Nhìn thấy qua tia Hồng Ngoại
–
So sánh Tinh vân Carina trong ánh sáng nhìn thấy (trái) và hồng ngoại (phải), cả hai đều là hình ảnh của Hubble. Trong hình ảnh hồng ngoại, chúng ta có thể nhìn thấy nhiều ngôi sao hơn mà trước đây không thể nhìn thấy. Theo: NASA / ESA / M. Nhóm kỷ niệm 20 năm Livio & Hubble (STScI)
Tổng Quát
Viễn Vọng kính Webb được gọi là sự thay thế cho Hubble, nhưng chúng tôi ưa gọi nó là kế nhiệm. Xét cho cùng, Webb là người kế thừa khoa học của Hubble; các mục tiêu khoa học của nó được thúc đẩy bởi các kết quả từ Hubble. Khám phá khoa học của Hubble đã thúc đẩy chúng ta tìm kiếm những bước sóng dài hơn để “vượt xa” những gì Hubble đã làm. Đặc biệt, các vật thể ở xa hơn bị chuyển đỏ nhiều hơn, và ánh sáng của chúng bị đẩy từ tia cực tím và quang học sang tia hồng ngoại gần. Vì vậy, việc quan sát những vật thể ở xa này (như những thiên hà đầu tiên hình thành trong Vũ trụ chẳng hạn) cần phải có kính thiên văn hồng ngoại.
Đây là lý do khác mà Webb không phải là sự thay thế cho Hubble; khả năng của nó không giống nhau. Webb chủ yếu sẽ quan sát Vũ trụ bằng tia hồng ngoại, trong khi Hubble nghiên cứu vũ trụ qua các bước sóng quang học và tia cực tím (mặc dù nó có một số khả năng hồng ngoại). Webb cũng có một tấm kính lớn hơn nhiều so với Hubble. Khu vực thu thập ánh sáng lớn hơn này có nghĩa là Webb có thể quay ngược thời gian xa hơn những gì Hubble có thể làm. Hubble đang ở trong quỹ đạo rất gần trái đất, trong khi Webb sẽ ở cách 1,5 triệu km (km) tại điểm Lagrange (L2) thứ hai.
Thêm Chi Tiết
Đọc tiếp để khám phá một số chi tiết về ý nghĩa của những khác biệt này.
Bước Sóng
+
Phổ EM và các vệ tinh.
Webb sẽ quan sát chủ yếu trong vùng hồng ngoại và sẽ có bốn công cụ khoa học để chụp ảnh và quang phổ của các vật thể thiên văn. Các thiết bị này sẽ cung cấp vùng phủ sóng từ 0,6 đến 28 micromet (hoặc “microns”; 1 micron là 1,0 x 10 -6 mét). Phần hồng ngoại của quang phổ điện từ đi từ khoảng 0,75 micrômét đến vài trăm micrômet. Điều này có nghĩa là các thiết bị của Webb sẽ hoạt động chủ yếu trong phạm vi hồng ngoại của phổ điện từ, với một số khả năng trong phạm vi nhìn thấy (đặc biệt là ở phần màu đỏ và lên đến màu vàng của quang phổ nhìn thấy được).
Các thiết bị trên Hubble có thể quan sát một phần nhỏ của phổ hồng ngoại từ 0,8 đến 2,5 micron, nhưng khả năng chính của nó là ở các phần cực tím và có thể nhìn thấy được của quang phổ từ 0,1 đến 0,8 micron.+
Hình ảnh qua hồng ngoại và nhìn thấy được của Hubble đối với Tinh vân Đầu Khỉ. Nhà cung cấp hình ảnh: Lời xác nhận của NASA và ESA: Nhóm Di sản Hubble (STScI / AURA) và J. Hester
Tại sao các quan sát hồng ngoại lại quan trọng đối với thiên văn học? Các ngôi sao và hành tinh vừa mới hình thành nằm ẩn sau những lớp bụi kén hấp thụ ánh sáng nhìn thấy được. (Điều này cũng đúng đối với chính trung tâm của thiên hà của chúng ta.) Tuy nhiên, ánh sáng hồng ngoại do các vùng này phát ra có thể xuyên qua tấm vải che phủ đầy bụi này và tiết lộ những gì bên trong.
Ở bên trái là hình ảnh ánh sáng hồng ngoại và ánh sáng nhìn thấy từ Kính viễn vọng Không gian Hubble của Tinh vân “Đầu Khỉ”, một vùng hình thành sao. Một tia vật chất từ một ngôi sao mới hình thành có thể nhìn thấy ở một trong các trụ, ngay phía trên và bên trái tâm trong hình ảnh bên phải. Một số thiên hà được nhìn thấy trong khung nhìn hồng ngoại, xa hơn nhiều so với các cột bụi và khí.
So Sánh Kích Thước
Kích Thước Tổng Thể
So sánh kích thước tổng thể của Webb và Hubble. Tín dụng: GSFChttps://www.youtube.com/embed/j3mk6tUokm4?rel=0&loop=1&playlist=j3mk6tUokm4&enablejsapi=1&html5=1&origin=https://www.jwst.nasa.govSo sánh kích thước gương của Webb và Hubble. Lưu ý tham chiếu con người ở dưới cùng cho tỷ lệ. Tín dụng: GSFC
Kích Thước Gương
Webb có một tấm gương chính đường kính khoảng 6,5 mét giúp cho nó một vùng thu thập lớn hơn đáng kể so với các tấm gương có sẵn trên thế hệ kính thiên văn vũ trụ hiện tại. Gương của Hubble có đường kính nhỏ hơn nhiều 2,4 mét và diện tích thu thập tương ứng của nó là 4,5 m 2 , mang lại cho Webb diện tích thu thập nhiều hơn khoảng 6,25 lần ( xem tính toán )! Webb sẽ có trường nhìn lớn hơn đáng kể so với camera NICMOS trên Hubble (bao phủ hơn ~ 15 lần diện tích) và độ phân giải không gian tốt hơn đáng kể so với kính viễn vọng không gian Spitzer hồng ngoại.
Kích Thước Kính Chắn Nắng
Tấm chắn nắng của Webb có kích thước khoảng 22 mét x 12 mét (69,5 ft x 46,5 ft). Nó lớn bằng một nửa chiếc máy bay 737. Tấm che nắng có kích thước bằng một sân tennis.
Quỹ Đạo
Trái đất cách Mặt trời 150 triệu km và mặt trăng quay quanh trái đất ở khoảng cách xấp xỉ 384.500 km. Kính viễn vọng không gian Hubble quay quanh Trái đất ở độ cao ~ 570 km so với nó. Webb sẽ không thực sự quay quanh Trái đất – thay vào đó nó sẽ nằm ở điểm Lagrange của Trái đất-Mặt trời L2, cách 1,5 triệu km!
Webb sẽ quay quanh mặt trời cách Trái đất 1,5 triệu km (1 triệu dặm) tại điểm được gọi là điểm Lagrange thứ hai hay L2. (Lưu ý rằng những đồ họa này không được chia theo tỷ lệ.)
Bởi vì Hubble đang ở trong quỹ đạo Trái đất, nó có thể được phóng vào không gian bởi tàu con thoi. Webb sẽ được phóng trên hỏa tiễn Ariane 5 và vì nó sẽ không ở trong quỹ đạo Trái đất nên nó không được thiết kế để phục vụ cho tàu con thoi.+
Điểm Lagrange.
Tại điểm L2 lá chắn mặt trời của Webb sẽ chặn ánh sáng từ Mặt trời, Trái đất và Mặt trăng. Điều này sẽ giúp Webb luôn mát mẻ, điều này rất quan trọng đối với kính thiên văn hồng ngoại.
Khi Trái đất quay quanh Mặt trời, Webb sẽ quay xung quanh nó – nhưng vẫn cố định ở cùng một vị trí với mối quan hệ với Trái đất và Mặt trời, như thể hiện trong biểu đồ bên trái. Trên thực tế, các vệ tinh quay quanh điểm L2, như bạn có thể thấy trong sơ đồ – chúng không hoàn toàn bất động tại một điểm cố định.
Webb Sẽ Nhìn Thấy Bao Xa?
+
Nhìn lại vũ trụ: NASA và Ann Feild [STScI]
Bởi vì thời gian ánh sáng truyền đi, một vật ở càng xa thì chúng ta càng nhìn ngược thời gian.
Hình minh họa này so sánh các kính thiên văn khác nhau và chúng có thể nhìn được bao xa. Về cơ bản, Hubble có thể nhìn thấy tương đương với “thiên hà trẻ mới biết đi” và Kính viễn vọng Webb sẽ có thể nhìn thấy “thiên hà bé”. Một lý do khiến Webb có thể nhìn thấy những thiên hà đầu tiên là vì nó là kính thiên văn hồng ngoại. Vũ trụ (và do đó các thiên hà trong đó) đang giãn nở. Khi chúng ta nói về những vật thể ở xa nhất, Thuyết tương đối rộng của Einstein thực sự phát huy tác dụng. Nó cho chúng ta biết rằng sự giãn nở của vũ trụ có nghĩa là không gian giữa các vật thể thực sự giãn ra, khiến các vật thể (thiên hà) di chuyển ra xa nhau. Hơn nữa, bất kỳ ánh sáng nào trong không gian đó cũng sẽ giãn ra, chuyển bước sóng của ánh sáng đó sang bước sóng dài hơn. Điều này có thể làm cho các vật thể ở xa rất mờ (hoặc không nhìn thấy được) ở các bước sóng ánh sáng nhìn thấy được, bởi vì ánh sáng đó đến với chúng ta là ánh sáng hồng ngoại. Kính thiên văn hồng ngoại, như Webb, là lý tưởng để quan sát các thiên hà sơ khai này.
Còn Herschel Thì Sao?
+
Hình ảnh hồng ngoại của Thiên hà Tiên nữ (M31) do Herschel chụp (màu cam) với hình ảnh tia X từ XMM-Newton chồng lên nó (màu xanh lam). Hình ảnh từ: ESA / Herschel / SPIRE / PACS / HELGA; ESA / XMM / EPIC / OM
Đài quan sát không gian Herschel là một kính thiên văn hồng ngoại do Cơ quan Vũ trụ Châu Âu chế tạo – nó cũng quay quanh điểm L2 (nơi sẽ đặt Webb).
Sự khác biệt cơ bản giữa Webb và Herschel là dải bước sóng: Webb đi từ 0,6 đến 28,5 micrômét; Herschel dài từ 60 đến 500 micron. Webb cũng lớn hơn, với gương xấp xỉ 6,5 mét so với 3,5 mét của Herschel.
Các dải bước sóng đã được lựa chọn bởi các khoa học khác nhau: Herschel tìm kiếm các cực, các thiên hà hình thành sao tích cực nhất, phát ra hầu hết năng lượng của chúng trong vùng IR xa. Webb sẽ tìm ra những thiên hà đầu tiên hình thành trong vũ trụ sơ khai, mà nó cần độ nhạy cực cao trong vùng cận hồng ngoại.
Ở bên phải là hình ảnh hồng ngoại của Thiên hà Tiên nữ (M31) do Herschel chụp (màu cam) với hình ảnh tia X từ XMM-Newton chồng lên nó (màu xanh lam).
Dịch từ:
https://www.jwst.nasa.gov/content/about/comparisonWebbVsHubble.html#size
