cho James Webb. Một trong số đó là TRAPPIST-1e, hành tinh được phát hiện vào tháng 2/2017 có thể có nước trên bề mặt. James Webb có thể mô tả đặc điểm, đo kích thước và thu thập các chi tiết phức tạp của hành tinh tốt hơn so với Spitzer.

James Webb được xem là kính viễn vọng không gian mạnh mẽ nhất từng được chế tạo. (Ảnh: NASA).

Ngoài TRAPPIST-1e, James Webb cũng sẽ quan sát bầu khí quyển của nhiều ngoại hành tinh khác. Dữ liệu quang phổ từ kính có thể giúp các nhà khoa học xác định lượng metan, carbon dioxide hoặc carbon monoxide trong khí quyển, từ đó phân tích quá trình hình thành và phát triển của các ngoại hành tinh.

Những vật thể khác mà James Webb có thể quan sát gồm các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm dải Ngân hà, sự hình thành của các hệ hành tinh (planetary system), các chuẩn tinh (quasar) cực sáng ở trung tâm thiên hà và vành đai Kuiper, được tạo từ các thiên thể còn sót lại trong quá trình hình thành Hệ Mặt Trời, bao gồm Diêm Vương tinh và vệ tinh tự nhiên có tên Charon.

Kính viễn vọng mạnh mẽ nhất từng được chế tạo

Với những khả năng trên, James Webb được xem là kính viễn vọng mạnh mẽ nhất mà thế giới từng chế tạo. Kính này gồm 3 bộ phận chính, đầu tiên là Integrated Science Instrument Module (Công cụ Khoa học Tích hợp), chứa 4 thiết bị để chụp hình ảnh hoặc quang phổ, chia nhỏ ánh sáng thành các bước sóng khác nhau để xác định tính chất vật lý và hóa học.

Bộ phận thứ 2 là Optical Telescope Element (Kính thiên văn Quang học), thiết bị quan sát của James Webb gồm tấm gương và bộ phận chống đỡ. Cuối cùng là Spacecraft Element (Tàu vũ trụ), gồm hộp điều khiển (spacecraft bus) và tấm che ánh sáng Mặt Trời.

Hộp điều khiển của kính chứa các hệ thống quan trọng để vận hành tàu vũ trụ gồm động cơ đẩy, hệ thống điện, liên lạc, dữ liệu và điều khiển nhiệt. Trong khi đó, tấm chắn bảo vệ có kích thước bằng một sân tennis, khi mở ra sẽ bảo vệ gương và các bộ phận của James Webb khỏi sức nóng Mặt Trời do chúng cần được giữ ở nhiệt độ -188 độ C để hoạt động.

Nếu tàu thăm dò Perseverance hạ cánh xuống Hỏa tinh sau "7 phút kinh hoàng" - khoảng thời gian tàu phải giảm tốc độ về không để hạ cánh an toàn, NASA mô tả James Webb sẽ trải qua "29 ngày bên bờ vực". Cụ thể, sau khi phóng từ Guiana, kính viễn vọng sẽ di chuyển trong 29 ngày để đến quỹ đạo cách Trái đất khoảng 1,6 triệu km. Trong thời gian đó, James Webb cần mở tấm gương và bộ phận che ánh nắng.

Mô hình của James Webb được trưng bày tại Austin (Mỹ). (Ảnh: NASA).

Quá trình này đòi hỏi hàng nghìn bộ phận hoạt động hoàn hảo theo đúng trình tự. Tuy nhiên khác với 7 phút của Perseverance, các nhà khoa học trên mặt đất có thể kiểm soát sự di chuyển trong 29 ngày của James Webb để xử lý nếu có vấn đề xảy ra.

Sau khi đến quỹ đạo, James Webb sẽ vận hành thử nghiệm trong 6 tháng, bao gồm quá trình hạ nhiệt độ và hiệu chỉnh thông số. Đến cuối năm 2022, kính viễn vọng sẽ thu thập dữ liệu và những hình ảnh đầu tiên.

"Năm hoạt động đầu tiên của kính viễn vọng James Webb sẽ cho các nhà khoa học trên khắp thế giới cơ hội quan sát những mục tiêu cụ thể. Những phát hiện khoa học tuyệt vời sẽ được chia sẻ với cộng đồng trên toàn cầu", Thomas Zurbuchen, Phó trưởng ban giám đốc sứ mệnh khoa học tại NASA chia sẻ.

Cập nhật: 18/11/2021 Theo Zing