Kính thiên văn Hubble - “Mắt Thần” của trái đất trong vũ trụ

1. Kính viễn vọng không gian Hubble - “mắt thần” của Trái Đất

Nếu trót dành tình yêu cho ngành vũ trụ - thiên văn học hoặc đơn giản chỉ dành cảm thấy thích thú khi được hòa mình vào những tin tức thú vị qua những phát minh về không gian, biểu tượng chứng minh cho sự kiểm soát không gian của con người thì chắc chắn rằng những thông tin sau đây về kính viễn vọng Hubble, bạn sẽ chẳng thể nào bỏ lỡ. Kính viễn vọng không gian Hubble hay Hubble Space Telescope là loại kính viễn vọng không gian mang biểu tượng của Nasa.

Tên của kính viễn vọng này được đặt theo tên của một nhà thiên văn học nổi tiếng của thế kỷ XX là Edwin Powell Hubble (1889-1953), người đã khai sinh ra thuyết vũ trụ giãn nở và những minh chứng đầy đủ nhất cho sự hình thành và phát triển của vũ trụ trong vụ nổ Bigbang.

 Dù không phải là chiếc kính không gian đầu tiên của con người phóng lên vũ trụ thế nhưng Hubble lại là “mắt thần” lớn nhất và hoạt động mạnh nhất trước khi người anh em kế nhiệm James Webb ra đời. Hubble được đưa lên và hoạt động trên quỹ đạo của trái đất ở độ độ cao trên 610 Km, cao hơn quỹ đạo của trạm không gian quốc tế ISS đến 220 Km.

Để đảm bảo thực hiện trọn vẹn được sứ mệnh quan sát và truyền những tin tức hot nhất về Trái đất từ vũ trụ mà khối lượng của Hubble cũng được xếp vào dạng khủng nhất thế giới đến thời điểm hiện tại với khoảng 12 tấn, khối lượng tương đương với một chiếc xe bus. Di chuyển với tốc độ khoảng 7500 m/s, theo các nhà thiên văn học, Hubble có thể quay quanh trái đất của chúng ta một vòng trong khoảng 97 phút với khoảng 15 lần mỗi ngày.

Là kính thiên văn phản xạ hiện đại, Huuble được trang bị đầy đủ máy tính, gương thu ánh sáng chạy bằng năng lượng mặt trời với nhiệm vụ quan trọng nhất là chụp lại toàn bộ những hình ảnh của vũ trụ với ánh sáng khả kiến, tia hồng ngoại và tia cực tím. Tất cả những trang thiết bị này đều được thiết kế dưới điều kiện hoạt động ngoài khí quyển. 

2. Lịch sử ra đời của kính thiên văn Hubble có gì đặc biệt?

Hubble chính thức được phóng vào vũ trụ vào ngày 24/4/1990 sau nhiều nỗ lực cơ quan hàng không Mỹ Nasa. Sau hơn 3 thập kỷ hoạt động, những nhiệm vụ của Hubble được gắn chặt với nhiệm của tàu con thoi, Hubble đã gửi về trái đất nhiều hình ảnh vũ trụ phục vụ trực tiếp cho công cuộc nghiên cứu không gian của các nhà khoa học.

Tuy nhiên, khi bàn về lịch sử của kính không gian này, nhiều tài liệu về sáng chế các trang thiết bị trên vũ trụ có ghi lại rằng, đã có một hành trình gian nan để chế tạo và phóng tàu con thoi discovery đưa thành công Hubble lên quỹ đạo trái đất. Thực ra ý định ra đời một kính viễn vọng đã ra đời từ những năm 1940 bởi nhà thiên văn học Lyman Spitzer. Vậy nhưng đến tận cuối thập niên 60, Nancy Grace Roman mới chính thức trở thành “mẹ đẻ” của Hubble khi đưa ra đề án nghiên cứu và ứng  dụng. Tuy nhiên đến năm 1970, những ý định này cũng chỉ là ý tưởng. 

Trong suốt khoảng trên 30 năm đó, Nasa vẫn phải bỏ ra số tiền khổng lồ lên đến trên 1 tỷ đô la để thực hiện các dự án. Cuối cùng, để thúc đẩy cho chiến lược chế tạo kính không gia trở thành hiện thực, Nasa đã yêu cầu những đối tác của họ lúc này là ESA (Cơ quan hàng không vũ trụ Châu Âu) hỗ trợ thêm trang thiết bị. Nhận lời “cầu cứu” của đồng minh, ESA đã quyết định cung cấp cho cơ quan hàng không vũ trụ của Mỹ những tấm pin mặt trời và một vài trang thiết bị vào quá trình hoạt động của Hubble.

Đổi loại, họ có khoảng 15 % thời gian quan sát những vật thể trong không gian gửi về Hubble. Thế nhưng, đó chỉ là những thỏa thuận ban đầu. Trên thực tế, vẫn có nhiều rào cản nảy sinh trong suốt quá trình chế tạo những trang thiết bị, cơ sở hạ tầng phục vụ cho Hubble hoạt động, chủ yếu là xuất phát từ những mâu thuẫn trong giao kèo. Dự định cho lần phóng Hubble vào vũ trụ sẽ diễn ra vào năm 1986, song một vụ tai nạn tàu con thoi vào đầu năm đó đã làm ngưng ý định từ các nhà các khoa học. 

Và phải chờ đến 4 năm sau, mọi nỗ lực của Nasa mới được đền đáp khi Hubble được hoàn thiện và phóng vào vũ trụ tại trạm không quân Canaveral, Hoa Kỳ vào ngày 24/4/1990.

Tuy nhiên, những thăng trầm của Hubble vẫn khiến các nhà khoa học phải đau đầu ngay cả thời điểm, chiếc kính không gian này đã nằm trên vũ trụ. Những bức ảnh đầu tiên được chụp và gửi về từ Hubble làm cho giới khoa học thất vọng bởi chúng rất mờ nhạt và không giống những gì họ đã kỳ vọng ban đầu. Sau một thời gian điều tra, các nhà khoa học đã kết luận rằng, lỗi sai nghiêm trọng này thuộc về “cầu sai” với một lỗ thủng có kích thước khoảng 1/50 đường kính của sợi tóc người. V để khắc phục được sự cố, các nhà khoa học lại cung cấp thêm thiết bị cho Hubble, cụ thể hơn là bộ gương mới mang tên Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement hay CORSTAR.

Nhờ thiết kế thêm chức năng các phi hành gia có thể sửa chữa trong không gian mà Hubble đã khắc phục được sự cố này và hoạt động hiệu quả và bắt đầu cung cấp thêm những hình ảnh sắc nét. Trong quá trình hoạt động của mình, từ năm 1990 - 2024, đã có đến 4 chiếc tàu con thoi mang thiết bị tân tiến  để trang bị thêm cho Hubble. 

Do được thiết kế và lắp đặt để hoạt động trong điều kiện trong không gian, cho nên đến tận 3 năm tiếp theo, có nghĩa vào vào năm 1993, chiếc tàu con thoi đầu tiên mang COSTAR với chạm vào vị trí của Hubble để “thay kính” của biểu tượng này, kể từ đó trở đi, Hubble đã hoạt động không ngừng nghỉ để mang đến trung bình 5 - 10GB dữ liệu chụp từ không gian và gửi về từ Trái Đất, cho phép con người nhìn được phạm vi xa nhất của vũ trụ 13,8 tỷ năm tuổi. Việc đưa Hubble vào vũ trụ được xem là thành tựu quan trọng về khoa học vũ trụ lớn nhất của con người từ trước tới nay. Sự kiện này được đặt trên bàn cân tương đương với các sự kiện lớn bao gồm: Đưa con người bay vào vũ trụ, đặt chân lên mặt trăng.

3. “ Mắt thần” Hubble và sứ mệnh truyền cảm hứng

nhà nghiên cứu về vũ trụ Garth Illingworth“Trước Hubble, về cơ bản, chúng ta không biết gì về các thiên hà khi mới khai sinh trong vũ trụ”. Bạn cũng tin rằng, khi theo dõi sự xuất hiện của các thiên hà mới trong vũ trụ, Hubble cũng hỗ trợ các nhà khoa học khám phá thêm nhiều thiên hà mới được tạo ra, đồng thời giúp họ phân tích được thêm các hợp chất trong vũ trụ.

Kính không gian Hubble mang lại các nhà khoa những bức ảnh tuyệt đẹp từ vũ trụ, nhưng không chỉ có thể, các thành tựu gửi về từ hubble cho phép các nhà khoa học có thể đo được gia tốc của vũ trụ, quan sát bầu khí quyển chung quanh các hành tinh và thuận lợi hơn cho sự theo dõi được các hành tinh trong hệ mặt trời rõ nét hơn. Tính đến thời điểm hiện tại, Hubble đã hoàn thành sức mạnh cung cấp đến 1,4 triệu lần quan sát, cung cấp các dữ liệu trong hơn 17.000 bài báo lẫn các công trình nghiên cứu.

Chắc khi nhắc đến Hubble, chúng ta không còn quá xa lạ với hình ảnh Hubble Ultra Deep Field - đây là bức ảnh được chụp đẹp nhất của kính không gian này khi ghi lại khoảnh khắc 10.000 thiên hà sáng rực rỡ. Normal cũng nhấn mạnh rằng “Hubble đã thay đổi cảnh quan của thiên văn học và vật lý thiên văn. Nó đã vượt xa các mục tiêu ban đầu và thực hiện một loạt các khám phá quan trọng đột phá. Sứ mệnh của Hubble đã đóng góp to lớn cho sự phát triển khoa học của thời đại chúng ta”. 

Nhờ những dữ liệu của Hubble, hiện mỗi năm có trung bình đến 1000 bài báo khoa học được viết nên và mang đến các độc giả yêu thiên văn học trên toàn cầu. Hubble có thể thu nhận ánh sáng từ vật thể cách xa đến tận 12 tỷ năm ánh sáng. 

Đặc biệt, so với nhiều phát hiện về thiên văn trước đó của loài người, kính không gian Hubble đóng vai trò quan trọng đã truyền cảm hứng cho đông đảo công chúng. Không những trở thành tâm điểm của báo chí, dư luận khi trở thành kính viễn vọng không gian lớn nhất và mạnh nhất, Hubble còn được biết đến bởi một bộ phận lớn công chúng và khẳng định được khát vọng “vươn tới các vì sao” của con người.

Cho đến nay, ở tuổi 30 dù đã nhiều lần phải tạm ngừng hoạt động để bảo trì, bảo dưỡng, khắc phục các lỗi phần mềm...nhưng sự hiện diện của Hubble đang chứng tỏ cho sự đóng góp không mệt mỏi của mình cho sự nghiệp thiên văn học và truyền cảm hứng cho các thế hệ sau nuôi ước mơ khám phá, nghiên cứu về vũ trụ, thiên hà. 

Dù rằng, Hubble của chúng ta đã lớn tuổi và sắp sửa nhường chỗ cho thế hệ kế nhiệm “mạnh mẽ” và hiện đại hơn là James Webb dự định sẽ được Nasa phóng vào vũ trụ vào năm 2024. James Webb theo dự kiến của giới khoa học sẽ hoạt động trên quỹ đạo cao hơn khoảng 1,5 triệu Km từ mặt đất và gấp khoảng 4 lần từ mặt trăng.

Tiến sĩ Mccarthy cũng đã nói rằng “James Webb cũng bắt được ánh sáng bước sóng cận hồng ngoại tốt hơn Hubble cho phép nhìn rõ hơn vào các đám bụi của vũ trụ, nơi các ngôi sao và hành tinh đang hình thành” và còn làm tốt hơn Hubble, tuy nhiên, với sự hiện diện của Hubble trên bầu vũ trụ, đây vẫn mãi là biểu tượng sáng ngời của nền thiên văn học thế giới tính đến thời điểm hiện tại.

Thời điểm James Webb phóng lên vũ trụ, Nasa rất muốn mang Hubble trở về và trình diện trong viện bảo tàng, thế nhưng họ cũng phải chấp nhận một sự thật rằng, với kích thước và khối lượng của Hubble, việc trở về Trái đất một cách an toàn là điều không thể.

 Có 2 giải pháp được đặt ra khi kính không gian Hubble ngừng hoạt động, đó chính là dùng tên lửa đẩy hubble rơi xuống đại dương hoặc để cho biểu tượng này trôi nổi trong không gian thêm nhiều thế kỷ nữa. Tuy nhiên, vẫn có những tình huống giả định xấu nhất đưa ra, đó chính là trọng lực có thể đưa Hubble về và bị nghiền nát ngay khi tiếp xúc với bề mặt khí quyển.

Trên đây là toàn bộ những thông tin thú vị xoay quanh kính viễn vọng Hubble - mắt thần quan sát vũ trụ của con người. Mong rằng, những thông tin này sẽ thực sự hữu ích với tất cả các bạn.