Kính thiên văn không gian Hubble có một gương chính đường kính 2,4m. Kính thiên văn không gian Nancy Grace Roman (NGRST)* cũng có một gương với đường kính 2,4m, và Kính thiên văn Không gian James Webb (JWST) có một gương chính khổng lồ đường kính 6,5m. Tất cả những chiếc kính này đã được hoàn thành thiết kế cho mục tiêu của chúng, nhưng sẽ ra sao nếu … chúng ta có thể có những tấm gương lớn hơn thế nữa?
Gương có kích thước càng lớn thì lượng ánh sáng thu được sẽ càng nhiều. Điều này có nghĩa với những chiếc gương lớn hơn, chúng ta sẽ có thể nhìn xa hơn về quá khứ để quan sát sự hình thành của các sao và thiên hà, thấy trực tiếp các ngoại hành tinh và tìm hiểu bản chất thực sự của vật chất tối.
Nhưng quá trình làm ra một chiếc gương lớn như vậy sẽ mất nhiều thời gian. Trước tiên cần đúc đĩa mài gương để tạo hình dạng cơ bản cho gương. Sau đó, phải làm cứng lớp thủy tinh bằng việc nung nóng và để nguội từ từ. Kế tiếp, thực hiện mài tinh và mài bóng chiếc gương thành hình dạng như mong muốn, sau đó kiểm tra bề mặt của gương và tráng bạc. Với việc chế tạo các thấu kính có kích thước nhỏ hơn thì điều này không quá khó khăn, nhưng chúng ta muốn làm ra những chiếc thấu kính lớn hơn thế nhiều.
Vậy hãy xem xét tới ý tưởng sử dụng chất lỏng để chế tạo những chiếc thấu kính trong không gian có kích thước lớn hơn gấp 10 hay 100 lần như vậy. Và thời gian làm ra những chiếc kính này sẽ ngắn hơn đáng kể lượng thời gian dùng để chế tạo những chiếc thấu kính làm bằng thủy tinh.
Dự án Thí nghiệm Kính thiên văn Dạng lỏng (FLUTE) do nhà nghiên cứu chính Edward Balaban điều hành tại Trung tâm Nghiên cứu Ames ở Thung lũng Silicon của California. Các cộng sự tham gia thí nghiệm này bao gồm các nhà nghiên cứu của Ames tại Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard ở thành phố Greenbelt của bang Maryland (Mỹ), cùng với các nhà nghiên cứu tới từ đại học Technion của Viện Công nghệ Israel.
Mục tiêu của các nhà nghiên cứu là mong muốn chế tạo ra các thấu kính làm bằng chất lỏng trong không gian không những có kích thước lớn hơn các thấu kính làm bằng thủy tinh mà còn phải thu được hình ảnh có chất lượng cao hoặc tốt hơn về mặt quang học so với những thấu kính của các kính thiên văn được chế tạo đặt trên mặt đất. Và việc chế tạo chiếc kính dạng lỏng này chỉ cần tốn một lượng nhỏ thời gian.
Trong không gian, chất lỏng cuối cùng cũng sẽ tạo thành một hình cầu hoàn hảo. Để thử nghiệm quy trình này thì trước tiên các nhà nghiên cứu cần ở gần mặt đất và sử dụng nước làm trung gian cho việc tạo ra thấu kính dạng lỏng. Các nhà nghiên cứu cần đảm bảo rằng lượng nước đó phải có cùng tỷ trọng với polyme lỏng mà họ đang sử dụng làm thấu kính để tránh được tác động của lực hấp dẫn. Không cần trải qua bất kỳ quy trình cơ học nào, các polyme này được bơm vào các khung hình tròn ngập trong nước và sau đó đông cứng lại tạo thành các thấu kính tương đối hoặc tốt hơn so với khi chế tạo thấu kính sử dụng các kỹ thuật tiêu chuẩn.
Kế tiếp, nhóm nghiên cứu thực hiện hai chuyến bay quỹ đạo parabol không trọng lực (máy bay sẽ bay theo đường bay hình parabol để tạo ra tình trạng không trọng lực trong khoảng thời gian nhất định cho những người ngồi trên đó) để thử nghiệm kỹ hơn quy trình này. Các nhà nghiên cứu kiểm tra các loại dầu tổng hợp có độ nhớt khác nhau để xác định xem loại nào hoạt động tốt hơn. Những loại dầu sau khi được chọn lọc này sẽ được bơm vào các khung hình tròn có kích thước bằng đồng đô la Mỹ khi máy bay trong trạng thái rơi tự do, và lúc này các nhà nghiên cứu lại có thể tạo ra các thấu kính dạng lỏng đứng yên, mặc dù sau khi máy bay bắt đầu bay lên một lần nữa và lực hấp dẫn dần tác động thì các chất lỏng này sẽ bị biến dạng.
Kế tiếp, thí nghiệm này được thực hiện trên tạm ISS sau khi tàu Axiom-1 (Axiom-1 là sứ mệnh thương mại với các phi hành gia tư nhân đầu tiên đặt chân lên trạm ISS - một chương trình hợp tác giữa Axiom, SpaceX và NASA) cập bến vào tối ngày 9 tháng 4 (theo giờ Việt Nam) với sự có mặt của Eytan Stibbe - người được dự kiến sẽ thực hiện thí nghiệm này. Tại đây, các nhà nghiên cứu sẽ bổ sung sử dụng thêm ánh sáng tử ngoại hoặc nhiệt độ để làm cứng chất lỏng nhằm giúp các nhà nghiên cứu tại trung tâm Ames trên Trái Đất có thể kiểm tra và thử nghiệm các thấu kính.
Nếu thí nghiệm này thành công thì đây là lần đầu tiên một bộ phận quang học được tạo ra trong không gian và cũng là bước khởi đầu cho một phương pháp mới dùng để chế tạo kính thiên văn ngoài không gian. Đây cũng sẽ là một cuộc cách mạng của ngành sản xuất ngoài không gian và thời gian cần để chế tạo một chiếc kính thiên văn ngoài không gian sẽ giảm đi đáng kể. Và chúng ta sẽ được thấy nhiều điều thú vị.
(*):NGRST là kính thiên văn không gian hoạt động ở dải bước sóng hồng ngoại của NASA có mục tiêu tìm hiểu về vật chất tối, năng lượng tối, cùng các đối tượng thuộc lĩnh vực vật lý thiên văn hồng ngoại. Chiếc kính này được dự định phóng lên không gian vào năm 2027. Tên chiếc kính được đặt theo tên của nhà thiên văn nữ người Mỹ nổi tiếng, người đã có những đóng góp quan trọng vào việc phân loại và chuyển động của các sao, đồng thời là nữ giám đốc điều hành đầu tiên của NASA.
Hồng Anh
Theo Universe Today
