Lockheed Martin cải tiến kính thiên văn: nhỏ hơn, phân giải cao hơn

Như vậy là sau 400 năm, thiết kế của kính thiên văn sắp sửa được nâng cấp mạnh mẽ nhờ một dự án được DARPA tài trợ. Cụ thể là hệ thống kính thiên văn ảnh hóa 2 chiều phân cực dành cho hoạt động theo dõi quang điện tử (SPIDER) của Lockheed Martin. Hệ thống này sẽ thay thế nhiều thành phần thấu kính chính trong kính thiên văn khúc xạ bằng một loạt các thấu kính nhỏ hơn cho phép thu nhỏ kích thước của thiết bị nhiều lần.

Thiết kế cơ bản của kính thiên văn khúc xạ gần như không đổi kể từ khi nó được phát minh vào năm 1608. Ở một đầu, kính thiên văn khúc xạ được lắp một thấu kính phóng đại có chức năng thu thập ánh sáng và nạp vào các thấu kính nhỏ hơn để chuyển đổi thành hình ảnh. Mặc dù thiết kế này đã được tinh chỉnh nhiều lần qua nhiều thế kỷ nhưng kính thiên văn vẫn bị ràng buộc bởi quy tắc: thấu kính phóng đại hoặc các thấu kính chính buộc phải lớn hơn để mang lại hình ảnh tốt hơn, đồng nghĩa với việc kích thước hệ thống cũng bị phóng đại theo.

Thiết kế cơ bản của kính thiên văn khúc xạ gần như không đổi kể từ khi nó được phát minh vào năm 1608.

Một vấn đề nữa là để cho ra đời những chiếc kính thiên văn cỡ lớn, người ta phải mất nhiều năm để hoàn tất bởi công đoạn mài dũa, tinh chỉnh thấu kính đòi hỏi độ chính xác rất cao và đòi hỏi nhiều thời gian. Thêm nữa, thấu kính thủy tinh thường có xu hướng bị giãn ra bởi lực hấp dẫn, một số bước sóng nhất định không thể xuyên qua và thường có hệ số quang sai cầu và quang sai màu cao. Tính đến nay, chiếc kính thiên văn đường kính 100cm tại Yerkes vẫn được xem là chiếc kính thiên văn tốt nhất từng được chế tạo, hoàn thiện năm 1895.

SPIDER hoạt động theo nguyên lý của giao thoa kế.

Trở lại với SPIDER, hệ thống này được Lockheed Martin phát triển hợp tác cùng đại học California tại Davis và điểm cải tiến là nó bao gồm nhiều thấu kính nhỏ tương tự như mắt con trên mắt côn trùng. Mỗi thấu kính sẽ thu nạp ánh sáng đến một mạch bán dẫn photon PIC, nhờ đó kính thiên văn về cơ bản giống như một camera tĩnh.

Điều thú vị là SPIDER hoạt động theo nguyên lý của giao thoa kế. Thông thường, máy đo giao thoa được các nhà thiên văn sử dụng để chuyển đổi nhiều kính thiên văn quang học hoặc kính thiên văn vô tuyến thành một kính thiên văn cỡ lớn để có thể quan sát một khu vực trên bầu trời. Máy đo giao thoa sẽ kết hợp hình ảnh từ các kính thiên văn này và bằng cách phân tích biên độ và pha của các dạng hình giao thoa, các nhà thiên văn có thể chuyển đổi chúng thành một hình ảnh mới với độ phân giải cao hơn.

Lockheed đang sử dụng nguyên lý này để khiến kính thiên văn nhẹ hơn, nhỏ hơn và có thể trang bị trên tàu vũ trụ. Alan Duncan đến từ Lockheed Martin cho biết: "Khả năng mới là chế tạo một hệ thống giao thoa có cùng số kênh của một chiếc máy ảnh kỹ thuật số. Chúng có thể chụp hình, xử lý và bạn có hình ảnh. Về cơ bản, hệ thống giao thoa hoạt động giống như một chiếc máy ảnh nhắm chụp".

Kính thiên văn SPIDER không nhất thiết phải có hình ống.

Lockheed cho biết những thấu kính siêu nhỏ và mạch PIC trên SPIDER không cần cân chỉnh như các thấu kính thông thường.

Mặc dù đạt được hiệu năng tương đương với những chiếc kính thiên văn cỡ 100cm nhưng SPIDER lại có kích thước nhỏ hơn, mỏng hơn rất nhiều từ đó tiết kiệm đến 99% chi phí chế tạo và trọng lượng hệ thống. Ngoài ra, thời gian chế tạo cũng được rút ngắn xuống còn vài tuần thay vì vài năm. Và điều đặc biệt là kính thiên văn SPIDER không nhất thiết phải có hình ống. Với hệ thống hội tụ ánh sáng dạng phẳng, SPIDER có thể được chế tạo dưới nhiều hình dạng khác như từ tròn cho đến lục giác và có thể được lắp trên một bề mặt nào đó.

Hiện tại, SPIDER đang ở giai đoạn phát triển ban đầu và có thể sẽ mất từ 5 đến 10 năm nữa trước khi được ứng dụng. Duncan cho rằng SPIDER mang tiềm năng khám phá rất lớn đối với những hành tinh trong hệ quỹ đạo ngoài của Trái Đất như sao Thổ hay sao Mộc và thậm chí là xa hơn nữa nhờ lợi thế về độ phân giải cao hơn từ 10 đến 100 lần trong khi kích thước, trọng lượng và điện năng tiêu thụ đều nhỏ hơn nhiều so với kính thiên văn truyền thống.