Nhật Bản thực hiện sứ mệnh chưa từng có tới hai mặt trăng bí ẩn của sao Hỏa

Sứ mệnh chưa từng có của Nhật Bản sẽ đưa robot tiếp cận mặt trăng bí ẩn của sao Hỏa, thu thập mẫu vật để giải mã nguồn gốc hai vệ tinh và tìm kiếm manh mối về khả năng tồn tại sự sống ngoài Trái Đất.

Tàu đổ bộ InSight chuẩn bị hạ cánh xuống bề mặt Sao Hỏa, tháng 11/2018. Ảnh tư liệu: AFP/ TTXVN (Không cho phép bên thứ ba khai thác, sử dụng)

Sao Hỏa vẫn còn nhiều bí ẩn chưa có lời giải, trong đó Phobos và Deimos là hai đối tượng đặc biệt thu hút sự chú ý của các nhà khoa học. Dù đã được quan sát trong nhiều thập kỷ, hai vệ tinh nhỏ bé, có hình dạng gồ ghề này vẫn khiến giới nghiên cứu bối rối.

“Đây là một trong những bí ẩn lớn còn tồn tại về quá trình hình thành hệ Mặt Trời: nguồn gốc của Phobos và Deimos. Chúng ta thực sự cần một sứ mệnh như MMX để tìm câu trả lời”, ông Daniel Glavin, nhà khoa học cấp cao tại Trung tâm Bay không gian Goddard của Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA), đồng thời tham gia sứ mệnh, nhận định.

Trước đây, các tàu quỹ đạo quanh sao Hỏa đã nhiều lần chụp ảnh hai vệ tinh này. Những xe tự hành như Curiosity và Perseverance cũng ghi lại hình ảnh Phobos đi qua phía trước Mặt Trời, tạo nên hiện tượng nhật thực trên sao Hỏa. Tuy nhiên, những quan sát đó vẫn chưa giúp các nhà khoa học xác định được nguồn gốc của chúng.

“Chúng ta không thể giải thích Phobos hay Deimos vào thời điểm hiện tại. Theo những gì đã biết, chúng dường như không nên tồn tại, nhưng thực tế lại có mặt ở đó”, bà Abigail Fraeman, nhà khoa học nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy phản lực của NASA, cho biết.

Sứ mệnh tìm lời giải từ mẫu vật

Sứ mệnh Khám phá các mặt trăng sao Hỏa (MMX) do Cơ quan Thám hiểm hàng không vũ trụ Nhật Bản (JAXA) dẫn đầu, với sự tham gia của các đối tác quốc tế, trong đó có NASA, Cơ quan Vũ trụ châu Âu, Trung tâm Nghiên cứu Vũ trụ quốc gia Pháp và Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức.

Tàu MMX dự kiến được phóng bằng tên lửa H3 từ Trung tâm Vũ trụ Tanegashima ở tỉnh Kagoshima, phía Tây Nam Nhật Bản. Sứ mệnh đặt mục tiêu thu thập ít nhất 10 gram vật chất từ Phobos và đưa về Trái Đất vào năm 2031.

Tàu MMX dự kiến ​​sẽ rời bệ phóng trên một tên lửa H3 từ Tổ hợp Phóng Yoshinobu tại Trung tâm Vũ trụ Tanegashima của Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) – nằm ở tỉnh Kagoshima, phía tây nam Nhật Bản – vào lúc 4h41 sáng thứ Ba, 20/10, theo giờ chuẩn Nhật Bản.

Các mẫu vật cùng dữ liệu quan sát chi tiết có thể giúp làm sáng tỏ nguồn gốc của Phobos và Deimos, đồng thời cung cấp thông tin về lịch sử của sao Hỏa. Nếu mẫu vật chứa những mảnh đá có nguồn gốc từ sao Hỏa, MMX có thể trở thành sứ mệnh đầu tiên đưa thành công vật chất từ hành tinh này về Trái Đất theo một cách gián tiếp, thông qua vệ tinh của nó.

Nhà thiên văn học người Mỹ Asaph Hall phát hiện hai vệ tinh vào năm 1877. Tên gọi Phobos và Deimos bắt nguồn từ hai người con trong thần thoại của thần chiến tranh Mars của La Mã, lần lượt mang ý nghĩa “nỗi sợ hãi” và “sự kinh hoàng”.

Phobos là vệ tinh lớn hơn và nằm gần sao Hỏa hơn. Tuy nhiên, nó đang dần tiến sát hành tinh, với tốc độ khoảng 1,8 mét mỗi thế kỷ. Các nhà khoa học dự đoán trong khoảng 50 triệu năm tới, Phobos có thể va chạm với sao Hỏa hoặc vỡ thành một vành đai đá quay quanh hành tinh.

Đặc điểm nổi bật nhất của Phobos là hố va chạm Stickney, rộng khoảng 9,7 km, chiếm phần lớn bề mặt vệ tinh nhỏ bé này. Bề mặt Phobos còn mang nhiều dấu tích do các thiên thạch va chạm trong suốt hàng tỷ năm.

Trong khi đó, Deimos nhỏ hơn, nằm xa sao Hỏa hơn và đang từ từ di chuyển ra xa hành tinh. Bề mặt vệ tinh này tương đối nhẵn hơn Phobos nhưng vẫn có nhiều hố va chạm và được bao phủ bởi một lượng bụi đáng kể.

Hiện các nhà khoa học tập trung vào hai giả thuyết chính về nguồn gốc của chúng. Giả thuyết thứ nhất cho rằng một thiên thể lớn từng va chạm với sao Hỏa, khiến vật chất đá bắn ra không gian rồi kết tụ thành hai vệ tinh. Giả thuyết thứ hai cho rằng Phobos và Deimos vốn là các tiểu hành tinh đi quá gần sao Hỏa và bị lực hấp dẫn của hành tinh giữ lại.

Tuy nhiên, dữ liệu quan sát hiện có chưa hoàn toàn phù hợp với giả thuyết nào. Theo bà Fraeman, sứ mệnh MMX có thể cung cấp bằng chứng củng cố một trong hai giả thuyết, hoặc mở ra cách giải thích hoàn toàn mới.

Đưa robot xuống bề mặt Phobos

MMX chủ yếu tập trung khảo sát Phobos, đồng thời chụp ảnh Deimos để so sánh đặc điểm của hai vệ tinh. Tàu vũ trụ gồm ba mô-đun phục vụ các chức năng đẩy, thám hiểm và đưa mẫu vật trở về Trái Đất. Sau khoảng một năm di chuyển đến sao Hỏa, tàu dự kiến hoạt động quanh Phobos trong khoảng ba năm.

Một thành phần quan trọng của sứ mệnh là robot thám hiểm nhỏ mang tên Idefix, do Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức phối hợp với Trung tâm Nghiên cứu Vũ trụ quốc gia Pháp phát triển. Robot dự kiến được triển khai vào đầu năm 2029 để khảo sát địa hình, xác định các khu vực có giá trị khoa học và tìm vị trí hạ cánh an toàn cho tàu đổ bộ.

Idefix sẽ được thả từ độ cao khoảng 40-100 mét xuống bề mặt Phobos. Do lực hấp dẫn tại đây rất yếu, robot có thể nảy lên trước khi ổn định trên mặt đất. Sau khi tự triển khai bánh xe và các tấm pin Mặt Trời, robot dự kiến thực hiện nhiệm vụ trong khoảng 100 ngày.

Với khối lượng khoảng 25 kg trên Trái Đất, Idefix chỉ chịu lực tương đương trọng lượng khoảng 15 gram khi hoạt động trên Phobos. Robot có kích thước tương đương một thùng đựng đồ uống và sẽ khảo sát bề mặt trước khi nhóm điều hành lựa chọn hai địa điểm riêng biệt để tàu đổ bộ thu thập mẫu.

Theo ông Tomohiro Usui, nhà khoa học thuộc JAXA, các hình ảnh hiện có cho thấy Phobos có một vùng sáng hơn và một vùng tối hơn, gợi ý rằng hai khu vực có thể sở hữu đặc điểm bề mặt khác nhau. Vì vậy, nhóm nghiên cứu dự kiến lấy mẫu ở cả mặt hướng về sao Hỏa và mặt quay ra xa hành tinh.

Việc hạ cánh sẽ được tiến hành thận trọng do rủi ro cao. Sau khi thu thập mẫu ở địa điểm đầu tiên, tàu sẽ cất cánh trở lại quỹ đạo và có thể mất thêm vài tháng để tìm kiếm địa điểm thứ hai.

MMX được trang bị hai phương pháp thu thập vật chất. Một thiết bị sẽ khoan sâu khoảng 2 cm để lấy mẫu bên dưới bề mặt và lưu vào ống chứa. Thiết bị còn lại sử dụng khí nén để làm bật các hạt bụi, đá trên bề mặt rồi thu gom chúng.

Sau khi hoàn tất việc thu thập mẫu, tàu sẽ rời Phobos, tiếp tục quan sát Deimos và bắt đầu hành trình trở về Trái Đất vào năm 2030, với mục tiêu đưa mẫu vật về vào năm 2031.

Tìm kiếm dấu vết về lịch sử sao Hỏa và sự sống

Ngoài việc thu thập mẫu, các thiết bị trên tàu MMX sẽ phân tích địa hình, khoáng chất, thành phần hóa học và bức xạ trong môi trường không gian. Hai camera Super Hi-Vision cũng sẽ ghi lại hình ảnh sao Hỏa và các vệ tinh với độ phân giải 4K và 8K.

Một thiết bị quan trọng là máy quang phổ MEGANE, chuyên đo thành phần nguyên tố bằng tia gamma và neutron. Dữ liệu thu được có thể giúp xác định sự hiện diện của các nguyên tố dễ bay hơi như hydro, natri và clo trên Phobos và Deimos.

Theo ông David Lawrence, nhà khoa học hành tinh tại Phòng thí nghiệm Vật lý ứng dụng thuộc Đại học Johns Hopkins, thành phần các nguyên tố có thể cung cấp manh mối để phân biệt nguồn gốc của hai vệ tinh.

Nếu chúng hình thành từ vật chất bắn ra sau một vụ va chạm lớn với sao Hỏa, nhiệt độ cao có thể khiến nhiều nguyên tố dễ bay hơi bị thất thoát. Ngược lại, các tiểu hành tinh có thể chứa hàm lượng những nguyên tố này cao hơn.

Các nhà khoa học cũng sẽ kết hợp dữ liệu MEGANE với kết quả từ máy quang phổ hồng ngoại MIRS để nghiên cứu khoáng chất, chất hữu cơ và các hợp chất liên quan đến nước trên Phobos.

Đặc biệt, các nhà khoa học sẽ tìm kiếm axit amin và những hợp chất hữu cơ khác trong mẫu vật. Axit amin là thành phần cấu tạo nên protein, một trong những nền tảng hóa học quan trọng của sự sống. Việc phân tích số lượng, mức độ đa dạng và tỷ lệ tương đối của các axit amin có thể giúp xác định nguồn gốc của chúng.

Ông Daniel Glavin cho rằng nếu Phobos chứa nhiều nước và hợp chất hữu cơ, những vật chất này có thể từng góp phần tạo điều kiện cho sự sống xuất hiện trên sao Hỏa.

Hai vệ tinh có thể đã tồn tại hàng tỷ năm, trở thành những “nhân chứng” về quá trình tiến hóa của hành tinh đỏ. Do nằm gần sao Hỏa, Phobos cũng có thể tích tụ bụi và những mảnh vật chất thoát ra từ hành tinh, trong đó có các mảnh đá từ bề mặt sao Hỏa.

MMX không phải sứ mệnh duy nhất hướng tới mục tiêu đưa mẫu vật từ sao Hỏa về Trái Đất. Trung Quốc dự kiến phóng sứ mệnh Thiên Vấn-3 vào năm 2028, nhằm trực tiếp thu thập mẫu vật trên sao Hỏa và đưa về Trái Đất vào năm 2031.