🛈. Đề dẫn.
①
Mục tiêu khoa học của Rubin Observatory là gì?
②
Camera số của Rubin Observatory to cỡ nào?
③
Ảnh của Rubin Observatory được “vận chuyển” ra sao?
④
Serendipity trong nghiên cứu khoa học là gì?
⑤
Đợi tương lai
⑥
Trải nghiệm ảnh “first light” của Rubin Observatory
~
Để giúp anh/chị
quyết định có đọc tiếp hay không, tôi xin phép cung cấp các thông tin liên quan
đến bài post này như sau:
·
Chủ
đề: Astronomy (Thiên
văn học)
·
Tính
thời sự: tháng 06/2025
·
Thời
gian đọc: 8 phút, kể cả
thời gian uống cà phê (uống cà phê xong là đọc xong)
-
Xin phép anh/chị
hôm nay chúng ta đàm luận về Rubin Observatory – tạm dịch là “Đài thiên
văn Rubin”, trong bài viết này tôi gọi tắt là Rubin. Năm 2022 (cách đây 3 năm)
người ta đã nói nhiều về đài thiên văn Webb – “đặt” tại điểm L2, cách Trái Đất
1.5 triệu km và đứng thẳng hàng với Trái Đất – Mặt Trời, có thể “soi” đến gần
“tâm” của vũ trụ (điểm nổ Big Bang). (Nếu rỗi anh/chị có thể tham khảo bài nhàn
đàm của tôi ở đây.) Tưởng thế là “khiếp” rồi chứ?! Nhưng gần đây báo chí là
rộ lên các bức ảnh vũ trụ của Rubin. Chắc phải có lý do nào đó chứ - chả nhẽ thừa
tiền để xây thêm các đài thiên văn mới?! 😊
🔭
① Mục
tiêu khoa học của Rubin Observatory là gì?
Sứ mệnh
chính của Rubin: chụp ảnh
liên tục toàn bộ bầu trời phía nam bán cầu trong vòng 10 năm, tạo ra một “bộ
phim” về vũ trụ.
Phim về bản chất
là chuỗi các ảnh (frame) sắp xếp theo thứ tự thời gian. Cách làm của
Rubin là cứ vài đêm chụp một ảnh. Sau 10 năm người ta ghép tập hợp các ảnh đó lại
thành một bộ phim. Phim này là phim về sự thay đổi của vũ trụ trong vòng 10
năm!
Chú ý rằng, các
đài thiên văn khác (như Webb) chỉ “chụp ảnh” vũ trụ - tức là chỉ ghi lại một
khoảnh khắc thời gian. Còn Rubin thì “quay phim” – về mặt nguyên tắc có thể
quan sát được sự biến đổi của vũ trụ.
Bằng việc quay
phim vũ trụ, các nhà khoa học kỳ vọng nhìn thấy các hiện tượng thay đổi “nhanh”
như phát hiện các siêu tân tinh (supernovae), các vụ nổ tia gamma, phát
hiện bất kỳ sao chổi hoặc tiểu hành tinh nào có thể di chuyển qua hệ mặt trời,
…
Ngoài sứ mệnh
chính, các nhà khoa học còn có các tham vọng khác đối với Rubin:
·
Lập
danh mục Hệ Mặt trời: Khám
phá và phân loại hàng triệu tiểu hành tinh và sao chổi, bao gồm cả các Vật thể
Cận Trái đất (NEO: Near-Earth Object) có khả năng gây nguy hiểm cho Trái Đất,
phát hiện các vật thể giữa các vì sao.
·
Lập
bản đồ Dải Ngân hà (Milky Way):
Tạo ra một bản đồ chi tiết về thiên hà của chúng ta, giúp tái tạo lịch sử
và nâng cao hiểu biết về sự hình thành và tiến hóa của nó.
·
Hiểu
về vật chất tối (Dark Matter) và năng lượng tối (Dark Energy): Rubin sẽ cung cấp dữ liệu quan trọng
giúp các nhà khoa học làm sáng tỏ những bí ẩn của các thành phần bí hiểm này (vật
chất tối và năng lượng tối chiếm khoảng 95% vũ trụ).
🔭
② Camera số của Rubin Observatory to cỡ
nào?
Một cách cô
đọng: là máy ảnh loại LSST
(Large Synoptic Survey Telescope: Kính thiên văn khảo sát toàn cảnh cỡ lớn)
có mặt ảnh rộng tới 3.200 megapixel (3,2 gigapixel), có kích thước tương đương
một chiếc ô tô nhỏ và nặng 2.800 kg. Nó có thể chụp một khu vực bầu trời tương
đương 48 lần trăng tròn chỉ trong một lần phơi sáng 30 giây.
Vì anh/chị trên
diễn đàn này đều là dân kỹ thuật cả nên tôi xin nói kỹ hơn một vài chi tiết.
·
Màn
hình 3.200 megapixel to cỡ nào? Để so sánh: một TV HD (high-definition)
có 2.073.600 pixel (= 1920 x 1080), làm tròn là 2 megapixel. Như vậy, một cách
hình ảnh, camera của Rubin gấp 1.600 lần màn hình TV HD!
❮Chi tiết❯
Tại
sao lại có con số 3.200 megapixel?
Trả
lời: Lý do: camera có hệ
thống chụp ảnh là mạng gồm 189 bộ dò CCD, mỗi bộ có 16 megapixel (nguồn). Thực hiện phép nhân chúng ta được:
189*16*(2^20)
= 3.170.893.824 ≈ 3.200 mega.
❮/Chi tiết❯
---
·
Mỗi
một lần chụp, camera này có thể “soi” được một khu vực bầu trời tương đương khoảng
48 lần mặt trăng (lúc trăng tròn).
❮Chi tiết❯
Căn
cứ vào đâu mà người ta so sánh khuông nhìn của camera của Rubin với mặt trăng?
Trả
lời: Mỗi camera có một
trường nhìn (tiếng Anh: field of view – viết tắt là FOV). Trong ngữ cảnh
của một kính thiên văn, trường nhìn là:
Vùng bầu trời mà kính thiên văn có thể quan sát được trong
một lần nhìn.
Nó
giống như “cửa sổ” mà qua đó kính thiên văn nhìn ra vũ trụ. Trường nhìn càng rộng
thì kính thiên văn càng có thể thu được nhiều vùng trời hơn trong một bức ảnh.
Người
ta thường đo FOV bằng góc (đường kính của góc), đơn vị đo là độ (degrees).
FOV của trăng tròn là 0.5 độ. FOV của Rubin là 3.5 độ (nguồn).
Diện
tích vùng bầu trời mà Rubin có thể quan sát được trong một lần nhìn là diện
tích hình tròn có đường kính 3.5 độ là π*(3.5/2)^2 ≈ 9.6 (độ vuông).
Diện
tích của mặt trăng (lúc trăng tròn) nhìn từ mặt đất là π*(0.5/2)^2 ≈ 0.2 (độ
vuông).
Lấy
9.6 / 0.2 = 48.
❮/Chi tiết❯
🔭
③ Ảnh của Rubin Observatory được “vận chuyển”
ra sao?
·
Đài
quan sát nằm trên đỉnh El Peñón của Cerro Pachón, một ngọn núi cao 2.682
mét (8.799 ft) ở Vùng Coquimbo, phía bắc Chile.
·
Cơ
sở chính của Rubin cách đỉnh El Peñón khoảng 100 km (62 dặm) theo đường
bộ, tại thành phố La Serena.
Đường đi của dữ
liệu ảnh:
🔭 Thu ảnh trên đỉnh núi El Peñón.
➔ Truyền
về cơ sở chính của đài tại thành phố La Serena (Chile).
➔ Tiếp
đó dữ liệu được truyền về thủ đô Santiago của Chile.
➔ Dữ
liệu được truyền tiếp về Miami (bang Florida – Mỹ) bằng đường truyền dự
phòng đôi (redundant routes).
➔ Từ
đây dữ liệu được mã hóa (encrypted) gửi đến United States
Intelligence Community (IC) (Cộng đồng Tình báo Hoa Kỳ) nằm ở bang California.
Tại đây, một hệ thống tự động lọc dữ liệu: loại bỏ ảnh có chứa vệ tinh do thám
của Mỹ, bỏ các ảnh có “vệ tinh chen ngang” như các vệ tinh của Starlink, … Quy
trình này mất 80 tiếng đồng hồ.
➔ Cuối
cùng, dữ liệu được lưu tại Rubin Observatory United States Data Facility
(USDF) đặt tại SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) ở Menlo Park, bang
California.
Vắn tắt: El
Peñón ➔ La Serena ➔ Santiago ➔ Miami ➔ IC
➔ USDF.
---
❮Bên lề❯
Nói
thêm một chút về dung lượng dữ liệu và năng lực xử lý ảnh của Rubin:
Người
ta lập kế hoạch chụp 200.000 ảnh /năm. Chúng ta đã biết mỗi ảnh có 3.170.893.824
pixel (≈3,2 gigapixel). Mỗi pixel chứa 3 byte (RGB). Đem nhân 3 con số này lại
với nhau ta được 1.902.536.294.400.000 (≈ 1,9 petabyte). Một lượng dữ liệu
khổng lồ!
Người
ta chụp ảnh theo 3 thang thời gian (timescales):
·
Tức
thì (prompt): chụp ảnh trong vòng 60 giây: loại ảnh này dùng để cảnh
báo.
·
Hàng
ngày (daily): quan sát vũ trụ trong vòng 24 giờ. Ảnh chụp vào ban đêm.
·
Phát
hành hàng năm (annual release): quan sát vũ trụ từ đầu kỳ cho đến thời
điểm phát hành.
---
Với
dung lượng dữ liệu khổng lồ thì việc xử lý và lưu ảnh là một thách thức đối với
công nghệ. Vào năm 2018, người ta ước tính Rubin cần một DC với năng lực tính
toán 250 teraflops và cần dung lượng lưu trữ 100 petabytes.
❮/Bên lề❯
🔭
④ Serendipity trong nghiên cứu khoa học là
gì?
Nghĩa thông thường
của từ “serendipity” là “sự may mắn”. Thuật ngữ này được Horace Walpole
đặt ra vào năm 1754. Đọc trên Wikipedia thì được diễn giải là “active luck”
(may mắn chủ động), “unexpected discovery” (khám phá bất ngờ), “fortunate
chance” (vận may).
-
Thuật ngữ “serendipity”
thường được áp dụng cho những phát minh được thực hiện một cách tình cờ hơn là
cố ý. Một số ví dụ nổi tiếng:
1.
Penicillin – Alexander Fleming phát hiện ra nó vào
năm 1928 khi ông nhận thấy một loại nấm mốc đã giết chết vi khuẩn trên đĩa
petri mà ông chưa rửa sạch.
2.
Lò
vi sóng – Percy Spencer
nhận ra một thanh kẹo trong túi ông bị chảy ra khi ông đứng gần thiết bị radar.
3.
Bức
xạ nền vũ trụ (CMB: Cosmic
Microwave Background) – Arno Penzias và Robert Wilson vô tình phát hiện ra
tín hiệu còn lại từ Vụ Nổ Lớn (Big Bang) khi đang cố loại bỏ "nhiễu"
khỏi ăng-ten của họ.
-
Do Rubin
thu thập dữ liệu khổng lồ và đa dạng — rất lý tưởng cho serendipity:
- Các siêu tân tinh chưa từng biết đến
- Những vật thể thoáng qua kỳ lạ
- Quỹ đạo tiểu hành tinh bất thường
- Hiện tượng “lạ” của vũ trụ mà chúng
ta chưa từng được biết
Những khám phá
này có thể không phải mục tiêu ban đầu, nhưng chúng có thể thay đổi
nhận thức khoa học.
-
Tóm tắt: Serendipity
trong khoa học là khi sự tò mò gặp đúng cơ hội, và tạo ra những đột phá
mà ban đầu không ai cố ý tìm — nhưng có người đủ tinh ý để nhận ra.
Nghiên cứu khoa
học cũng gặp may nhưng cái may chỉ đến đối với các nhà khoa học đủ tầm.
🔭
⑤ Đợi tương lai
Rubin chưa
chính thức hoạt động, phải cuối năm nay (2025) mới “full survey operations”
(hoạt động khảo sát toàn phần). Và phải 2 năm sau công chúng mới tiếp cận được
các thước phim đầu tiên về vũ trụ. Sau đó hàng năm chúng ta lại được chiêm ngưỡng
tập tiếp theo. Phim sẽ kết thúc vào năm 2035 (10 năm nữa). Kỳ vọng là đến lúc đấy
chúng ta sẽ biết thêm nhiều điều mới lạ về vũ trụ.
🔭
⑥ Trải nghiệm ảnh “first light” của Rubin
Observatory
Trong ngữ cảnh
thiên văn học, “first light” ám chỉ việc sử dụng kính viễn vọng lần đầu
tiên để chụp ảnh thiên văn sau khi kính viễn vọng được chế tạo. Có thể coi “first
light” là mẻ ảnh kiểm thử. Xin gửi đến anh/chị một vài ảnh kiểm thử camera
Rubin (nguồn).
-
#1.
The Cosmic Treasure Chest
[Hòm
kho báu vũ trụ]
-
Ghép từ hơn 1.100
lần chụp, bức ảnh tổng hợp bao gồm khoảng 10 triệu thiên hà, tương đương khoảng
0,05% trong tổng số xấp xỉ 20 tỷ thiên hà mà Đài quan sát Rubin sẽ ghi lại
trong thập kỷ tới.
Ngày tạo ảnh: 5/6/2025,
cỡ ảnh: 10.000 × 5.262 px, dung lượng: 151,03MB
-
#2. Virgo
Cluster Finder Chart (annotated)
[Biểu
đồ tìm cụm thiên hà Virgo (có chú thích)]
Từ những ngôi
sao đến các cụm thiên hà rộng lớn, Rubin đã biến những khoảng không gian tưởng
chừng trống rỗng thành những tấm thảm lấp lánh.
Ngày tạo ảnh: 5/6/2025,
cỡ ảnh: 10.000 × 5.262 px, dung lượng: 150,2MB
-
#3. Cosmic
Drama
[Vũ
kịch vũ trụ]
Ảnh này ghi lại
một phần nhỏ của cụm thiên hà Virgo (Xử Nữ), hé lộ cả quy mô rộng lớn lẫn những
chi tiết mờ nhạt của vùng vũ trụ biến động này. Những ngôi sao sáng thuộc Dải
Ngân hà của chúng ta tỏa sáng ở tiền cảnh, trong khi một biển thiên hà đỏ nhạt ở
xa điểm xuyết nền.
Ngày tạo ảnh: 5/6/2025,
cỡ ảnh: 11.181 × 17.871 px, dung lượng: 599,48MB
-
#4. Cosmic
Abundance
[Vũ
trụ đa dạng]
Ảnh này ghi lại
một phần nhỏ của cụm thiên hà Virgo (Xử Nữ), mang đến một cái nhìn sống động về
sự đa dạng của vũ trụ. Có thể thấy hai thiên hà xoắn ốc nổi bật, ba thiên hà
đang hợp nhất, các nhóm thiên hà ở cả gần và xa, những ngôi sao trong Dải Ngân
hà của chúng ta, và còn nhiều điều khác nữa.
Ngày tạo ảnh: 5/6/2025,
cỡ ảnh: 10.013 × 6.133 px, dung lượng: 184,26MB
-
#5. Trifid
and Lagoon Nebulae Finder Chart (annotated)
[Biểu
đồ tìm kiếm cụm tinh vân Trifid và Lagoon (có chú thích)]
Ảnh này được
ghép ừ 678 ảnh riêng lẻ. Việc kết hợp nhiều ảnh theo cách này giúp làm rõ những
chi tiết mờ nhạt hoặc vô hình mà mắt thường không thấy được, chẳng hạn như các
đám mây khí và bụi tạo nên tinh vân Trifid (phía trên) và tinh vân Lagoon, vốn
cách Trái Đất hàng nghìn năm ánh sáng.
-
Hình ảnh này
mang đến một cái nhìn cận cảnh hơn về khu vực xung quanh tinh vân Trifid và
tinh vân Lagoon, như được thấy trong bức ảnh “first light” do Đài quan sát
Rubin chụp. Tinh vân Trifid (còn được gọi là Messier 20) là một đám mây khí và
bụi sáng rực rỡ, đầy màu sắc, nằm cách Trái Đất khoảng 5.000 năm ánh sáng trong
chòm sao Nhân Mã. Điều khiến nó đặc biệt ấn tượng là sự kết hợp của nhiều đặc
điểm trong cùng một nơi: một tinh vân phát xạ hồng rực rỡ, một tinh vân phản xạ
màu xanh dịu, và các dải bụi tối chia tinh vân thành ba phần — từ đó có tên gọi
“Trifid” (ba phần). Bên trong, những ngôi sao mới đang hình thành, phát ra những
luồng gió mạnh và bức xạ dữ dội, khắc nên hình thù của các đám khí xung quanh.
Nó mang đến cho chúng ta một cái nhìn kịch tính về cách những ngôi sao khổng lồ
định hình môi trường xung quanh ngay khi chúng mới ra đời.
Phía dưới tinh
vân Trifid trong hình là tinh vân Lagoon (hay Messier 8), một “vườn ươm sao” sống
động khác, phát sáng cách chúng ta khoảng 4.000 năm ánh sáng. Bạn thậm chí có
thể quan sát tinh vân Lagoon chỉ với một ống nhòm hoặc kính thiên văn nhỏ. Ở
trung tâm tinh vân là một cụm sao trẻ, khổng lồ — bức xạ mạnh mẽ từ chúng làm
sáng rực khí xung quanh và định hình các đám mây xoáy thành những cấu trúc phức
tạp. Tinh vân Lagoon là một nơi tuyệt vời để các nhà khoa học nghiên cứu các
giai đoạn sớm nhất của quá trình hình thành sao — cách những đám mây khổng lồ sụp
đổ, cách các cụm sao hình thành, và cách những ngôi sao mới sinh bắt đầu biến đổi
môi trường của chúng.
Ngày tạo ảnh: 28/5/2025,
cỡ ảnh: 10.000 × 6.131 px, dung lượng: 183,25MB
-
🔭
🤔 Thư giãn
Trước khi kết
thúc bài post, xin mời anh/chị thưởng thức một cốc cà phê được pha trên vũ trụ.
(Credit craiyon.com)
Chúc anh/chị đọc
vui nhã!
-
LeVanLoi
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét