Chinh phục Mặt Trời – chương tiếp theo đầy tham vọng của chương trình không gian Ấn Độ

Cuộc đổ bộ thành công của tàu vũ trụ Chandrayaan-3 lên Mặt Trăng không phải là sự kết thúc mà là bước khởi đầu cho các sứ mệnh không gian của Ấn Độ.

Hình ảnh được phát trực tiếp gần một tháp đồng hồ ở Srinagar (Ấn Độ) cho thấy tàu Chandrayaan-3 hạ cánh thành công xuống cực Nam của Mặt Trăng, ngày 23/8. Ảnh: AFP/TTXVN

Nhắc lại lời của Thủ tướng Narendra Modi, Giám đốc Tổ chức Nghiên cứu Vũ trụ Ấn Độ (ISRO) S. Somanath tuyên bố “kỷ nguyên vàng” của chương trình không gian của Ấn Độ chỉ mới bắt đầu.

Ông Somanath cho biết trọng tâm của cơ quan vũ trụ trong vài tháng qua là đảm bảo thành công của sứ mệnh Chandrayaan-3 (tiếng Phạn có nghĩa là tàu Mặt Trăng), nhưng ISRO cũng đang thực hiện các dự án lớn khác được lên kế hoạch cho những tháng tới.

Sau Chandrayaan-3, ISRO sẽ lập tức thực hiện dự án Aditya-L1 – sứ mệnh khoa học đầu tiên được Ấn Độ đưa vào không gian để nghiên cứu Mặt Trời. Sứ mệnh này ban đầu được đặt tên là Aditya-1 (Aditya trong tiếng Phạn có nghĩa là Mặt Trời), gồm một vệ tinh có khối lượng 400 kg mang theo một thiết bị tự hành VELC và dự kiến sẽ phóng lên quỹ đạo tầm thấp, cách Trái Đất 800 km.

Aditya L-1, sứ mệnh phức tạp nhất từ trước đến nay của ISRO, dự kiến sẽ được khởi động vào tuần đầu tiên của tháng 9 tới, có rất nhiều điểm độc đáo. Thứ nhất, lần đầu tiên Ấn Độ xây dựng một “đài quan sát không gian” để quan sát Mặt Trời liên tục, theo dõi quả cầu lửa 24/7.

Thứ hai, Ấn Độ chưa bao giờ phóng tàu vũ trụ lên một điểm Lagrange, nằm trong vùng quỹ đạo của 2 hoặc nhiều thiên thể có khối lượng lớn (như Mặt Trời và Trái Đất) chuyển động quanh nhau dưới tác dụng của lực hấp dẫn, mà ở đó một vật thể có khối lượng không đáng kể (như thiên thạch, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ) có thể nhận được lực hấp dẫn từ 2 thiên thể lớn để duy trì quỹ đạo ổn định, nói dễ hiểu là “đứng yên”.

Việc đưa tàu vũ trụ đổ bộ một cách chính xác xuống một điểm trong không gian cách Trái Đất 1,5 triệu km (giữa Trái Đất và Mặt Trời), đòi hỏi kỹ năng điều khiển khéo léo để “lái” tàu vũ trụ đến vị trí xác định; và giữ nó ở đó thậm chí còn khó khăn hơn.

Có 5 điểm Lagrange trong hệ Mặt Trời-Trái Đất, được đặt tên theo nhà toán học và thiên văn học người Italy Joseph-Louis Lagrange. Aditya L-1, được lắp ráp và tích hợp tại Trung tâm vệ tinh Rao U R (URSC) ở Bengaluru, thủ phủ bang Karnataka, sẽ được bố trí tại Lagrange-1 (ký hiệu là L1).

Vệ tinh Aditya L-1 sẽ mất khoảng 109 ngày để đi đến quỹ đạo quầng sáng quanh điểm L1, cách Trái Đất 1,5 triệu km. Hai thiết bị chính trên tàu Aditya L-1 – SUIT và VELC – do các nhà khoa học Ấn Độ thiết kế và chế tạo.

Ngoài ra, VELC sẽ thực hiện “các phép đo quang phổ” để nghiên cứu từ trường của Mặt Trời – lần đầu tiên do một quốc gia thực hiện nghiên cứu trong không gian. Do đó, dữ liệu thiết bị tự hành này thu thập được sẽ đóng góp rất lớn cho nghiên cứu khoa học.

Nhưng trước hết, tại sao ISRO lại quan tâm đến Mặt Trời?

Vệ tinh/tàu vũ trụ Aditya L-1 về cơ bản là một kính viễn vọng không gian. Nhìn rộng ra, sứ mệnh Aditya L-1 có 2 mục tiêu: dài hạn (nhiệm vụ khoa học) và ngắn hạn (bảo vệ các vệ tinh của chúng ta).

Sứ mệnh này bắt đầu vào năm 2006, khi một nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Vật lý thiên văn Ấn Độ và Hiệp hội Thiên văn Ấn Độ có bài thuyết trình trước ISRO, nhấn mạnh sự cần thiết phải bảo vệ vệ tinh khỏi “những thứ” phát ra từ Mặt Trời.

Vào thời điểm đó, các nhà khoa học có ý tưởng đưa một vệ tinh nhỏ lên quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất để theo dõi và chụp ảnh Mặt Trời. Nhưng Giáo sư U. R. Rao, cựu Chủ tịch ISRO, đã đề nghị mở rộng quy mô sứ mệnh và bố trí tàu vũ trụ tại điểm L1.

Vệ tinh/tàu vũ trụ Aditya L-1. Ảnh: ISRO

Ý tưởng của dự án Aditya L-1 là theo dõi Mặt Trời liên tục để đưa ra cảnh báo sớm về các cơn bão từ của Mặt Trời, vốn có thể làm hỏng vệ tinh và lưới điện của chúng ta. Bão Mặt trời có nhiều dạng, chẳng hạn như sự phun trào khối vành nhật hoa (CME, hàng tỷ tấn vật chất văng ra từ Mặt Trời, có thể bắn ra bất cứ đâu, kể cả hướng về Trái Đất) và các cơn bão từ Mặt Trời – tức những vụ nổ năng lượng đột ngột, thường ở dạng lưỡi lửa dài hàng nghìn km có thể phát ra tia X, sóng điện từ hoặc các hạt năng lượng cao vào không gian và có thể làm gián đoạn liên lạc vô tuyến và gây hại cho các phi hành gia vũ trụ).

Về lâu dài, người ta hiểu rằng tia cực tím của Mặt Trời có thể tác động đến khí hậu Trái Đất và tầng ozone trong khí quyển. Bức xạ tia cực tím có bước sóng từ 200 đến 310 nanomet được oxy và ozone trong bầu khí quyển Trái Đất hấp thụ. Bức xạ tia cực tím trên 310 nm xuyên qua bầu khí quyển.

Chúng ta cần biết Mặt Trời có thể phát ra loại tia UV nào. Những thay đổi trong bức xạ tia cực tím có thể ảnh hưởng đến sự hình thành đám mây, hàm lượng hơi nước và mô hình nhiệt độ trong bầu khí quyển thấp hơn của Trái Đất. Do đó, điều quan trọng là nghiên cứu hành vi của Mặt Trời để xem tác động của nó đối với khí hậu Trái Đất.

Aditya L-1 nghiên cứu Mặt Trời như thế nào?

Aditya L-1 sẽ mang theo 7 thiết bị để nghiên cứu bầu khí quyển của Mặt Trời, các cơn bão từ của Mặt Trời và tác động của nó đối với môi trường xung quanh Trái Đất. Một số thiết bị nghiên cứu Mặt Trời từ xa, trong khi những thiết bị khác phân tích các hạt bắn ra từ Mặt Trời “truyền” vào tàu vũ trụ.

Nhưng chủ yếu có 2 thiết bị – Kính viễn vọng chụp ảnh tia cực tím Mặt Trời (SUIT) và Đường phát xạ nhìn thấy được (VELC) – cả hai đều được chế tạo tại Trung tâm Thiên văn và Vật lý thiên văn liên trường đại học (IUCAA) ở Pune.

SUIT sẽ quan sát đĩa Mặt Trời, bao gồm quang quyển bên trong và sắc quyển bên ngoài, trong khi VELC sẽ theo dõi vành nhật hoa quanh Mặt Trời. SUIT sẽ thu thập dữ liệu các tia cực tím gần (bước sóng 200-400 nm) phát ra từ Mặt Trời; và VELC sẽ thu bức xạ cận hồng ngoại từ Mặt Trời.

Tiến sĩ Somak Raychaudhary, người tham gia phát triển SUIT, cho biết: “Đây là những thiết bị rất độc đáo, được chế tạo hoàn toàn ở Ấn Độ”. Ông Raychaudhary giải thích rằng vì SUIT và VELC quan sát Mặt Trời cùng lúc nên có thể thấy tác động của bất kỳ thay đổi nào trong quang quyển và sắc quyển của Mặt Trời trên vành nhật hoa – phác họa bức tranh rõ hơn về hành vi của ngôi sao.

Mặt Trời không rắn như Trái Đất mà là một quả cầu khí khổng lồ với nhiều lớp khác nhau, tất cả đều được bao quanh bởi vành nhật hoa; mỗi lớp quay với tốc độ khác nhau. SUIT sẽ đồng thời lập bản đồ quang quyển và sắc quyển của Mặt Trời, bằng cách sử dụng 11 bộ lọc nhạy với các bước sóng khác nhau và bao phủ các độ cao khác nhau trong bầu khí quyển của Mặt Trời. Theo một bài báo của các nhà khoa học IUCAA xuất bản năm 2017, “điều này sẽ giúp hiểu được các quá trình liên quan việc truyền khối lượng và năng lượng từ lớp này sang lớp khác”.

VELC sẽ nghiên cứu vành nhất hoa, chụp ảnh quang học và ghi lại quang phổ – tức phân tách ánh sáng thành các bước sóng tạo các tia lửa mặt trời và các đám mây plasma khổng lồ. Tiến sĩ Dipankar Banerjee, người đã tham gia phát triển VELC ở IUCAA, giải thích rằng thiết bị này cho phép quan sát bằng phép đo quang phổ. Từ trường là “thủ phạm chính” chịu trách nhiệm cho mọi động lực học của Mặt Trời, vì vậy hiểu rõ về từ trường là rất hữu ích. Sau đó, VELC có thể nghiên cứu các vạch quang phổ màu đỏ và xanh lục, giúp nhìn rõ nhiệt độ của vùng Mặt Trời nơi ánh sáng phát ra.

Năm thiết bị còn lại chịu trách nhiệm thu thập và phân tích tia X và các hạt từ Mặt Trời. Như vậy, bảy thiết bị của vệ tinh Aditya L-1 bao gồm toàn bộ gam bức xạ điện từ – gần tia hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, gần tia cực tím và tia X cũng như các hạt phun trào từ Mặt Trời – tất cả đều từ một điểm quan sát tại điểm L1. Nếu sứ mệnh này thành công, ISRO có thể tuyên bố “Mặt Trời đã nằm trong túi của họ”.