Đài thiên văn ELT giữa sa mạc Chile: Kính viễn vọng lớn nhất thế giới trong tương lai

Các đài quan sát thiên văn lớn trên thế giới sắp có một đối thủ đáng gờm, đó là Kính thiên văn ELT đang được xây dựng ở Chile. Một khi hoàn thành, nó sẽ là kính thiên văn quang học lớn nhất thế giới. Kính thiên văn này đang được cơ quan Nghiên cứu thiên văn châu Âu tại Nam bán cầu (ESO) xây dựng với chi phí khoảng 1,4 tỷ đô la. Tính năng nổi bật nhất của ELT là khả năng phát hiện, thậm chí chụp được ảnh của các ngoại hành tinh.

ELT đang được xây dựng trên đỉnh Cerro Armazones nằm giữa Sa mạc Atacama của Chile. Núi này từng cao 3.064 mét nhưng chiều cao đã bị gọt bớt 18 mét để xây dựng ELT vào tháng 6/2014.

Khi quan sát thiên văn ở dưới thấp thì nhiều yếu tố như gió, ô nhiễm ánh sáng, hơi nước và bụi sẽ làm biến dạng hình ảnh quan sát được từ các ngôi sao. Vì vậy đài quan sát ELT cần được xây trên đỉnh núi để có thể vượt lên cao càng nhiều càng tốt. Do ở xa các đô thị, Cerro Armazones cũng rất tối và nguồn sáng le lói duy nhất đến từ thành phố Antofagasta nằm cách đó 36 km.


Mái vòm của đài ELT trên đỉnh Cerro Armazones.

Cấu tạo

Gương elip chính (M1) của ELT có đường kính 39 mét, được tạo thành từ 798 tấm kính hình lục giác, mỗi tấm rộng 1,5 mét và dày 5 cm. Ngoài ra còn cần thêm 151 tấm nữa để dự phòng. Vào tháng 6/2024, tất cả 949 tấm kính đã được làm xong bởi công ty quang học Schott của Đức.


Tấm kính thứ 949 của ELT.

Ngoài gương chính M1, ELT còn có 4 gương khác nhỏ hơn. Ánh sáng được thu thập bởi gương chính sẽ phản xạ lên gương phụ M2, đường kính 4,2 mét. Sau đó nó đi qua một lỗ trên gương M4 có đường kính 2,4 mét, để tiếp tục phản xạ lên gương thứ ba (M3) đường kính 3,8 mét. Tiếp theo, M4 sẽ nhận ánh sáng khi được M3 phản xạ trở lại. Cuối cùng, M4 chuyển hướng, rọi ánh sáng đến gương thứ năm (M5) và gương này sẽ tập trung ánh sáng đến các thiết bị khoa học khác.


Đường đi của ánh sáng qua các gương trên ELT.

Khả năng quang học

Dù nằm trên độ cao hơn 3.000 mét, nhưng tầm nhìn của ELT vẫn phụ thuộc ít nhiều vào sự tác động của bầu khí quyển và điều này sẽ hạn chế độ phân giải của nó. Để khắc phục điều này thì ELT sẽ được tích hơp công nghệ quang học thích ứng.

Là công nghệ đã có từ thập niên 90, quang học thích ứng là việc chiếu các tia laser lên trời để kích thích những nguyên tử natri trong khí quyển, khiến chúng phát sáng và tạo ra một "ngôi sao" nhân tạo. Sau đó, máy tính sẽ theo dõi sự nhấp nháy của các "ngôi sao" này và hàng ngàn bộ truyền động sẽ thay đổi liên tục hình dạng của gương để giúp tầm nhìn trở nên trong và rõ.

ELT thậm chí còn áp dụng hệ thống quang học thích ứng kép với cấp độ đầu tiên được tích hợp vào gương M4. Gương này chứa hơn 5.000 bộ truyền động có thể thay đổi hình dạng của nó hàng nghìn lần mỗi giây. Cấp tiếp thep là hệ thống MORFEO, gồm hai gương có thể biến đổi hình dạng để khắc phục sự nhiễu loạn ở 3 độ cao khác nhau trong bầu khí quyển. Tất cả chúng sẽ hoạt động phối hợp với một thiết bị cận hồng ngoại gọi là MICADO.


MORFEO và MICADO.

Gương của kính thiên văn càng lớn thì càng thu được nhiều ánh sáng. ESO cho biết ELT sẽ thu được nhiều ánh sáng gấp 15 lần so với kính thiên văn Gran Telescopio Canarias và có độ sắc nét gấp 15 lần Kính viễn vọng Không gian Hubble. Để đạt được mục tiêu chụp ảnh trực tiếp các ngoại hành tinh và mô tả bầu khí quyển của chúng, ELT cần phải có đường kính 39 mét.

Mục tiêu nghiên cứu của ELT

Có tám lĩnh vực khoa học chính mà ELT sẽ tập trung nghiên cứu là Hệ mặt trời, ngoại hành tinh, các ngôi sao, hố đen, thiên hà, vũ trụ học, vật lý cơ bản và những khám phá bất ngờ.

Với Hệ mặt trời, ELT sẽ thăm dò bầu khí quyển của các hành tinh khí khổng lồ, cũng như nghiên cứu núi lửa và núi băng trên các mặt trăng của Sao Mộc và Sao Thổ. ELT cũng sẽ xem xét các ngoại hành tinh, ngoài việc chụp ảnh các hành tinh đất đá nằm trong vùng có thể ở được của những ngôi sao mà chúng quay quanh, nó còn có thể mô tả bằng quang phổ bầu khí quyển của các ngoại hành tinh đó.

Máy quang phổ tán xạ cao Armazones Echelle (ANDES) của ELT sẽ giúp phát hiện hơi nước, oxy và mêtan trong bầu khí quyển của các hành tinh đó. ELT cũng có thể phát hiện ra các mặt trăng hình thành quanh các hành tinh đó nhờ Máy chụp ảnh và quang phổ METIS.


So sánh kích thước của ELT với đài thiên văn VLT và đấu trường Colosseum.

Nhờ máy quang phổ HARMONI, ELT sẽ thực hiện được các quan sát về hố đen. Đặc biệt, ELT có thể quan sát được những thứ mà chưa ai từng thấy và chụp ảnh các thiên thể quen thuộc với độ chi tiết chưa từng có.

Tháng 5/2017, ELT được khởi công và mái vòm cao 80 mét đã xây được phân nửa vào tháng 7/2023. Tấm kính cuối cùng cũng đã được Schott làm xong và đem đi đánh bóng trước khi chuyển đến Chile. Nhưng phải tới năm 2027, ESO mới dự kiến lắp đặt các tấm kính và vận hành thử vào năm 2028. Sau khi thử nghiệm và hiệu chuẩn xong, ELT sẽ chính thức tiến hành hoạt động khoa học vào cuối thập niên này.

Theo [1], [2].