AI cứu nguy cho kính viễn vọng 10 tỷ USD của NASA

Giải pháp này giúp khôi phục toàn bộ hiệu suất của kính viễn vọng, cho phép nó tiếp tục khám phá các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời và những hiện tượng vũ trụ xa xôi.

Đây là một câu chuyện đáng kinh ngạc về mã lệnh, chứ không phải phi hành gia, đã cứu sống chiếc kính viễn vọng trị giá 10 tỷ USD của NASA.

Nghiên cứu sinh tại Sydney “vá lại" con mắt sắc bén nhất vũ trụ

Hai nghiên cứu sinh tiến sĩ đến từ Sydney đã đạt được điều mà trước đây chỉ có thể thực hiện bằng các nhiệm vụ không gian có người lái: Họ giúp kính viễn vọng tiên tiến nhất của nhân loại James Webb nhìn rõ hơn ngay từ mặt đất.

Louis Desdoigts (nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Đại học Leiden, Hà Lan) và đồng nghiệp Max Charles đã cùng nhóm nghiên cứu tại Đại học Sydney tạo ra một giải pháp phần mềm độc đáo giúp loại bỏ hiện tượng mờ ảnh, khôi phục hiệu suất tối đa cho một trong những thiết bị quan trọng nhất của JWST, mà không cần bất kỳ can thiệp vật lý hay nhiệm vụ không gian tốn kém nào.

Từ “tầm nhìn mờ” đến độ sắc nét hoàn hảo

Giải pháp này được phát triển dựa trên thành phần duy nhất do Úc thiết kế cho JWST - thiết bị Giao thoa che Khẩu độ (Aperture Masking Interferometer - AMI), do GS. Peter Tuthill (Trường Vật lý và Viện Thiên văn học Sydney, Đại học Sydney) phát triển.

AMI cho phép các nhà thiên văn học ghi lại hình ảnh chi tiết cực cao của các ngôi sao và hành tinh ngoài hệ Mặt Trời bằng cách kết hợp ánh sáng từ nhiều phần của gương chính kính viễn vọng, theo phương pháp giao thoa kế.

Khi JWST bắt đầu hoạt động, các nhà khoa học nhận thấy hiệu suất của AMI bị ảnh hưởng bởi sai lệch điện tử nhỏ trong bộ cảm biến hồng ngoại, khiến hình ảnh bị nhòe nhẹ, tương tự như sự cố “tầm nhìn mờ” nổi tiếng của Kính viễn vọng Hubble, phải sửa bằng một nhiệm vụ không gian có người lái.

Thay vì thiết kế phần cứng mới hay tiến hành một nhiệm vụ sửa chữa trong không gian, hai nghiên cứu sinh Louis Desdoigts và Max Charles, phối hợp cùng GS. Tuthill và PGS. Ben Pope (Đại học Macquarie), đã phát triển một phương pháp hiệu chỉnh hoàn toàn bằng phần mềm để khắc phục vấn đề ngay tại Trái Đất.

Công cụ AMIGO (Aperture Masking Interferometry Generative Observations) sử dụng mô phỏng tiên tiến và mạng nơ-ron nhân tạo để tái tạo cách hệ quang học và điện tử của kính viễn vọng hoạt động trong không gian.

Bằng cách xác định hiện tượng rò điện tích giữa các điểm ảnh, gọi là hiệu ứng “brighter-fatter”, nhóm nghiên cứu đã xây dựng thuật toán loại bỏ méo ảnh, khôi phục thiết bị AMI về trạng thái chính xác tối đa.

Thay vì gửi phi hành gia lên để gắn thêm thiết bị mới, họ đã sửa chữa mọi thứ chỉ bằng mã lệnh, GS. Tuthill cho biết. Đây là ví dụ tuyệt vời về cách đổi mới của Úc có thể tạo ra ảnh hưởng toàn cầu trong ngành khoa học không gian.

Giải pháp AMIGO đã mang lại kết quả ngoạn mục. Kính viễn vọng James Webb nay đạt được độ sắc nét chưa từng có khi quan sát các thiên thể mờ nhạt, bao gồm hình ảnh trực tiếp của một hành tinh ngoài hệ Mặt Trời và một sao lùn đỏ - nâu quay quanh ngôi sao HD 206893, cách Trái Đất khoảng 133 năm ánh sáng.

Một nghiên cứu song song do Max Charles chủ trì, còn chứng minh khả năng lấy nét mới của AMI bằng cách chụp ảnh độ phân giải cao của tia vật chất phát ra từ hố đen, bề mặt núi lửa của vệ tinh Io (thuộc Sao Mộc) và gió sao bụi của WR 137, mở rộng giới hạn quan sát của JWST.

Tầm nhìn mới - Tương lai sáng

Công trình này giúp JWST có tầm nhìn còn sắc nét hơn nữa, TS. Desdoigts chia sẻ. Thật tuyệt vời khi thấy một giải pháp phần mềm có thể mở rộng khả năng khoa học của kính viễn vọng và tất cả đều được thực hiện ngay trong phòng thí nghiệm.

Hiện TS. Desdoigts đã nhận vị trí nghiên cứu sau tiến sĩ danh giá tại Đại học Leiden (Hà Lan). Cả hai công trình nghiên cứu đã được công bố trên máy chủ tiền in arXiv; trong đó, bài báo của TS. Desdoigts đã được phản biện và sắp xuất bản trên Tạp chí Publications of the Astronomical Society of Australia.

Thông cáo được công bố đồng thời với đợt đăng ký mới nhất của các chương trình Quan sát viên Tổng hợp, Khảo sát và Nghiên cứu Lưu trữ của JWST.

PGS. Benjamin Pope, người trình bày kết quả tại SXSW Sydney, cho biết nhóm nghiên cứu mong muốn sớm chia sẻ mã AMIGO với cộng đồng khoa học JWST để ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai./.