“Để nhìn được một vật, ta cần ánh sáng từ vật đó truyền tới mắt ta.” Tôi nhai đi nhai lại câu này từ hồi lớp 7. Khoa học cũng như viết lách, đều có vai trò của một người quan sát gọi tên những thứ hiển nhiên ra thành lời. Từ đó trở đi, trải nghiệm của tôi về ánh sáng không bao giờ còn như trước nữa. Khi nhìn thấy một vật với màu sắc của nó, đầu tôi lại vang lên câu này.
Trong công cuộc cố gắng quan sát mọi thứ, loài người chiếu ánh sáng lên khắp nơi, kể cả những thứ vốn vô hình, với hi vọng luồng ánh sáng hắt lại sẽ cho ta biết thêm điều gì đó. Ta chiếu ánh sáng vào người đang hắt xì để theo dõi luồng khí biến động chạy khỏi mũi và miệng họ. Ta chiếu ánh sáng từ các nguồn sáng khác nhau để xem khi chúng tương tác thì tạo thành cái gì. Ta cho ánh sáng chạy tới và phản xạ qua vài cái gương để đo tốc độ của chính nó. Vân vân, có nhiều trò với ánh sáng lắm.
Còn nhớ lần đầu tiên được sở hữu một cái ống nhòm, đeo nó lên cổ rồi đội cái mũ rộng vành vào, tôi tự cho mình là một nhà thám hiểm. Cái ống nhòm bằng nhựa rẻ tiền phủ sơn màu bạc cũng rẻ tiền. Thân ống ngắn hơn gang tay của một đứa trẻ 9 tuổi, bầu bầu như hai trái bắp được ghép lại với nhau bằng một cái báng nối ở giữa. Dù rẻ tiền, trên cái báng vẫn có một nút xoay. Táy máy một hồi tôi mới biết nút này có thể thay đổi khoảng cách giữa thấu kính phía gần mắt (thị kính) và thấu kính hướng về phía vật (vật kính). Vặn vặn cũng rõ nét hơn đấy, đừng đùa.
Và loài người vừa phóng cái “ống nhòm” 10 tỉ đô la Mỹ lên vũ trụ.
Nhen nhóm ý tưởng từ năm 1999, sau 3 thập kỉ lên kế hoạch và bao lần trì hoãn thì chiếc kính thiên văn phản xạ hồng ngoại tên James Webb Telescope (JWT) này đã được đưa lên thành công vào Giáng sinh năm 2021 bởi NASA, ESA và CSA. Các nhà khoa học dự đoán nó có thể viết lại lịch sử hiểu biết của loài người về vũ trụ … nếu nó hoạt động trơn tru. Vì nó có thể nhìn rất rất xa vào quá khứ.
Hả? Quá khứ đâu ra mà nhìn? Tôi tự hỏi.
Trong môi trường chân không, ánh sáng truyền đi với tốc độ gần 300.000.000 mét trên giây. Tưởng tượng bạn bay quãng đường Hà Nội – Thành phố Hồ Chí Minh 25 lần trong vòng một giây đi, ánh sáng nhanh cỡ đó đấy. Nhưng đừng quên, ánh sáng vẫn mất thời gian để dịch chuyển. Chẳng hạn, ước tính một tia sáng phát ra từ mặt trời phải đi cỡ 8 phút để đến được Trái đất. Những thứ bạn đang ngắm nhìn bằng mắt thường bây giờ không phải là livestream trực tiếp đâu, bạn chỉ đang xem lại chúng thôi. Nên theo cách hiểu này, bình thường bạn đã luôn nhìn vào quá khứ.
Vũ trụ ta ở trong vẫn đã và đang giãn nở. Mình đang đi ra xa hơn vị trí ban đầu nơi vũ trụ sinh ra. Tưởng tượng, nếu chúng ta đang ngồi trên một đoàn tàu nhìn người yêu đứng ở sân ga cầm điện thoại vẫy đèn flash như trong đại nhạc hội của Vũ., ánh sáng từ chỗ người ta đến bạn chỉ cần tích tắc để truyền đi thôi. Nhưng nếu quãng đường ấy vô cùng dài, ánh sáng này vừa mất thời gian để đuổi kịp bạn, bước sóng của nó lại bị kéo dãn tới mức bạn không còn nhìn thấy nó nữa.
Mấy ngôi sao thuỷ tổ của vũ trụ cũng vậy, dù có thể đã chết từ rất lâu nhưng ánh sáng của chúng giờ mới chạm tới chúng ta. Những chùm ánh-sáng-nhìn-thấy-được phát ra từ đây, qua một quãng đường xa trong khi vũ trụ phình to, cũng bị kéo giãn trở thành chùm ánh sáng hồng ngoại vô hình với người thường. Ý tưởng là, nếu nhìn được những chùm sáng vô hình ấy, ta có thể biết được chuyện gì xảy ra với các ngôi sao và hành tinh trong quá khứ, khi vũ trụ già cỗi ta đang ở trong còn trẻ.
Vậy làm sao để nhìn thấy những chùm ánh sáng hồng ngoại này? Đeo kính hồng ngoại như trong phim vào rồi bay ra ngoài không gian là xong? Đến đây thì căng!
Tất cả những thứ xung quanh chúng ta: cơ thể, mặt đất, bát phở bò, ngăn đá tủ lạnh hay Nam Cực, … đều phát ra bức xạ hồng ngoại. Và chúng sẽ lẫn lộn với chùm sáng hồng ngoại ta đang muốn quan sát. Vì vậy, để bắt được ánh sáng từ những ngôi sao nguyên thuỷ này, ta cần có chiếc kính thiên văn hồng ngoại thật bự, đặt ở nơi thật xa, thật lạnh.
Tôi đứng đó, trong căn nhà ở khu tập thể, giơ ống hướng ra ngoài ban công. Bạn còn nhớ lần đầu tiên mình nhìn bằng ống nhòm chứ? Khi toàn bộ trường nhìn thấy trước mắt co lại bằng một hình tròn với đường viền mờ mờ xung quanh.
Khi đeo ống nhòm lên, bạn được dịch chuyển tức thời. Không hẳn là cơ thể dịch chuyển, không phải, mà tâm trí của bạn dịch chuyển. Cửa sổ căn chung cư đối diện cách đó cả mấy trăm mét xen lẫn với tán lá cây như được kéo lại gần chỗ bạn đang chăm chú tọc mạch. Tâm trí của bạn được kéo đến chỗ đó, không còn ở nơi bạn đang đứng nữa. Rõ ràng, sự nâng cấp một giác quan sẽ làm bạn ham khám phá hơn. Đấy mới chỉ là cái ống nhòm bằng nhựa rẻ tiền của một đứa nhóc 9 tuổi thôi đấy.
Nếu coi người Trái đất là cư dân của toàn vũ trụ thì ai cũng bị … cận thị. Chúng ta có đôi mắt nhìn xa không tốt. Cùng lắm là mặt trăng hay mặt trời lúc hoàng hôn, còn lại thì chịu. Để nhìn xa hơn rất nhiều lần, ta dùng một loại ống nhòm đặc biệt gọi là kính thiên văn khúc xạ. Mà người càng cận nặng thì lại cần tròng kính càng dày. Thành ra để nhìn rất xa được, kính thiên văn kiểu này sẽ vừa to, nặng, lại cồng kềnh nên kém chính xác khi phải điều chỉnh. Hình của NASA/JPL-Caltech.
Đến đây ta cần một loại tốt hơn: kính thiên văn phản xạ. Mô hình của kính thiên văn phản xạ trông như thế này. Hình của NASA/JPL-Caltech.
Và bạn biết đấy, làm gương lớn thì dễ hơn làm thấu kính lớn. Gương dù bán kính to đến mấy cũng nhẹ hơn nhiều so với thấu kính với kích thước tương đương. Nên kính thiên văn phản xạ được ưa dùng hơn.
Tuy nhiên, không gian vũ trụ bụi bặm hơn cả Hà Nội mùa lạnh. Kính thiên văn phản xạ do tương tác với ánh sáng nhìn thấy được nên bó tay với màn bụi lớp lang dày đặc này. Nhưng kính thiên văn hồng ngoại lại có thể nhìn xuyên qua màn bụi vây quanh các thiên thể.
Để bắt được những chùm ánh sáng hồng ngoại mờ nhạt từ những thiên hà xa nhất trong vũ trụ này, JWT sẽ cần một chiếc kính phản xạ thật to, thật phẳng và có chất liệu tốt. To tới mức nào? Ở trạng thái đầy đủ nhất, nguyên cái kính JWT sẽ cao bằng một toà nhà 3 tầng và dài bằng một sân vận động tennis. Phẳng tới mức nào? Nếu ví chiếc kính phản xạ của JWT với kích thước của một lục địa, bề mặt lục địa này phải có đồi núi hoặc thung lũng không cao hơn một lần nhón gót chân bước đi của bạn. Cuối cùng, một lớp vàng mỏng được dát lên trên bề mặt của chiếc gương để đảm bảo chất lượng của ánh sáng hồng ngoại phản xạ trên đó.
Rất tiếc, Trái đất chưa có Wanda nên không thể phóng nguyên một toà nhà 3 tầng dài bằng một sân bóng tennis lên không gian được. Người ta gấp nó lại, nhét vào một đầu tên lửa và phóng lên. Và hi vọng rằng 29 ngày sau kể từ khi phóng, nó có thể tự dựng lại hình hài đầy đủ của mình. Những ngày cuối tháng 1 vừa qua, JWT đã đến được điểm Larange 2, nơi nó – Mặt trời – Trái đất thẳng hàng, rồi trổ ra thành công hình hài nguyên dạng của mình.
Quay quanh điểm Larange 2, JWT giương 5 lớp lá chắn hướng về phía Trái đất và Mặt trời, để chặn lớp nhiệt từ chúng làm ảnh hưởng tới kính. Chiếc lá chắn này tạo ra một sự cách biệt rất đáng kể về nhiệt độ, giữa 80 độ C bên kia và -235 độ C bên phía chiếc kính.
Với cái ống nhòm 10 tỉ đô, các nhà khoa học cũng vẫn xử sự như đứa trẻ 9 tuổi: họ sẽ nhìn chăm chú. Danh sách các đề tài nghiên cứu tận dụng kính JWT vẫn còn để mở. Chúng ta chưa biết chắc mình sẽ thu lại được những gì sau khi bỏ ra ngần ấy công sức. Họ sẽ làm gì với JWT? Ta có thể quét tìm sự sống ở các hành tinh nằm ngoài hệ mặt trời. Ta có thể xem các ngôi sao và hệ mặt trời được hình thành ra sao, liệu có phải là do các đám mây bụi bị hút bởi lực hấp dẫn tạo thành. Và nhất là, ta có thể biết được vũ trụ thời trẻ trông như thế nào. Chiếc kính Hubble, nhỏ hơn JWT 50 lần, có thể xem được vũ trụ cách Big Bang 500-400 triệu năm. Còn JWT được kì vọng sẽ giúp ta nhìn về quá khứ xa hơn nữa, tận 100-50 triệu năm sau Big Bang.
Lúc ấy, vũ trụ có gì? Tôi rất muốn biết.
Ảnh bài viết này sử dụng của NASA/Chris Gunn.
Bài viết có tham khảo từ: https://webb.nasa.gov/content/observatory/ote/mirrors/index.html, https://spaceplace.nasa.gov/telescopes/en/ , video bên dưới, https://www.space.com/17202-nasa-james-webb-space-telescope-mirrors.html, https://www.sciencedirect.com/topics/physics-and-astronomy/james-webb-space-telescope; https://www.quantamagazine.org/why-nasas-james-webb-space-telescope-matters-so-much-20211203/.
Hình JWT nguyên dạng JWST.NASA.GOV
Hình điểm Larange 2 của STScI.
