Hai tàu Voyager: Hành trình dài hàng thập kỷ vượt ra ngoài Hệ Mặt Trời

Hai tàu thăm dò Voyager vẫn gửi về những dữ liệu quý giá, dù chúng đã rời bệ phóng hàng chục năm trước và đang ở khoảng cách xa đến mức khó tưởng tượng. Những thiết bị này tiếp tục cho phép các nhà khoa học quan sát môi trường ở rìa Hệ Mặt Trời và bên ngoài, cung cấp các manh mối về cách Mặt Trời tác động lên không gian xung quanh.

Khởi đầu và mục tiêu khác biệt của hai tàu

Voyager 2 được phóng từ Mũi Canaveral vào ngày 20/8/1977; Voyager 1 rời bệ phóng khoảng hai tuần sau đó. Dù là cặp “song sinh” với thiết kế cơ bản tương tự và mỗi tàu mang khoảng 10 công cụ khoa học khi xuất xưởng, nhiệm vụ của chúng được căn chỉnh khác nhau: Voyager 1 tập trung vào quan sát Mộc tinh và Thổ tinh, còn Voyager 2 đã tiếp tục hành trình, thực hiện chuyến thăm đến Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh. Trong thế kỷ 20, Voyager 2 là sứ mệnh duy nhất của con người đã đến hai hành tinh xa này.

Vị trí hiện tại và trạng thái liên lạc

Cả hai tàu hiện ở khoảng cách rất lớn so với Trái Đất — được mô tả bằng các con số như hàng chục tỷ kilômét — và vẫn duy trì liên lạc với các trạm trên hành tinh. Dữ liệu vị trí và vận tốc của chúng được cập nhật liên tục trên nền tảng theo dõi của NASA, cho phép công chúng xem quỹ đạo theo thời gian thực. Về biên giới hệ thống của chúng ta, Voyager 1 đã vượt ranh giới đó trước và Voyager 2 tiếp tục con đường này vào tháng 11/2018; cả hai đang tiến vào vùng không thuộc hệ sao của chúng ta.

Những thiết bị khoa học còn hoạt động sau nhiều thập niên

Mỗi tàu từng mang 10 công cụ nghiên cứu ban đầu; đến nay mỗi chiếc vẫn còn khoảng bốn thiết bị hoạt động. Các bộ cảm biến đó gồm một số tên chính mà các nhà khoa học vẫn dùng để đọc dữ liệu từ môi trường không gian xa xôi:

• Cosmic Ray Subsystem (CRS): đo các hạt năng lượng cao đi qua tàu, giúp xác định hàm lượng năng lượng và nguồn gốc của tia vũ trụ cũng như những quá trình gia tốc hạt.
• Low-Energy Charged Particle (LECP): ghi lại hạt tích điện ở năng lượng thấp hơn; theo nguyên lý đơn giản, mức thâm nhập của hạt qua cảm biến cho thấy tốc độ tương đối và hướng đi của chúng.
• Từ kế (MAG): theo dõi biến đổi trong từ trường theo thời gian và khoảng cách, từ đó giúp phân biệt xem một thiên thể có tạo ra từ trường riêng hay không và cách tương tác giữa các từ trường đó.
• Hệ thống radio và sóng plasma (PRA và PWS): kết hợp cùng bộ ăng-ten hình chữ V để thu phổ điện từ và sóng plasma ở nhiều dải tần, mở cửa cho việc giải mã các tín hiệu phát sinh trong môi trường giữa sao.

Những công cụ này tiếp tục ghi nhận dữ liệu dù năng lượng cung cấp cho tàu suy giảm dần theo thời gian.

Mô hình thử nghiệm, được trưng bày trong buồng mô phỏng không gian tại phòng thí nghiệm NASA năm 1976. Đây là bản sao của 2 tàu thăm dò không gian Voyager được phóng vào năm 1977. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech).

Những khám phá có ý nghĩa

Trong kế hoạch ban đầu, các nhiệm vụ Voyager chỉ được kỳ vọng kéo dài vài năm; thực tế, sau hàng thập kỷ, chúng vẫn đóng góp dữ liệu khoa học quan trọng. Các quan sát từ hai tàu đã giúp làm sáng tỏ cấu trúc biên của nhật quyển — lớp “bong bóng” do Mặt Trời thổi ra bao bọc Hệ Mặt Trời — và cách biên giới này tương tác với môi trường ngoài hệ sao.

Một trong những phát hiện nổi bật là mức độ bức xạ tia vũ trụ: khi tàu vượt ra ngoài vùng do gió Mặt Trời kiểm soát, các tia vũ trụ ở khu vực đó được đo thấy mạnh hơn so với bên trong nhật quyển, tạo nên sự khác biệt quan trọng cho việc hiểu tương tác giữa gió Mặt Trời và môi trường liên sao. Các nhà khoa học đã kết hợp dữ liệu Voyager với quan sát từ các nhiệm vụ trẻ hơn để hoàn thiện bức tranh về ảnh hưởng của Mặt Trời trên phạm vi rộng.

Đội ngũ tại NASA từng nhắc lại giá trị lâu dài của các quan sát này; các nhà khoa học cấp cao cũng đánh giá Voyager là nguồn thông tin quan trọng về tầm bao phủ của tác động Mặt Trời.

Nguồn năng lượng, bảo toàn và giới hạn hoạt động

Mỗi tàu được cung cấp điện bởi ba bộ máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG), sử dụng plutonium-238 để biến nhiệt phân rã thành điện năng. Khi plutonium suy giảm theo thời gian, tổng công suất điện sụt giảm; vì thế NASA đã phải đưa ra các biện pháp tiết kiệm năng lượng, tắt các hệ thống không thiết yếu để duy trì hoạt động cho các thiết bị quan sát còn ưu tiên.

Một ví dụ là việc tắt máy sưởi cho các hệ thống không quan trọng bắt đầu từ năm 2019. Mặc dù vậy, vẫn còn một số công cụ hoạt động và đội ngũ điều hành đánh giá có những điều chưa hoàn toàn rõ ràng về cách một vài thiết bị tiếp tục chịu được nhiệt độ thấp hơn mức thiết kế ban đầu.

Mô phỏng Voyager 2 qua ứng dụng theo dõi trực tiếp thời gian thực của NASA. (Ảnh: NASA).

Tiếp tục theo dõi lãnh thổ chưa được thăm dò

Các quan sát của Voyager cho phép các nhà nghiên cứu đo đạc trực tiếp các tham số mà trước đây chỉ có thể suy đoán: mật độ hạt, phổ năng lượng của tia vũ trụ, đặc tính sóng plasma và thay đổi trong trường từ tại các khoảng cách lớn. Những dữ liệu như vậy là nền tảng để hiểu không chỉ hoàn cảnh hiện tại của nhật quyển mà còn cơ chế vận hành của các hệ sao khác khi tương tác với môi trường giữa các vì sao.

Nhiều nhà nghiên cứu đã tích hợp bộ dữ liệu dài hạn của Voyager với các quan sát mới hơn để xây dựng mô hình toàn diện hơn về ảnh hưởng của Mặt Trời — điều cần thiết khi xét đến cả tác động lên môi trường không gian và sự bảo vệ mà nhật quyển cung cấp cho Hệ Mặt Trời.

Những điều cần nhớ về tương lai của hai tàu

Khi năng lượng từ RTG giảm tiếp, cuối cùng sẽ đến lúc không còn đủ điện để vận hành các cảm biến hay duy trì liên lạc. Trước thời điểm đó, nhiệm vụ của đội điều khiển là tối ưu hóa sử dụng năng lượng để thu về càng nhiều thông tin giá trị càng tốt. Các quan sát trong giai đoạn còn lại của sứ mệnh sẽ tiếp tục bổ sung hiểu biết về môi trường liên sao và giúp giải thích các dữ liệu đo được từ nhiều thế hệ nhiệm vụ không gian khác nhau.

Mỗi tàu thăm dò Voyager của NASA được trang bị 3 máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG) như trong ảnh. RTG cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ bằng cách chuyển đổi nhiệt sinh ra từ quá trình phân rã plutonium-238 thành điện năng. (Ảnh: NASA/JPL-Caltech).

Kết luận: Vì sao Voyager vẫn quan trọng

Dù không còn là nhiệm vụ ngắn hạn như dự kiến ban đầu, hai tàu Voyager tiếp tục là nguồn dữ liệu duy nhất từ những vùng không gian mà con người từng chạm tới. Những cảm biến còn hoạt động cung cấp thông tin trực tiếp về các hạt, sóng plasma và trường từ ở khoảng cách rất lớn, giúp các nhà khoa học ghép nối quá khứ quan sát với hiểu biết hiện đại về tương tác giữa Hệ Mặt Trời và môi trường liên sao. Việc một phần thiết bị vẫn hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt hơn mong đợi là minh chứng cho cả thiết kế kỹ thuật và cách các nhóm khoa học quản lý tài nguyên một cách khôn ngoan.

Voyager là minh chứng sống cho giá trị của sứ mệnh dài hạn: dữ liệu thu thập hôm nay có thể mở ra câu trả lời cho những câu hỏi mà các nhà nghiên cứu thế hệ sau mới định hình được. Khi đội ngũ điều hành tiếp tục kéo dài thời gian hoạt động của các công cụ còn tốt, cộng đồng khoa học vẫn chờ đợi những khám phá tiếp theo từ rìa không gian mà loài người đang chạm tới.

Để tiếp tục mở rộng góc nhìn về những hiểu biết liên quan, bạn có thể đọc thêm các bài phân tích chuyên sâu sau đây.

Để hiểu rõ về nguồn gốc và lý do xuất hiện các tin đồn về kim tự tháp trên hành tinh khác, hãy tham khảo phân tích giải mã tin đồn kim tự tháp trên sao Kim — bài viết phân tích dữ kiện từ ảnh radar, phát hiện và cách những hiểu nhầm có thể lan rộng.

Nếu bạn quan tâm tới các cột mốc khi tư nhân hóa hoạt động không gian tạo ra những khoảnh khắc chưa từng có, bài về chuyến đi bộ ngoài không gian của phi hành đoàn thương mại sẽ mở rộng góc nhìn: hành trình EVA đầu tiên của phi hành đoàn tư nhân phân tích diễn biến và ý nghĩa công nghệ của sự kiện này.

Và để nắm bắt cách các quan sát sâu rộng đang thay đổi nhận thức về kích thước thiên hà, bạn có thể đọc bài về quầng halo của Ngân Hà: quan sát quầng halo và kích thước thực sự của Ngân Hà, trình bày các dữ liệu quan sát và tác động tới mô hình tiến hóa thiên hà.