Kính viễn vọng Không gian James Webb của NASA là một kỳ quan công nghệ thực sự. Kính viễn vọng không gian lớn nhất và phức tạp nhất từng được chế tạo, Webb có thể thu thập ánh sáng đã di chuyển trong 13.5 tỷ năm, gần như kể từ thời kỳ đầu của vũ trụ. Trên thực tế, Webb là một cỗ máy thời gian, cho phép chúng ta xem xét các thiên hà đầu tiên hình thành sau Vụ nổ lớn. Vì nó tập hợp ánh sáng hồng ngoại, nhìn xuyên thấu qua những đám mây bụi khổng lồ che khuất tầm nhìn của hầu hết các kính thiên văn khác. Webb mạnh hơn 100 lần so với Kính viễn vọng Không gian Hubble. Đáng chú ý nhất, với bộ gương phân đoạn rộng 21 foot (rộng 6.5 mét), Webb đủ mạnh để tìm kiếm hơi nước trong bầu khí quyển của các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác. Nó sẽ mở ra một cửa sổ mới trên các hành tinh ngoài này, quan sát chúng ở bước sóng ánh sáng mà chúng chưa từng được nhìn thấy trước đây và giúp chúng ta có được những hiểu biết mới về bản chất của chúng. Webb sẽ giúp chúng ta hiểu cách các thiên hà phát triển qua hàng tỷ năm thành những vòng xoắn ốc lớn, giống như Dải Ngân hà của chúng ta, tìm kiếm các dấu hiệu về khả năng sinh sống trên các hành tinh xa xôi và thâm nhập vào tâm của các vườn ươm sao phủ đầy bụi. Đài quan sát được phóng từ Nam Mỹ vào Ngày Giáng sinh năm 2021. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA / JPL-Caltech
Hành trình vận hành kính thiên văn Webb tiếp tục trong tuần này với việc làm mát thành công Dụng cụ hồng ngoại tầm trung (MIRI), thông qua 'điểm chốt' quan trọng, xuống đến nhiệt độ hoạt động cuối cùng của nó là dưới 7 kelvins (-447 độ F, hoặc -266 độ C). Đây là điều kiện tiên quyết để hoàn thành giai đoạn thứ bảy và cuối cùng của quá trình căn chỉnh gương. Các bước tiếp theo bao gồm kiểm tra ban đầu MIRI và tiếp tục đến giai đoạn cuối cùng của việc căn chỉnh đa dụng cụ, đa lĩnh vực với tất cả bốn thiết bị khoa học.
Tuần trước, chúng tôi đã chia sẻ khoa học thú vị về sự hình thành sao và hành tinh được lên kế hoạch cho Webb. Hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về cách Webb sẽ nghiên cứu các hành tinh xung quanh các ngôi sao khác, được gọi là ngoại hành tinh, hay ngoại hành tinh. Knicole Colón, phó dự án khoa học của Webb về khoa học ngoại hành tinh, đưa chúng ta vào không gian khám phá khám phá những thế giới mới bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta. Tiến sĩ Colón mang đến một góc nhìn độc đáo vì cô cũng là nhà khoa học của dự án Vệ tinh Khảo sát Ngoại hành tinh Quá cảnh (TESS), một sứ mệnh đã tìm ra nhiều mục tiêu ngoại hành tinh mà Webb sẽ quan sát.
Hình minh họa này cho thấy một ngoại hành tinh quay quanh ngôi sao sáng hơn nhiều của nó. Với các máy đo corona trên bo mạch, Webb sẽ cho phép các nhà khoa học xem các hành tinh ngoài hành tinh ở bước sóng hồng ngoại mà họ chưa từng thấy trước đây. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA, ESA và G. Bacon (STScI)
“Trong 30 năm qua, các nhà thiên văn đã phát hiện ra hơn 5,000 ngoại hành tinh. Những khám phá này đã tiết lộ rằng các hành tinh ngoài hành tinh trải dài một loạt các khối lượng, kích thước và nhiệt độ và quay quanh tất cả các loại sao, dẫn đến những thế giới vô cùng đa dạng.
“Với khả năng quang phổ và hình ảnh mạnh mẽ trên dải bước sóng hồng ngoại rộng, Webb đã sẵn sàng cách mạng hóa kiến thức của chúng ta về thành phần của những thế giới này và về các đĩa hình thành hành tinh. Từ những hành tinh nhỏ, có tiềm năng bằng đá cho đến những hành tinh khí khổng lồ, Webb sẽ quan sát những thế giới này bằng kỹ thuật chuyển tiếp. Kỹ thuật hình ảnh trực tiếp sẽ được sử dụng để nghiên cứu các hành tinh trẻ, khổng lồ cùng với môi trường mà các hành tinh hình thành và phát triển xung quanh các ngôi sao, được gọi là đĩa tiền hành tinh và đĩa mảnh vỡ.
“Một cuộc quan sát ngoại hành tinh cụ thể sẽ được thực hiện với Webb liên quan đến việc thu thập các quan sát trong quỹ đạo của một hành tinh để cho phép các phép đo về thành phần khí quyển và động lực học. Tôi đang tham gia vào một chương trình quan sát người khổng lồ khí HD 80606b như một phần của năm quan sát đầu tiên của Webb. Vì quỹ đạo của HD 80606 b cực kỳ lệch tâm (không tròn) và dài (111 ngày), nên lượng năng lượng mà hành tinh nhận được từ ngôi sao của nó dao động từ khoảng 1 đến 950 lần so với năng lượng Trái đất nhận được từ Mặt trời! Điều này dẫn đến sự biến đổi nhiệt độ cực lớn, được dự đoán là có thể khiến các đám mây nhanh chóng hình thành và tan biến trong bầu khí quyển của hành tinh trên những khoảng thời gian rất ngắn. Nhóm khoa học của chúng tôi sẽ thăm dò động lực học đám mây được dự đoán này trong thời gian thực trong quá trình quan sát liên tục ~ 18 giờ đối với HD 80606 b khi nó đi qua phía sau ngôi sao của mình, sử dụng công cụ NIRSpec trên Webb để đo ánh sáng nhiệt từ bầu khí quyển của hành tinh.
Cấu hình quỹ đạo của HD 80606 b được hiển thị cùng với các biến thể nhiệt độ dự kiến khi quan sát từ Trái đất và Webb ở một số pha quỹ đạo. “Bắt đầu” và “kết thúc” theo kế hoạch của khoảng thời gian ~ 18 giờ quan sát Webb được chỉ ra. Tín dụng: phỏng theo de Wit et al. 2016; lịch sự của James Sikora
“Ngoài những gã khổng lồ về khí đốt, một số Mục tiêu của ngoại hành tinh Webb trong năm quan sát đầu tiên của nó là những ngôi sao nhỏ và có quỹ đạo nhỏ hơn và mát hơn Mặt trời, được gọi là sao lùn M. Trong khi khám phá ngoại hành tinh bắt đầu khoảng 30 năm trước, nhiều hành tinh nhỏ trong số những hành tinh nhỏ xung quanh sao lùn M chỉ mới được phát hiện trong vài năm qua bằng các cuộc khảo sát như Tess. Các quan sát của Webb sẽ bắt đầu tiết lộ sự đa dạng của khí quyển tồn tại trên các hành tinh nhỏ này bằng cách tìm kiếm bằng chứng về các phân tử như nước, carbon dioxide và mêtan trong khí quyển của chúng. Bởi vì sao lùn M thường hoạt động mạnh hơn nhiều so với Mặt trời và có các tia sáng sao tràn đầy năng lượng có khả năng tách bầu khí quyển ra khỏi các hành tinh này, các quan sát của Webb thậm chí có thể tiết lộ rằng một số hành tinh nhỏ này hoàn toàn không có bầu khí quyển.
Hình minh họa của nghệ sĩ này cho thấy ba hành tinh nhỏ được TESS phát hiện xung quanh một ngôi sao lùn M được gọi là L 98-59. Các hành tinh c và d chỉ lớn hơn Trái đất 1.4 và 1.6 lần và sẽ được quan sát trong năm khoa học đầu tiên của Webb. Tín dụng: Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA
“Với việc TESS và các cuộc khảo sát khác đang tiếp tục khám phá các hành tinh khác trong thiên hà của chúng ta với tốc độ đều đặn và Webb chuẩn bị nghiên cứu bầu khí quyển của nhiều thế giới mới được phát hiện này, các cuộc phiêu lưu ngoài hành tinh của chúng ta theo nhiều cách mới chỉ bắt đầu.”
- Knicole Colón, phó dự án khoa học của Webb về khoa học ngoại hành tinh, Trung tâm Chuyến bay Vũ trụ Goddard của NASA
Stefanie Milam, Phó nhà khoa học dự án Webb về khoa học hành tinh, NASA Goddard
Jonathan Gardner, Phó nhà khoa học cấp cao của dự án Webb, NASA Goddard