Kính vũ trụ James Webb sẵn sàng cho KHOA HỌC. Đây là ý nghĩa tuyệt vời gì

NASA dự kiến sẽ công bố những hình ảnh đầu tiên do Kính vũ trụ James Webb chụp ngày 12 tháng 7, 2022. Chúng sẽ đánh dấu sự khởi đầu của thời đại mới trong thiên văn học khi Webb - kính vũ trụ lớn nhất từng được xây dựng - bắt đầu thu thập dữ liệu khoa học 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 vũ trụ quý báu nhất này sẵn sàng cho thời gian quan trọng. Marcia Rieke, một nhà thiên văn tại Đại học Arizona và nhà khoa học chịu trách nhiệm về một trong bốn máy ảnh của Webb, giải thích những gì cô và đồng nghiệp của mình đã làm để kính vũ trụ này hoạt động.

1. Điều gì đã xảy ra kể từ khi kính vũ trụ được phóng?

Sau khi kính vũ trụ James Webb được phóng thành công vào ngày 25 tháng 12 năm 2021, đội ngũ bắt đầu quá trình dài dằng để di chuyển kính vũ trụ đến vị trí quỹ đạo cuối cùng của nó, mở kính vũ trụ và - khi mọi thứ nguội xuống - hiệu chuẩn máy ảnh và cảm biến trên bo mạch.

Chuyến phóng đã diễn ra một cách trôi chảy như một cuộc phóng tên lửa có thể đi. Một trong những điều đầu tiên mà đồng nghiệp tại NASA của tôi chú ý là kính vũ trụ có nhiều nhiên liệu dự trữ hơn dự đoán để thực hiện điều chỉnh vị trí của nó trong tương lai. Điều này sẽ cho phép Webb hoạt động lâu dài hơn nhiều so với mục tiêu 10 năm ban đầu của nhiệm vụ.

Nhiệm vụ đầu tiên trong hành trình một tháng của Webb đến vị trí quỹ đạo cuối cùng của mình là mở kính vũ trụ. Mọi thứ diễn ra suôn sẻ, bắt đầu bằng việc triển khai bảo vệ mặt trời giúp làm nguội kính vũ trụ, tiếp theo là điều chỉnh gương và bật cảm biến.

Khi bảo vệ mặt trời được mở, đội ngũ của chúng tôi bắt đầu theo dõi nhiệt độ của bốn máy ảnh và máy quang phổ trên bảng, chờ đợi chúng đạt đến nhiệt độ đủ thấp để chúng tôi có thể bắt đầu kiểm tra từng 17 chế độ khác nhau mà các công cụ có thể hoạt động.

2. Bạn đã kiểm tra điều gì đầu tiên?

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

Khi NIRCam lạnh đến mức âm 280 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 vạn lục. Đội ngũ NIRCam rất phấn khích khi hình ảnh ánh sáng đầu tiên đến. Chúng tôi đã vào kinh doanh!

Những hình ảnh này cho thấy rằng các đoạn gương đều hướng 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 Tinh tế của Webb cũng đi vào hoạt động vào thời điểm này. Cảm biến này giúp giữ cho kính vạn lục giữ vững hướng mục tiêu - giống như ổn định hình ảnh trong máy ảnh số tiêu dùng. Sử dụng ngôi sao HD84800 như một điểm tham chiếu, đồng nghiệp của tôi trên đội NIRCam giúp điều chỉnh căn chỉnh của các đoạn gương cho đến khi nó gần như hoàn hảo, xa hơn nhiều so với yêu cầu tối thiểu để nhiệm vụ thành công.

3. Các cảm biến nào đã hoạt động tiếp theo?

Khi căn chỉnh gương hoàn thành vào ngày 11 tháng 3, Spectrograph Gần Hồng Ngoại - NIRSpec - và Ảnh Gần Hồng Ngoại và Khe Quang Phổ - NIRISS - đã nguội xuống và tham gia buổi tiệc.

NIRSpec được thiết kế để đo cường độ của các bước sóng ánh sáng khác nhau từ một mục tiêu. Thông tin này có thể tiết lộ thành phần và nhiệt độ của các ngôi sao và thiên hà xa. NIRSpec thực hiện điều này bằng cách nhìn vào đối tượng mục tiêu thông qua một khe giữ cho ánh sáng khác ra khỏi.

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

NIRISS là một máy phổ không khe sẽ cũng chia ánh sáng thành các bước sóng khác nhau, nhưng nó tốt hơn ở quan sát tất cả các đối tượng trong một lĩnh vực, không chỉ ở những người trên khe. Nó có nhiều chế độ, trong đó có hai chế độ được thiết kế đặc biệt để nghiên cứu các hành tinh ngoại hành gần đặc biệt gần ngôi sao cha mẹ của chúng.

Đến nay, 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 mang lại dữ liệu tốt hơn ngay cả so với dự đoán của kỹ sư trước khi phóng.

4. Bộ công cụ cuối cùng được kích hoạt là gì?

Công cụ cuối cùng được khởi động trên Webb là Thiết bị Hồng Ngoại Trung - hay MIRI. MIRI được thiết kế để chụp ảnh các thiên hà xa hoặc mới hình thành cũng như các đối tượng nhỏ, mờ như các tiểu hành tinh. Cảm biến này phát hiện bước sóng dài nhất của các công cụ của Webb và phải được giữ ở mức âm 449 F - chỉ cách tuyệt đối không 11 độ F. Nếu nó ấm hơn, các bộ cảm biến chỉ sẽ thu được nhiệt từ bản thân công cụ, chứ không phải từ các đối tượng thú vị ở ngoài không gian. MIRI có hệ thống làm lạnh riêng của mình, cần thêm thời gian để trở nên hoạt động đầy đủ trước khi công cụ có thể được bật.

Những nhà thiên văn vô tuyến đã tìm thấy gợi ý rằng có những thiên hà hoàn toàn bị che khuất bởi bụi và không thể phát hiện bằng kính viễn vọng như Hubble có khả năng thu sóng ánh sáng tương tự như những gì có thể nhìn thấy bằng mắt người. Nhiệt độ cực kỳ lạnh cho phép MIRI trở nên cực kỳ nhạy cảm với ánh sáng ở khoảng hồng ngoại giữa có thể đi qua bụi dễ dàng hơn. Khi sự nhạy cảm này được kết hợp với gương lớn của Webb, nó cho phép MIRI xâm 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. Tiếp theo cho Webb là gì?

Cho đến ngày 15 tháng 6, 2022, tất cả các công cụ của Webb đã được kích hoạt và đã chụp những bức ảnh đầu tiên của chúng. Ngoài ra, bốn chế độ hình ảnh, ba chế độ dãy thời gian và ba chế độ phổ đã được kiểm tra và chứng nhận, chỉ còn ba chế độ nữa.

Vào ngày 12 tháng 7, NASA dự kiến sẽ phát hành bộ ảnh mở đầu giới thiệu khả năng của Webb. Những bức ảnh này sẽ cho thấy vẻ đẹp của hình ảnh Webb và cũng mang lại cho nhà thiên văn một cái nhìn thực sự về chất lượng dữ liệu họ sẽ nhận được.

Bài viết này đặc sắc với sự tham gia của Marcia Rieke, Giáo sư Quyền lực về Thiên văn, Đại học Arizona. được tái xuất bản từ The Conversation dưới giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.