Kính viễn vọng không gian James Webb đã sẵn sàng cho NGHIÊN CỨU. Đây là ý nghĩa của điều đó

NASA được dự kiến sẽ phát hành những hình ảnh đầu tiên được chụp bởi Kính viễn vọng không gian James Webb vào ngày 12 tháng 7, 2022. Chúng sẽ đánh dấu sự bắt đầu của thời đại mới trong thiên văn học khi Webb - kính viễn vọng không gian lớn nhất từng được xây dựng - bắt đầu thu thập dữ liệu khoa học sẽ giúp trả lời những câu hỏi về những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ và cho phép các nhà thiên văn nghiên cứu các hành tinh ngoại hành một cách chi tiết hơn bao giờ hết. Nhưng đã mất gần tám tháng để di chuyển, thiết lập, kiểm tra và hiệu chuẩn để đảm bảo rằng kính viễn vọng quý báu nhất này sẵn sàng cho lúc chính thức. Marcia Rieke, một nhà thiên văn tại Đại học Arizona và nhà khoa học chịu trách nhiệm cho một trong bốn máy ảnh của Webb, giải thích những gì cô và đồng nghiệp của mình đã làm để kính viễn vọng này có thể hoạt động.

1. Những điều đã xảy ra kể từ khi kính viễn vọng được phóng?

Sau khi Kính viễn vọng không gian James Webb được phóng thành công vào ngày 25 tháng 12, 2021, đội ngũ đã bắt đầu quá trình di chuyển kính viễn vọng vào vị trí quỹ đạo cuối cùng của nó, mở rộng kính viễn vọng và - khi mọi thứ đã nguội xuống - hiệu chuẩn các máy ảnh và cảm biến trên board.

Cuộc phóng đã diễn ra một cách suôn sẻ nhất có thể. Một trong những điều đầu tiên mà đồng nghiệp tại NASA chú ý là kính viễn vọng còn nhiều nhiên liệu hơn dự đoán để điều chỉnh quỹ đạo trong tương lai. Điều này sẽ cho phép Webb hoạt động lâu dài hơn so với mục tiêu ban đầu 10 năm của nhiệm vụ.

Nhiệm vụ đầu tiên trong hành trình một tháng của Webb đến vị trí cuối cùng trên quỹ đạo là mở rộng kính viễn vọng. Điều này diễn ra mà không gặp vấn đề nào, bắt đầu bằng việc triển khai chống nắng giúp làm mát kính viễn vọng, tiếp theo là việc căn chỉnh gương và bật các cảm biến.

Khi bức che nắng mở, đội của chúng tôi bắt đầu theo dõi nhiệt độ của bốn máy ảnh và spectrometers trên boong, đợi chúng đạt đến nhiệt độ đủ thấp để chúng tôi có thể bắt đầu thử nghiệm từng 17 chế độ hoạt động khác nhau của các công cụ.

2. Bạn đã kiểm tra điều gì đầu tiên?

Các máy ảnh trên Webb đã nguội đúng như kỹ sư dự đoán, và công cụ đầu tiên đội bật lên là Camera Gần Hồng Ngoại - hoặc NIRCam. NIRCam được thiết kế để nghiên cứu ánh sáng hồng ngoại mờ do những ngôi sao hoặc galaxi cổ xưa trong vũ trụ. Nhưng trước khi có thể làm điều đó, NIRCam phải giúp căn chỉnh 18 đoạn riêng lẻ của gương Webb.

Sau khi NIRCam nguội xuống mức trừ 280 độ F, nó đã đủ lạnh để bắt đầu phát hiện ánh sáng phản xạ từ các đoạn gương của Webb và tạo ra những hình ảnh đầu tiên của kính viễn vọng. Đội NIRCam rất phấn khích khi hình ảnh ánh sáng đầu tiên xuất hiện. Chúng tôi đã sẵn sàng kinh doanh!

Những hình ảnh này cho thấy rằng các đoạn gương đều đang chỉ về một khu vực tương đối nhỏ trên bầu trời, và sự căn chỉnh tốt hơn nhiều so với các kịch bản xấu nhất chúng tôi đã lập kế hoạch.

Cảm biến Hướng Dẫn Tốt của Webb cũng đi vào hoạt động vào thời điểm này. Cảm biến này giúp giữ cho kính viễn vọng giữ vững ổn định đối với một mục tiêu - giống như chức năng ổn định hình ảnh trong máy ảnh số tiêu dùng. Sử dụng ngôi sao HD84800 như một điểm tham chiếu, đồng nghiệp của tôi trong đội NIRCam giúp điều chỉnh căn chỉnh các đoạn gương cho đến khi nó gần như hoàn hảo, tốt hơn rất nhiều so với yêu cầu tối thiểu để một nhiệm vụ thành công.

3. Cảm biến nào đã hoạt động tiếp theo?

Khi việc căn chỉnh gương kết thúc vào ngày 11 tháng 3, Cận Hồng Ngoại Spectrograph - NIRSpec - và Cận Hồng Ngoại Imager và Slitless Spectrograph - NIRISS - đã hoàn tất quá trình làm lạnh và tham gia buổi tiệc.

NIRSpec được thiết kế để đo sức mạnh của các bước sóng ánh sáng khác nhau đến từ một mục tiêu. Thông tin này có thể tiết lộ thành phần và nhiệt độ của những ngôi sao và galaxi xa xôi. NIRSpec làm điều này bằng cách nhìn vào đối tượng mục tiêu của mình qua một khe hở giữ cho ánh sáng khác ra ngoài.

NIRSpec có nhiều khe hở cho phép nó nhìn vào 100 đối tượng cùng một lúc. Thành viên nhóm bắt đầu bằng cách thử nghiệm chế độ nhiều mục tiêu, yêu cầu các khe mở và đóng, và họ xác nhận rằng các khe phản ứng đúng với các lệnh. Các bước tiếp theo sẽ đo chính xác vị trí mà các khe đang chỉ và kiểm tra rằng có thể quan sát nhiều mục tiêu cùng một lúc.

NIRISS là một spectrograph không có khe hở sẽ cũng phân tách ánh sáng thành các bước sóng khác nhau, nhưng nó tốt hơn trong việc quan sát tất cả các đối tượng trong một lĩnh vực, không chỉ những đối tượng trên khe hở. Nó có nhiều chế độ, bao gồm hai chế độ được thiết kế đặc biệt để nghiên cứu các hành tinh ngoại hành đặc biệt gần sao cha mẹ.

Đến nay, các kiểm tra và hiệu chuẩn của các công cụ đã diễn ra một cách suôn sẻ, và kết quả cho thấy cả NIRSpec và NIRISS sẽ cung cấp dữ liệu tốt hơn thậm chí cả những gì kỹ sư dự đoán trước khi phóng lên.

4. Công cụ cuối cùng nào được kích hoạt trên Webb?

Công cụ cuối cùng được khởi động trên Webb là Mid-Infrared Instrument, hay MIRI. MIRI được thiết kế để chụp ảnh của các thiên hà xa hoặc mới hình thành cũng như các vật thể nhỏ yếu tố như thiên thạch. Cảm biến này phát hiện các bước sóng dài nhất của các công cụ của Webb và phải được giữ ở nhiệt độ minus 449 F – chỉ cao hơn tuyệt đối không độ 11 F. Nếu nó ấm hơn, các bộ cảm biến chỉ sẽ thu được nhiệt từ chính công cụ, chứ không phải các vật thể thú vị ở ngoài không gian. MIRI có hệ thống làm lạnh riêng, cần thêm thời gian để hoạt động đầy đủ trước khi công cụ có thể được bật.

Các nhà thiên văn sóng radio đã phát hiện ra dấu hiệu rằng có những thiên hà hoàn toàn ẩn sau bụi và không thể phát hiện bằng kính thiên văn như Hubble chụp bước sóng ánh sáng tương tự như những gì có thể nhìn thấy bằng mắt người. Nhiệt độ cực kỳ lạnh giúp MIRI trở nên cực kỳ nhạy cảm với ánh sáng ở dải bước sóng trung hồng có thể đi qua bụi một cách dễ dàng hơn. Khi kết hợp độ nhạy này với gương lớn của Webb, nó cho phép MIRI thâm nhập vào những đám mây bụi này và tiết lộ những ngôi sao và cấu trúc trong những thiên hà đó lần đầu tiên.

5. Webb sẽ tiếp theo là gì?

Đến ngày 15 tháng 6 năm 2022, tất cả các công cụ của Webb đã được bật và đã chụp được hình ảnh đầu tiên của chúng. Ngoài ra, bốn chế độ hình ảnh, ba chế độ chuỗi thời gian và ba chế độ phổ đã được thử nghiệm và chứng nhận, chỉ còn ba chế độ nữa.

Vào ngày 12 tháng 7, NASA dự định phát hành một loạt các quan sát giới thiệu minh họa về khả năng của Webb. Những hình ảnh này sẽ thể hiện vẻ đẹp của hình ảnh Webb và cũng mang lại cho những nhà thiên văn một cảm giác thực sự về chất lượng dữ liệu mà họ sẽ nhận được.

Bài viết đặc biệt với sự tham gia của Marcia Rieke, Giáo sư Đại học Dân sự Thiên văn, Đại học Arizona. được phát lại từ The Conversation dưới giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.