Tàu Voyager sau 45 năm: Những gì còn hoạt động và những câu trả lời từ rìa Hệ Mặt Trời

Một hành trình dài — hai thiết bị của con người đi xa đến mức nào?

Hai tàu thăm dò mang tên Voyager vẫn truyền dữ liệu về Trái Đất sau nhiều thập kỷ bay xuyên qua Hệ Mặt Trời. Khởi hành từ năm 1977, chúng giờ đứng trên bờ rìa không gian do Mặt Trời chi phối và tiến vào vùng không gian nằm giữa các hệ sao khác nhau. Hiện tượng này mở ra cơ hội quan sát trực tiếp môi trường liên sao — điều con người chỉ có thể tiếp cận nhờ những cỗ máy đã được phóng đi từ Trái Đất.

Nguồn gốc và con đường bay của hai tàu

Voyager 2 rời bệ phóng Mũi Canaveral vào ngày 20/8/1977; vệ tinh sinh đôi của nó, Voyager 1, được phóng đi khoảng hai tuần sau đó. Thiết kế ban đầu cho cả hai chứa 10 thiết bị đo khác nhau để nghiên cứu hành tinh và môi trường vũ trụ. Trong khi Voyager 1 tập trung vào các chuyến bay qua Sao Mộc và Sao Thổ, Voyager 2 là tàu duy nhất của loài người trong thế kỷ 20 từng tiếp cận và khảo sát cả Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.

Vị trí hiện tại và trạng thái giao tiếp

Các báo cáo từ cơ quan điều phối cho biết mỗi tàu hiện đã rời xa Trái Đất ở mức khoảng 23 tỷ km. Từ quan sát và dữ liệu được công bố, Voyager 1 đã vượt rìa do gió Mặt Trời hình thành (heliopause) từ năm 2012; Voyager 2 đi qua ranh giới tương tự vào tháng 11/2018. Kể từ đó, cả hai tiếp tục gửi về các phép đo về môi trường nơi giao thoa giữa ảnh hưởng của Mặt Trời và vật chất liên sao.

Để theo dõi chuyển động và thông số của các tàu, NASA cung cấp công cụ theo dõi trực tuyến cập nhật vị trí và vận tốc định kỳ, cho phép người quan sát nắm được dữ liệu gần như theo thời gian thực.

Những dụng cụ khoa học vẫn ghi nhận dữ liệu

Mỗi tàu ban đầu mang theo 10 công cụ khoa học; đến nay mỗi chiếc còn vận hành được 4 thiết bị. Trong số những dụng cụ này có hệ thống đo tia vũ trụ (Cosmic Ray Subsystem – CRS), bộ đo hạt tích điện năng lượng thấp (Low-Energy Charged Particle – LECP), cảm biến từ kế (MAG) và các hệ thống thu – phát sóng liên quan tới thiên văn vô tuyến cùng sóng plasma (PRA và PWS).

CRS giúp nhận diện các hạt năng lượng cao đi qua tàu để suy ra nguồn gốc và cơ chế gia tốc của chúng trong thiên hà. LECP cho phép phân biệt tốc độ và hướng của các hạt tích điện bằng cách phân tích mức độ xuyên sâu tương tự như vết đâm trên vật liệu mẫu. MAG chuyên đo biến đổi của từ trường theo khoảng cách và thời gian, hỗ trợ xác định sự tồn tại và cấu trúc từ trường quanh các hành tinh từng ghé qua. PRA và PWS, với cấu hình ăng-ten hình chữ V, ghi lại tín hiệu điện từ trong một dải tần khá rộng — PWS bao phủ 10 Hz đến 56 kHz; bộ thu PRA có hai dải chính từ 20,4 kHz đến 1.300 kHz và từ 2,3 MHz đến 40,5 MHz — giúp bắt các tín hiệu plasma và phát hiện sóng vô tuyến tự nhiên phát sinh trong môi trường vũ trụ.

Những đóng góp khoa học suốt chặng đường

Voyager đã cung cấp dữ liệu then chốt để hiểu cách gió Mặt Trời tương tác với môi trường ngoài cùng của Hệ Mặt Trời. Các quan sát từ hai tàu cho thấy mức độ tia vũ trụ ở bên ngoài vùng do Mặt Trời che chở cao hơn đáng kể so với bên trong, với sự gia tăng đo được vào khoảng ba lần so với giá trị quan sát sâu bên trong khu vực bảo vệ của nhật quyển. Những thông tin này giúp các nhà nghiên cứu mô tả lại hình dạng và hành vi của ‘nhật quyển’ — vùng bong bóng do gió Mặt Trời tạo ra — và mối quan hệ giữa nó với môi trường liên sao.

Hơn nữa, dữ liệu thu được từ các chuyến bay qua Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương đã cung cấp bằng chứng trực tiếp về cấu trúc từ trường của các hành tinh đó, cũng như cách các mặt trăng và vành đai tương tác với môi trường từ trường xung quanh.

Làm thế nào tàu vẫn hoạt động khi nguồn điện suy giảm?

Mỗi tàu Voyager dùng các máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG) chứa plutonium để chuyển nhiệt phân rã thành điện năng. Theo thời gian, plutonium phân hủy dẫn đến lượng công suất khả dụng giảm dần. Để đối phó, đội vận hành trên Trái Đất đã tắt dần những hệ thống không cần thiết, kể cả các máy sưởi bảo vệ thiết bị khỏi cái lạnh khắc nghiệt, nhằm tập nguồn điện cho những dụng cụ khoa học quan trọng.

Một điểm đáng chú ý: dù nhiều hệ thống đã bị tắt để tiết kiệm năng lượng (NASA cho biết một số chế độ bảo vệ đã bị ngắt kể từ năm 2019), vẫn còn vài công cụ tiếp tục hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn mức thiết kế. Lý do chính xác tại sao một số thiết bị có thể duy trì hoạt động trong môi trường lạnh hơn dự kiến vẫn đang được các kỹ sư và nhà khoa học theo dõi.

Quản lý dữ liệu và tầm quan trọng của quan sát liên nhiệm vụ

Dữ liệu do Voyager cung cấp từ những vùng xa nhất được kết hợp với phép đo từ các nhiệm vụ vũ trụ mới hơn. Sự phối hợp này cho phép các nhà nghiên cứu xây dựng bức tranh toàn diện hơn về ảnh hưởng của Mặt Trời trên môi trường xung quanh Hệ Mặt Trời, đồng thời hiểu rõ hơn về cơ chế tạo thành và hành xử của nhật quyển khi tiếp xúc với không gian giữa các sao.

Thông tin ấy không chỉ là kết quả từng quan sát đơn lẻ: việc ghép nối các quan sát thuộc nhiều nhiệm vụ khác nhau là chìa khóa để phân tích động lực học của gió Mặt Trời, biến đổi bức xạ vũ trụ và cấu trúc từ trường ở khoảng cách lớn.

Những câu hỏi còn mở

Mặc dù Voyager đã trả lời nhiều câu hỏi nền tảng, vẫn còn các vấn đề chưa rõ ràng. Ví dụ, làm thế nào một số thiết bị duy trì hiệu năng ở nhiệt độ thấp hơn công suất thiết kế? Hình dạng thật sự của biên giới giữa ảnh hưởng Mặt Trời và môi trường liên sao thay đổi ra sao theo thời gian? Và dữ liệu dài hạn từ hai tàu sẽ còn hé lộ những diễn biến mới của trường từ và hạt tích điện ở khoảng cách cực lớn như thế nào?

Những hạn chế thực tế

Cần nhấn mạnh rằng nguồn năng lượng suy giảm là giới hạn chính đối với hoạt động lâu dài của Voyager. Khi lượng công suất tiếp tục giảm, đội điều hành sẽ phải lựa chọn tiếp tục tắt bớt hệ thống để giữ các dụng cụ quan trọng, và có một thời điểm mà không còn công suất để truyền dữ liệu về Trái Đất nữa. Tuy nhiên, trước khi tới lúc đó, những quan sát còn lại vẫn có giá trị lớn cho khoa học.

FAQ — Những thắc mắc thường gặp

Voyager còn gửi dữ liệu về Trái Đất không?

Có. Một số dụng cụ trên cả hai tàu vẫn truyền dữ liệu về Trái Đất, dù tần suất và khối lượng dữ liệu giảm so với trước do giới hạn năng lượng.

Khi nào mỗi tàu vượt ranh giới ảnh hưởng của Mặt Trời?

Voyager 1 đã vượt ranh giới này vào năm 2012; Voyager 2 đi qua ranh giới tương tự vào tháng 11/2018.

Tại sao các tàu vẫn hoạt động mặc dù không còn nhiều năng lượng?

Nhờ việc sử dụng bộ RTG và chiến lược tắt dần hệ thống không cần thiết, đội điều hành bảo toàn công suất cho các dụng cụ khoa học ưu tiên, nên một số thiết bị vẫn vận hành được.

Kết luận — Di sản khoa học và giá trị lâu dài

Voyager không chỉ là hai thiết bị kỹ thuật; chúng là nguồn cung cấp dữ liệu trực tiếp từ những vùng mà con người không thể tới gần. Sau 45 năm, những quan sát này tiếp tục giúp mở rộng hiểu biết về cách Mặt Trời tương tác với môi trường xung quanh, về tia vũ trụ và về cấu trúc từ trường ở quy mô hệ sao. Dù nguồn năng lượng ngày một giảm, giá trị tri thức mà Voyager đã và đang mang lại vẫn là di sản lâu dài của ngành thăm dò vũ trụ.