Một Chiếc Camera 3,200 Megapixel Mới Đang Làm Nổi Điên Các Nhà Thiên Văn

Chiếc máy ảnh số lớn nhất trên thế giới cuối cùng đã trở nên rõ ràng. Trong khi một chiếc máy ảnh cá nhân mạnh mẽ có thể có độ phân giải megapixel, các nhà thiên văn đã xây dựng một thiết bị sẽ chụp hình vũ trụ xa xôi với độ phân giải 3.2 gigapixel. (Một gigapixel tương đương với 1,000 megapixel.)

Chiếc máy ảnh sẽ làm việc chăm chỉ cho kính viễn vọng của Đài Quan Sát Vera C. Rubin, một công trình đã được thực hiện trong khoảng hai thập kỷ nhưng gần như đã hoàn thành. Vào cuối tháng 9, các nhà khoa học và kỹ thuật viên làm việc trong một phòng sạch khổng lồ tại Viện Đồng Tốc Quốc Gia SLAC ở Menlo Park, California, đã hoàn thành việc lắp ráp các thành phần cơ khí của máy ảnh nhạy cảm này, và họ đang tiến hành các kiểm tra trước lắp đặt cuối cùng.

“Khi kết hợp giữa mặt trải nghiệm lớn của máy ảnh và một gương 25 feet để thu hút ánh sáng, chúng tôi là không giới hạn,” nói Aaron Roodman, một nhà thiên văn học tại SLAC và phó giám đốc của Đài Quan Sát Rubin. Anh ta đề cập rằng cả ống kính 5.5 feet, đi kèm với nắp ống kính cỡ lớn riêng của nó, và mặt trải nghiệm đều có tên trong Guinness Book of World Records vì kích thước phi thường của chúng.

Kỹ sư sẽ kiểm tra máy ảnh trong khoảng hai tháng tới, và vào tháng 5, nhóm sẽ đưa nó lên một chuyến bay thuê riêng đến địa điểm của kính viễn vọng ở núi sa mạc phía bắc Chile. Các nhà khoa học sẽ tiến hành các kiểm tra hình ảnh đầu tiên của kính viễn vọng trong nửa sau của năm 2023, và họ đang nhắm đến sự xuất hiện chính thức của Rubin, được gọi là “ánh sáng đầu tiên,” vào tháng 3 năm 2024.

Đó là khi kính viễn vọng sẽ bắt đầu thu thập 20 terabytes dữ liệu mỗi đêm trong vòng 10 năm. Với nó, các nhà khoa học sẽ xây dựng một bản đồ rộng lớn về bầu trời nhìn từ bán cầu nam, bao gồm 20 tỷ thiên hà và 17 tỷ ngôi sao trong Dải Ngân Hà - một phần đáng kể của tất cả các thiên hà trong vũ trụ và tất cả các ngôi sao trong dải ngân hà của chúng ta, Roodman nói. Họ cũng sẽ tích lũy hình ảnh của 6 triệu tiểu hành tinh và các đối tượng khác trong hệ mặt trời của chúng ta. Một cơ sở dữ liệu vũ trụ to lớn như vậy đã là điều không thể tưởng tượng cho đến gần đây.

Đây là phương pháp ngược lại so với các kính viễn vọng không gian Hubble hoặc James Webb, chúng zoom vào để chụp những hình ảnh ngoạn mục của các phần mảnh hẹp của thiên đàng. Thay vào đó, Rubin sẽ quét lại toàn bộ bầu trời phía nam - khoảng 18,000 độ vuông - thu thập dữ liệu về mọi đối tượng có thể nhìn thấy và hình ảnh mỗi khu vực 825 lần ở một loạt bước sóng quang học. Rubin cũng sẽ đi sâu và vẽ biểu đồ nhiều hơn về vũ trụ so với các đồng nghiệp trước đó, như Cuộc Khảo sát Bầu trời Số Sloan và Cuộc Khảo sát Năng Lượng Tối.

Dòng dữ liệu quý giá đó sẽ đến nhờ vào chiếc máy ảnh mới này, gần 3 tấn. Cảm biến hình ảnh của nó được tạo thành từ hơn 200 thiết bị kết nối điện tích (CCD) được thiết kế tùy chỉnh, và chúng sẽ chụp hình với sáu bộ lọc bao phủ quang phổ điện từ tím đến mép hồng ngoại.

Mỗi ba ngày, chiếc máy ảnh sẽ chụp hình từng phần của bầu trời, tạo ra những bức ảnh chụp nhanh có thể được sử dụng cùng nhau để xem xét các đối tượng nhạt nhòa hoặc xa xôi, hoặc nhìn thấy những thay đổi như các vụ nổ siêu tân sáng và quỹ đạo chuyển động chậm của các hành tinh lớn gần Trái Đất và sao chổi. “Đó là việc tạo ra một bộ phim màu 10 năm,” nói Risa Wechsler, một nhà thiên văn học tại Đại học Stanford và thành viên của ủy ban tư vấn khoa học của Đài Quan Sát Rubin. “Và ngoài ra, nó đang xếp các khung hình của bộ phim đó để có được một hình ảnh thực sự sâu sắc. Điều đó sẽ mang lại cho chúng ta một bản đồ của tất cả các thiên hà, với dấu vết của tất cả chất liệu, chủ yếu là chất liệu tối. Chúng ta sẽ nhìn thấy vũ trụ trông như thế nào hàng tỷ năm trước và tìm hiểu thêm về chất liệu tối là gì.”

Wechsler và đồng nghiệp của cô cũng sẽ tận dụng những bản đồ lớn để nghiên cứu sự mở rộng của vũ trụ, điều tra cấu trúc và lịch sử của Dải Ngân Hà, và thăm dò xương sống ẩn của các hạt chất liệu tối đang giữ tất cả các thiên hà lại với nhau. Tuy nhiên, chiều thứ ba của những bản đồ 3D của vũ trụ - khoảng cách từ Trái Đất - sẽ không chắc chắn, làm cho chúng trở nên mờ mịt một chút. Nhưng các nhà nghiên cứu đã chuẩn bị cho thách thức đó, Wechsler nói.

Nhóm nghiên cứu Rubin sẽ phát hành dữ liệu này cho cộng đồng khoa học - bao gồm khoảng 10,000 người dùng - ngay sau khi hình ảnh được xử lý, và họ sẽ gửi cảnh báo hàng đêm về các đối tượng di chuyển hoặc thay đổi độ sáng, để người khác có thể theo dõi quỹ đạo của các hành tinh lớn gần đó, ví dụ như.

Kính viễn vọng khổng lồ này, được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ và Bộ Năng lượng, được đặt tên theo nhà thiên văn học Vera Rubin. Trong những năm 1960 và 1970, bà sử dụng kính viễn vọng ở Arizona để vẽ bản đồ các cánh quạt của ngôi sao trong các thiên hà gần đó. Quỹ độ quay nhanh của những ngôi sao đó - quá nhanh, nếu chỉ có ngôi sao là thứ duy nhất ở đó - đã bộc lộ một tình thế khó khăn: Hoặc có chất liệu ẩn nào đó, hoặc trọng lực hoạt động khác biệt so với những gì các nhà vật lý trước đó nghĩ khi nói đến quy mô lớn của một thiên hà. Mặc dù Rubin đã bị lờ đi về giải thưởng Nobel, phát hiện của bà đã dẫn đến nghiên cứu về chất liệu tối.

Gọi nó là Đài Quan Sát Rubin là một sự lựa chọn đáng chú ý - đó là đài quan sát quốc gia đầu tiên được đặt theo tên của một phụ nữ. (Sự lựa chọn này, được công bố vào đầu năm 2020, đã rất phổ biến và tránh được những nguy cơ của kính viễn vọng Webb, người đặt tên đã bị chỉ trích vì tôn vinh James Webb, một người từng là trưởng NASA, được buộc tội thực hiện chính sách phân biệt đối xử và phản đối người đồng tính tại cơ quan vào những năm 1950 và 1960.)

Nhưng trước khi Roodman và toàn bộ đội ngũ có thể đóng gói máy ảnh để gửi nó đến Chile, họ cần hoàn thành công việc tại phòng sạch khổng lồ của SLAC, nơi các kỹ thuật viên mặc bộ áo Tyvek che đầu, quần áo, da và giày của họ. Họ phải lau sạch thiết bị mà họ mang gần máy ảnh để đảm bảo không sợi tóc hoặc hạt bụi lạc nào rơi vào cảm biến và làm giảm chất lượng của nó.

Chế độ kiểm tra cuối cùng của họ bao gồm kiểm tra bộ lọc, cảm biến và hệ thống làm lạnh cần thiết để làm mát chúng. Sau đó, họ sẽ đóng gói cẩn thận máy ảnh, ống kính, bộ lọc và chân máy ảnh, và bay trực tiếp từ San Francisco đến Santiago trên một chiếc máy bay vận chuyển hàng Boeing 747. Từ đó, sẽ là một chuyến đi ngắn đến kính viễn vọng, nơi các thành phần của máy ảnh sẽ được tích hợp lại. Và sau đó, hàng tỷ đối tượng vũ trụ đang đợi chờ.