Tất tần tật về siêu kính viễn vọng James Webb

1. Dự án thế kỷ và 10 tỷ USD

Kính thiên văn được đặt theo tên của cố giám đốc NASA James Webb, người đã lãnh đạo cơ quan vũ trụ của Mỹ này từ năm 1961 đến năm 1968. Dự án bắt đầu được tiến hành vào năm 1996, có sự hợp tác giữa 17 quốc gia và dẫn đầu bởi NASA, cùng với những đóng góp quan trọng từ cơ quan không gian châu Âu và cơ quan không gian Canada.

Hình ảnh "gương vàng" của James Webb. Ảnh: NASA

Dự án James Webb có nhiều lần bị trì hoãn và bị đội chi phí. Lúc đầu người ta ước tính ngân sách cho dự án kính thiên văn này vào khoảng 1,6 tỷ USD và dự kiến sẽ phóng vào năm 2011. Tuy nhiên, cho đến nay tổng chi phí cho dự án được có ý nghĩa tới tương lai nhân loại và cả trái đất này đã lên tới 10 tỷ USD và phải mất đến 25 năm mới hoàn thành.

2. Lớn hơn, rộng hơn và nhẹ hơn

Kính viễn vọng không gian James Webb nhẹ hơn rất nhiều so với người tiền nhiệm Hubble. Đây là một cú sốc thực sự đối với hầu hết mọi người. Hubble có đường kính 2,4 mét, với một gương chính cứng 4,0 mét vuông. James Webb có đường kính 6,5 mét, được làm từ 18 mảnh gương khác nhau, với diện tích 25,37 mét vuông.

Tuy nhiên, Webb có khối lượng chỉ là 6.500 kg, trong khi Hubble có khối lượng 11.100 kg. Vấn đề nằm ở các kỹ thuật đáng kinh ngạc được áp dụng cho James Webb. Mọi thành phần trên James Webb đều nhẹ hơn thiết bị tương tự của Hubble.

Gương của James Webb là gương kính thiên văn lớn nhẹ nhất mọi thời đại. Mỗi phần trong số 18 mảnh gương chính lúc đầu dự tính sẽ có khối lượng 250 kg. Tuy nhiên, vào thời điểm hoàn thành, khối lượng đó đã giảm xuống chỉ còn 21 kg!

18 tấm gương này sẽ tạo thành một mặt phẳng duy nhất với độ chính xác từ 18 đến 20 nanomet: tốt nhất mọi thời đại, tất cả đều là những chiếc gương nhẹ nhất từng được sản xuất.

3. "Gương vàng" James Webb

Kính thiên văn mới mạnh hơn kính viễn vọng Hubble ít nhất 100 lần. Trong khi gương Hubble có đường kính 7,8 feet (2,37m), thì gương của kính viễn vọng James Webb có đường kính 21,3 feet (6,5m).

Mặc dù bề mặt gương của James Webb trông có vẻ bằng vàng, nhưng nó được làm từ berili. Đúng là có một lớp phủ vàng, nhưng sẽ là thảm họa nếu sản xuất những chiếc gương hoàn toàn bằng vàng. Vấn đề nằm ở sự giãn nở nhiệt.

Ngay cả ở nhiệt độ rất thấp, vàng vẫn nở ra và co lại đáng kể, đây là yếu tố phá vỡ vật liệu được lựa chọn làm gương của Webb. Tuy nhiên, berili thì khác. Bằng cách làm nguội berili đến nhiệt độ đông lạnh và đánh bóng, những khuyết điểm về sự giãn nở do nhiệt sẽ được giải quyết. Chỉ khi berili được sản xuất và gia công đến hình dạng cuối cùng thì vàng mới được phủ lên, với độ dày chỉ khoảng 100 nanomet. Tức gương của Webb gần như được làm hoàn toàn bằng berili.

4. Siêu công nghệ “mạ vàng”

Mỗi chiếc trong số 18 chiếc gương của James Webb cần phải làm nổi bật trong việc phản chiếu loại ánh sáng mà nó được thiết kế để quan sát: ánh sáng hồng ngoại. Vàng cần thiết cho việc này, nhưng không được quá nhiều vì tính chất giãn nở của nó.

Mô hình gương cầu vàng của James Webb. Ảnh: NASA

Để phủ một lớp vàng siêu mỏng được như vậy, các nhà khoa học của NASA đã phải sử dụng công nghệ lắng đọng hơi chân không rất phức tạp, vàng sẽ được biến thành hơi trong quá trình này. Tổng cộng chỉ có 48 gam vàng được phủ lên bề mặt rộng tới 6,5m của gương cầu.

5. Tấm chắn nắng siêu hạng

Gương và các dụng cụ được bảo vệ bởi một tấm chắn nắng năm lớp, có hình dạng giống như một cánh diều và có kích thước như một sân tennis.

Các màng của nó được cấu tạo từ kapton, một vật liệu được biết đến với khả năng chịu nhiệt cao và ổn định trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Cả hai điều này đều rất quan trọng. Do đối diện với mặt trời, tấm chắn sẽ nóng tới 110 độ C, trong khi mặt còn lại chỉ là -201 độ C.

Kính thiên văn cũng có một "xe buýt tàu vũ trụ" chứa các hệ thống phụ của nó để cung cấp năng lượng điện, lực đẩy, thông tin liên lạc, định hướng, sưởi ấm và xử lý dữ liệu.

6. Nhìn lại quá khứ và tái hiện lịch sử vũ trụ

Kính viễn vọng James Webb sẽ giúp các nhà thiên văn học không chỉ nhìn xa hơn vào không gian mà còn đưa chúng ta quay ngược thời gian. Với kính thiên văn mới, các nhà thiên văn đang hy vọng sẽ nghiên cứu những ngôi sao và thiên hà đầu tiên trong vũ trụ để hiểu được bí mật của nó.

Với Hubble, các nhà khoa học đã có thể nhìn lại được quá khứ sau vụ nổ Big Bang khoảng 400 triệu năm. Kính viễn vọng James Webb có thể thu hẹp khoảng cách đó và hiển thị hình ảnh từ 250 triệu năm sau vụ nổ Big Bang, đưa chúng ta đến gần điểm xuất phát của vũ trụ hơn.

7. Khác biệt ở ánh sáng hồng ngoại

Trong khi kính thiên văn Hubble thu thập hình ảnh chủ yếu là tia cực tím (nhìn thấy được), James Webb chủ yếu sẽ chụp ảnh bằng tia hồng ngoại, tiết lộ nhiều chi tiết hơn về các vật thể.

Với hình ảnh hồng ngoại, các nhà thiên văn học có thể nhìn thấy các thiên hà cực kỳ cũ do quá trình gọi là "dịch chuyển đỏ", trong đó ánh sáng bị kéo dài khi nó xuất hiện và biến mất, để lại một vệt đỏ phía sau. Với tia hồng ngoại, Webb có thể chụp được các thiên hà xa xưa. Đó là cách bạn quay trở lại thời gian, theo kiểu nhìn lại hình bóng còn lại của một vật thể đã đi qua.

8. “Robot biến hình” James Webb

James Webb quá lớn để có thể vừa với hình nón mũi tên lửa, nên nó được cấu tạo như một “robot biến hình”, tức được cuộn lại và sẽ mở ra sau khi phóng vào không gian. Đây là một nhiệm vụ phức tạp và khó khăn nhất mà NASA từng trải qua. Khoảng 30 phút sau khi cất cánh, ăng ten liên lạc và các tấm pin mặt trời cung cấp năng lượng cho nó mới được bung ra.

Ngay khi đi qua mặt trăng, tấm chắn nắng hiện đang được gấp lại như đàn accordion sẽ được mở ra. Các màng mỏng của nó sẽ được điểu khiển bởi một cơ chế phức tạp bao gồm 400 ròng rọc và gần 2000 mét cáp.

Sang tuần thứ 2 của hành trình, cuối cùng mới đến lượt tấm gương chính được mở ra. Song cũng phải sau đó 6 tháng, kính thiên văn mới sẵn sàng hoạt động.

9. Hoạt động hoặc không hoạt động?!

Trong khi Hubble chỉ cách Trái đất 547 km, Kính viễn vọng James Webb sẽ cách Trái đất hàng triệu km - gần gấp 4 lần khoảng cách giữa trái đất và mặt trăng.

James Webb đã được đặt lên bệ phóng tên lửa Ariane 5 để khởi hành vào tối nay. Ảnh: NASA

Nếu có gì bất trắc, con người sẽ không thể sửa chữa James Webb, điều mà các kỹ sư có thể làm được với Hubble. Nói một cách đơn giản, Kính viễn vọng James Webb sẽ hoạt động hoặc sẽ không hoạt động?!

10. Vòng đời 5 năm và có thể lâu hơn

James Webb được thiết kế cho ít nhất 5 năm rưỡi hoạt động (6 tháng hiệu chuẩn, 5 năm hoạt động), nhưng các nhà khoa học hy vọng nó sẽ còn hoạt động lâu hơn nữa. Khi hết nhiên liệu, số phận của nó sẽ vĩnh viễn nằm trong một “quỹ đạo nghĩa địa” của mặt trời.

Hoàng Hải