Kể từ khi “trình làng” thế giới vào đúng một ngày lễ Giáng sinh, kính viễn vọng không gian lớn nhất từng được đưa lên bầu trời mang tên James Webb của NASA đã khiến các nhà thiên văn háo hức theo dõi quá trình triển khai và hoạt động phức tạp của công trình. Ngay lúc những dòng chữ của bài báo này lần đầu được đăng tải, Webb dự kiến sẽ đến được một nơi được gọi là “L2, điểm Lagrange thứ hai” của trục Trái đất-Mặt trời. 

Nếu tính theo hướng ngược lại với Mặt trời, đây là điểm trong không gian cách Trái đất khoảng 1,5 triệu km, nơi trọng lực tương hỗ giữa Mặt trời và Trái đất có khả năng giúp giữ một vệ tinh quay quanh đạt được chuyển động cân bằng. Giờ đây, với hoạt động của tổ hợp không gian này, cộng đồng thiên văn đang háo hức đón chờ một kỷ nguyên mới của những khám phá quan trọng. Đồng thời, đây cũng là lộ trình di chuyển gần đúng mà Webb sẽ du hành tại điểm L2, khi kính viễn vọng này quay quanh Mặt trời và Trái đất.

10 năm trước, một bài báo trên tờ The Conversation đã đề cập đến sự ra mắt của Webb, hậu duệ của kính viễn vọng không gian tiền nhiệm Hubble, hoàn chỉnh chuỗi thời gian 30 năm hiện thực với ngân sách tổng thể 10 tỷ đô la. Tại sao con người phải mất từng ấy thời gian và tiền bạc mới đưa được Webb vào quỹ đạo thành công? Bởi đây là kính thiên văn lớn nhất từng được đưa vào không gian với một gương tráng vàng có đường kính 6,5m, bề thế hơn nhiều so với kích cỡ chỉ 2,4m của Hubble. Với kích thước bề thế và cấu trúc phức tạp như vậy, khoa học phải tốn thời gian để nỗ lực giải xong bài toán khó hầu cuối cùng toàn bộ kỳ tích đã được gấp lại nằm gọn bên trong phần mũi hình nón của tên lửa Ariane.

Thứ đến không thể không đề cập đến hai kỳ quan kỹ thuật chính mà Webb đã có được. Để một kính thiên văn bề thế tạo ra được hình ảnh có độ sắc nét nhất, bề mặt của gương cần phải được căn chỉnh theo một đường cong với độ chính xác cực cao. Đối với Webb, đòi hỏi khắt khe này có nghĩa là, khi kính mở ra và tự định vị 18 đoạn lục giác của gương chính và cả gương phụ, độ chính xác cần đạt đến 25 phần tỷ mét. Ngoài ra, do Webb sẽ quan sát ánh sáng hồng ngoại, vì vậy nó phải được giữ ở mức nhiệt độ cực kỳ lạnh (khoảng -233 ℃) để tối đa hóa độ nhạy của gương.

Những đòi hỏi khắt khe như thế khiến kính phải được đặt cách xa nguồn nhiệt và ánh sáng là Trái đất. Webb cũng phải được bảo vệ hoàn toàn khỏi Mặt trời bằng một tấm chắn nắng phản chiếu nhiều lớp có độ dài đến 20m. Tất cả các hoạt động triển khai tàu vũ trụ chính phóng Webb, bao gồm cả thao tác mở gương chính và kính che nắng, đều đã được hoàn thành cẩn mật, trừ một vài chi tiết nhỏ không đáng kể.

Nhiệm vụ chính của đại kính viễn vọng Webb là sẽ truy vết sự ra đời của những ngôi sao và thiên hà đầu tiên trong hệ vũ trụ sơ khai. Thu nhận ánh sáng từ những thiên hà rất xa xôi truyền qua vùng không gian rộng 13,8 tỷ năm ánh sáng sẽ là một trong các nhiệm vụ của Webb. Bức xạ cực tím có năng lượng cực lớn từ các ngôi sao trẻ, nóng và có khối lượng lớn sẽ được Webb nhận dưới dạng ánh sáng hồng ngoại.

Đây là lý do tại sao gương của đại kinh thiên văn này lại được tráng bằng vàng, bởi so với bạc hoặc nhôm, vàng là chất phản xạ tốt hơn với ánh sáng hồng ngoại và ánh sáng đỏ. So với Hubble, Webb nhận sóng hồng ngoại tốt từ khoảng cách xa hơn nhiều. Nó cũng nhạy hơn - tới một triệu lần - so với các loại kính thiên văn đặt trên mặt đất, nơi ánh sáng từ các thiên hà xa xôi bị cản lại bởi sự phát xạ hồng ngoại của bầu khí quyển nhiệt vốn hiện diện quanh Trái đất.

Do trước đây công nghệ bị nhiều hạn chế nên hàng tỷ năm đầu tiên của lịch sử vũ trụ hầu như chưa được khám phá, khiến ta không biết những ngôi sao đầu tiên được hình thành khi nào và ra sao. Đây là điều đau đầu với những nhà thiên văn muốn tìm lời giải đáp. Bởi khi các ngôi sao tạo ra nguyên tố nặng lúc chúng chết thì chính những nguyên tố này lại gây ô nhiễm và thay đổi tầng khí giữa các vì sao trong thiên hà khiến chúng tự tan rã để hình thành các thế hệ sao mới sau này gây nhiễu và tạo khó khăn cho nghiên cứu. Từ đó khoa học đang nhận định, một cách e dè, sự hình thành từ khí nguyên sinh có thể có ảnh hưởng lớn đến đặc tính của các quần thể sao đầu tiên.

Ngoài nhiệm vụ nghiên cứu vũ trụ sơ khai, kính đại viễn vọng Webb còn gánh trọng trách là một “Đài thiên văn vĩ đại” của NASA và sẽ hỗ trợ nhiều dự án quan trọng khác. Nhờ Webb, các nhà khoa học sẽ có đủ khả năng quan sát các vùng thiên văn bị mây bụi che khuất, thế giới ẩn náu của các lỗ đen siêu lớn, hoặc những vùng sao cường độ cao ẩn khuất trong thiên hà và các vùng khác. Webb cũng đủ nhạy với các vật thể lạnh nhất, bao gồm các ngôi sao có khối lượng siêu nhỏ và các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác trong dải Ngân hà.

So với Hubble, một cải tiến lớn của Webb là được trang bị quang phổ tốt hơn giúp phân tích dễ dàng ánh sáng thành các thành phần bước sóng. Lợi điểm này cho phép các nhà thiên văn đo lường được độ lệch đỏ vũ trụ của các thiên hà một cách chính xác, và biết rõ chúng được tạo thành từ những nguyên tố nào. Điều thiết yếu cụ thể nữa là Webb sẽ giúp con người tìm thấy các phân tử như nước, amoniac, carbon dioxide và nhiều chất khác trong hệ mặt trời, dải Ngân hà và các thiên hà lân cận. Nhờ Webb, bầu khí quyển của các hành tinh xung quanh các ngôi sao gần đó cũng được giải mã, một điểm lợi thú vị cho việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất.

Trong vài tháng tới, các nhà thiên văn chờ đợi thu thập những dữ liệu đầu tiên từ kính đại thiên văn. Quá trình này sẽ mất nhiều tuần để chờ kính nguội dần, đạt đến nhiệt độ hoạt động tối ưu. Với kính Webb, con người kỳ vọng sẽ quan sát được một kỷ nguyên vũ trụ u minh trước đây, thuở các điều kiện vật chất rất khác với những gì đang có ở vũ trụ hiện đại. Điều đó không bất ngờ, bởi lịch sử thiên văn học từng cho thấy, con người luôn có thể mong đợi những khám phá thay đổi "không tiền khoáng hậu”.