Con người chúng ta có một sự khao khát vô độ để hiểu vũ trụ. Như Carl Sagan đã nói, Hiểu Hiểu là cực lạc. Nhưng để hiểu vũ trụ, chúng ta cần những cách tốt hơn và tốt hơn để quan sát nó. Và điều đó có nghĩa là một điều: kính thiên văn lớn, to lớn, khổng lồ.
Trong loạt bài này, chúng tôi sẽ nhìn vào thế giới Siêu kính viễn vọng sắp tới của thế giới:
- Kính thiên văn Magellan khổng lồ
- Kính thiên văn lớn áp đảo
- Kính thiên văn 30 mét
- Kính thiên văn cực lớn châu Âu
- Kính thiên văn khảo sát khái quát lớn
- Kính thiên văn vũ trụ James Webb
- Kính thiên văn khảo sát hồng ngoại trường rộng
Nó dễ dàng quên đi tác động của Kính viễn vọng Không gian Hubble đối với trạng thái hiểu biết của chúng ta về Vũ trụ. Trên thực tế, đó có thể là thước đo tốt nhất cho sự thành công của nó: Chúng tôi lấy Hubble và tất cả những gì chúng tôi đã học được từ nó, cho đến bây giờ. Nhưng các kính viễn vọng không gian khác đang được phát triển, bao gồm WFIRST, nó sẽ mạnh hơn nhiều so với Hubble. Những kính viễn vọng này sẽ mở rộng sự hiểu biết của chúng ta về Vũ trụ như thế nào?
Cấm WFIRST có khả năng mở rộng tầm mắt về những kỳ quan của vũ trụ, giống như cách mà Hubble có. - John Grunfeld, Ban giám đốc sứ mệnh khoa học của NASA
WFIRST có thể là sự kế thừa thực sự của Hubble, mặc dù Kính thiên văn không gian James Webb (JWST) thường được quảng cáo như vậy. Nhưng nó có thể không chính xác để thậm chí gọi WFIRST là kính viễn vọng; Nó chính xác hơn để gọi nó là đài quan sát vật lý thiên văn. Đó là vì một trong những mục tiêu khoa học chính của nó là nghiên cứu Năng lượng tối, lực lượng khá bí ẩn đó thúc đẩy sự mở rộng của Vũ trụ và Dark Matter, vấn đề khó phát hiện làm chậm quá trình mở rộng đó.
WFIRST sẽ có một chiếc gương 2,4 mét, cùng kích thước với Hubble. Nhưng, nó sẽ có một camera sẽ mở rộng sức mạnh của chiếc gương đó. Wide Field Cụ là máy ảnh hồng ngoại đa băng tần 288 megapixel. Khi nó hoạt động, nó sẽ ghi lại những hình ảnh sắc nét như của Hubble. Nhưng có một điểm khác biệt rất lớn: Công cụ Trường rộng sẽ chụp ảnh bao phủ hơn 100 lần bầu trời mà Hubble thực hiện.
Bên cạnh Công cụ Trường rộng, WFIRST sẽ có Công cụ coronic. Công cụ coronic sẽ thúc đẩy nghiên cứu các ngoại hành tinh. Nó sẽ sử dụng một hệ thống các bộ lọc và mặt nạ để chặn ánh sáng từ các ngôi sao khác và chiếu vào các hành tinh quay quanh các ngôi sao đó. Điều này sẽ cho phép nghiên cứu rất chi tiết về bầu khí quyển của các ngoại hành tinh, một trong những cách chính để xác định khả năng sinh sống.
WFIRST dự kiến sẽ được ra mắt vào năm 2025, mặc dù nó quá sớm để có một ngày chính xác. Nhưng khi nó ra mắt, kế hoạch dành cho WFIRST sẽ đi đến Mặt trời LaGrange Point 2 (L2.) L2 là một điểm cân bằng hấp dẫn trong không gian nơi WFIRST có thể thực hiện công việc của mình mà không bị gián đoạn. Nhiệm vụ dự kiến sẽ kéo dài khoảng 6 năm.
Theo John Grunfeld, phi hành gia và phó quản trị viên của NASA Mission Science Mission Director tại Trụ sở chính ở Washington, cho biết, có khả năng mở rộng tầm nhìn về những điều kỳ diệu của vũ trụ. Nhiệm vụ này kết hợp độc đáo khả năng khám phá và mô tả các hành tinh vượt ra ngoài hệ mặt trời của chúng ta với sự nhạy cảm và quang học để nhìn rộng và sâu vào vũ trụ trong một nhiệm vụ làm sáng tỏ những bí ẩn của năng lượng tối và vật chất tối.
Tóm lại, có hai đề xuất về năng lượng tối có thể là gì. Đầu tiên là hằng số vũ trụ, trong đó Năng lượng tối được thống nhất trong toàn vũ trụ. Thứ hai là những gì được gọi là các trường vô hướng, nơi mật độ của Năng lượng tối có thể thay đổi theo thời gian và không gian.
Từ những năm 1990, các quan sát đã cho chúng ta thấy rằng sự mở rộng của Vũ trụ đang tăng tốc. Sự tăng tốc đó bắt đầu khoảng 5 tỷ năm trước. Chúng tôi nghĩ rằng Dark Energy chịu trách nhiệm cho việc mở rộng tăng tốc đó. Bằng cách cung cấp những hình ảnh lớn, chi tiết về vũ trụ như vậy, WFIRST sẽ cho phép các nhà thiên văn lập bản đồ mở rộng theo thời gian và trên các khu vực rộng lớn. WFIRST cũng sẽ đo chính xác hình dạng, vị trí và khoảng cách của hàng triệu thiên hà để theo dõi sự phân bố và phát triển của các cấu trúc vũ trụ, bao gồm các cụm thiên hà và Vật chất tối đi kèm với chúng. Hy vọng là điều này sẽ cho chúng ta một mức độ hiểu biết tiếp theo khi nói đến Năng lượng tối.
Nếu tất cả điều đó nghe có vẻ quá phức tạp, hãy nhìn nó theo cách này: Chúng ta biết Vũ trụ đang giãn nở và chúng ta biết rằng sự mở rộng đang tăng tốc. Chúng tôi muốn biết lý do tại sao nó mở rộng, và làm thế nào. Chúng tôi đã đưa ra cái tên Energy Năng lượng tối, đối với lực lượng mà thúc đẩy sự mở rộng đó và bây giờ chúng tôi muốn biết thêm về nó.
Năng lượng tối và sự mở rộng của Vũ trụ là một bí ẩn lớn, và là một câu hỏi thúc đẩy các nhà vũ trụ học. (Họ thực sự muốn biết Vũ trụ sẽ kết thúc như thế nào!) Nhưng đối với nhiều người còn lại, một câu hỏi khác thậm chí còn hấp dẫn hơn: Có phải chúng ta đơn độc trong Vũ trụ?
Có một câu trả lời nhanh chóng cho câu hỏi đó, nhưng bất kỳ câu trả lời nào chúng tôi tìm thấy đều bắt đầu bằng việc nghiên cứu các ngoại hành tinh, và đó là thứ gì đó mà WFIRST cũng sẽ vượt trội.
Paul WFertST được thiết kế để giải quyết các lĩnh vực khoa học được xác định là ưu tiên hàng đầu của cộng đồng thiên văn học, ông Paul Hertz, giám đốc bộ phận vật lý thiên văn của NASA ở Washington cho biết. Thiết bị đo trường rộng sẽ cung cấp cho kính viễn vọng khả năng chụp một hình ảnh duy nhất với độ sâu và chất lượng của Hubble, nhưng bao phủ 100 lần diện tích. Đoạn văn sẽ cung cấp khoa học mang tính cách mạng, ghi lại những hình ảnh mờ nhạt nhưng trực tiếp của thế giới khí và siêu Trái đất xa xôi.
Phần tử sẽ cung cấp khoa học cách mạng, ghi lại những hình ảnh mờ nhạt nhưng trực tiếp của các thế giới khí và siêu Trái đất xa xôi. - Paul Hertz, Phòng Vật lý thiên văn của NASA
Khó khăn trong việc nghiên cứu các ngoại hành tinh là tất cả chúng đều quay quanh các ngôi sao. Các ngôi sao sáng đến nỗi chúng không thể nhìn thấy các hành tinh của chúng trong bất kỳ chi tiết nào. Nó giống như nhìn chằm chằm vào một dặm ngọn hải đăng đi và cố gắng nghiên cứu côn trùng gần ngọn hải đăng.
Công cụ coronic trên tàu WFIRST sẽ vượt trội trong việc ngăn chặn ánh sáng của những ngôi sao xa xôi. Nó làm điều đó với một hệ thống gương và mặt nạ. Đây là những gì làm cho nghiên cứu ngoại hành tinh có thể. Chỉ khi ánh sáng từ ngôi sao được xử lý, các thuộc tính của ngoại hành tinh mới có thể được kiểm tra.
Điều này sẽ cho phép các phép đo chi tiết về thành phần hóa học của bầu khí quyển exoplanet. Bằng cách thực hiện điều này trên hàng ngàn hành tinh, chúng ta có thể bắt đầu hiểu được sự hình thành của các hành tinh xung quanh các loại sao khác nhau. Tuy nhiên, có một số hạn chế đối với Công cụ coronic.
Công cụ coronic là loại bổ sung muộn cho WFIRST. Một số thiết bị khác trên WFIRST không được tối ưu hóa để hoạt động với nó, do đó, có một số hạn chế đối với hoạt động của nó. Nó sẽ chỉ có thể nghiên cứu những người khổng lồ khí, và cái gọi là Siêu Trái đất. Những hành tinh lớn hơn don lồng đòi hỏi sự tinh tế để nghiên cứu, đơn giản là vì kích thước của chúng. Các thế giới giống như trái đất có thể sẽ vượt ra ngoài sức mạnh của Công cụ coronic.
Những hạn chế này không phải là vấn đề lớn trong dài hạn. The coronemony thực sự là một cuộc trình diễn công nghệ nhiều hơn và nó không đại diện cho trò chơi kết thúc cho nghiên cứu ngoại hành tinh. Bất cứ điều gì được học từ nhạc cụ này sẽ giúp chúng ta trong tương lai. Sẽ có một sự kế thừa cuối cùng cho WFIRST một ngày nào đó, có lẽ là hàng thập kỷ kể từ bây giờ, và vào thời điểm đó, công nghệ coronemony sẽ tiến bộ rất nhiều. Vào thời điểm đó, những bức ảnh chụp trực tiếp các ngoại hành tinh giống Trái đất hoàn toàn có thể xảy ra.
Nhưng có lẽ chúng ta đã thắng được phải chờ lâu.
Có một kế hoạch để tăng cường hiệu quả của Đoạn văn trên WFIRST sẽ cho phép nó chụp ảnh các hành tinh giống Trái đất. Nó được gọi là Starshade EXO-S.
EXO-S Starshade là một hệ thống tạo bóng có thể triển khai đường kính 34m, sẽ chặn ánh sáng sao làm suy giảm chức năng của WFIRST. Nó thực sự sẽ là một nghề thủ công riêng biệt, được ra mắt riêng biệt và được gửi trên đường đến điểm hẹn với WFIRST tại L2. Nó sẽ không bị trói buộc, nhưng sẽ tự định hướng với WFIRST thông qua một hệ thống camera và đèn hướng dẫn. Trên thực tế, một phần sức mạnh của Starshade là nó sẽ cách WFIRST khoảng 40.000 đến 50.000 km.
Năng lượng tối và ngoại hành tinh là những ưu tiên của WFIRST, nhưng luôn có những khám phá khác đang chờ các kính viễn vọng tốt hơn. Nó không thể dự đoán mọi thứ mà chúng ta sẽ học được từ WFIRST. Với những hình ảnh chi tiết như Hubble, nhưng lớn hơn 100 lần, chúng tôi đã tạo ra một số bất ngờ.
Nhiệm vụ này sẽ khảo sát vũ trụ để tìm ra những vật thể thú vị nhất ngoài kia. - Neil Gehreb, Nhà khoa học dự án WFIRST
Ngoài các khả năng thú vị của nó đối với năng lượng tối và ngoại hành tinh, WFIRST sẽ cung cấp một kho dữ liệu tinh tế cho tất cả các nhà thiên văn học, ông Neil Gehreb, nhà khoa học dự án WFIRST tại Trung tâm bay không gian NASA God Godard ở Greenbelt, Maryland cho biết. Nhiệm vụ này sẽ khảo sát vũ trụ để tìm ra những vật thể thú vị nhất ngoài kia.
Với tất cả các Kính viễn vọng Siêu sắp xuất hiện trong vài năm tới, chúng ta có thể mong đợi một số khám phá tuyệt vời. Trong thời gian 10 đến 20 năm, kiến thức của chúng ta sẽ tiến bộ đáng kể. Chúng ta sẽ học gì về Dark Matter và Dark Energy? Chúng ta sẽ biết gì về quần thể ngoại hành tinh?
Ngay bây giờ có vẻ như chúng tôi chỉ đang mò mẫm tìm hiểu rõ hơn về những điều này, nhưng với WFIRST và các Kính viễn vọng Siêu khác, chúng tôi đã sẵn sàng để nghiên cứu có mục đích hơn.
