Tàu Parker và hành trình vượt qua giới hạn khám phá vũ trụ

Tàu thăm dò Parker Solar Probe của NASA đã chạm tới Mặt Trời, mở ra kỷ nguyên mới trong nghiên cứu không gian, giải mã các bí ẩn về gió Mặt Trời, vành nhật hoa và thúc đẩy các hiểu biết về vũ trụ.

Đêm 24/12, Parker Solar Probe, tàu thăm dò Mặt Trời tiên phong của NASA đã đi vào lịch sử khi trở thành tàu vũ trụ đầu tiên tiếp cận và bay qua tầng thượng quyển của Mặt Trời, ở khoảng cách 6,1 triệu km.

Giới chuyên môn ghi nhận, đây là một bước tiến quan trọng trong hành trình chinh phục vũ trụ của nhân loại.

“Đây là khoảnh khắc lịch sử”, ông Thomas Zurbuchen, Phó Giám đốc Ban Sứ mệnh Khoa học của NASA, nhận định.

“Thời điểm tàu Parker chạm vào Mặt Trời đã đánh dấu một bước nhảy vĩ đại trong khoa học vũ trụ, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các hiện tượng quan trọng đối với Trái Đất”.

Từ ý tưởng điên rồ, tới bước nhảy vĩ đại

Tàu Parker Solar Probe nằm trong phòng sạch ngày 6/7/2018, tại cơ sở nghiên cứu Astrotech Space Operations ở Titusville, Florida, Mỹ sau khi lắp đặt tấm chắn nhiệt (Ảnh: NASA).

Mặt Trời, ngôi sao trung tâm của hệ Mặt Trời, dù đã được nghiên cứu hàng thế kỷ, vẫn chứa đựng vô vàn bí ẩn chưa có lời giải, thách thức sự hiểu biết của nhân loại về cơ chế vận hành của vũ trụ.

Ý tưởng về một sứ mệnh thăm dò Mặt Trời đã nảy sinh từ những năm 1950 khi các nhà khoa học lần đầu tiên nhận ra rằng việc tiếp cận gần ngôi sao này có thể giải đáp nhiều bí ẩn khoa học.

Năm 1958, báo cáo của Ủy ban Thám hiểm Không gian (SSB) đã đề xuất ý tưởng về một tàu vũ trụ tiến vào vùng khí quyển ngoài cùng của Mặt Trời – vành nhật hoa. Tuy nhiên, công nghệ thời đó chưa đủ tiên tiến để hiện thực hóa mục tiêu đầy tham vọng này.

Trong những thập kỷ sau, NASA tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ cần thiết để xây dựng một tàu thăm dò có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và bức xạ mạnh mẽ từ Mặt Trời.

Tuy nhiên, mãi đến những năm 2000, với sự tiến bộ của vật liệu chịu nhiệt, điện tử và động cơ đẩy, dự án Parker Solar Probe mới dần trở thành hiện thực.

Con tàu nặng 685 kg, kích thước nhỏ gọn với chiều cao chỉ khoảng 3 mét. Nó được trang bị 4 bộ công cụ khoa học chính, gồm: Bộ cảm biến đo đạc điện trường và từ trường trong vùng vành nhật hoa (FIELDS); Hệ thống hình ảnh để ghi lại các hiện tượng động học trong gió Mặt Trời (WISPR); Công cụ đo tốc độ, mật độ và nhiệt độ của các hạt trong gió Mặt Trời (SWEAP); và Thiết bị đo lường các hạt năng lượng cao trong môi trường Mặt Trời (ISOIS).

Dẫu vậy, một trong những yếu tố quan trọng nhất tạo nên sự thành công của sứ mệnh là việc thành công tích hợp tấm chắn nhiệt làm từ hợp chất carbon có khả năng chịu nhiệt độ bên ngoài lên tới 1.370⁰C, trong khi vẫn duy trì nhiệt độ bên trong tàu ở mức khoảng 30⁰C.

Chi tiết này giúp bảo vệ các thiết bị quan sát và điện tử bên trong khỏi môi trường cực kỳ khắc nghiệt của vành nhật hoa – lớp khí quyển ngoài cùng của Mặt Trời.

Ngày 12/8/2018, tàu Parker Solar Probe được phóng từ Trung tâm Vũ trụ Kennedy của NASA bằng tên lửa Delta IV Heavy. Đây là một trong những tên lửa mạnh mẽ nhất từng được chế tạo, cần thiết để đưa tàu vào quỹ đạo thích hợp nhằm tiếp cận Mặt Trời.

Trong hành trình của mình, tàu Parker đã trải qua hàng loạt vòng bay qua sao Kim để lợi dụng lực hấp dẫn của hành tinh này nhằm giảm tốc độ và điều chỉnh quỹ đạo tiếp cận Mặt Trời.

Với tổng cộng 24 vòng bay theo kế hoạch, tàu dần tiến gần đến bề mặt Mặt Trời, và thực hiện lần tiếp cận gần nhất vào ngày 24/12.

Chân trời mới của khoa học vũ trụ

Sẽ còn cần nhiều thời gian để đánh giá những kết quả mà tàu Parker thu thập được trong chuyến bay lịch sử của mình.

Dẫu vậy, các nhà khoa học đã đánh giá cao về sự táo bạo của NASA trong việc thực hiện điều mà chưa ai từng làm trước đây, nhằm mục tiêu trả lời những câu hỏi tồn tại từ lâu về vũ trụ của chúng ta.

Đó là những câu hỏi như: Tại sao vành nhật hoa lại nóng hơn bề mặt Mặt Trời? Làm thế nào gió Mặt Trời – các dòng hạt tích điện – lại được gia tốc đến những tốc độ siêu thanh như vậy?

Từ khi bắt đầu hoạt động, tàu Parker đã cung cấp những phát hiện mang tính đột phá. Vào năm 2019, tàu lần đầu tiên phát hiện ra “switchback” – hay các cấu trúc từ trường đảo ngược trong gió Mặt Trời.

Những “switchback” này đóng vai trò quan trọng trong việc giải thích hiện tượng tăng nhiệt độ bất thường ở vành nhật hoa. Ngoài ra, tàu cũng ghi lại dữ liệu quý giá về động lực học của các hạt năng lượng cao và tác động của chúng lên hệ Mặt Trời, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực thời tiết không gian.

Không chỉ mang lại hiểu biết sâu sắc về hoạt động của Mặt Trời, sứ mệnh Parker Solar Probe còn có ý nghĩa thực tiễn to lớn. Hiểu rõ hơn về thời tiết không gian giúp bảo vệ các hệ thống viễn thông, định vị GPS và lưới điện trên Trái Đất trước các sự kiện bão Mặt Trời.

Đặc biệt, trong chu kỳ hoạt động mạnh hiện nay của Mặt Trời, dữ liệu từ tàu Parker có thể giúp dự báo và giảm thiểu các tác động tiêu cực đến cuộc sống của con người.

Trong lần tiếp cận này, tàu Parker đã ghi nhận những bằng chứng thực tế về sự tương tác giữa từ trường Mặt Trời và plasma trong vành nhật hoa.

Từ đó cung cấp thông tin quan trọng để lý giải hiện tượng tại sao nhiệt độ của vành nhật hoa (khoảng 1-3 triệu ⁰C) lại cao hơn rất nhiều so với bề mặt Mặt Trời (khoảng 5.500⁰C).

Ngoài ra, sứ mệnh của Parker còn góp phần tạo nền tảng cho các nghiên cứu trong tương lai về ngôi sao khác trong thiên hà, giúp nhân loại hiểu rõ hơn về vai trò của các ngôi sao trong việc hình thành và duy trì sự sống trong vũ trụ.

Trong những vòng bay tiếp theo, Parker sẽ ngày càng tiến gần hơn đến “điểm chạm” bề mặt Mặt Trời, hứa hẹn mang lại nhiều khám phá đột phá hơn nữa.

Parker là minh chứng cho việc nhân loại đang từng bước vượt qua những giới hạn tưởng chừng không thể, mở ra một kỷ nguyên mới trong hành trình khám phá vũ trụ.