Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA/ESA/CSA thường được coi là phiên bản kế nhiệm của Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA/ESA. Trong thực tế, nó là sự kế thừa của nhiều hơn nữa. Với việc đưa vào Thiết bị hồng ngoại trung bình (MIRI), Webb cũng đã thành công với các kính viễn vọng không gian hồng ngoại như Đài quan sát hồng ngoại không gian (ISO) của ESA và Kính viễn vọng không gian Spitzer của NASA.
Trong phạm vi hồng ngoại trung bình, vũ trụ rất khác so với những gì chúng ta quen nhìn bằng mắt thường. Mở rộng từ 3 đến 30 micromet, hồng ngoại trung bình phát hiện các thiên thể có nhiệt độ từ 30 đến 700º C. Ở chế độ này, các vật thể xuất hiện tối trong hình ảnh ánh sáng nhìn thấy giờ phát sáng rực rỡ.
"Đây là một dải bước sóng rất thú vị về mặt hóa học có thể được thực hiện và làm thế nào bạn có thể hiểu được quá trình hình thành sao và những gì xảy ra trong lõi của các thiên hà," Gillian Wright, điều tra viên chính của tập đoàn châu Âu đã phát triển nghiên cứu cho biết. Dụng cụ MIRI. - Những cái nhìn thoáng qua về không gian giữa tia hồng ngoại thực sự đầu tiên của chúng tôi đã thu được với ISO, hoạt động từ tháng 1995 năm 1998 đến tháng 2003 năm . Đến quỹ đạo vào năm , Spitzer đã đạt được tiến bộ hơn nữa ở các bước sóng tương tự. Cả hai khám phá của ISO và Spitzer đều nhấn mạnh nhu cầu về khả năng hồng ngoại trung bình với diện tích thu thập lớn hơn để có độ nhạy và độ phân giải góc tốt hơn nhằm giải quyết nhiều câu hỏi quan trọng trong thiên văn học."
Jillian và những người khác bắt đầu mơ ước về một thiết bị có thể nhìn thấy tia hồng ngoại trung bình một cách chi tiết sống động. Thật không may cho họ, ESA và NASA coi các bước sóng ngắn hơn của cận hồng ngoại là mục tiêu chính của Webb. ESA đi đầu trong việc phát triển máy quang phổ cận hồng ngoại có tên NIRSpec, trong khi NASA nhắm đến thiết bị chụp ảnh nhiệt có tên NIRCam.
Không nản lòng, khi ESA thông báo kêu gọi các ứng dụng nghiên cứu máy quang phổ cận hồng ngoại của mình, Jillian và các đồng nghiệp của cô đã nhìn thấy một cơ hội. "Tôi đã lãnh đạo một nhóm gửi phản hồi khá táo bạo. Nó nói rằng chúng tôi sẽ nghiên cứu máy quang phổ cận hồng ngoại, nhưng chúng tôi cũng sẽ có một kênh bổ sung xử lý tất cả các nghiên cứu khoa học hồng ngoại trung bình này. Và chúng tôi đã trình bày một trường hợp khoa học về lý do tại sao thiên văn học hồng ngoại trung bình lại tuyệt vời trên Webb,” cô ấy nói.
Mặc dù nhóm của cô ấy đã không giành được hợp đồng cụ thể đó, nhưng bước đi táo bạo đã giúp nâng cao vị thế của ngành thiên văn học hồng ngoại trung bình ở châu Âu và bản thân cô ấy đã được mời đại diện cho những lợi ích khoa học đó trong một nghiên cứu khác của ESA nhằm kiểm tra năng lực của ngành công nghiệp châu Âu trong việc chế tạo các thiết bị hồng ngoại . Với sự hỗ trợ của các tổ chức học thuật từ khắp châu Âu, một phần của nghiên cứu này được dành cho các thiết bị trong phạm vi hồng ngoại trung bình.
Kết quả rất đáng khích lệ, cũng như kết quả của các nghiên cứu song song do Hoa Kỳ dẫn đầu, khiến sự quan tâm đến một thiết bị như vậy thậm chí còn lớn hơn. Sau khi tập hợp một nhóm các nhà khoa học và kỹ sư quốc tế ở châu Âu sẵn sàng và có khả năng thiết kế và chế tạo thiết bị này – và quan trọng là gây quỹ để làm điều đó – Jillian và các đồng nghiệp của cô đã khuyến khích và dần dần thuyết phục ESA và NASA đưa nó vào danh sách chương trình webb.
Mở rộng vai trò lãnh đạo của châu Âu theo cách làm việc này sang lĩnh vực hợp tác quốc tế với Hoa Kỳ, đến sứ mệnh hàng đầu của NASA, nơi mà nền văn hóa chế tạo thiết bị rất khác biệt, không phải là một công thức đảm bảo cho sự thành công. "Nỗi sợ hãi lớn nhất là sự phức tạp này sẽ là mối đe dọa lớn nhất đối với thiết bị," José Lorenzo Alvarez, quản lý thiết bị MIRI tại ESA cho biết. Nhưng rủi ro đã được đền đáp.
Ngoài việc thu hút vốn của chính họ, tập đoàn còn nhận được một cảnh báo nữa: thiết bị này không được ảnh hưởng đến nhiệt độ và quang học hoạt động của Webb. Nói cách khác, kính viễn vọng sẽ vẫn được tối ưu hóa cho các thiết bị cận hồng ngoại và MIRI sẽ lấy bất cứ thứ gì nó có thể nhận được. Điều này sẽ giới hạn hiệu suất của thiết bị vượt quá micromet, nhưng đối với Jillian, đó là một cái giá nhỏ phải trả.
Một trong những rào cản công nghệ lớn nhất là MIRI phải hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn so với các thiết bị cận hồng ngoại. Điều này đã được thực hiện bằng cách sử dụng cơ chế làm mát lạnh do Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA cung cấp. Để nhạy với sóng trung hồng ngoại, MIRI hoạt động ở nhiệt độ khoảng -267°C.
Nhiệt độ này thấp hơn nhiệt độ bề mặt trung bình của Sao Diêm Vương khoảng 40 Kelvin (-233°C). Thật trùng hợp, đây là nhiệt độ mà các dụng cụ khác và kính viễn vọng hoạt động. Nhiệt độ của cả hai đều cực kỳ thấp, nhưng do sự khác biệt này, nhiệt từ kính viễn vọng vẫn sẽ truyền vào MIRI sau khi nó được gắn vào kính viễn vọng nếu chúng không được cách ly nhiệt với nhau.
Một thách thức khác là không gian hạn chế dành cho thiết bị trên kính thiên văn. Điều này thậm chí còn khó khăn hơn vì MIRI được coi là hai công cụ hiệu quả trong một - máy chụp ảnh và máy quang phổ. Điều này đòi hỏi một số công việc thiết kế thông minh.
Ngay cả sau khi thiết bị được hoàn thành và giao cho NASA để tích hợp với phần còn lại của kính thiên văn, nhóm nghiên cứu vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức hơn.
Kính viễn vọng cực kỳ phức tạp mất nhiều thời gian để chế tạo hơn bất kỳ ai có thể tưởng tượng, nghĩa là MIRI và các thiết bị khác sẽ phải ở lại Trái đất lâu hơn nhiều so với dự kiến ban đầu.
Sau đó, vào ngày Giáng sinh năm 2021, phương tiện phóng Ariane 5 của ESA đã đưa tàu vũ trụ lên quỹ đạo trong một lần phóng hoàn hảo. Trong những tuần và tháng tiếp theo, các đội mặt đất đã chuẩn bị kính viễn vọng và các dụng cụ của nó rồi giao chúng cho các nhà khoa học. Cùng với các công cụ khác, MIRI hiện đang gửi dữ liệu mà các nhà khoa học chỉ mơ ước.
Dữ liệu MIRI được giới thiệu rộng rãi trong các hình ảnh Webb sớm nhất, bao gồm "núi" và "thung lũng" của Tinh vân Carina, nhóm thiên hà tương tác Stefan Quintet và Tinh vân Vành đai phía Nam. Những hình ảnh tiếp theo tiếp tục nâng tầm cả về vẻ đẹp và khoa học. Tuy nhiên, vì MIRI là một bước tiến lớn so với bất kỳ thiết bị hồng ngoại tầm trung nào trước đây, tiêu chuẩn cũng đang được nâng lên về khả năng diễn giải hình ảnh.
Nhưng đây là bản chất của khoa học tiên tiến và các nhà thiên văn học đang gấp rút phát triển các mô hình máy tính chi tiết hơn có thể cho họ biết thêm về các quá trình vật lý khác nhau khiến dữ liệu xuất hiện trong phạm vi hồng ngoại trung bình.
MIRI, cùng với các công cụ khác trên Web, có tiềm năng thúc đẩy mọi lĩnh vực thiên văn học. Đây là loại khoa học biến đổi chỉ có thể thực hiện được thông qua việc mở rộng đáng kể các khả năng. Và đó là một minh chứng tuyệt vời cho tinh thần đồng đội và sự hợp tác quốc tế đã giúp xây dựng kính viễn vọng nói chung và MIRI nói riêng.
Bạn có thể giúp Ukraine chiến đấu chống lại những kẻ xâm lược Nga. Cách tốt nhất để làm điều này là quyên góp quỹ cho Các lực lượng vũ trang của Ukraine thông qua Cuộc sống tiết kiệm hoặc thông qua trang chính thức NBU.
Đọc thêm:
- Hubble đã phát hiện một cặp vật thể Gerbig-Aro trong chòm sao Orion
- Kính viễn vọng James Webb sẽ nghiên cứu các hành tinh ngoại có thể sinh sống được