Voyager vẫn gửi dữ liệu: 45 năm, hành trình vào khoảng trống giữa các vì sao

Sự tồn tại và hoạt động liên tục của hai sứ mệnh Voyager là một trong những câu chuyện bền bỉ nhất của thám hiểm vũ trụ hiện đại. Khởi hành từ Trái Đất để khảo sát các hành tinh lớn, hai tàu nay đã tiếp tục gửi về những quan sát từ nơi con người hiếm khi chạm tới — một khu vực nằm giữa các hệ sao, nơi gió Mặt Trời kết hợp và va chạm với môi trường liên sao.

Khởi đầu và các điểm dừng quan trọng

Voyager 2 rời Tổ hợp phóng không gian Mũi Canaveral vào ngày 20/8/1977; khoảng hai tuần sau, chiếc “anh em” Voyager 1 được phóng lên. Kế hoạch bay ban đầu khác nhau: Voyager 1 tập trung vào các mục tiêu là Mộc tinh và Thổ tinh, trong khi Voyager 2 đã tiếp tục tới Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh — và trở thành thiết bị duy nhất của loài người từng bay qua hai hành tinh khí này trong thế kỷ 20.

Ranh giới của Hệ Mặt Trời: khi nào hai tàu bước sang lãnh thổ liên sao

Theo quan sát của NASA, Voyager 1 đã vượt khỏi ranh giới bảo vệ của Hệ Mặt Trời vào năm 2012; Voyager 2 đạt mốc tương tự vào tháng 11/2018. Những mốc này phân biệt khu vực do gió Mặt Trời chi phối với phần môi trường vũ trụ chịu ảnh hưởng trực tiếp hơn của các đám vật chất và bức xạ ngoài hệ. Nhờ vậy, các nhà khoa học có dữ liệu so sánh trạng thái bên trong và bên ngoài “bong bóng” mà Mặt Trời tạo ra.

Người quan tâm có thể theo dõi quỹ đạo và trạng thái hiện tại của hai tàu qua ứng dụng NASA Eyes on the Solar System; nền tảng này cập nhật vị trí, khoảng cách và vận tốc theo chu kỳ nhỏ (khoảng mỗi 5 phút), cho phép công chúng và nhà nghiên cứu thấy được chuyển động theo thời gian thực.

Những công cụ khoa học còn hoạt động sau nhiều thập niên

Mỗi tàu Voyager ban đầu mang theo 10 công cụ khoa học; trải qua thời gian, hệ thống giảm dần do hao hụt năng lượng và điều kiện môi trường, nhưng cho đến nay mỗi tàu vẫn còn khoảng bốn thiết bị hoạt động. Dưới đây là các hệ đo hiện còn đóng góp dữ liệu quan trọng.

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).

Cosmic Ray Subsystem (CRS)

CRS thu thập dữ liệu về các hạt năng lượng cao — thường gặp trong các vùng bức xạ mạnh quanh những hành tinh khổng lồ. Khi tia vũ trụ đi qua bộ cảm biến, hệ thống ghi lại những dấu vết để suy ra năng lượng, nguồn phát và các quá trình gia tốc gây ra chúng. Những đo đạc này từng giúp xác định thành phần và tính chất của các từ quyển quanh Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh.

Low-Energy Charged Particle (LECP)

LECP hoạt động giống như một bộ đo vận tốc và số lượng hạt tích điện năng lượng thấp. Nguyên lý hoạt động có thể hình dung bằng phép ẩn dụ: lực xuyên thấu sẽ biểu hiện độ sâu “đâm xuyên” vào bộ cảm biến, từ đó suy ra vận tốc và hướng của hạt. Tập hợp các ghi nhận theo thời gian cho phép phân biệt nguồn gốc hạt — từ gió Mặt Trời hay từ các vùng quanh hành tinh.

Từ kế (MAG) và hệ thu sóng

Thiết bị đo từ trường (MAG) theo dõi biến đổi của trường từ theo quãng đường và thời điểm, giúp xác định xem một thiên thể hay môi trường xung quanh có trường từ hay không và cách các vật thể phụ trợ tương tác với trường đó. Hệ thống liên lạc bao gồm Thiên văn vô tuyến (PRA) và Hệ thống sóng plasma (PWS) với các ăng-ten hình chữ V — chúng thu phổ tần rộng, từ vài chục Hz tới một số MHz, cung cấp thông tin về sóng plasma và sóng vô tuyến trong khu vực mà tàu đi qua.

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

Năng lượng, quản lý và những giới hạn kỹ thuật

Cả hai tàu nhận điện từ các máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG). Nguyên liệu phân rã trong RTG là plutonium-238; khi lượng nhiệt sinh ra suy giảm theo thời gian, công suất điện do RTG cung cấp giảm dần. Để kéo dài hoạt động, NASA đã lần lượt tắt các hệ thống không thiết yếu — trong đó có các máy sưởi giữ nhiệt cho một số thiết bị — kể từ năm 2019.

Bất chấp việc tắt các bộ phận bảo vệ, một số dụng cụ trên tàu vẫn tiếp tục hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn mức thiết kế ban đầu. Các kỹ sư và nhà khoa học của NASA đến nay vẫn chưa hoàn toàn lý giải vì sao những thiết bị đó có thể chịu đựng và hoạt động như vậy, nhưng tổ chức vẫn ưu tiên giữ lại những hệ đo còn cung cấp dữ liệu giá trị.

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).

Những khám phá then chốt từ vùng gần và xa nhật quyển

Dữ liệu của Voyager đã thay đổi nhận thức về mối liên hệ giữa gió Mặt Trời và môi trường liên sao. Một phát hiện đáng chú ý là cường độ các tia vũ trụ tăng lên rõ rệt khi vượt ra ngoài ranh giới do gió Mặt Trời tạo ra — theo báo cáo của NASA, mức bức xạ ngoài vùng che chở này cao gấp khoảng ba lần so với bên trong.

Thông tin từ Voyager không hoạt độc lập: các nhà khoa học kết hợp quan sát từ hai tàu với dữ liệu thu nhận từ các nhiệm vụ sau này để dựng nên bức tranh toàn diện hơn về cách Mặt Trời tác động lên không gian xung quanh hệ hành tinh của chúng ta. Theo lời một quan chức phụ trách vật lý nhật năng của NASA, các quan sát của Voyager đóng góp vào hiểu biết về tầm ảnh hưởng của Mặt Trời trên quy mô hệ sao.

Tại sao các quan sát này vẫn có giá trị?

Dữ liệu trực tiếp từ vùng rìa Hệ Mặt Trời và khu vực liên sao rất hiếm, bởi hiếm nhiệm vụ có thể tiếp cận và gửi dữ liệu từ những khoảng cách lớn này. Những ghi nhận mà Voyager gửi về cung cấp các điểm kiểm chứng độc lập cho mô hình về plasma liên sao, bức xạ và cấu trúc từ trường ở quy mô hệ. Nhờ đó, chúng giúp làm sáng tỏ cơ chế bảo vệ hành tinh của nhật quyển và cách lực đẩy Mặt Trời thay đổi theo thời gian.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Hai tàu Voyager còn hoạt động những gì?

Mỗi tàu vẫn duy trì khoảng bốn thiết bị khoa học hoạt động, bao gồm cảm biến tia vũ trụ, máy đo hạt tích điện năng lượng thấp, từ kế và bộ thu sóng/vô tuyến.

Chúng đã rời Hệ Mặt Trời chưa?

Theo NASA, Voyager 1 đã vượt ranh giới bảo vệ vào năm 2012; Voyager 2 hoàn thành bước tương tự vào tháng 11/2018, nghĩa là cả hai hiện đang khảo sát khu vực liên sao.

Vấn đề lớn nhất hạn chế hoạt động tiếp theo là gì?

Giới hạn chính xuất phát từ nguồn năng lượng: RTG suy giảm công suất theo thời gian do phân rã plutonium-238, nên NASA phải tắt các hệ thống không cần thiết để duy trì các dụng cụ khoa học quan trọng.

Kết luận

Hành trình của Voyager là minh chứng cho việc thiết kế tỉ mỉ và lựa chọn sứ mệnh khôn ngoan có thể mang lại giá trị khoa học kéo dài vượt xa kỳ vọng ban đầu. Dù nguồn năng lượng đang dần suy giảm, dữ liệu từ hai tàu cung cấp những mảnh ghép quý giá về cách nhật quyển tương tác với môi trường vũ trụ xa xôi. Những quan sát này vẫn tiếp tục hỗ trợ các nghiên cứu hiện tại và giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về vùng không gian mà trước đây chỉ tồn tại trong mô hình lý thuyết.

Muốn hiểu sâu hơn về nguồn gốc các tin đồn kỳ lạ liên quan đến cấu trúc trên hành tinh khác, bạn có thể đọc phân tích chuyên sâu về những khẳng định liên quan tới kim tự tháp trên sao Kim qua bài giải mã 20.000 kim tự tháp trên sao Kim — bài viết đối chiếu dữ liệu radar, hồ sơ sứ mệnh và cách khoa học phân biệt bằng chứng với suy diễn.

Nếu bạn quan tâm tới những hành tinh và hành vi kỳ lạ của các khối khí khổng lồ, hãy tham khảo bài phân tích về HD 114082 b tại mật độ kỳ lạ của HD 114082 b — bài này tập trung vào cách một khổng lồ khí có khối lượng lớn lại thể hiện kích thước tương đương sao Mộc và ý nghĩa với các mô hình hình thành hành tinh.

Và nếu bạn muốn mở rộng sang các vấn đề cực đại của vũ trụ, phần thảo luận về giới hạn tăng trưởng của hố đen siêu lớn có thể cung cấp khung tham chiếu; đọc thêm tại khả năng tồn tại SLAB trên 100 tỷ Mặt Trời để thấy cách các trường hợp như TON 618 và khái niệm SLAB được phân tích trong bối cảnh vật chất tối và nguồn gốc hố đen nguyên thủy.