Hai tàu Voyager sau 45 năm: những khám phá và thử thách ở rìa Hệ Mặt Trời

Không nhiều nhiệm vụ thám hiểm không gian có thể kéo dài gần nửa thế kỷ, nhưng hai sứ mệnh Voyager vẫn gửi về dữ liệu từ những vùng xa nhất mà con người từng chạm tới. Hai tàu — thiết kế giống nhau, khởi hành cùng thời điểm — giờ vẫn hoạt động ở khoảng cách khổng lồ tính bằng tỷ km so với Trái Đất, tiếp tục cung cấp thông tin giá trị về môi trường không gian liên sao và ranh giới của hệ hành tinh chúng ta.

Hành trình và vị trí hiện tại của hai tàu

Voyager 2 rời bệ phóng ở Mũi Canaveral vào ngày 20/8/1977; “người anh em” Voyager 1 theo sau khoảng hai tuần. Lộ trình ban đầu chia khác nhau: Voyager 1 tập trung ghi nhận dữ liệu ở quỹ đạo gần Mộc và Thổ, trong khi Voyager 2 có thêm cơ hội bay qua Thiên Vương và Hải Vương tinh — điều khiến nó trở thành công cụ duy nhất của con người thăm dò hai hành tinh này trong thế kỷ 20.

Hiện tại, cả hai tàu đang ở trong vùng không gian được gọi là không gian giữa các vì sao — nơi nằm ngoài ảnh hưởng trực tiếp của gió Mặt Trời. Một số mốc quan trọng đã được xác định: Voyager 1 vượt qua ranh giới này trước, còn Voyager 2 chính thức báo cáo đã đi ra ngoài “rìa” Hệ Mặt Trời vào tháng 11/2018.

Theo dữ liệu do cơ quan quản lý nhiệm vụ cung cấp, hai tàu cách Trái Đất vào khoảng 23 tỷ km — một khoảng cách khiến việc liên lạc và nhận dữ liệu trở thành thử thách kỹ thuật lớn.

Những thiết bị còn hoạt động và cách chúng làm việc

Mỗi tàu Voyager khi rời bệ phóng đều được trang bị 10 công cụ khoa học. Sau hàng chục năm, số công cụ còn ghi nhận dữ liệu thực tế giảm xuống; hiện mỗi tàu vẫn có bốn thiết bị hoạt động, và chính những công cụ này tiếp tục đóng vai trò then chốt trong việc quan sát môi trường liên sao.

Trong số các thiết bị được vận hành vẫn có:

• Cosmic Ray Subsystem (CRS): thiết bị này ghi lại các hạt năng lượng cao đi qua tàu, giúp xác định lượng năng lượng, nguồn gốc và động lực học của tia vũ trụ xung quanh. CRS từng dùng để đo các đặc tính hạt tích điện trong và ngoài từ quyển của các hành tinh lớn như Mộc và Thổ.
• Low-Energy Charged Particle (LECP): công cụ này phân biệt tốc độ và mật độ của các hạt tích điện, bằng cách đo mức xuyên sâu tương tự như dấu “lỗ đạn” trên một bề mặt mẫu thử. LECP cho phép các nhà khoa học xác định hướng và biến động của dòng hạt từ Mặt Trời và các nguồn khác.
• Magnetometer (MAG): làm nhiệm vụ theo dõi sự thay đổi của từ trường theo thời gian và khoảng cách — thông tin cần thiết để biết liệu một hành tinh có từ trường hay không và cách các vệ tinh tự nhiên tương tác với trường đó.
• Hệ thống thu phát sóng vô tuyến và đo sóng plasma (PRA và PWS): hai hệ này, kết hợp với bộ ăng-ten dạng chữ V, thu dải tần rộng từ tần số rất thấp đến MHz, phục vụ việc phân tích các dao động plasma và tín hiệu vô tuyến trong không gian.

Những mô tả trên phản ánh bản chất hoạt động của từng bộ phận: CRS đo các hạt năng lượng cao, LECP ghi lại tốc độ và hướng chuyển động của hạt tích điện, MAG khảo sát trường từ, còn PRA/PWS tập trung vào dao động sóng và plasma trong môi trường không 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 gì Voyager đã hé lộ về ranh giới hệ sao của chúng ta

Từ dữ liệu của hai tàu, các nhà khoa học đã thu được hình dung trực tiếp hơn về cách nhật quyển — “bong bóng” do gió Mặt Trời tạo nên — tương tác với môi trường giữa các vì sao. Một trong những kết luận đáng chú ý là cường độ các tia vũ trụ bên ngoài nhật quyển cao hơn đáng kể so với bên trong; các quan sát chỉ ra rằng mức độ này có thể lớn gấp ba lần so với sâu bên trong nhật quyển.

Thông tin do Voyager gửi về cũng hỗ trợ việc ghép nối dữ liệu từ các nhiệm vụ hiện đại hơn, giúp xây dựng bức tranh tổng thể về hoạt động của Mặt Trời và cách ảnh hưởng của nó lan tỏa ra khắp hệ sao của chúng ta.

Thách thức năng lượng và lý do nhiệm vụ còn tiếp tục

Một yếu tố quyết định tuổi thọ hoạt động của hai tàu là nguồn điện: mỗi Voyager dùng hệ thống máy phát nhiệt điện đồng vị (RTG) chuyển hóa nhiệt từ phân rã plutonium-238 thành điện năng. Theo thời gian, sản lượng nhiệt giảm dần dẫn tới mất năng lượng.

Để kéo dài thời gian hoạt động, nhóm quản lý nhiệm vụ đã tắt các hệ thống không thiết yếu, kể cả bộ sưởi bảo vệ thiết bị khỏi lạnh sâu. NASA cho biết mặc dù nhiều hệ bị tắt từ năm 2019, vẫn còn vài thiết bị tiếp tục gửi dữ liệu — một thực tế khiến các kỹ sư và nhà khoa học ngạc nhiên vì tàu đang hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn mức thiết kế ban đầu.

Theo những người phụ trách chương trình, đây là một trong những lý do khiến dữ liệu từ Voyager có giá trị: chúng cho thấy công nghệ và thiết kế có thể bền bỉ hơn dự tính, đồng thời đặt ra câu hỏi về khả năng hoạt động của thiết bị trong điều kiện khắc nghiệt kéo dài.

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

Theo dõi quỹ đạo và dữ liệu thời gian thực

Người quan tâm có thể theo dõi vị trí của hai tàu thông qua ứng dụng theo dõi do cơ quan quản lý nhiệm vụ cung cấp. Ứng dụng này cập nhật quỹ đạo, khoảng cách và vận tốc của Voyager mỗi năm phút, cho phép công chúng và nhà nghiên cứu theo dõi hành trình của các tàu theo thời gian thực.

Sự minh bạch và tính cập nhật này giúp nối gần khoảng cách giữa công chúng và quá trình phân tích khoa học, đồng thời cung cấp nguồn dữ liệu để so sánh với các nhiệm vụ không gian mới hơn.

Di sản khoa học và tầm nhìn tương lai

Voyager bắt đầu như những nhiệm vụ dự kiến kéo dài vài năm; kết quả thu được trong 45 năm cho thấy tầm vóc vượt xa dự kiến ban đầu: từ việc khám phá khí quyển và từ trường của các hành tinh lớn cho tới cung cấp quan sát trực tiếp về không gian giữa các vì sao. Những dữ liệu này đang tiếp tục hỗ trợ nghiên cứu về cách Mặt Trời tương tác với môi trường vũ trụ rộng lớn hơn.

Các nhà quản lý và khoa học vẫn đang phân tích dữ liệu thu được, đồng thời điều chỉnh kế hoạch vận hành để tối đa hóa công suất thu thập thông tin trong những năm còn lại của nhiệm vụ.

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).

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Tại sao Voyager vẫn còn hoạt động sau 45 năm?

Các tàu tiếp tục hoạt động nhờ hệ RTG cung cấp điện và khoa học vận hành đã tắt những hệ không cần thiết để tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, NASA cũng thừa nhận có những điều chưa rõ về cách một số công cụ vẫn hoạt động tốt ở nhiệt độ thấp hơn mức thiết kế.

Voyager có ở ngoài Hệ Mặt Trời không?

Đã có những mốc xác định rằng cả hai tàu đã vượt ra ngoài ranh giới ảnh hưởng trực tiếp của gió Mặt Trời và đang vào vùng không gian giữa các vì sao; Voyager 1 vượt ranh giới này sớm hơn, Voyager 2 chính thức vượt qua vào tháng 11/2018.

Những dữ liệu nào từ Voyager còn quan trọng cho khoa học?

Dữ liệu về tia vũ trụ, plasma, và từ trường từ CRS, LECP, MAG, PRA/PWS tiếp tục là nguồn thông tin quý giá để hiểu ảnh hưởng của Mặt Trời lên môi trường liên sao, cũng như so sánh với kết quả từ các nhiệm vụ gần đây hơn.

Kết luận

Hai tàu Voyager là minh chứng sống cho giá trị lâu dài của các sứ mệnh thăm dò không gian được thiết kế cẩn trọng. Dù nguồn điện giảm dần và nhiều hệ đã bị tắt để tiết kiệm năng lượng, những thiết bị còn lại vẫn gửi về các quan sát độc đáo về vùng không gian nằm ngoài ảnh hưởng trực tiếp của Hệ Mặt Trời. Thông tin từ Voyager không chỉ là dữ liệu lịch sử — nó tiếp tục là mảnh ghép quan trọng trong nỗ lực hiểu Mặt Trời và môi trường liên sao xung quanh chúng ta.

Tiếp nối góc nhìn về các phát hiện phi thường trong hệ Mặt Trời, bạn có thể khám phá phân tích chuyên sâu về những lời đồn và bằng chứng xung quanh hiện tượng hình thù bất thường trên bề mặt các hành tinh bằng cách đọc bài viết giải mã tin đồn kim tự tháp trên Sao Kim để hiểu nguồn gốc thông tin và cách các dữ liệu thăm dò được kiểm chứng.

Nếu bạn quan tâm tới những trường hợp hành tinh có đặc tính bất thường, một bài viết phân tích chi tiết về mật độ và cấu trúc của một ngoại hành tinh đáng chú ý có thể cho góc nhìn bổ sung — tham khảo bài bí ẩn mật độ bất thường HD 114082 b để đọc các phân tích chuyên sâu về mô hình hình thành hành tinh và thách thức hiện tại.

Với những ai muốn mở rộng hiểu biết về giới hạn khối lượng hố đen và các giả thuyết liên quan, bài viết về các chuẩn tinh và giả thuyết hạn chế khối lượng cung cấp bối cảnh khoa học quan trọng; tham khảo hố đen TON 618 và giả thuyết SLAB để nắm bắt các tranh luận hiện nay trong thiên văn học.