Buzz
Lắng nghe đi, những người yêu vũ trụ: Kính viễn vọng Vũ trụ James Webb đã chụp được một hình ảnh tuyệt vời của một ngôi sao
Trong một cột mốc quan trọng, Kính viễn vọng Vũ trụ James Webb (JWST) cuối cùng đã được căn chỉnh để tạo ra hình ảnh thống nhất đầu tiên của một ngôi sao duy nhất.
Hầu hết kính viễn vọng truyền thống hiện đại ngày nay (như chiếc bạn có thể có trong sân sau nhà bạn) có một gương chính duy nhất thu thập ánh sáng từ xa của các ngôi sao. Nhưng JWST có 18 gương! Những gương này phải được căn chỉnh cực kỳ chính xác để chụp hình NASA công bố hôm nay.
This gif shows several intermediary images of stars used for the crucial JWST mirror alignment process. GIF: NASA/TwitterThách thức với JWST
JWST là kính viễn vọng lớn nhất mà con người từng gửi lên không gian. Nó lớn đến nỗi không một trong những tên lửa của chúng ta cũng không thể mang nó khi được mở đầy đủ. Do đó, nó được thiết kế để gập gọn gàng để vừa trong khoang hàng hóa phía trên một phương tiện phóng Ariane 5.
Kính viễn vọng sử dụng công nghệ gương phân đoạn. Công nghệ này đã được sử dụng trong vài thập kỷ nay, bởi một số kính viễn vọng quang học lớn nhất thế giới, bao gồm Đài quan sát Keck ở Hawaii (có hai gương đường kính 10m, mỗi gương được làm từ 36 phân đoạn hình lục giác).
Thách thức chính với JWST là khả năng mở ra hình dáng đầy đủ của nó trong không gian, dưới điều kiện nhiệt độ cực kỳ cao và thấp, và không có sự giúp đỡ từ con người.
Quá trình này bắt đầu vào tháng 1. Khi các đoạn gương được mở ra, chúng phải được căn chỉnh để tất cả 18 đoạn kết hợp lại thành một gương cong đường kính 6.5m.
JWST hiện đã hoàn thành quá trình căn chỉnh này, mang lại cho chúng ta hình ảnh thống nhất đầu tiên. Hình ảnh được chụp bằng camera hồng ngoại gần (NIRCam), một trong bốn dụng cụ khoa học chính của kính viễn vọng.
The NIRCam is the optical system that captures images on the James Webb Space Telescope. Image: NASANhưng làm thế nào để thực hiện điều này?
Có bảy động cơ nhỏ được cố định phía sau mỗi trong 18 gương lục giác hơi cong của JWST. Mục đích của chúng là di chuyển và định hình lại độ cong của mỗi đoạn để tất cả 18 có thể hoạt động như một gương lớn đơn.
Sáu trong số này được nhóm lại thành cặp, cách đều nhau, và đặt xung quanh mỗi đoạn gương. Chúng được sử dụng để di chuyển gương.
Động cơ thứ bảy nằm ở trung tâm và được kết nối với sáu góc của gương bằng các thanh chống. Động cơ này có thể điều chỉnh căng của thanh chống để tối ưu hóa độ cong của đoạn gương đó.
Các động cơ có thể di chuyển gương rất chính xác, đến khoảng 1/10.000 đường kính của tơi người. Độ chính xác này (đến một phần của bước sóng của ánh sáng) quan trọng để có được hình ảnh chất lượng cao từ kính viễn vọng.
Các nhà khoa học NASA đã sử dụng phân tích toán học gọi là “trục hồi pha” để nghiên cứu cách chuyển động của từng đoạn riêng lẻ ảnh hưởng đến độ nét của hình ảnh cuối cùng.
Sau khi có thông tin này, có hai nhiệm vụ quan trọng để hoàn thành trước khi các đoạn có thể hoạt động như một gương đơn, liền mảnh: căn chỉnh thô và căn chỉnh tinh tế.
Căn chỉnh thô và căn chỉnh tinh tế
Trong căn chỉnh thô, các đoạn gương được di chuyển theo chiều dọc (lên và xuống) cho đến khi chúng căn chỉnh thành một gương toàn bộ. Tuy nhiên, vẫn còn những sai lệch căn chỉnh nhỏ cần được sửa để có được hình ảnh tốt nhất có thể.
Đây là nơi diễn ra việc căn chỉnh tinh tế. Trong quá trình này, thay vì di chuyển các đoạn gương, các quang học nhỏ bên trong NIRCam được di chuyển thay vào đó.
Khi kính viễn vọng được hướng vào một ngôi sao, ánh sáng từ ngôi sao đầu tiên chạm vào gương chính, trong đó các đoạn riêng lẻ hiện đã được căn chỉnh khá tốt.
Sau đó, ánh sáng tiếp tục con đường của mình qua các gương thứ cấp và thứ ba bên trong kính viễn vọng và nhập vào công cụ NIRCam. Trong quá trình căn chỉnh tinh tế, quang học bên trong NIRCam được điều chỉnh rất cẩn thận cho đến khi ngôi sao hoàn toàn nét.
There are four different types of mirrors on the Webb telescope: primary mirror segments, the secondary mirror, tertiary mirror, and the fine steering mirror. Image: NASA/Ball Aerospace/TinsleyCả hai bước căn chỉnh thô và tinh tế đều được lặp lại cho đến khi có thể thu được hình ảnh sắc nét nhất. Hình ảnh được NASA công bố tuần này cho thấy một ngôi sao trông như thế nào khi các bước này được hoàn thành.
Trước đó, NASA đã công bố một hình ảnh “xếp chồng” (có lẽ của cùng một ngôi sao) vào tháng 2.
Đối với điều này, mỗi đoạn gương riêng lẻ đã được điều chỉnh tinh tế để tạo ra 18 hình ảnh sắc nét của ngôi sao, nhưng mỗi hình từ một góc nhìn hơi khác nhau. Sau đó, 18 hình ảnh được xếp chồng để tạo ra hình ảnh dưới đây.
NASA scientists stacked the 18 individual images captured by the primary mirror segments to create a stacked image. Image: NASACác bước tiếp theo
Trong khi việc thử nghiệm thành công của NIRCam là một bước đột phá cho JWST, còn nhiều bước phải hoàn thành trước khi nó có thể đạt được tiềm năng của mình.
Tiếp theo, NASA sẽ xem xét cách các công cụ khác hoạt động với hình ảnh của các ngôi sao và thực hiện điều chỉnh tinh tế hơn cho quang học trong những công cụ đó. Sau đó, giai đoạn ủy quyền công cụ sẽ bắt đầu. Ngoài NIRCam, còn ba công cụ khác trên JWST: NIRSpec, NIRISS, và MIRI.
Trong khi NIRCam chủ yếu sẽ cung cấp hình ảnh về Vũ trụ qua phần gần hồng ngoại của phổ điện từ, NIRSpec có thể chia ánh sáng đó để nghiên cứu các dấu vết khác nhau (biến thay đổi trong các đặc tính của ánh sáng đến).
NIRISS sẽ cung cấp chức năng tương tự với NIRCam, trong khi MIRI sẽ nhìn vào Vũ trụ ở bước sóng cao hơn nhiều (đến phạm vi hồng ngoại trung).
Tất cả các công cụ sẽ được đưa đến nhiệt độ làm việc và được kiểm tra. Một số bước ban đầu đã bắt đầu và cho đến nay mọi dấu hiệu đều tích cực. Nhiều bước cũng có tính dự phòng tích hợp vào, có nghĩa là nếu một hệ thống gặp sự cố, sẽ có cách khác để đạt được cùng một mục tiêu.
Bài viết này của Themiya Nanayakkara, Nhà thiên văn học trưởng tại Trung tâm Dữ liệu Úc James Webb, Đại học Công nghệ Swinburne, được tái xuất bản từ The Conversation dưới giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.
