Kính thiên văn Roman của NASA sẽ sử dụng gương biến hình để tìm kiếm "Trái Đất 2.0"

Kính thiên văn không gian Nancy Grace Roman sắp tới của NASA được kỳ vọng sẽ cách mạng hóa việc khám phá các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời thông qua một "màn ảo thuật" tinh vi nhằm làm biến mất ánh sáng sao. Bằng cách sử dụng công nghệ kiểm soát mặt sóng chủ động (active wavefront control) tiên tiến, sứ mệnh này nhằm mục đích chụp ảnh trực tiếp các hành tinh vốn trước đây thường bị che lấp bởi ánh sáng chói lòa từ ngôi sao chủ của chúng.

Độ chính xác của Công nghệ Kiểm soát Mặt sóng Chủ động

Trong khi các đài quan sát hiện nay như Kính thiên văn Hubble và James Webb (JWST) sử dụng các thiết bị đo vành nhật hoa (coronagraph) cố định để chặn ánh sáng sao, chúng thường gặp khó khăn với ánh sáng chói lạc do những khiếm khuyết vi mô trên gương. Kính thiên văn không gian Roman tạo ra một bước chuyển đổi mô hình: thiết bị đo vành nhật hoa "chủ động" đầu tiên được đưa vào không gian.

Trọng tâm của công nghệ này là hai chiếc gương biến dạng, mỗi chiếc có một lưới gồm 48x48 bộ truyền động (actuators) sắp xếp theo dạng bàn cờ. Những piston siêu nhỏ này hoạt động như những ngón tay vi mô, áp dụng điện áp để kéo một tấm kính mỏng. Độ chính xác đạt mức kinh ngạc; các gương có thể biến dạng chỉ khoảng 10 picomet — xấp xỉ 1/10 đường kính của một nguyên tử hydro. Điều này cho phép kính thiên văn thực hiện "kiểm soát mặt sóng chủ động", hoạt động hiệu quả như một chiếc tai nghe chống ồn dành cho ánh sáng. Bằng cách tạo hình bề mặt gương để triệt tiêu các sóng ánh sáng không mong muốn, hệ thống tạo ra một vùng tối "hình bánh doughnut" xung quanh ngôi sao, mở ra một cửa sổ rõ nét để quan sát các hành tinh lân cận.

Vượt xa kỷ nguyên "Sao Mộc nóng"

Cho đến nay, hầu hết các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời được chụp ảnh đều là các "Sao Mộc nóng" (Hot Jupiters) — những hành tinh khí khổng lồ, rực sáng và quay cực kỳ gần ngôi sao chủ. Kích thước và nhiệt độ của chúng giúp chúng dễ dàng được phát hiện trong ánh sáng hồng ngoại, nhưng chúng không đại diện cho hệ Mặt Trời của chúng ta.

Kính thiên văn không gian Roman được thiết kế để lấp đầy khoảng trống này. Bằng cách cải thiện độ nhạy đối với các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời trước ánh sáng chói của sao lên tới 1.000 lần, nó sẽ có khả năng chụp ảnh trực tiếp các "hành tinh tương tự Sao Mộc" (Jupiter analogues). Đây là những hành tinh khí khổng lồ đã trưởng thành, mát hơn, quay quanh các ngôi sao giống Mặt Trời ở khoảng cách tương tự như Sao Mộc của chúng ta, chúng phản xạ ánh sáng thay vì phát ra nhiệt lượng lớn. Khả năng này đại diện cho một bước đệm quan trọng hướng tới mục tiêu cuối cùng là phát hiện các thế giới giống Trái Đất.

Bước nhảy vọt về Quy mô Quan sát

Kính thiên văn không gian Roman không chỉ nói về độ chính xác; nó còn là về quy mô. Được trang bị camera trường rộng 300 megapixel, kính thiên văn sẽ chụp được những hình ảnh có diện tích lớn hơn khoảng 100 lần so với các lần phơi sáng rộng nhất của Hubble ở cùng độ phân giải.

Trường nhìn khổng lồ này, kết hợp với hình ảnh độ phân giải cao, cho phép các nhà thiên văn học chuyển từ việc "phỏng vấn một vài người" sang "thực hiện một cuộc điều tra dân số toàn cầu". Ngoài các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời, sứ mệnh còn có nhiệm vụ phát hiện khoảng 100.000 hành tinh mới thông qua hiện tượng vi thấu kính hấp dẫn (gravitational microlensing) và nghiên cứu các đặc tính bí ẩn của vật chất tối và năng lượng tối. Để đảm bảo ánh sáng không bị phản xạ lung tung trong các bộ phận máy móc bên trong, NASA thậm chí còn sử dụng "cỏ silicon" (silicon grass) — một bụi gai vi mô được thiết kế để bẫy và hấp thụ các photon lạc.

Các điểm chính cần lưu ý

• Kiểm soát Mặt sóng Chủ động: Roman sử dụng hai gương biến dạng với hàng nghìn bộ truyền động để tạo hình ánh sáng, giúp cải thiện độ nhạy phát hiện hành tinh ngoài hệ Mặt Trời lên tới 1.000 lần so với công nghệ hiện tại.
• Tìm kiếm các hành tinh tương tự Sao Mộc: Không giống như các sứ mệnh trước đây tập trung vào các "Sao Mộc nóng" khổng lồ, khả năng triệt tiêu ánh sáng sao của Roman cho phép chụp ảnh trực tiếp các hành tinh khí khổng lồ đã trưởng thành và mát hơn, tương tự như Sao Mộc của chúng ta.
• Quy mô chưa từng có: Với camera trường rộng 300 megapixel, sứ mệnh sẽ thực hiện một cuộc "điều tra dân số" vũ trụ, nhằm phát hiện 100.000 hành tinh ngoài hệ Mặt Trời mới và giải mã những bí ẩn liên quan đến năng lượng tối và vật chất tối.