NASA dự kiến công bố những hình ảnh đầu tiên do Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) chụp vào ngày 12/2022/. Chúng sẽ đánh dấu sự khởi đầu của kỷ nguyên tiếp theo trong thiên văn học, khi Webb - kính viễn vọng không gian lớn nhất từng được chế tạo - sẽ bắt đầu thu thập dữ liệu khoa học giúp trả lời các câu hỏi về những khoảnh khắc tồn tại sớm nhất của vũ trụ và cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu các hành tinh ngoài chi tiết hơn từ trước đến nay. Nhưng phải mất gần tám tháng di chuyển, thiết lập, thử nghiệm và hiệu chuẩn để đảm bảo chiếc kính thiên văn giá trị nhất này đã sẵn sàng ra mắt.
Mạnh mẽ nhất không gian kính thiên văn, khi đã ở trong quỹ đạo, sẽ nhìn xa hơn vào không gian — và do đó quay ngược thời gian — hơn bất kỳ công nghệ nào trước đây, cho phép các nhà thiên văn nhìn thấy các điều kiện tồn tại ngay sau Vụ nổ lớn.
Tất cả bắt đầu từ đâu cho kính thiên văn của NASA?
Trong thiên hà Milky Way của chúng ta, kính thiên văn sẽ khám phá các thế giới bên ngoài hệ mặt trời - ngoại hành tinh hoặc ngoại hành tinh - bằng cách nghiên cứu bầu khí quyển của chúng để biết các dấu hiệu của sự sống, chẳng hạn như các phân tử hữu cơ và nước.
Sau khi phóng thành công Kính viễn vọng James Webb vào ngày 25 tháng 2021 năm 10, nhóm nghiên cứu bắt đầu quá trình dài để di chuyển nó vào vị trí quỹ đạo cuối cùng, tháo rời kính thiên văn và khi mọi thứ đã nguội, hiệu chỉnh các máy ảnh và cảm biến trên tàu. Buổi ra mắt diễn ra suôn sẻ. Một trong những điều đầu tiên mà các nhà khoa học NASA nhận thấy là kính viễn vọng còn lại nhiều nhiên liệu hơn dự kiến cho những điều chỉnh quỹ đạo của nó trong tương lai. Điều này sẽ cho phép Webb hoạt động lâu hơn nhiều so với mục tiêu năm ban đầu của sứ mệnh.
Nhiệm vụ đầu tiên trong hành trình lên mặt trăng của Webb tới vị trí cuối cùng trên quỹ đạo là triển khai kính viễn vọng. Nó không gặp trở ngại nào, bắt đầu bằng việc triển khai tấm che nắng giúp làm mát kính thiên văn. Sau đó là sự căn chỉnh của các gương và đưa vào các cảm biến. Các camera trên Webby đã hạ nhiệt, đúng như dự đoán của các kỹ sư và công cụ đầu tiên mà nhóm bật là Camera hồng ngoại gần hay còn gọi là NIRCam. NIRCam được thiết kế để nghiên cứu ánh sáng hồng ngoại mờ nhạt do các ngôi sao hoặc thiên hà lâu đời nhất phát ra trong vũ trụ. Nhưng tiếp theo là gì?
Cũng thú vị:
Vũ trụ sơ khai trong phạm vi hồng ngoại
Bởi vì ánh sáng mất một khoảng thời gian hữu hạn để di chuyển trong không gian, khi các nhà thiên văn học nhìn vào các vật thể, họ thực sự đang nhìn vào quá khứ. Ánh sáng từ Mặt trời mất khoảng bảy phút để đến Trái đất, vì vậy khi chúng ta nhìn vào Mặt trời, chúng ta thấy nó như cách đây bảy phút.
Chúng ta nhìn thấy các vật thể ở xa như cách đây hàng thế kỷ hoặc hàng thiên niên kỷ, và chúng ta quan sát các vật thể và thiên hà xa nhất ngay cả trước khi Trái đất hình thành, và vào thời điểm chúng ta nhìn thấy chúng, chúng có thể bị thay đổi cơ bản hoặc thậm chí bị phá hủy.
JWST mạnh đến mức nó có thể quan sát vũ trụ như nó tồn tại khoảng 13,6 tỷ năm trước, 200 triệu năm sau thời kỳ lạm phát nhanh ban đầu mà chúng ta gọi là Vụ nổ lớn. Đây là quá khứ xa xưa nhất mà nhân loại từng nhìn thấy. Điều khiến JWST trở thành một công cụ mạnh mẽ để chụp ảnh vũ trụ sơ khai là nó tiến hành các quan sát của mình trong vùng hồng ngoại của phổ điện từ.
Khi ánh sáng truyền đến chúng ta từ những nguồn xa xôi này, sự giãn nở gia tốc của vũ trụ kéo dài ánh sáng đó. Điều này có nghĩa là trong khi ánh sáng từ các ngôi sao và thiên hà ban đầu này tương tự như ánh sáng từ các ngôi sao và thiên hà lân cận, bước sóng của nó được "dịch chuyển" vào vùng hồng ngoại của phổ điện từ.
Những thiên hà xa nhất và lâu đời nhất
Một cách mà đài quan sát sẽ xác định các thiên hà ban đầu là quan sát sáu chuẩn tinh xa nhất và sáng nhất. Chuẩn tinh nằm ở trung tâm của các hạt nhân thiên hà đang hoạt động (AGN) và được nuôi dưỡng bởi các lỗ đen siêu lớn. Chúng thường sáng hơn bức xạ của tất cả các ngôi sao trong thiên hà mà chúng nằm, cộng lại.
Các chuẩn tinh được nhóm JWST lựa chọn nằm trong số những tinh thể sáng nhất, có nghĩa là các lỗ đen nuôi chúng cũng là các chuẩn tinh mạnh nhất, tiêu thụ - hay nói đúng hơn là tích tụ - khí và bụi với tốc độ cao nhất. Chúng tạo ra một lượng năng lượng khổng lồ đốt nóng khí xung quanh và đẩy nó ra bên ngoài, tạo ra những tia phản lực mạnh mẽ lao qua các thiên hà vào không gian giữa các vì sao.
Ngoài việc sử dụng chuẩn tinh, có ảnh hưởng đáng chú ý đến các thiên hà xung quanh, để hiểu sự tiến hóa của chúng, các nhà nghiên cứu JWST cũng sẽ sử dụng chuẩn tinh để nghiên cứu một thời kỳ trong lịch sử vũ trụ được gọi là Kỷ nguyên tái ion hóa. Đó là thời điểm mà vũ trụ trở nên trong suốt nhất và cho phép ánh sáng truyền đi tự do. Điều này xảy ra do khí trung hòa trong môi trường giữa các thiên hà đã trở nên tích điện hoặc ion hóa.
JWST sẽ điều tra điều này bằng cách sử dụng chuẩn tinh sáng làm nguồn sáng nền để nghiên cứu khí giữa chúng ta và chuẩn tinh. Bằng cách quan sát ánh sáng được hấp thụ bởi khí giữa các vì sao, các nhà nghiên cứu sẽ có thể xác định xem khí giữa các vì sao là trung tính hay bị ion hóa.
100 thiên hà cùng một lúc
Một trong những công cụ JWST sẽ sử dụng để quan sát vũ trụ là Máy quang phổ hồng ngoại gần (NIRSpec). Dụng cụ này sẽ không tạo ra hình ảnh trực quan tuyệt đẹp về các thiên hà mà nó quan sát được như hình ảnh góc rộng của hàng nghìn thiên hà do Kính viễn vọng Không gian Hubble chụp (hình bên dưới). Thay vào đó, nó sẽ cung cấp thông tin quang phổ quan trọng về các thiên hà này, cho phép nhiều người trong số chúng được nhìn thấy cùng một lúc.
Quang phổ của những thiên hà này chứa đựng rất nhiều thông tin, đặc biệt là về thành phần hóa học. Bằng cách nghiên cứu các thành phần này, các nhà nghiên cứu sẽ thấy các thiên hà có thể chuyển đổi thành phần khí của chúng thành các ngôi sao nhanh chóng như thế nào, và do đó hiểu rõ hơn về sự tiến hóa của vũ trụ.
Để làm được điều này với độ chính xác cần thiết đòi hỏi phải chặn một lượng lớn ánh sáng và điều này thường có nghĩa là nghiên cứu từng đối tượng một. Một số vật thể mà JWST dự định nghiên cứu ở rất xa nên ánh sáng của chúng cực kỳ mờ, có nghĩa là chúng phải được quan sát hàng trăm giờ để thu thập đủ dữ liệu để xây dựng một bức tranh quang phổ.
May mắn thay, NIRSpec được trang bị một phần tư triệu cửa sổ riêng lẻ với kích thước microshutters có kích thước bằng sợi tóc người được sắp xếp theo mô hình phiến mỏng. Điều này có nghĩa là bằng cách điều chỉnh mô hình của những tấm rèm này, JWST sẽ có thể quan sát một số lượng lớn các vật thể trong một chế độ xem để quan sát đồng thời và nó có thể lập trình cho bất kỳ trường vật thể nào trên bầu trời. Theo ước tính của NASA, điều này sẽ cho phép NIRSpec thu thập đồng thời quang phổ từ 100 đài quan sát, điều mà trước đây không một loại kính quang phổ nào khác có thể làm được.
Đọc thêm:
- 100 năm Vật lý lượng tử: Từ các lý thuyết của những năm 1920 đến Máy tính
- 5 sứ mệnh không gian trong tương lai để suy nghĩ về
Hành tinh ngoại cỡ sao Mộc
Kể từ giữa những năm 1990 và việc phát hiện ra một hành tinh quay quanh một ngôi sao giống như Mặt trời, danh mục các hành tinh ngoài hành tinh của chúng ta đã mở rộng đến nay bao gồm hơn 4 thế giới đã được xác nhận. Hầu hết các thế giới này, bao gồm cả ngoại hành tinh 51 Pegasi b, được phát hiện bởi nhóm nghiên cứu Thụy Sĩ của Michel Maior và Didier Calo vào năm 1995, là những sao Mộc nóng. Các ngoại hành tinh này quay quanh các ngôi sao của chúng ở khoảng cách gần nhau, thường hoàn thành một cuộc cách mạng trong vài giờ, giúp chúng dễ dàng phát hiện bằng cách sử dụng các kỹ thuật quan sát ngoại hành tinh.
Những thế giới này thường bị ràng buộc một cách ngăn nắp với ngôi sao của chúng, có nghĩa là một bên, phía vĩnh cửu, rất nóng. Một ví dụ nổi bật về một thế giới như vậy là WASP-121b, gần đây được quan sát bởi máy ảnh quang phổ trên tàu Hubble. Lớn hơn một chút so với sao Mộc trong hệ mặt trời của chúng ta, sắt và nhôm bốc hơi vào ban ngày của hành tinh này, và hơi này được mang đến ban đêm bởi gió siêu âm. Khi các nguyên tố này nguội đi, chúng kết tủa dưới dạng mưa kim loại, với khả năng một số nhôm có thể kết hợp với các nguyên tố khác và kết tủa dưới dạng vòi hoa sen ruby và sapphire lỏng.
Sự gần gũi của những hành tinh khổng lồ này với ngôi sao mẹ của chúng có thể gây ra lực thủy triều khiến chúng có hình dạng như một quả bóng bầu dục. Điều gì đã xảy ra với ngoại hành tinh WASP-103b. Một phần vai trò của JWST từ vị trí cách Trái đất một triệu km sẽ là nghiên cứu môi trường và bầu khí quyển của những hành tinh hung hãn này.
Siêu Trái đất
Một loại hành tinh ngoài khác mà kính viễn vọng không gian sẽ sử dụng để quan sát là cái gọi là siêu Trái đất. Đây là những thế giới có thể lớn gấp 10 lần Trái đất, nhưng lại nhẹ hơn những người khổng lồ băng như Hải Vương tinh hay Sao Thiên Vương.
Siêu Trái đất không nhất thiết phải là đá, giống như hành tinh của chúng ta, mà có thể bao gồm khí hoặc thậm chí là hỗn hợp khí và đá. NASA cho biết trong phạm vi từ 3 đến 10 khối lượng Trái đất, có thể có rất nhiều thành phần hành tinh, bao gồm thế giới nước, hành tinh quả cầu tuyết hoặc các hành tinh, như Sao Hải Vương, được cấu tạo chủ yếu từ khí dày đặc.
Hai siêu Trái đất đầu tiên nằm dưới radar của JWST của NASA sẽ là 55 Cancri e được bao phủ bởi dung nham, dường như là một hành tinh đá cách chúng ta 41 năm ánh sáng và LHS 3844b, có kích thước gấp đôi Trái đất và dường như có bề mặt đá, tương tự như mặt trăng, nhưng không có bầu khí quyển đáng kể.
Cả hai thế giới này đều có vẻ không phù hợp với sự sống như chúng ta biết, nhưng các hành tinh ngoài hành tinh khác ở nhiều nơi khác nhau trong Dải Ngân hà sẽ được JWST nghiên cứu có thể hứa hẹn hơn.
Cũng thú vị:
- 10 điều kỳ lạ nhất mà chúng ta biết được về lỗ đen vào năm 2021
- Terraforming Mars: Liệu Hành tinh Đỏ có thể biến thành một Trái đất mới?
Hệ thống TRAPPIST-1
Trong chu kỳ hoạt động đầu tiên, kính thiên văn sẽ nghiên cứu kỹ hệ thống TRAPPIST-1, nằm cách Trái đất 41 năm ánh sáng. Điều khiến hệ hành tinh này, được phát hiện vào năm 2017, bất thường là thực tế là bảy thế giới đá của nó tồn tại trong vùng hoạt động của ngôi sao của chúng, khiến nó trở thành thế giới trên cạn có khả năng sinh sống lớn nhất từng được phát hiện.
Các nhà thiên văn xác định vùng có thể sinh sống được xung quanh một ngôi sao là vùng có nhiệt độ cho phép nước lỏng tồn tại. Vì vùng này không quá nóng cũng không quá lạnh để nước lỏng tồn tại, nên nó thường được gọi là Vùng Goldilocks.
Tuy nhiên, nằm trong khu vực này không có nghĩa là hành tinh này có thể sinh sống được. Cả sao Kim và sao Hỏa đều nằm trong khu vực xung quanh Mặt trời, và không hành tinh nào có thể thoải mái hỗ trợ sự sống như chúng ta hiểu do các điều kiện khác. Hiệp hội Hành tinh gợi ý rằng các yếu tố khác, chẳng hạn như sức mạnh của gió mặt trời, mật độ của hành tinh, ưu thế của các mặt trăng lớn, định hướng quỹ đạo của hành tinh và chuyển động quay của hành tinh (hoặc rõ ràng là thiếu chúng) có thể là những yếu tố chính cho khả năng sinh sống.
Phân tử hữu cơ và sự ra đời của hành tinh
Một trong những ưu điểm của cuộc khảo sát hồng ngoại vũ trụ của JWST của NASA là khả năng nhìn xuyên qua các đám mây khí và bụi dày đặc và khổng lồ giữa các vì sao. Mặc dù điều này nghe có vẻ không thú vị lắm, nhưng viễn cảnh sẽ trở nên hấp dẫn hơn nhiều khi bạn cho rằng đây là những nơi sinh ra các ngôi sao và hành tinh và được gọi là vườn ươm sao.
Những vùng không gian này không thể được quan sát trong quang phổ ánh sáng nhìn thấy được vì hàm lượng bụi làm cho chúng trở nên mờ đục. Tuy nhiên, bụi này cho phép phát tán bức xạ điện từ trong dải bước sóng hồng ngoại. Điều này có nghĩa là JWST sẽ có thể nghiên cứu các vùng dày đặc của các đám mây khí và bụi này khi chúng sụp đổ và hình thành các ngôi sao.
Ngoài ra, kính viễn vọng không gian cũng sẽ có thể nghiên cứu các đĩa bụi và khí bao quanh các ngôi sao trẻ và sinh ra các hành tinh. Nó không chỉ có thể cho thấy các hành tinh giống như trong Hệ Mặt trời, bao gồm cả Trái đất, hình thành như thế nào, mà còn có thể cho thấy các phân tử hữu cơ quan trọng đối với sự sống được phân bố như thế nào trong các đĩa tiền hành tinh này.
Và có một vườn ươm xuất sắc sẽ được làm việc bởi các nhà nghiên cứu có thời gian quan sát JWST nói riêng.
Đọc thêm:
- Quan sát Hành tinh Đỏ: Lịch sử Ảo ảnh về Sao Hỏa
- Dịch chuyển từ quan điểm khoa học và tương lai của nó
Trụ cột của sự sáng tạo
The Pillars of Creation là một trong những thắng cảnh vũ trụ sáng nhất và đẹp nhất từng được nhân loại miêu tả. Kính viễn vọng không gian Hubble, đã chụp được những hình ảnh tuyệt đẹp về các Trụ cột Sáng tạo (hình bên dưới), có thể nhìn sâu vào các tháp khí và bụi cao hàng năm ánh sáng này.
Nằm trong Tinh vân Đại bàng và cách Trái đất 6500 năm ánh sáng trong chòm sao Serpent, các cột mờ đục - Trụ sáng tạo - là các vị trí hình thành sao cường độ cao. Để thu thập thông tin chi tiết về các quá trình hình thành sao bên trong các trụ, Hubble đã quan sát chúng bằng ánh sáng quang học và hồng ngoại.
Ánh sáng hồng ngoại là cần thiết để quan sát các quá trình xảy ra trong Trụ cột Sáng tạo vì cũng như các máng cỏ khác, ánh sáng khả kiến không thể xuyên qua lớp bụi dày đặc của tinh vân phát xạ này.
Hubble được tối ưu hóa cho ánh sáng nhìn thấy, nhưng nó vẫn có thể chụp được những hình ảnh hồng ngoại tuyệt đẹp về các cột trụ, cho thấy một số ngôi sao trẻ sống bên trong chúng. Đó là điều khiến nhóm JWST phấn khích - kính viễn vọng không gian hồng ngoại mạnh mẽ của họ sẽ tiết lộ vùng không gian hấp dẫn này.
Sao Mộc, các vành đai và mặt trăng của nó
Một trong những mục tiêu của kính viễn vọng không gian trong hệ mặt trời sẽ là hành tinh lớn nhất, sao Mộc khổng lồ khí. Theo NASA, một nhóm hơn 40 nhà nghiên cứu đã phát triển một chương trình quan sát sẽ nghiên cứu Sao Mộc, hệ thống vành đai và hai mặt trăng của nó: Ganymede và Io. Đây sẽ là một trong những cuộc khảo sát bằng kính thiên văn đầu tiên trong Hệ Mặt trời, yêu cầu nó phải được hiệu chỉnh theo độ sáng của khối khí khổng lồ đồng thời có thể quan sát hệ thống vòng mờ hơn nhiều của nó.
Nhóm JWST sẽ quan sát Sao Mộc cũng phải tính đến 10 giờ một ngày của hành tinh. Điều này sẽ yêu cầu "ghép" các hình ảnh riêng biệt lại với nhau để nghiên cứu một khu vực cụ thể của hành tinh thứ năm quay quanh nhanh chóng khỏi Mặt trời, chẳng hạn như Vết đỏ Lớn - cơn bão lớn nhất trong Hệ Mặt trời, đủ sâu và rộng để nhấn chìm toàn bộ Trái đất .
Các nhà thiên văn sẽ cố gắng hiểu rõ hơn lý do của sự dao động nhiệt độ của bầu khí quyển phía trên Vết Đỏ Lớn, đặc điểm của các vòng mờ đặc biệt của Sao Mộc và sự hiện diện của một đại dương lỏng nước mặn dưới bề mặt của mặt trăng Ganymede của Sao Mộc.
Tiểu hành tinh và các vật thể gần Trái đất
Một trong những vai trò quan trọng khác mà JWST sẽ đóng trong Hệ Mặt trời là nghiên cứu các tiểu hành tinh và các thiên thể nhỏ hơn khác của Hệ trong phạm vi hồng ngoại. Nghiên cứu sẽ bao gồm những gì NASA phân loại là Vật thể gần Trái đất (NEO), là các sao chổi và tiểu hành tinh đã bị đẩy bởi lực hấp dẫn của các hành tinh lân cận vào quỹ đạo cho phép chúng đi vào vùng lân cận của Trái đất.
JWST sẽ tiến hành quan sát các tiểu hành tinh và NEO trong phạm vi hồng ngoại, không thể thực hiện được từ bầu khí quyển của Trái đất bằng các kính viễn vọng đặt trên mặt đất hoặc các kính thiên văn đặt trên không gian ít mạnh hơn. Mục đích của các cuộc đánh giá tiểu hành tinh này sẽ là nghiên cứu sự hấp thụ và phát xạ ánh sáng từ bề mặt của các thiên thể này, điều này sẽ giúp hiểu rõ hơn về thành phần của chúng. JWST cũng sẽ cho phép các nhà thiên văn học phân loại tốt hơn hình dạng của các tiểu hành tinh, hàm lượng bụi của chúng và cách chúng phát ra khí.
Việc nghiên cứu các tiểu hành tinh là rất quan trọng đối với các nhà khoa học đang tìm cách tìm hiểu sự ra đời của Hệ Mặt trời và các hành tinh của nó cách đây 4,5 tỷ năm. Điều này là do chúng được cấu tạo từ các vật liệu "không bị phá vỡ" tồn tại khi các hành tinh hình thành, thoát khỏi lực hấp dẫn của các thiên thể hình thành hành tinh nhỏ hơn.
Cùng với việc nghiên cứu sự ra đời của các hành tinh, các ngôi sao và những khoảnh khắc ban đầu của các thiên hà, sứ mệnh này một lần nữa chứng minh JWST sẽ giải quyết một số bí ẩn cơ bản nhất của khoa học như thế nào.
Cái gì tiếp theo?
Kể từ ngày 15 tháng 2022 năm 12, tất cả các thiết bị Webb của NASA đều được khởi động và những hình ảnh đầu tiên đã được chụp. Ngoài ra, bốn chế độ chụp ảnh, ba chế độ chuỗi thời gian và ba chế độ quang phổ đã được thử nghiệm và chứng nhận, chỉ còn lại ba chế độ. Như đã đề cập, vào ngày tháng , NASA có kế hoạch phát hành một tập hợp các quan sát trêu ghẹo minh họa khả năng của Webb. Chúng sẽ cho thấy vẻ đẹp của hình ảnh không gian, cũng như cung cấp cho các nhà thiên văn học ý tưởng về chất lượng dữ liệu mà họ sẽ nhận được.
Sau ngày 12 tháng , Kính viễn vọng Không gian James Webb sẽ bắt đầu hoạt động đầy đủ trong sứ mệnh khoa học của nó. Lịch trình chi tiết cho năm tới vẫn chưa được công bố, nhưng các nhà thiên văn học trên khắp thế giới đang háo hức chờ đợi dữ liệu đầu tiên từ kính viễn vọng không gian mạnh nhất từng được chế tạo.
Bạn có thể giúp Ukraine chiến đấu chống lại những kẻ xâm lược Nga. Cách tốt nhất để làm điều này là quyên góp quỹ cho Các lực lượng vũ trang của Ukraine thông qua Cuộc sống tiết kiệm hoặc thông qua trang chính thức NBU.
Đăng ký các trang của chúng tôi trong Twitter và Facebook.
Đọc thêm:
