Kính thiên văn không gian James Webb được lắp ráp hoàn chỉnh với kính râm và các cấu trúc pallet được đơn vị hóa của nó (có thể gập lại xung quanh kính viễn vọng để phóng) được triển khai một phần thành cấu hình mở để cho phép lắp đặt kính viễn vọng.
(Ảnh: © NASA / Chris Gunn)
Paul M. Sutter là một nhà vật lý thiên văn tại Đại học bang Ohio, máy chủ của Hỏi một người không gian và Đài phát thanh không gianvà tác giả của "Vị trí của bạn trong vũ trụ."Sutter đã đóng góp bài viết này cho Tiếng nói chuyên gia của Space.com: Op-Ed & Insights.
NASA Kính viễn vọng không gian James Webb (hiện tại) dự kiến ra mắt vào tháng 3 năm 2021, sau nhiều năm trì hoãn và hàng tỷ đô la chi cho ngân sách. Mặc dù thật dễ dàng để tranh luận rằng tất cả thời gian và tiền bạc đã bị lãng phí, đài quan sát này sẽ là nhà vô địch đầu tiên và không thể tranh cãi về bước sóng hồng ngoại, cho chúng ta khả năng tiếp cận vô song đến các góc của vũ trụ hiện không thể tiếp cận.
Nếu chúng ta muốn tìm hiểu những điều mới về mọi thứ từ các thiên hà đầu tiên đến cơ hội cho cuộc sống trên những hành tinh khác, James Webb khoảng 9,7 tỷ USD là hy vọng duy nhất của chúng tôi.
Không lạnh
Trong khi Kính viễn vọng Không gian James Webb ("JWST" cho những người biết) được coi là "người kế thừa" cho kho của NASA Kính thiên văn vũ trụ Hubble, nó không phải là. Hubble chủ yếu là một kính viễn vọng quang học, thu được các bước sóng ánh sáng tương tự như phạm vi mà mắt người thực hiện và kéo dài qua một chút vào các phần hồng ngoại và tử ngoại (UV) của phổ điện từ. Về bản chất, Hubble là một nhãn cầu không gian quay quanh quỹ đạo khổng lồ, mang đến những bức ảnh tuyệt đẹp mà bạn sẽ thấy, nếu dây thần kinh thị giác của bạn được trang bị tương tự.
Nhưng JWST thì khác. Nó sẽ được quan sát hoàn toàn trong vùng hồng ngoại, hầu như không làm trầy xước những màu đỏ sâu nhất có thể mà con người có thể nhìn thấy. Nói cách khác, JWST sẽ nghiên cứu một vũ trụ mà phần lớn là vô hình đối với trải nghiệm của con người.
Một trong những lý do chính khiến JWST được thiết kế là một phạm vi hồng ngoại là vì thiên văn học hồng ngoại nói chung, thực sự khó thực hiện từ bề mặt Trái đất. Ô nhiễm ánh sáng là nguyên nhân của các nhà thiên văn học, những người cần bầu trời trong vắt và tối hoàn toàn để thực hiện các quan sát và đo đạc chi tiết của họ.
Và ô nhiễm ánh sáng hồng ngoại đến từ nhiều nơi khác nhau. Về cơ bản, bất cứ điều gì ấm áp. Đó là, về cơ bản, tất cả mọi thứ. Cơ thể con người tạo ra 100 watt bức xạ hồng ngoại. Bản thân Trái đất khá ấm áp, phát sáng mạnh mẽ trong các dải hồng ngoại. Ngay cả bản thân kính thiên văn, nếu ở nhiệt độ phòng, cũng phát sáng trong tia hồng ngoại.
Không phải là chúng ta không thể làm thiên văn hồng ngoại Từ mặt đất, thật khó khăn.
Do đó, không gian.
Xa nhà
Các JWST sẽ hoạt động khoảng 1 triệu dặm (1,5 triệu km) từ Trái Đất, để có được nó một cách an toàn xa ấm của chúng tôi, hồng ngoại-sáng hành tinh. Nhưng ngay cả vẫn còn, có mặt trời tranh luận với. Bạn đã bao giờ ngồi ngoài trời vào một ngày hè đẹp trời, cảm nhận sự ấm áp của mặt trời trên làn da của bạn chưa? Vâng, đó là bức xạ hồng ngoại, được bơm ra bởi xô. Và thậm chí là một triệu dặm từ Trái đất, mặt trời vẫn là một chút toasty chút.
Để chống lại điều này, các nhà thiết kế kính viễn vọng không gian hồng ngoại có một vài lựa chọn. Sự lựa chọn phổ biến nhất là sử dụng một hệ thống làm mát tích cực, làm lạnh kính viễn vọng đến nhiệt độ cần thiết để quan sát đúng các bước sóng hồng ngoại. Điều này thật tuyệt, và được sử dụng bởi các kính viễn vọng không gian hồng ngoại trước đây, nhưng nó giới hạn tuổi thọ của chúng. Không còn chất làm mát = không còn thiên văn nữa.
Vì vậy, thay vào đó JWST sẽ triển khai một chiếc ô không gian khổng lồ, đắt tiền, dài 72 feet (22 mét) và rộng 36 feet (11 m), được làm bằng năm lớp vật liệu cực kỳ phản chiếu, mỗi lớp mỏng hơn một sợi tóc người. Đồ sộ này "chắn nắng"Sẽ giữ cho kính viễn vọng trong bóng râm không đổi, ở đâu đó phía nam âm 370 độ F (âm 223 độ C), lý tưởng cho các bước sóng hồng ngoại mà nó sẽ nghiên cứu.
Mặc dù, chỉ để giải trí, một trong những thiết bị trên tàu sẽ được làm lạnh bằng hệ thống làm mát hoạt động xuống dưới âm 433 Fahrenheit (trừ 258 C), cho phép nó truy cập một số bước sóng hồng ngoại dài hơn.
Kìa khoa học
Nói chung, JWST rất lớn. Trên thực tế, nó lớn đến mức nó không thể vừa với tên lửa. Bên cạnh kính râm khổng lồ, gương chính sẽ có chiều ngang 21 feet (6,5 m), rộng hơn nhiều so với bất kỳ fairing tên lửa nào hiện đang sử dụng. Việc dán ống gương vào bên cạnh tên lửa không hẳn là một giải pháp khả thi, vì vậy thay vào đó, các kỹ sư NASA thông minh đã phá vỡ chiếc gương thành 18 phần hình lục giác nhỏ hơn, sẽ được giấu và gập vào tên lửa (cùng với việc gấp lại kính râm và phần còn lại của kính thiên văn).
Nếu mọi thứ đều ổn, chỉ vài ngày sau khi ra mắt, JWST sẽ hướng đến điểm quan sát của nó, mở ra và bắt đầu nhìn chằm chằm.
Và những gì nó sẽ thấy sẽ là - và tôi không sử dụng từ này một cách nhẹ nhàng - đáng chú ý. Một trong những mục tiêu chính của nó sẽ là vũ trụ sơ khai, khi vũ trụ của chúng ta mới chỉ vài trăm triệu năm tuổi. Những ngôi sao và thiên hà đầu tiên xuất hiện trên khung cảnh vũ trụ rực sáng rực rỡ trong quang phổ nhìn thấy được, nhưng trong suốt 13 tỷ năm qua vũ trụ đã mở rộng, kéo dài ánh sáng ra khỏi phạm vi có thể nhìn thấy và chiếu xuống tia hồng ngoại - ngay tại vị trí ngọt ngào của các thông số thiết kế của JWST.
Vì chúng ta không có hình ảnh nào từ kỷ nguyên của các ngôi sao và thiên hà đầu tiên (được gọi chung là "bình minh vũ trụ") Đây sẽ là lần đầu tiên chúng ta nhìn vào thời đại quan trọng này trong lịch sử vũ trụ.
Gần nhà hơn, JWST sẽ nghiên cứu mọi thứ hay ho trong vũ trụ, từ các đĩa hình thành hành tinh xung quanh các ngôi sao mới sinh đến các đám mây phân tử, sao chổi, các vật thể Vành đai Kuiper và hơn thế nữa.
Và JWST sẽ sử dụng một thiết bị chuyên dụng để chặn ánh sáng từ một số ngôi sao ở xa, cho phép đài quan sát chụp ảnh bất kỳ vật thể nào quay quanh những ngôi sao đó - như ngoại hành tinh. Những hành tinh đó sẽ phát sáng trong tia hồng ngoại và ánh sáng từ những hành tinh đó sẽ bị biến đổi bởi các hóa chất và nguyên tố trong khí quyển, hóa chất và các nguyên tố có thể là dấu hiệu của sự sống.
Từ thợ săn ET đến người tiết lộ bình minh vũ trụ, JWST chắc chắn sẽ đáng để chờ đợi.
- Kính viễn vọng không gian James Webb của NASA: Người kế thừa vũ trụ của Hubble
- Cảnh báo chi tiêu vụ cháy nhà chi tiêu bắn vào kính viễn vọng không gian James Webb
- Kính viễn vọng không gian James Webb của NASA đến California để tham dự Hội nghị cuối cùng (Ảnh)
Tìm hiểu thêm bằng cách nghe tập phim "James Webb có đáng để chờ đợi không?" trên podcast Ask A Spaceman, có sẵn trên iTunes và trên Web tại http://www.askaspaceman.com. Cảm ơn @SethDSanders, @hhyech, White I. và Veljo U. cho các câu hỏi dẫn đến phần này! Đặt câu hỏi của riêng bạn trên Twitter bằng cách sử dụng #AskASpaceman hoặc theo Paul @PaulMattSutter và facebook.com/PaulMattSutter.
