Mục tiêu Phobos: bước nhảy lớn tiếp theo của loài người docx

Mục tiêu Phobos: bước nhảy lớn tiếp theo của loài người Phobos là cái tên bạn sẽ nghe nói nhiều trong những năm sắp tới. Nó có lẽ chẳng gì hơn là một tiểu hành tinh – chỉ nặng bằng hai phần tỉ khối lượng hành tinh chúng ta, không có khí quyển và lực hấp dẫn thì tệ hại – nhưng vệ tinh lớn nhất trong hai vệ tinh của sao Hỏa này đã sẵn sàng trở thành trạm tiền đồn tiếp theo của chúng ta trong vũ trụ, ngôi nhà thứ hai của chúng ta. Mặcdù mặttrời củachúng ta thật sự hấp dẫn, nhưng lực hấpdẫn của nó đòi hỏi phải sử dụng nhữngtên lửatươngđối lớnđể đưa các nhà duhành đi lên và đáp xuống bề mặt.Điều tươngtự đúng đối với sao Hỏa, khiến việc phóng các sứ mệnh vũ trụ từ đó cũng tốn kém –có lẽ còn đắt tới mứckhông đạt tới nổi nếu tổng thốngObamaxét lại chính sách thám hiểm vũ trụ cóngười láicủaNASA. Tháng 10năm ngoái, một ủyban gồmcác chuyên gia độc lậpdo nhà tư bản công nghiệp Norman Augustinechủ trì đã kết luận rằng NASA sẽ phải đối mặt trước một sự thâm hụt khoảng3 tỉ đô la mỗi nămnếu cơ quan nàyvẫn dự tính đưa các nhà du hành trở lại mặt trăngvào năm 2020.Nhưng điều đó khôngcó nghĩa làcon người chẳng còn có nơi nào để đi. Một lựa chọn mà bản báo cáo Augustine đưa ra là đưa phi hành đoàn NASA đếnnhững tiểu hànhtinh ở gần và đến các vệ tinh của saoHỏa. Pascal Lee,viện trưởng ViệnSao Hỏa ở Moffett Field, California,nói: “Nếu bạn chờ cho mọi thứ sẵn sàng,thì sẽ mất hàng thập kỉ. Phobosmang lại cho chúngta một cách tiếnđến mộtngưỡng cửa rất gần của sao Hỏa”.Vì Phobosquá nhỏ, nên trường hấp dẫn nó tạo ra yếu,vì thế một khi bạn đã tự đưamình vào quỹ đạo quanhsao Hỏa, thì việc hạ cánh vàcất cánh từ Phoboschỉ cần nhữngsức đẩy nhỏ nhất thôi. Điều đó có nghĩa làviệc đưa phi thuyền đến Phobos xa xôisẽ rẻ tiền hơnvà dễ dàng hơn so với gửi chúng lên bề mặtchị Hằng của chúng ta. Từ Phobos, chúngta cóthể dễ dàngkhảosát bề mặt Hỏa tinhbằngkính thiên văn hoặc nhữngcỗ xe điềukhiểntừ xa trước khiđáp xuống bề mặt hành tinh lúc chi phí chophép. Sự chuyển dịch đêm sao Hỏa Scott Maxwellnghiên cứu sự luân phiên đêm sao Hỏa. Ông làm việc tại Phòng thínghiệm Sứcđẩy Phản lực của NASA ở Pasadena, California, và là một trong những người điều khiểnhai cỗ xe tự hành thámhiểm saoHỏaSpirit và ortunity.Được cấp điện bằngnăng lượngmặt trời, haicỗ xe ngừnghoạt động mỗi khi mặt trời lặn trênsao Hỏa, nơi có “ngày” kéo dài 24,6giờ.Việc cuối cùng các cỗ xe làm trước khiđi ngủ là gửi những tấm ảnhchụp nơi chúngđang ở về, để Maxwellvà các đồng sự có thể tính xemsẽ yêu cầu chúng làm những việc gì trong ngày hômsau. Khi chúng thật sự di chuyển, mỗi ngày chúng thận trọngnhíchlên chỉ vài mét. Việc lái các cỗ xe tương tác tức thời từ Trái đất là điềukhông thể. Ngay cả ở điểm cận nhất của Hỏa tinh, thì tổng thời gianđi về cho các tín hiệu chưa bao giờ ngắn hơn 8 phút. “Lúc bạn trông thấy vách đá xuất hiện, là bạn đã tông lên nó rồi”,Maxwell nói. Cho nên mọi thứ phải được vạch kế hoạch và lên chương trình với những saisố an toànnhất định. Thí dụ, nếu cỗ xe nghiêng hơntrông đợi hoặc bắt đầu trượt trên bụi mịn, thì nó sẽ tự dừng lại và những người điềukhiển sẽ định mức lại vào ngày hômsau.Một quá trìnhcần cù như thế sẽ không nhất thiết nếunhư cỗ xe được điều khiển bởi các nhà du hànhsống trên Phobos. Do vị trí củanó ở gần sao Hỏa, nên tín hiệu lệnhsẽ mất chỉ vài phần trăm của một giây là tới được cỗ xe. “Nó giốngnhư lực lượng hải quân điều khiển tàu ngầmrô bôt; nó sẽ là một phươngthức điều khiển hoạt độnghiệu quả hơn nhiều”, Maxwellnói.Những lữ đoàn xenhư thế có thể sục sạo khắp bề mặt hành tinhđỏ, bảo vệ hành tinhkhỏi sự ô nhiễmsinh học do con người cho đến khi mộtcuộc tìmkiếm sự sống thật kĩ lưỡng diễn ra. Khi đó,chúng có thể tiếp tục do thám tìm nơi tốt nhất cho sự hạ cánh có người lái cuối cùng. Nhưng Phobos khôngchỉ là mộtđiểm chân tiện lợi mà thôi đâu. Bản thân Phobos là một bí ẩn thiên thể lớn. “Chúngta biết mọivật thể thuộc hệ mặt trời mà chúng ta đã khảo sát là cái gì, trừ Phobos”, Leenói. “Chúng ta thậtsự không biết nó hình thành như thế nào”. Phobosđã được khám phá, cùng vớivệ tinh Deimosnhỏ hơncủa sao Hỏa, vào năm 1877bởi nhà thiên vănhọc người Mĩ Asaph Hall tại Đài Thiênvăn Hải quân Mĩ ở thủ đô Washington. Trongphầnlớn lịch sử sau đó của chúng, kích cỡ bé xíu của hai vệ tinh đã đưa chúng xuống những lời chú thích cuối trang trong các sách vở thiên văn học. Phobos là một khối đá hình thù kì dị chưa tới 28kmbề ngang, trongkhi Deimos cònnhỏ hơn nữa (xem biểu đồ). Cho nên chúng đượccholà những tảngđá vũ trụ nhỏ đã đi lạc quágần saoHỏa và khôngđủ maymắn nên bị lực hấp dẫn củaHỏa tinhbắt giữ lại. Quan điểm này được ủng hộ bởi những phép đầu tiên của thành phần Phobos, thựchiện bởi phi thuyền Mariner 9 và Vikings1 và2 trong thậpniên 1970. Ánhsáng mặt trời phảnxạ khỏi bề mặt vệ tinh cho thấy Phobos tối đen, hấp thụ hơn 90%ánh sáng mặt trời tới và giống với các thiên thạch chondrite có chứa carbon.Nhữngthiên thể cổ xưa này đượccho làphát sinhtrong nhữngphần xa xôi nhấtcủa vành đai tiểu hành tinh, nằmxa mặttrời hơn hailầnso với saoHỏa. Những phép đogần đâynhấtcủa Phobos tiếtlộ một sự tương tự gần gũi hơn với những tiểu hành tinhcòn già hơn nữachỉ được tìm thấy tronghệ mặt trời nhóm ngoài,nằm xahơn vành đaichính. Điều tươngtự đúng đối với Deimos.Địađiểm kì lạ trong vũ trụ Vậy thìcó phải các tiểuhànhtinh trênlà tù binh bị bắt giữ hay không?Chưa chắc. Quỹ đạo những vệ tinh này không phải là cái bạntrôngđợi cho những vật bị bắt giữ.Thay vìquay trong những quỹ đạo nghiêng ngẫu nhiên, như cái xảy ranếu chúng bị thu tóm ở những thời điểm khác nhau, cả Phobos lẫn Deimosđềuđi theo quỹ đạo nằm gần với mặt phẳngxích đạo của Hỏa tinh.Cái gì đang diễn ra thế? Những quỹ đạo gần xích đạo gợi ý rằng những vệ tinh này hìnhthànhngay chỗ của nó từ chính đám mây hợp nhất đã hình thành nênsao Hỏa. Nhưng đúng là trường hợp này, thì thànhphần của các vệ tinh lại khôngmang lại ý nghĩa gì; Phobosvà Deimosphải giốngđấtđá saoHỏa,chứ không phải chondrite chứa carbon.Nhằm tìm hiểu thành phần và dođó nguồn gốc của Phobos,phi thuyền châu Âu Mars Expressđã thực hiện mộtloạt chuyến bay cận táo bạo, sà xuống trong cự li 460kilo mét của vệ tinh trên vào năm2006 và270 km vào năm 2008.Tiếp cận như thế,lực hấp dẫn nhỏ của Phoboslàm thay đổivậntốc của phi thuyền đichỉ một vài mili mét trên giây.Tuy nhiên, những người điều khiển sứ mệnh trên Trái đấtđã thànhcông trong việc nhận ra tác động của nó lên tín hiệu theo dõi vô tuyến– một sự biến thiên một phần nghìn tỉ trên tín hiệu mang thông tin. “Thật là một thành tựu khó tin với người thamgia”, phát biểu của MartinPätzold tạitrườngĐại học Cologne ở Đức và là người lãnh đạo thí nghiệm Khoa học Vô tuyến Mars Express.Nócho phép khối lượngcủaPhobos được đo chính xác hơn100 so với trước đây, và còn tăng khả năng vệ tinh trên có thể là mộtphi thuyềnủy nhiệmchi việc khảo sát cấu trúc bên trong của sao Hỏa. 3 Trong những chuyến bay phớt qua, Camera Ảnh nổi và Phân giải Ca o của Mars Expressđã lập bảnđồ bề mặt của Phobos, đưa đến mô hình3D chính xác nhất từ trước đến naytừng xây dựng và một số đo thể tích của nó. Mặc dù khối lượng tínhđượckém chínhxác hơn,nhưng biết được thể tích cho phép tính ra mật độ trungbình bằng con số khối lượngcực kì chính xác. Cáixuất hiện là nghịch lí hấp dẫn nhất hết thảy. “Mậtđộ trung bình thấp đếnbất ngờ.Nóphải là một vật thể xốp tổ ong”, Pätzoldnói.Thayvì là một cụcđá rắn chắc,có khả năng có những hang độnglớnlên trong vệ tinhtrên,chúng có thể che chắnnhững vị khách tương laitrước sự xâm hại củabứcxạ vũ trụ. Thám hiểm sao Hỏa Phi thuyền MarsExpress đã chụp ảnh Phobos từ mọi khoảng cách để các nhànghiêncứu có thể hiểunhiều hơnvề quỹ đạo của nó. Kế hoạch củahọ là đo khối lượng của vệ tinh lớn nhất của saoHỏachính xác hơn so với trước đây. Giờ thì họ nhận ra rằngcó thể có một lợi ích rất lớn: bản thân Phoboscó thể trở thành một tàu vũ trụ ủy nhiệm. Bằng cách theodõi sự uốn lượntrong quỹ đạocủa nó, chúng tacó thể suy luậnra sự phân bố khối lượng bên trong sao Hỏa. Thí dụ, khi Phobos đi qua trên đỉnhTharsis huyền thoại trên sao Hỏa, thìnó bị hạ thấp xuốngmộtchút vì nóbị hút xuốngdưới bởi khối lượng núi nonbên dưới. Phithuyền sao Hỏa hiệnnay không được định vị tốt cho lắm để làm công việc này vì chúngquay vòngquanh phía trên các cực củahành tinh đỏ. Việché lộ sự phân bố bên trong của khối lượng saoHỏa thu được tốt nhất từ quỹ đạo gầnxích mà Phobos tuân theo.Mộtkhi kĩ thuật trên được hoànchỉnh, nó sẽ cho chúng ta biết lõi củasao Hỏa có tan chảy hay không vàgiúp chúng ta theo dõi các mùa trên hành tinh. Đến 30% bầu khí quyển sao Hỏa bị nhốt trong những khối băng vùng cực trong mùa đôngnhưng sẽ giải phóngtrở lại vào mùa hè,làm ảnh hưởngđến quỹ đạo của Phobos. Việc theodõi các mùa sẽ giúp chúngta tìm hiểu khí hậu thờiquákhứ của sao Hỏa và cungcấp những manhmối quan trọng về bản chất lịch sử ẩm ướt của nó. Nó còn có thể cho chúngta biết về kiểu thời tiết hiện tại và chỉ ra những vùngmà tàuhạ cánh tươnglai sẽ đi theo nhằm tránh những cơn bão bụi hungác.Nhưng vẫn còn rất nhiều việc phải làm. “Cókhả năng làm những việc này nhưng rất cam go”, phát biểu của PascalRosenblatt thuộc Đài thiên văn Hoàng gia Bỉ ở Brussels. Các phép đo của chúng ta về quỹ đạoPhobos cần chính xáchơn 5 đến 10lần, ông nói. Hạ cánh xuốngPhobos Không có mẫu thật từ vệ tinh trên, thành phần của nóvẫn tương đối không rõ ràng. Nếu nó là tiểu hành tinhbị bắt giữ, thì vật chất cấu thành nó sẽ kém đậmđặc hơn đá bình thường,dẫn đến tỉ lệ rỗng xốp có khả năng khoảng chừng 15%.Tuynhiên, nếu vệ tinh trên cấu tạo tươngđương như đá sao Hỏa, thì phần rỗng xốp củaPhobosphải cao hơn nhiều: lên tới 45%. Đây là cái khiếncác nhàkhoa học hànhtinh nhứcóc. NếuPhobos hóa racấu tạotừ đất đá sao Hỏa, thì kích cỡ phần rỗng có nghĩa làvệ tinh trên không có khả năng hình thành từ những hạtbụi nhỏ xíu tích góp trong quỹ đạo thành saoHỏa hình thànhbên dưới nó, vì như thế này sẽ dẫn đến một vậtthể rắn. Thay vìthế, Pätzold và Pascal Rosenblatt thuộcĐài thiên văn Hoàng gia Bỉ ởBrussels nghiêng về một chuỗi sự kiện trong đó một cúva chạm lớn đậplên saoHỏa đã ném những khối vỡ lớn vào quỹ đạo. Nhữngmảnhvỡ này sau đó tích góp lại với nhau ở những góc lộn xộn, hình thànhnên khối đá kết ngày nay chúngta gọilà Phobos. Để kiểm trađề xuất này, Mars Expresssẽ đến thăm vệ tinh trên lần nữa vào tháng 3 trong chuyếnbay tiếp cận gần nhất củanó từ trước đếnnay.Phi thuyền sẽ tiếp cận trongcự li cách bề mặt cằn cỗi ấy60 km, mang lại cho đội khoa học những gợi ý đầu tiên về trường hấp dẫn của Phobos. “Trườnghấp dẫn có liênquan đếnsự phân bố bên trong của khối lượng”, Rosenblatt nói. Cho nên, khi MarsExpressbay trên một chỗ rỗng,nó sẽ không bị hút mạnh như khi nóbay trên những vùng đá rắn đặc. Họ cũng sẽ sử dụngRadar sao HỏaTiên tiến trênthiết bị Ghi âmTầng Điện li và Dưới Bề mặt (MARSIS) để khảo sát bên trong Phobos. Trongnhững chuyến bay gần trướcđây,đội MARSIS đã biết làmthế nào chophản xạ tín hiệuradar từ vệ tinh trên. Giờ thì họ có kế hoạch sử dụngradar đâm xuyên mặt đất để săm soi phần bêntrong.“Chúng tôi hi vọng nhìn thấycấu trúc dưới bề mặt vào tháng 3 tới, nhưng còn phụ thuộc rất nhiều yếu tố”,phát biểu của AndreaCicchetti, thuộc Viện Vật lí Khoa họcLiên hành tinh Italyở Rome, một thành viên của độiMARSIS.Đội nghiên cứu đặc biệt thông thạo việctóm bắtthànhphầncủa vệ tinh cóquang phổ cho biết nó có là một tiểu hành bị bắt giữ hay không. Tuynhiên, Rosenblatt phươngpháp có thể không chínhxác. “Phổ bề mặt có thể kết quả của hàng tỉ năm thời tiết vũ trụ”, ông nói. Khôngcó bầu khí quyển bảo vệ chúng, đất đá Hỏa tinh kết tập hìnhthành nên Phoboscó thể bị biếnđổi bề mặt bởi các hạt tích điện mà chúnghứngchịu từ mặt trời trong hàng tỉ năm, che đậy mất nhân dạng thật sự của chúng và đánh lừacác quangphổ kế. Làm thế nào giải quyết vấnđề này? Hạ cánh lên Phobos vàmang mẫu về cho chúng ta nghiên cứu trên Trái đất này. Đây chínhlà cái nước Ngacó kế hoạch làm vàocuối năm 2011với sứ mệnh Phobos- Grunt (theo tiếngNga cónghĩa là đấtPhobos). “Chúng ta không thể hiểu được nguồn gốc của Phobos nếu không biết vệ tinh trên cấu tạo từ cái gì, và Phobos-Gruntsẽ cho chúng ta biết điều đó”, Rosenblattnói. Phobos-Grunt có thể còn manglại cho các nhà khoa học hành tinhthông tin thiết yếu về bản thân sao Hỏa. Trongbốn tỉ năm qua,những cú va chạm thiên thạch với sao Hỏa đã đánh bật những mảnhvỡ vào quỹ đạo. Phobos phải hứngchịu những dòngmảnh vụn này, một vài trongsố chúnggồm những khối lớn, như minh họabởi miệng hố Stickney rộng9 km của vệ tinh trên. Đa số những cúva chạm sẽ nhỏ hơn nhiều, lời giải thích hợp lícho những đườngrãnh thẳnghàngtrên bề mặt Phobos. Bản đồ lập mới đây của MarsExpress cho thấy những đườngrãnh đó xuất phát từ điểm apexcủa Phobos, điểm luôn luôn hướngvề phía chuyển độngcủavệ tinh trên và vì thế là miếng mồingon tự nhiên chonhững mảnhvụn bay đến. Thực tế hiện nay là tự nhiên đã và đangthu thập mẫu củaHỏa tinhtrong hàngtỉ năm trờivà trữ chúng trên Phobos– một trong những nơidễ dàng nhấttrong toàn hệ mặt trời cho chúng ta đến thăm.Mọi thứ chúng ta phải làm là đi đến đó và lấy chúng về. “Phobos là một thư việnAlexandriacủa saoHỏa”, Lee nói.“Các mẫu từ Hỏa tinhsơ khaicó lẽ được bảo tồntốt hơn nhiều trên Phobos sovới trênbản thân saoHỏa”. Chúng có thể còn chứa dấu hiệu hóa họccủa sự sống saoHỏa, mặc dù Lee nhấn mạnhnhiều vào từ “có thể” trong phát biểuđó. Và Phobos-Grunt có thể chỉ làsứ mệnh đầu tiên trongmột loạt sứ mệnh nhiều tham vọng đến viếng vệ tinh lớn nhất của saoHỏa. “Sao Hỏa vẫn là đích đến tối hậu chosự thám hiểm khônggian có người lái”, nhà cựu du hành vũ trụ, LeroyChiao,và làthànhviên của Ủy ban Augustine, nói.“Nhưng nếu chúng tôi [ủy ban trên] công khai yêu cầu chi tiền cho việc hạ cánh lên sao Hỏa, thì chúngtôi sẽ bị mất uy tín”. Để dung hòa, Leedự tính Phobos là mộtđiểm dừng chânlí tưởng trongkhi chờ đợi kĩ thuật và thiếtbị đượcphát triển bởi NASA chophép chúng ta hạ cánh lên saoHỏa. Ôngđã nghiêncứu tính khả thi của mộtsứ mệnh Canadamang tính giả thuyết lên Phobos. Vì nghiên cứu thành công nên hiệnnay Leecó mặt trong một nghiên cứutương tự cho NASA. Một địa điểm ấm cúng Ôngnêu rõrằng việc đi lênPhobossẽ cho phép cácnhà du hành thực hànhnhững kĩ thuậtquan trọng cho việc tiếp cậnquỹ đạo sao Hỏa, ví dụ như phanh khí động học,trong đó một phi thuyền giảm tốc độ bằng cách lướtqua bầu khíquyển của hành tinh. Ngoài ra,vệ tinh trên có thể chứa một nhà khocác bộ phận tên lửa vàthiết bị khác,xây dựngdần dần bởi những sứ mệnh thám hiểm rô bôtbay ngangqua.Khi các nhà du hành đếnnơi, mọithiết bị trục trặc hoặchư hỏng có thể nhanh chóng được thaythế. Nếu sứ mệnhNASA trênđược triển khai suôn sẻ, nó sẽ nhắm đến một cấu trúc gây ngạc nhiên trên Phobosgọi là phiến đá nguyên khối. Phiến đá rắn chắc này bám dốc ngược trên bề mặt và vútlên 90 mét vào trongkhông gian. “Nó là tòanhàEmpireState của Phobos”, Lee nói đùa. Phithuyền trên sẽ hạ cánh xuống gần phiếnđá khối, để nó cóthể nghiên cứu khối đá trước mặt, sauđó bay đếnmột chỗ khác của vệ tinh vàthu thập thêm một số mẫu nữa. Sauđó,nó sẽ cất cánh và baysangDeimos, thu gom mẫu từ vệ tinh nhỏ hơn này. Cuối cùng,nó sẽ quay trở về Tráiđất. “Đó sẽ là một sứ mệnh hấpdẫn”,Lee nói. “Chúng ta có thể bay trong vòng5 năm tới nếu cókinh phí tài trợ”. Hiện nay, lời giải của bài toánnằm trongtayNhà Trắng,khi họ xem xét Bảnbáo cáo Augustine.Ngaycả Chiao cũngkhôngbiếttrướckết cụccủa sự xem xét thận trọngđó. Giốngnhư mọi người khác, tôi đang chờ đợi banquản trị đưa ra phán xét cuốicùng, ôngnói. Hạ cánh lên Phobos là mộtcáchtiếp cận với saoHỏa. Nhưngchắc chắn nó sẽ có chút nguy hiểm. Cókhi nào bạn sẽ lên đường tiếnđến mục tiêu vàsau đó không dám mở cửa bướcra hay không? Khôngđâu, theonhư Lee nói. “Có nhiều người muốn đi lắm, trong đó có tôi”, ôngnói. Tuy nhiên,Chiao nói ông thấymột hành trình duy-Phoboschắc không ổn. “Thật khócho tôi tưởngtượng người ta đi theo lộ trình đó mà không ghé quathăm bề mặt củasao Hỏa”, ông nói. “Nhưng nếu đó là một sự chọn lựa một-hoặc-không-gì- hết, thì tôi chọn Phobos ngay!” . Mục tiêu Phobos: bước nhảy lớn tiếp theo của loài người Phobos là cái tên bạn sẽ nghe nói nhiều trong những năm sắp tới – nhưng vệ tinh lớn nhất trong hai vệ tinh của sao Hỏa này đã sẵn sàng trở thành trạm tiền đồn tiếp theo của chúng ta trong vũ trụ, ngôi nhà thứ hai của chúng ta. Mặcdù mặttrời củachúng ta thật. hiểunhiều hơnvề quỹ đạo của nó. Kế hoạch củahọ là đo khối lượng của vệ tinh lớn nhất của saoHỏachính xác hơn so với trước đây. Giờ thì họ nhận ra rằngcó thể có một lợi ích rất lớn: bản thân Phoboscó