Kính thiên văn James Webb đã thay đổi thiên văn học như thế nào: tài liệu học tiếng Anh

This is MIRI, the mid-infrared camera onboard the James Webb telescope. Văn hóa

Đây là MIRI, camera hồng ngoại tầm trung trên kính viễn vọng James Webb.

Watch what happens when light enters the camera.

Hãy xem điều gì sẽ xảy ra khi ánh sáng đi vào camera.

A complex series of mirrors and filters direct and split the light up into different wavelengths,

Một hệ thống gương và bộ lọc phức tạp sẽ hướng và chia ánh sáng thành các bước sóng khác nhau,

which are then resized and directed onto the sensors.

sau đó chúng được điều chỉnh kích thước và hướng lên các cảm biến.

With this camera,

Với chiếc camera này,

Webb can see extremely distant stars and galaxies

Webb có thể nhìn thấy những ngôi sao và thiên hà cực kỳ xa xôi

that are completely invisible to the human eye.

mà mắt người hoàn toàn không thể nhìn thấy.

This is only possible by cooling the camera down to just 6° above absolute zero. Văn hóa

Điều này chỉ có thể thực hiện được bằng cách làm mát camera xuống mức chỉ cao hơn 6° so với độ không tuyệt đối.

But why does it need to be so cold?

Nhưng tại sao nó cần phải lạnh đến vậy?

In this video,

Trong video này,

we're going to look at how Webb captures infrared light Văn hóa

chúng ta sẽ tìm hiểu cách Webb thu nhận ánh sáng hồng ngoại

and how a simple sound like this

và làm thế nào một âm thanh đơn giản như thế này

is used to cool its camera all the way down to a mind-boggling temperature. Ghi chú

được sử dụng để làm mát camera của nó xuống đến một nhiệt độ khó tin.

We'll also be giving away this LEGO ISS model,

Chúng tôi cũng sẽ tặng mô hình Trạm vũ trụ quốc tế LEGO này,

so stick around to the end of the video Cụm động từ

vì vậy hãy ở lại đến cuối video

to see how you could win.

để xem bạn có thể giành chiến thắng bằng cách nào.

All of the cameras onboard James Webb detect infrared light,

Tất cả các camera trên James Webb đều phát hiện ánh sáng hồng ngoại,

which is invisible to the human eye.

loại ánh sáng mà mắt người không thể nhìn thấy.

As light travels through space,

Khi ánh sáng di chuyển qua không gian,

its wavelength is constantly being stretched.

bước sóng của nó liên tục bị kéo dãn ra.

If something is far enough away, Ngữ pháp

Nếu một vật thể ở đủ xa,

the light will be stretched so much that it is no longer visible by the time it reaches us. Ngữ pháp

ánh sáng sẽ bị kéo dãn nhiều đến mức nó không còn nhìn thấy được vào thời điểm chạm tới chúng ta.

This means there is a physical limit on how far we can see into space.

Điều này có nghĩa là có một giới hạn vật lý về việc chúng ta có thể nhìn bao xa vào không gian.

Since MIRI's sensors are made from arsenic and silicon,

Vì các cảm biến của MIRI được làm từ asen và silicon,

it can detect this super stretched infrared light and see beyond that limit.

nó có thể phát hiện loại ánh sáng hồng ngoại siêu kéo dãn này và nhìn xa hơn giới hạn đó.

These sensors work like regular camera sensors

Những cảm biến này hoạt động giống như cảm biến camera thông thường

by converting photons of light into an electrical signal.

bằng cách chuyển đổi các hạt photon ánh sáng thành tín hiệu điện.

But in order to detect the faint signals of infrared light,

Nhưng để phát hiện các tín hiệu mờ nhạt của ánh sáng hồng ngoại,

the sensors on MIRI have to be extremely sensitive.

các cảm biến trên MIRI phải cực kỳ nhạy bén.

Increasing the sensitivity, however, introduces a lot of noise. Cách dùng từ

Tuy nhiên, việc tăng độ nhạy sẽ tạo ra rất nhiều nhiễu.

Whenever we point a camera at something,

Bất cứ khi nào chúng ta chĩa camera vào một vật gì đó,

its sensor isn't just detecting what we want it to see.

cảm biến của nó không chỉ phát hiện những gì chúng ta muốn nó nhìn thấy.

There is so much more light bouncing around us that our eyes simply can't detect.

Có nhiều ánh sáng phản xạ xung quanh chúng ta hơn rất nhiều mà mắt chúng ta đơn giản là không thể phát hiện ra.

This can trick the pixels in the sensor into registering random levels of light, Ngữ pháp

Điều này có thể đánh lừa các pixel trong cảm biến, khiến chúng ghi nhận các mức ánh sáng ngẫu nhiên,

creating a layer of noise in the image.

tạo ra một lớp nhiễu trong hình ảnh.

If the thing you are looking at has a bright enough signal,

Nếu vật bạn đang nhìn có tín hiệu đủ sáng,

it will stand out much more compared to the noise. Cụm động từ

nó sẽ nổi bật hơn rất nhiều so với phần nhiễu.

However, if the thing you are trying to image is faint,

Tuy nhiên, nếu thứ bạn đang cố gắng ghi hình bị mờ nhạt,

like the infrared light from a galaxy,

như ánh sáng hồng ngoại từ một thiên hà,

you'll need to increase the sensitivity of the sensor,

bạn sẽ cần phải tăng độ nhạy của cảm biến,

which in turn will drastically increase the noise. Mạch ý

điều này lại làm tăng đáng kể độ nhiễu.

Since Webb is detecting infrared light,

Vì Webb đang phát hiện ánh sáng hồng ngoại,

the problem gets even worse.

vấn đề này thậm chí còn trở nên tồi tệ hơn.

Every object in our universe emits heat energy,

Mọi vật thể trong vũ trụ của chúng ta đều tỏa ra năng lượng nhiệt,

some of which is in the form of light.

một phần trong đó ở dạng ánh sáng.

Most objects aren't quite hot enough to emit visible light,

Hầu hết các vật thể không đủ nóng để phát ra ánh sáng nhìn thấy được,

but they do emit a lot of infrared light.

nhưng chúng lại phát ra rất nhiều ánh sáng hồng ngoại.

The hotter the object, Ngữ pháp

Vật thể càng nóng,

the more infrared light it will emit,

nó sẽ phát ra càng nhiều ánh sáng hồng ngoại,

which is essentially how thermal imaging cameras work.

về cơ bản đó là cách hoạt động của camera ảnh nhiệt.

Because of this, James Webb itself would emit so much infrared light

Chính vì điều này, bản thân James Webb sẽ phát ra lượng ánh sáng hồng ngoại lớn đến mức

that its sensors would be completely drowned out. Cụm động từ

các cảm biến của nó sẽ hoàn toàn bị nhấn chìm.

And so, in order to limit the amount of infrared light produced by the telescope,

Và vì vậy, để hạn chế lượng ánh sáng hồng ngoại do kính viễn vọng tạo ra,

its cameras need to be kept at a temperature of -234°.

camera của nó cần được giữ ở nhiệt độ -234°.

That is extremely cool,

Điều đó thật cực kỳ tuyệt vời,

just like Wondrium, the sponsor of today's video.

giống như Wondrium, nhà tài trợ cho video hôm nay.

Wondrium is a learning platform where you can explore a variety of subjects,

Wondrium là một nền tảng học tập nơi bạn có thể khám phá nhiều môn học khác nhau,

including some of my favorites,

bao gồm cả một số lĩnh vực tôi yêu thích,

technology, science, and space exploration.

như công nghệ, khoa học và khám phá vũ trụ.

One of the best ones I came across was the search for exoplanets, Cụm động từ

Một trong những khóa học hay nhất mà tôi tình cờ xem được là về việc tìm kiếm các hành tinh ngoài hệ mặt trời,

which tells you all about the technologies and methods

nó cho bạn biết tất cả về các công nghệ và phương pháp

used to discover new planets beyond our solar system,

được sử dụng để khám phá các hành tinh mới bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta,

just like those used on the James Webb telescope.

giống như những phương pháp được sử dụng trên kính viễn vọng James Webb.

Wondrium offers a diverse collection of videos, tutorials, and documentaries,

Wondrium cung cấp một bộ sưu tập đa dạng gồm các video, hướng dẫn và phim tài liệu,

giving you the opportunity to learn from experts and hear their firsthand experiences. Cụm từ

mang đến cho bạn cơ hội học hỏi từ các chuyên gia và nghe kinh nghiệm thực tế của họ.

Plus, with new offers every month,

Thêm vào đó, với những ưu đãi mới mỗi tháng,

you'll never run out of new and exciting things to discover. Cụm động từ

bạn sẽ không bao giờ cạn kiệt những điều mới mẻ và thú vị để khám phá.

You can enjoy all of their courses ad-free from anywhere on any device.

Bạn có thể thưởng thức tất cả các khóa học của họ không có quảng cáo từ bất cứ đâu trên mọi thiết bị.

And best of all,

Và tuyệt vời nhất là,

they're offering the Primal Space community a free trial starting today.

họ đang cung cấp cho cộng đồng Primal Space bản dùng thử miễn phí bắt đầu từ hôm nay.

If you're looking to challenge yourself and expand your knowledge,

Nếu bạn đang muốn thử thách bản thân và mở rộng kiến thức,

then Wondrium is the perfect place for you.

thì Wondrium là nơi hoàn hảo dành cho bạn.

Don't wait any longer.

Đừng chờ đợi thêm nữa.

Head to the link in the description below for your Wondrium free trial.

Hãy truy cập liên kết trong phần mô tả bên dưới để nhận bản dùng thử Wondrium miễn phí.

In order for MIRI to operate at -267°, Ngữ pháp

Để MIRI hoạt động ở nhiệt độ -267°,

it's located behind the massive five-layer sunshield.

nó được đặt phía sau một tấm chắn nắng 5 lớp khổng lồ.

This alone reflects so much heat

Chỉ riêng điều này đã phản xạ một lượng nhiệt rất lớn

and cools Webb's cameras down to around -234°.

và làm mát các camera của Webb xuống khoảng -234°.

But, since MIRI is much more sensitive than the other cameras,

Nhưng vì MIRI nhạy hơn nhiều so với các camera khác,

it faces an even bigger problem, dark current. Văn hóa

nó phải đối mặt với một vấn đề thậm chí còn lớn hơn, đó là dòng điện tối.

This is where the atoms inside the sensor itself vibrate and mistakenly register a photon of light, Mạch ý

Đây là nơi các nguyên tử bên trong chính cảm biến dao động và ghi nhận nhầm thành một hạt photon ánh sáng,

creating more noise.

tạo ra nhiều nhiễu hơn.

Since temperature is just a measure of how fast an atom vibrates, Cụm từ

Vì nhiệt độ chỉ là thước đo tốc độ dao động của một nguyên tử,

lowering the temperature will lower the vibration and therefore reduce the amount of dark current.

việc hạ nhiệt độ sẽ làm giảm dao động và do đó làm giảm lượng dòng điện tối.

Even at -234°,

Thậm chí ở nhiệt độ -234°,

the vibration of these atoms would be too much for MIRI's sensor.

sự dao động của các nguyên tử này vẫn là quá lớn đối với cảm biến của MIRI.

And so, they have to be cooled all the way down to -267°,

Và vì vậy, chúng phải được làm mát hoàn toàn xuống mức -267°,

just 6° above absolute zero.

chỉ cao hơn 6° so với độ không tuyệt đối.

At this temperature,

Ở nhiệt độ này,

the atoms in the sensor are almost completely still,

các nguyên tử trong cảm biến gần như hoàn toàn đứng yên,

drastically reducing the noise and allowing the faint infrared signals to shine through.

làm giảm đáng kể độ nhiễu và cho phép các tín hiệu hồng ngoại mờ nhạt xuyên qua.

But how did NASA take these sensors all the way down to -267°?

Nhưng NASA đã làm thế nào để đưa các cảm biến này xuống tận -267°?

The cooling process all starts here,

Toàn bộ quá trình làm mát bắt đầu ở đây,

at the bottom of the telescope,

ở phần đáy của kính viễn vọng,

with a device called a pulse tube. Văn hóa

với một thiết bị gọi là ống xung.

Inside these tubes are two pistons,

Bên trong những ống này là hai pít-tông,

which move back and forth to compress the helium into the pulse tube. Cụm từ

chúng di chuyển qua lại để nén khí heli vào trong ống xung.

Since this movement would create a lot of unwanted vibration,

Vì chuyển động này sẽ tạo ra nhiều rung động không mong muốn,

these pistons have to move in the exact opposite direction

những pít-tông này phải di chuyển theo hướng hoàn toàn ngược nhau

with precision timing to cancel out each other's movement. Cụm động từ

với thời gian chính xác để triệt tiêu chuyển động của nhau.

These pistons move very quickly,

Những pít-tông này di chuyển rất nhanh,

just like a speaker,

giống như một chiếc loa,

to create a low-frequency sound wave with a frequency of 30 Hz.

để tạo ra một sóng âm tần số thấp với tần số 30 Hz.

This sound wave travels down the tube

Sóng âm này di chuyển dọc theo ống

and gets compressed once it reaches the end,

và bị nén lại khi chạm đến cuối ống,

creating an area of higher pressure.

tạo ra một khu vực có áp suất cao hơn.

Then, as it bounces back in the opposite direction,

Sau đó, khi nó dội ngược lại theo hướng ngược chiều,

it expands, creating an area of low pressure

nó giãn nở, tạo ra một khu vực áp suất thấp

before being compressed once again.

trước khi bị nén lại một lần nữa.

If the next wave is sent out exactly as the previous one returns, Ngữ pháp

Nếu sóng tiếp theo được gửi ra chính xác khi sóng trước đó trở lại,

it means the frequency perfectly matches that of the tube. Ngữ pháp

có nghĩa là tần số hoàn toàn khớp với tần số của ống.

This creates a standing wave Văn hóa

Điều này tạo ra một sóng dừng

where the areas of high and low pressure remain in the same place.

nơi các khu vực áp suất cao và thấp vẫn nằm nguyên ở cùng một vị trí.

By tripling the frequency,

Bằng cách tăng tần số lên gấp ba,

it causes the waves to combine and create a stationary wave

nó làm cho các sóng kết hợp và tạo ra một sóng dừng

with multiple areas of high and low pressure.

với nhiều khu vực có áp suất cao và thấp.

Since temperature and pressure are related,

Vì nhiệt độ và áp suất có liên quan với nhau,

this also leads to areas of high and low temperature.

điều này cũng dẫn đến các khu vực có nhiệt độ cao và thấp.

This alone wouldn't change the overall temperature

Chỉ riêng điều này sẽ không làm thay đổi nhiệt độ tổng thể

because the hot and cold parts simply cancel each other out.

bởi vì phần nóng và phần lạnh đơn giản là triệt tiêu lẫn nhau.

But, if there was a way to extract the hot parts, Ngữ pháp

Nhưng, nếu có cách để chiết xuất các phần nóng,

then the temperature would start to drop.

thì nhiệt độ sẽ bắt đầu giảm xuống.

And so, three heat exchangers

Và thế là, ba bộ trao đổi nhiệt

made of thin metal sheets Cụm từ

làm bằng những tấm kim loại mỏng

are placed at the points where the hot and cold gas meet.

được đặt tại các điểm nơi khí nóng và khí lạnh gặp nhau.

These allow the gas to pass through whilst also absorbing some of its temperature, Cách dùng từ

Chúng cho phép khí đi qua trong khi đồng thời hấp thụ một phần nhiệt độ của nó,

causing a heat gradient to form. Ngữ pháp

khiến một độ dốc nhiệt được hình thành.

The heat from the hot side is pulled out

Nhiệt từ phía bên nóng được hút ra

and sent to the radiators via a heat exchanger.

và chuyển tới bộ tản nhiệt thông qua một bộ trao đổi nhiệt.

Then, the cold temperatures on the other side are also drawn out. Cụm động từ

Sau đó, nhiệt độ lạnh ở phía bên kia cũng được hút ra.

This causes the temperature to drop from 27° all the way down to -256°

Điều này khiến nhiệt độ giảm từ 27° xuống tận -256°

at the final heat exchanger.

tại bộ trao đổi nhiệt cuối cùng.

But how is this used to cool the sensors located at the opposite end of the telescope?

Nhưng điều này được sử dụng như thế nào để làm mát các cảm biến nằm ở đầu đối diện của kính viễn vọng?

Next to the pulse tube is another set of pistons

Bên cạnh ống xung là một hệ thống pít-tông khác

that compress helium in a completely separate line of tubing.

nén heli trong một đường ống hoàn toàn riêng biệt.

This line passes through the cold parts of the pulse tube's heat exchangers,

Đường ống này đi qua các phần lạnh của các bộ trao đổi nhiệt của ống xung,

cooling the helium all the way down to around -256°.

làm mát heli xuống tận khoảng -256°.

But still the helium isn't quite cold enough. Ngữ pháp

Nhưng heli vẫn chưa đủ lạnh.

From there, the helium goes on a long journey,

Từ đó, heli trải qua một hành trình dài,

winding its way up through 10 m of thin tubing until it reaches the cold head assembly. Thành ngữ

uốn lượn đi lên qua 10 m ống mỏng cho đến khi chạm đến cụm đầu làm mát.

Inside, there is another heat exchanger and a tiny hole less than 1 mm in diameter. Cụm từ

Bên trong, có một bộ trao đổi nhiệt khác và một lỗ nhỏ xíu có đường kính chưa đến 1 mm.

The helium is pushed through the hole

Heli bị đẩy qua lỗ đó

and undergoes something called the Joule-Thomson effect. Văn hóa

và trải qua một hiện tượng gọi là hiệu ứng Joule-Thomson.

As the gas moves through the hole,

Khi khí di chuyển qua lỗ,

it gets compressed before quickly expanding on the other side. Ngữ pháp

nó bị nén lại trước khi giãn nở nhanh chóng ở phía bên kia.

This rapid expansion causes the pressure to drop, Ngữ pháp

Sự giãn nở nhanh này làm cho áp suất giảm xuống,

cooling the gas very quickly.

làm mát khí rất nhanh.

This is why blowing air through our mouth is colder

Đây là lý do tại sao thổi không khí qua miệng sẽ mát hơn

if we make a smaller hole with our lips.

nếu chúng ta tạo một lỗ nhỏ hơn bằng môi của mình.

On James Webb,

Trên James Webb,

this cools the helium all the way down to just -267°.

điều này làm mát khí heli xuống chỉ còn -267°.

From here, the helium flows on to copper plates attached to the back of MIRI's sensors,

Từ đây, heli chảy vào các tấm đồng gắn ở mặt sau cảm biến của MIRI,

cooling them down to the required temperature.

làm mát chúng xuống nhiệt độ yêu cầu.

After that, the helium has done its job Thành ngữ

Sau đó, heli đã hoàn thành nhiệm vụ của nó

and it flows back down the telescope where the entire process begins again.

và nó chảy ngược trở xuống dưới kính viễn vọng nơi toàn bộ quá trình bắt đầu lại.

When NASA began designing James Webb,

Khi NASA bắt đầu thiết kế James Webb,

no cryocooler with this level of cooling existed.

chưa có máy làm mát đông lạnh nào với mức độ làm mát như thế này tồn tại.

And so, engineers had to really push the boundaries of physics, Thành ngữ

Và thế là, các kỹ sư thực sự đã phải vượt qua ranh giới của vật lý,

all while conforming to the limits of fitting it into a space telescope. Ngữ pháp

trong khi vẫn phải tuân thủ các giới hạn để lắp nó vào một kính viễn vọng không gian.

And now,

Và bây giờ,

time for something really special.

là lúc cho một điều thực sự đặc biệt.

The winner of the previous giveaway is Daniel Weinman.

Người chiến thắng trong lần tặng quà trước là Daniel Weinman.

Congratulations.

Xin chúc mừng.

But, as always,

Nhưng, như thường lệ,

we'll be giving away another awesome space prize in the next video.

chúng tôi sẽ tặng một giải thưởng không gian tuyệt vời khác trong video tiếp theo.

To win this amazing LEGO space station model,

Để giành được mô hình trạm vũ trụ LEGO tuyệt đẹp này,

sign up at the link below

hãy đăng ký tại liên kết bên dưới

and leave a comment saying how long you think James Webb will operate for. Ngữ pháp

và để lại bình luận cho biết bạn nghĩ James Webb sẽ hoạt động trong bao lâu.

Thank you very much for watching

Cảm ơn các bạn rất nhiều vì đã theo dõi

and I'll see you in the next video.

và hẹn gặp lại các bạn trong video tiếp theo.