Kính viễn vọng 10 tỷ USD của NASA gửi dữ liệu về Trái Đất từ khoảng cách 1,5 triệu km như thế nào?

Ngày 12/7, NASA đã chia sẻ loạt ảnh màu đầu tiên được chụp và gửi về bởi kính viễn vọng James Webb từ độ cao 1,5 triệu km. Các bức ảnh này đã trải qua nhiều giai đoạn xử lý, thậm chí dữ liệu gốc không phải ảnh trước khi được chia sẻ trên website NASA dưới định dạng JPEG.

Vậy, James Webb gửi dữ liệu về Trái Đất từ khoảng cách 1,5 triệu km như thế nào?

Bức ảnh độ phân giải 123 MP

Trong loạt ảnh công bố ngày 12/7 của James Webb có một bức chụp cụm thiên hà NGC 3324 thuộc tinh vân Carina.

Điều này là do lượng dữ liệu thu thập và độ phân giải ảnh gốc do ảnh của James Webb cao hơn. Hình ảnh gốc được tạo ra sau giai đoạn xử lý dữ liệu thô của James Webb có độ phân giải 123 MP, nặng 137 MB, còn của Hubble có độ phân giải 23,5 MP, dung lượng 32 MB.

Trên thực tế, so với Hubble, James Webb có thể gửi về lượng dữ liệu có thể gấp 25 lần, từ khoảng cách xa hơn 3.000 lần.

Tốc độ gửi dữ liệu tương đương mạng Internet

Kính viễn vọng Hubble được phóng lên quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất vào năm 1990 ở độ cao khoảng 547 km, thấp hơn những vệ tinh GPS, được phóng lên quỹ đạo tầm trung (khoảng cách từ 20.000 km) nên việc liên lạc với Hubble từ Trái Đất khá đơn giản.

Trong khi đó, James Webb được phóng lên cách Trái Đất khoảng 1,5 triệu km, gấp 4 lần khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng, nằm ở điểm Lagrange thứ 2 (L2) - vị trí lực hấp dẫn tổng hợp của Trái Đất và Mặt Trời cân bằng.

Ở khoảng cách này, chỉ cần chọn công cụ phù hợp thì quá trình liên lạc sẽ diễn ra suôn sẻ. Thực tế, các hệ thống trên Trái Đất từng truyền dữ liệu ở khoảng cách xa hơn rất nhiều, kỷ lục là khoảng cách gần 23,3 tỷ km, giữa Trái Đất và tàu vũ trụ Voyager 1.

James Webb sử dụng sóng vô tuyến băng tần Ka - băng tần của các vệ tinh viễn thông, Internet và Starlink, trong phạm vi 25,9 GHz để dữ liệu về Trái đất với tốc độ tương đương mạng Internet, khoảng 28 Mbps. Mỗi ngày, James Webb có khả năng gửi 57 GB dữ liệu về Trái Đất.

James Webb còn trang bị một ăng-ten khác, sử dụng băng tần S với tần số 2-4 GHz, băng tần này cũng sử dụng bởi kết nối Wi-Fi và Bluetooth.

Để đề phòng trường hợp tín hiệu có thể bị cản do Trái đất quay liên tục, các nhà khoa học đã lên lịch thời gian gửi dữ liệu trước vài tháng thông qua mạng lưới Deep Space Network.

Ổ cứng SSD của James Webb sử dụng chất liệu đặc biệt để tồn tại ở độ cao hơn 1,6 triệu km và có dung lượng khoảng 68 GB. Ổ cứng sẽ đầy trong ít nhất 120 phút đến một ngày tùy lịch trình hoạt động. Dữ liệu được gửi về Trái Đất và lưu trên máy chủ của NASA. Sau đó dữ liệu sẽ bị xóa khỏi James Webb.

Cách tạo ra hình ảnh từ dữ liệu do James Webb gửi về Trái đất

James Webb thu thập dữ liệu bằng cảm biến ánh sáng hồng ngoại, nằm ngoài dải màu mà con người có thể nhìn thấy. Vì vậy khi gửi về Trái đất một số dữ liệu của James Webb trông giống như hình ảnh đen với một số đốm trắng, không thể đọc được ngay lập tức.

Những dữ liệu này sẽ phải trải qua bước gọi là kéo giãn dữ liệu, lấy một số giá trị điểm ảnh và sắp xếp lại để con người có thể nhìn thấy mọi chi tiết ở đó".

Sau đó, các nhà khoa học lập bản đồ bước sóng của ánh sáng hồng ngoại, được kính viễn vọng ghi lại ở dạng đơn sắc thành 3 màu xanh lá, xanh dương và đỏ. Sau khi kết hợp 3 hình ảnh với độ sáng tối đại diện cho từng màu sắc, các nhà nghiên cứu thu được bức ảnh màu hoàn thiện.