Những kết quả đầu tiên về sao hoả từ tàu vũ trụ SPIRIT

I. Vài nét về sao hoả

1. Qũi đạo và cách phóng tàu đổ bộ xuống Sao Hoả

Sao Hoả là hành tinh thứ tư (tính từ Mặt trời đi ra) của Hệ Mặt trời cách Mặt trời khoảng 1,52 lần khoảng cách từ Mặt trời đến Trái đất chúng ta. Sao Hoả chuyển động quanh Mặt trời theo đường elip với chu kỳ gần bằng 687 ngày trên Trái đất. Quĩ đạo đó nằm trong mặt phẳng nghiêng với mặt phẳng quĩ đạo Trái đất(mặt phẳng Hoàng đạo)một góc gần 1°. Khi gần Mặt trời nhất, nó cách Mặt trời khoảng 205.5 x 10 ⁶km, còn khi xa nhất cách khoảng 227.7 x 10 ⁶km. Do Trái đất cũng chuyển động quanh Mặt trời cùng một chiều, nhưng với chu kỳ 365.25 ngày, nên cứ khoảng sau 15 đến 17 năm, Trái đất và Sao Hoả mới ở gần nhau, những khi đó chúng cách nhau khoảng từ 55 triệu km. Tháng 8 năm 2003 vừa qua là thời kỳ chúng gần nhau nhất.

Hình 1

2. Quá trình con người tìm hiểu Sao Hoả

Chiristiaan Huyghens ở Hà Lan là người đầu tiên vào năm 1659 đã nhìn thấy khá chi tiết bề mặt Sao Hoả. Giovanni Casini, nhà thiên văn Ý quốc tịch Pháp, vào giữa thế kỷ 17 đã phát hiện được sự tự quay và sự nghiêng trục tự quay của Sao Hoả. Cuối thế kỷ 18, William Herschel người Anh và Jonhann Schroeter người Đức, với những kính thiên văn khá tốt, đã phác vẽ địa hình Sao Hoả, phát hiện Sao Hoả có vành mũ ở hai cực và nhận thấy có sự thay đổi màu sắc của vành mũ theo mùa trong năm của Sao Hoả. Tháng 8-1877, Asaph Hall và George Anderson đã phát hiện Sao Hoả có hai vệ tinh – Phobos và Deimos. Tiếp đó, Giovanni Schiaparelli người Ý và Percival Lowell người Mỹ đã phát hiện ra hệ thống “kênh đào” trên Sao Hoả nhờ kính thiên văn có đường kính vật kính 22cm. Năm 1896, các nhà thiên văn Pháp đã vẽ bản đồ địa hình Sao Hoả. Năm 1965, tàu vũ trụ Mariner-4 đã chụp được ảnh bề mặt Sao Hoả, rút ngắn giai đoạn tranh cãi về hệ thống “kênh đào” trên Sao Hoả, mở đầu thời kỳ con người nghiên cứu về Sao Hoả ở cự ly gần với khá nhiều tàu vũ trụ dần dần được phóng về phía Sao Hoả.

Qua các dữ liệu thu được từ các tàu vũ trụ, một cách khái quát, có thể thấy rằng Sao Hoả là một miền đất hoang vu, khô cằn, ở vùng gần cực có các mũ băng. Núi ở Sao Hoả cao hơn núi ở Trái đất. Nổi bật nhất là ngọn Olympus Mons là núi dốc, rộng nhất trong Hệ Mặt trời. Nó có diện tích cỡ diện tích nước Pháp và cao gấp ba lần đỉnh Everest. Hệ thống thung lũng giữa các núi dốc trên Sao Hoả rộng cỡ nước Mỹ. Khí quyển Sao Hoả loãng hơn khí quyển Trái đất rất nhiều, nhưng tỷ lệ CO ₂lại cao gấp 100 lần CO ₂trong không khí Trái đất. Nước trên Sao Hỏa hiện nay chỉ tồn tại ở dạng đóng băng tại hai vùng cực, số còn lại hòa lẫn trong các hợp chất của đất hoặc đóng băng tại lớp gần bề mặt. Bông tuyết trên Sao Hỏa có lẫn băng khô của CO ₂. Bão tuyết và bão bụi đất đá trên Sao Hỏa ra rất giữ dội và cuốn theo những hạt nước đóng băng từ hai miền cực về vùng gần xích đạo. Do trục tự quay nghiêng với mặt phẳng quĩ đạo một góc cỡ như trục tự quay của Trái đất, chu kỳ tự quay cỡ 24,62h, nên trên Sao Hoả cũng có hiện tượng 4 mùa và ngày đêm như ở Trái đất. Nhưng do khí quyển loãng, lại ở xa Mặt trời hơn Trái đất, nên ở Sao Hoả lạnh hơn, nhiệt độ trung bình dao động từ -120°C đến +27°C.

Phân tích các bức ảnh đã chụp được còn cho thấy Sao Hoả có vẻ ẩm ướt hơn nhiều so với những gì người ta đã thấy và đã nghĩ về Sao Hoả. Nếu như trước đây người ta nghĩ rằng hệ thống kênh đào chằng chịt, có nơi tối, nơi sáng, màu sắc biến đổi theo mùa trên Sao Hoả là dấu hiệu của mùa màng, cây cối, thì ngày nay các dữ liệu từ tàu vũ trụ gửi về khẳng định rằng đó là các trận bão bụi (windblown dust). Nhưng tại sao có dãy tối, dãy sáng? Theo Wendy Calvin, các dãy màu tối thường qui tụ tại những nơi xưa kia chứa nhiều nước chứ không phải liên quan tới sunfit sắt lắng đọng lại trên đất đá. Michael Cars phản bác lại và cho rằng các “kênh đào” trên Sao Hoả hình thành chủ yếu là vì nước từ trong lòng Sao Hoả đã thẩm thấu và bốc hơi lên bề mặt nhờ một nguồn “địa nhiệt”. Do vậy đề tài nóng hổi hiện nay nhằm tìm hiểu bản chất các “vệt màu đỏ” trên hành tinh này là ở đó có nước hay không? Sâu trong lòng các lớp dưới bề mặt Sao Hoả, liệu có chứa một lượng nước đóng băng đáng kể hay không? Nguồn địa nhiệt còn tồn tại trong lòng nó nữa hay không? Nếu có thì ở mức độ nào. Từ đó đi đến vấn đề phải chăng xưa kia trên Sao Hoả đã từng có sự sống? Kinh nghiệm từ nghiên cứu nguồn gốc sự sống trên Trái đất cho thấy sự sống gắn liền với nước lộ thiên, với nguồn địa nhiệt, nó thoạt đầu phải được hình thành từ các ao nước ấm áp do nhiệt đi từ lòng đất ra. Điều đó buộc các nhà thiên văn cố đi tìm nguồn nước ngầm chứa trong lòng đất Sao Hoả, nguồn địa nhiệt và đánh giá lại mức độ hoạt động hiện nay trong lòng nó.

Trong những năm 70, 80 của thế kỷ trước, nước Mỹ đã chi hàng tỷ đôla cho các chương trình Mariner và Vinking để nghiên cứu Sao Hoả. Từ những năm 90 tới nay, Mỹ và các nước thuộc cộng đồng châu Âu, Nhật, Ý đã tìm thấy con đường “rẻ hơn, tốt hơn, nhanh hơn” để chinh phục và khám phá hành tinh đỏ, mở đầu là Mars Pathfinder, Mars Global Surveyor, rồi tiếp đến là Mars Weather Satellite, Mars Polar Lander, Mars Climate Orbiter, và hiện nay là các tàu đổ bộ Spirit và Opportunity với hai rôbôt Mars Exploration Rovers (MER), chi phí chỉ là 184 triệu đôla nhưng trang bị đầy đủ các rôbôt để di chuyển, đào xúc đất đá và tiến hành phân tích các thành phần đất đá. Trên các máy đổ bộ có gắn các máy ảnh để chụp bề mặt Sao Hoả với độ phân giải đơn sắc cao hoặc trường độ phân giả thấp như đa màu, các máy đo độ chịu nén để nghiên cứu địa hình, các máy đo phổ hồng ngoại để xác định sự phụ thuộc lượng bụi và nhiệt độ trong không khí theo độ cao nhằm mô hình hoá khí quyển Sao Hoả để từ đó ngoại suy cho thời quá khứ xa xưa của hành tinh. Mục tiêu của MER là nhằm tìm kiếm dấu vết của sự sống trên Sao Hoả, tìm kiếm nước, tìm hiểu địa chất đất đá trên đó để trả lời đúng đắn các câu hỏi sau:

- Xa xưa nước đã tồn tại và chảy trên bề mặt Sao Hoả như thế nào?

- Nước chảy bắt nguồn từ đâu? Hiện còn lưu giữ ở đâu? Dưới dạng nào?

- Vì sao khí hậu trên Sao Hoả đã bị thay đổi từ ẩm ướt đến khô cằn. Phải chăng xa xưa Sao Hoả không giống nó bây giờ mà giống Trái đất ta hiện nay?

- Những gì đã xẩy ra trên Sao Hoả liệu có xảy ra cho Trái đất hay không?

II. Tàu Spirit: Một kết quả đầu tiên    

Thoạt đầu NASA đề nghị MER được xem như phần tiếp theo của chương trình Mars Pathfinder nhưng đề nghị này không được chấp thuận. Sau nhiều sửa đổi, hoàn thiện, người ta dự kiến Spirit sẽ được phóng vào năm 2001 còn Opportunityvào năm 2003. Nhưng do ngân sách dành cho nghiên cứu vũ trụ của Mỹ vào năm 2001 bị cắt giảm, hơn nữa do các con tàu Mars Polar Lander và Mars Climate Orbiter sau gần 90 ngày hoạt động đã bị mất liên lạc vì bão bụi che phủ pin Mặt trời, dự kiến trên đã bị hoãn cho đến tháng 8 - 2003 và sẽ phóng luôn cả hai con tàu, lúc đó Sao Hoả ở thời kỳ xung đối lớn và gần Trái đất chúng ta nhất. Phần lớn công việc lắp đặt và thử nghiệm được tiến hành trong năm 2002 và đầu năm 2003. Theo dự kiến, ngày 4 -1 – 2004, tàu Spirit sẽ đổ bộ xuống Sao Hoả ở miệng núi lửa Gusev, một địa điểm ở gần cực Bắc, theo những thông tin do các máy đổ bộ trước đây đã cung cấp. Thực tế vào lúc 8h30 phút chiều theo giờ chuẩn Thái Bình Dương (Pacific Standard time), tức là cỡ 1h30 phút chiều giờ GMT ngày 3 -1- 2004, ở Trái đất đã nhận được tín hiệu do Spirit đổ bộ xuống Sao Hoả gửi về.

Theo đánh giá của Jim Bell, chương trình MER đang mở ra một hướng mới để khám phá hành tinh đó và nói chung các hành tinh trong Hệ Mặt trời. Mục tiêu chính của Spirit và Opportunitylà tìm kiếm những chứng cớ về địa chất, khí hậu, nước, khí quyển, địa nhiệt, từ trường,v.v... để hoặc là bảo vệ hoặc phản bác ý kiến cho rằng Sao Hoả đã có thời ký giống như Trái đất ta hiện nay. Theo Bruce Moomaw, Spirit là người máy có nhiều mắt, có máy ảnh, có máy khoan và búa máy, có thiết bị nhìn xa trông rộng để làm nhiệm vụ của nhà địa chất hiện đại.

Hình 2. Spirit gặp hòn đá Adirondack và đã có sự bất trắc xuất hiện. “Kỹ sư máy” đã được lệnh xử lý tình huống này.

Trên đường đi khi tới gần tảng đá Adirondack, Spirit đã gặp một tình huống bất trắc và đã ra lệnh cho “kỹ sư máy” xử lý tình huống đó (Hình 2). Spirit đã lang thang trong vùng cách nơi đổ bộ khoảng 24m về phía Bắc và 10m về phía Nam, vượt qua miệng núi lửa rộng cỡ 20m, sâu từ 2 đến 2,5m. Spirit hiện đang leo lên đồi ở phía Đông (so với nơi đổ bộ), theo dự định thời gian làm việc sẽ kéo dài 180 ngày và nó có thể đi lên tới đỉnh. Tuổi thọ của Spirit sẽ tuỳ thuộc lượng bụi bám vào các tấm pin Mặt trời gắn lên trên đó. Các kết quả tiếp tục thu được, chúng tôi sẽ thông báo trong một bài sau cùng với các kết quả từ con tàu Opportunity.

Tài liệu: Geoff chester , Astronomy, 31, N°8, 2003, 40; William K. Hartmann, ibid, 46; Jim Bell, ibid, 52; Bruce Moomaw, Astronomy, 32, N°4, 2004, 32.