Phóng thành công kính viễn vọng James Webb: Khó khăn mới chỉ bắt đầu

Kính viễn vọng không gian James Webb - khoản đầu tư lớn nhất của nhân loại trong hành trình thăm dò vũ trụ - vừa được phóng vào ngày 25/12 từ sân bay vũ trụ Kourou ở Guiana thuộc Pháp, trên tên lửa Ariane 5 của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Đây là dấu mốc quan trọng sau nhiều thập kỷ làm phát triển dự án của các nhà thiên văn học từ khắp nơi trên thế giới. Nhưng vẫn còn hàng trăm bước vận hành kỹ thuật phức tạp trong một tháng tới, và nếu những bước này không gặp trở ngại nào, thì Webb mới có thể bắt đầu thực hiện các quan sát thay đổi ngành thiên văn học.

“Bây giờ phần khó mới bắt đầu,” John Grunsfeld, nhà vật lý thiên văn, cựu phi hành gia và người đứng đầu bộ phận khoa học của NASA, cho biết.

Ariane 5 đưa Webb vào không gian theo một quỹ đạo gần như hoàn hảo, giúp tiết kiệm nhiều nhiên liệu cho kính thiên văn sử dụng trong những năm tới. Sau khi tách khỏi phương tiện phóng (27 phút sau khi phóng), Webb mở các tấm pin mặt trời, khởi động hệ thống điện để đi đến vị trí quan sát, điểm Lagrange thứ hai hay L2; ở điểm này, Webb sẽ đi song song với Trái đất trong quỹ đạo vòng quanh mặt trời, ở khoảng cách 1,5 triệu km so với Trái đất. Trái đất luôn nằm giữa L2 và Mặt trời, nhờ đó Webb sẽ nằm luôn trong vùng tối để có điều kiện quan sát không gian tốt nhất.

Hành trình đến L2 sẽ mất 29 ngày, và dự kiến có hơn 300 thời điểm trong quá trình vận hành có nguy cơ cao xảy ra lỗi. Đầu tiên và quan trọng nhất là giai đoạn triển khai tấm chắn nắng hình cánh diều, có kích thước bằng một sân tennis. Theo kế hoạch, tấm chắn này sẽ được triển khai xong trong vòng bảy ngày sau khi phóng và bảo vệ Webb khỏi bức xạ và nhiệt. Ở ngay bên ngoài tấm chắn, nhiệt độ có thể lên đến 110ºC do sức nóng từ Mặt trời; còn phía trong tấm chắn, nhiệt độ chỉ ở mức –235 ºC, vì các thấu kính quan học của Webb cần hoạt động ở nhiệt độ siêu lạnh thì mới có thể thu nhận ánh sáng từ các thiên hà xa xôi và các vật thể vũ trụ khác ở bước sóng hồng ngoại.

“Điểm độc đáo của Webb là nó là một kính viễn vọng lạnh. Nếu tấm chắn nắng không được triển khai đúng cách, khả năng vận hành của Webb sẽ bị suy thoái nghiêm trọng," Günther Hasinger, giám đốc khoa học của ESA, nói.

Mười ngày sau khi phóng, nếu mọi việc suôn sẻ, Webb sẽ đưa chiếc gương thứ cấp nhỏ đến vị trí đối diện với gương chính khổng lồ (gương chính vẫn đang ở trạng thái gấp lại). Hai ngày sau nữa, gương chính mới bắt đầu xoay hai phần bản lề vào đúng vị trí để mở ra thành hình dạng hoàn chỉnh: rộng 6,5 mét, gồm 18 miếng hình lục giác làm bằng berili và phủ vàng ghép lại với nhau trông giống như một tổ ong khổng lồ lấp lánh.

Khoảng hai tuần sau nữa, Webb sẽ đến L2. Vị trí này quá xa so với Trái đất, các phi hành gia không thể đến thăm và sửa chữa kính thiên văn nếu có gì hỏng hóc. (Với Hubble trước đây, các phi hành gia, bao gồm cả Grunsfeld, đã phải bay lên năm lần để sữa chữa và nâng cấp hệ thống thiết bị.) Nhưng nếu kính che nắng và gương - các bước phức tạp nhất - được triển khai đúng cách, thì quá trình vận hành Webb sẽ không còn nhiều khó khăn. Từ đó trở đi, vấn đề chỉ là căn chỉnh các gương và hiệu chỉnh các thiết bị.

Nhưng vẫn phải sáu tháng nữa Webb mới bắt đầu thực hiện các quan sát, vì kính thiên văn cần thời gian để nguội xuống nhiệt độ vận hành. Thời gian này mất khoảng bốn tháng sau khi phóng, nhưng các kỹ sư cần thêm thời gian để hiệu chỉnh các thiết bị thông qua hệ thống Deep Space Network của NASA, hệ thống vô tuyến chuyên dụng để liên lạc và truyền nhận dữ liệu với các tàu vũ trụ. (Một trong bốn thiết bị của kính thiên văn Webb sẽ hoạt động ở bước sóng trung hồng ngoại, cần một bộ làm mát bổ sung để đạt tới -266ºC. Khi đạt đến nhiệt độ đó, Webb sẽ nhạy hơn Hubble 100 lần.)

Tầm nhìn hồng ngoại của Webb sẽ cho phép nó quan sát các sự kiện đã xảy ra từ hơn 13,5 tỷ năm, nhìn vào những ngôi sao và thiên hà xa đến mức ánh sáng của chúng đã bị kéo dài tới bước sóng hồng ngoại vũ trụ liên tục mở rộng. Webb còn có thể soi vào các khu vực có nhiều bụi như nơi sinh ra các ngôi sao, và thăm dò bầu khí quyển của các hành tinh ngoài Hệ Mặt trời. “Nó được thiết kế để trả lời các câu hỏi chìa khóa trong tất cả các lĩnh vực vật lý thiên văn,” nhà thiên văn học Antonella Nota, nhà khoa học dự án Webb của ESA cho biết.

Nếu mọi thứ diễn ra đúng như kế hoạch trong vòng sáu tháng tới, các nhà khoa học sẽ có thể công bố những hình ảnh và dữ liệu tuyệt đẹp từ Webb. Nhưng bây giờ, câu hỏi vẫn là liệu kính thiên văn có triển khai thành công hệ thống thiết bị như kế hoạch của các nhà thiết kế hay không. "Chúng tôi đã làm mọi thứ có thể," Heidi Hammel, nhà khoa học liên ngành thuộc dự án Webb và là phó chủ tịch phụ trách khoa học của Hiệp hội các trường đại học nghiên cứu về thiên văn học ở Washington DC, nói.