Voyager: Hành Trình Kỷ Lục và Những Dữ Liệu Từ Bên Ngoài Hệ Mặt Trời

Hai tàu thăm dò Voyager đã vượt mốc thời gian dự kiến hàng thập kỷ, tiếp tục gửi về Trái Đất dấu hiệu từ những khu vực mà con người mới chỉ chạm tới phần biên giới. Các tàu này, hoạt động từ năm 1977, hiện vẫn truyền dữ liệu dù cách chúng ta hàng tỷ kilômét, và những phép đo của chúng giúp làm sáng tỏ cách Hệ Mặt Trời tương tác với môi trường liên sao xung quanh.

Hành trình khởi dựng và các mốc đáng chú ý

Voyager 2 rời bệ phóng Mũi Canaveral vào ngày 20/8/1977; một vài tuần sau, Voyager 1 được phóng lên. Thiết kế cơ bản giữa hai tàu tương đương, nhưng lộ trình và nhiệm vụ chuyên biệt đã khiến mỗi chiếc mang về những khám phá khác nhau. Voyager 1 tập trung vào quan sát Mộc tinh và Thổ tinh, trong khi Voyager 2 mở rộng phạm vi đến Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh — là hai hành tinh mà nhân loại chỉ có tàu này đặt chân thăm dò trong thế kỷ 20.

Theo thông báo của NASA, Voyager 1 đã vượt qua ranh giới ngoài của Hệ Mặt Trời từ năm 2012; Voyager 2 đạt đến cột mốc tương tự vào tháng 11/2018. Hiện tại, mỗi tàu đang di chuyển trong vùng không gian bên ngoài ảnh hưởng trực tiếp của gió Mặt Trời và vẫn gửi về các phép đo quan trọng cho các nhà khoa học.

Cách theo dõi vị trí và trạng thái của Voyager

NASA cung cấp công cụ theo dõi trực tuyến cho phép quan sát quỹ đạo và thông số của các tàu: dữ liệu khoảng cách và tốc độ được cập nhật liên tục, giúp cộng đồng và chuyên gia nắm rõ vị trí so với Trái Đất. Theo các thông tin hiện có, cả hai tàu đang ở khoảng cách xấp xỉ 23 tỷ km tính từ hành tinh của chúng ta — một cự ly lớn thể hiện sự khác biệt giữa kỳ vọng ban đầu và thực tế kéo dài của nhiệm vụ.

Các thiết bị khoa học còn hoạt động sau hơn bốn thập kỷ

Mỗi tàu Voyager được trang bị 10 công cụ khoa học khi rời Trái Đất; đến nay, mỗi chiếc vẫn duy trì hoạt động của khoảng bốn thiết bị cốt lõi, cung cấp dữ liệu liên tục dù nguồn điện giảm dần theo thời 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).

Một trong những cảm biến còn hoạt động là Cosmic Ray Subsystem (CRS). CRS thu thập thông tin về hạt năng lượng cao, cho phép xác định cường độ, nguồn gốc và các quá trình làm gia tốc hạt trong thiên hà. Nhờ CRS, các nhà khoa học có thể so sánh mức tia vũ trụ bên trong và bên ngoài vùng bị che chắn bởi gió Mặt Trời.

Low-Energy Charged Particle (LECP) ghi nhận các hạt có năng lượng thấp hơn; cách hoạt động của LECP thường được ví von để dễ hình dung: nó cho thấy tốc độ và số lượng hạt đi qua dựa trên dấu vết mà chúng để lại trên bộ cảm biến. Tổ hợp này giúp phân biệt giữa hạt từ gió Mặt Trời và những hạt có nguồn gốc từ các cấu trúc khác trong không gian.

Thêm vào đó, cặp cảm biến từ kế (MAG) đo trường từ theo thời gian và theo vị trí, cung cấp thông tin về cấu trúc từ trường của Mặt Trời và cách mà từ trường tương tác với các vật thể hay plasma xung quanh. Hệ thống thu phát vô tuyến và đo sóng plasma — gồm PRA và PWS cùng với cấu trúc ăng-ten hình chữ V — tiếp tục ghi nhận các dao động điện từ trên nhiều dải tần: PWS ghi được từ khoảng 10 Hz đến 56 kHz; PRA vận hành trên hai dải cao hơn, lần lượt từ khoảng 20,4 kHz đến 1.300 kHz và từ 2,3 MHz đến 40,5 MHz.

Những gì Voyager đã hé lộ về môi trường xung quanh Hệ Mặt Trời

Sứ mệnh ban đầu của Voyager dự kiến kéo dài khoảng 5 năm; thực tế là hai tàu vẫn gửi về dữ liệu sau hơn 45 năm đã mang lại những phép đo độc nhất về vùng biên của Hệ Mặt Trời. Những quan sát này giúp định hình hiểu biết về nhật quyển — “bong bóng” do gió Mặt Trời tạo ra bao quanh hệ sao của chúng ta — và cách biên giới giữa nhật quyển và không gian liên sao thay đổi theo điều kiện môi trường.

Ví dụ, dữ liệu từ Voyager chỉ ra rằng mức độ tia vũ trụ ngoài vùng ảnh hưởng của gió Mặt Trời mạnh hơn đáng kể so với bên trong, với các nhà khoa học ghi nhận mức tăng khoảng ba lần ở một số phép đo. Kết hợp quan sát của Voyager với các nhiệm vụ gần hơn cho phép xây dựng bức tranh toàn diện hơn về ảnh hưởng của Mặt Trời lên khoảng không gian xung quanh.

Các nhà quản lý và nhà khoa học của NASA đã khẳng định rằng những quan sát này có giá trị lâu dài cho việc hiểu cơ chế tương tác giữa gió Mặt Trời và môi trường liên sao; thông tin đó cũng góp phần vào mô phỏng và dự đoán hành vi plasma trong vùng ngoại vi của Hệ Mặt Trời.

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

Nguồn năng lượng, quản lý công suất và những hạn chế

Mỗi tàu Voyager mang theo ba bộ phát nhiệt điện đồng vị (RTG) sử dụng plutonium-238 để tạo điện năng. Quá trình phân rã phóng xạ tạo nhiệt, tiếp đó được chuyển thành điện, nhưng theo thời gian lượng nhiệt sinh ra giảm dần khiến tổng công suất điện sụt giảm. Để kéo dài thời gian hoạt động cho các dụng cụ khoa học quan trọng, NASA đã quyết định tắt những hệ thống không cần thiết, bao gồm một số máy sưởi bảo vệ nội bộ.

Từ năm 2019, một số máy sưởi đã bị tắt để tiết kiệm điện, làm cho nhiệt độ bên trong tàu thấp hơn mức thiết kế. Dù vậy, vẫn có vài cảm biến tiếp tục hoạt động ổn định; nguyên nhân chính xác cho khả năng chịu lạnh vượt thiết kế này vẫn là điều các kỹ sư và nhà khoa học đang cân nhắc.

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).

Ý nghĩa dài hạn và những điều nên ghi nhớ

Sứ mệnh Voyager đã vượt ra ngoài kỳ vọng ban đầu, cung cấp nguồn dữ liệu quý giá về vùng rìa của Hệ Mặt Trời và môi trường liên sao. Những kết quả thu được không chỉ giúp hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của Mặt Trời mà còn cung cấp bức tranh về cách các tia vũ trụ và trường từ tác động lên không gian gần Trái Đất và xa hơn nữa.

Dù nguồn năng lượng dần suy giảm và sự suy giảm chức năng của một số hệ thống là điều khó tránh, các nhà khoa học vẫn sử dụng hiệu quả những phép đo còn lại. Việc duy trì các công cụ hoạt động và điều phối ưu tiên truyền dữ liệu tiếp tục là trọng tâm để kéo dài giá trị khoa học của Voyager càng lâu càng tốt.

Kết luận

Hai tàu Voyager đã trở thành biểu tượng của chương trình thăm dò liên hành tinh: khởi đầu khiêm nhường với nhiệm vụ dự kiến ngắn hạn nhưng mở ra nguồn hiểu biết lâu dài và sâu rộng về không gian xung quanh chúng ta. Những con tàu này tiếp tục làm nhiệm vụ của mình—gửi về những con số và mẫu quan sát độc nhất, giúp các nhà khoa học liên tục cập nhật và hoàn thiện hiểu biết về Hệ Mặt Trời và môi trường liên sao.

Đối với độc giả quan tâm tới bối cảnh khoa học rộng hơn hoặc muốn theo dõi trực tiếp quỹ đạo của Voyager, các dữ liệu này được công bố và cập nhật thông qua các nguồn chính thức của NASA.

Để mở rộng hiểu biết về những tin đồn và phân tích khoa học liên quan tới các phát hiện gây chú ý trong lĩnh vực thiên văn, bạn có thể đọc bài phân tích sâu về giả thuyết di tích trên hành tinh khác với góc nhìn dựa trên dữ liệu và nhiệm vụ thăm dò: phân tích cáo buộc di tích cổ trên Sao Kim.

Nếu bạn hứng thú với hình ảnh mới nhất từ các kính thiên văn không gian và muốn hiểu cách các thấu kính hấp dẫn giúp khuếch đại các thiên hà xa xôi, tham khảo bài viết phân tích hình ảnh thấu kính hấp dẫn do Webb ghi lại: ảnh thấu kính hấp dẫn do Webb ghi lại.

Và để đặt những khám phá về vật thể siêu khối lượng trong bối cảnh lớn hơn — bao gồm giới hạn tăng trưởng và các giả thuyết liên quan — bạn có thể đọc bài bình luận chuyên sâu về hố đen siêu khối lượng: giới hạn khối lượng hố đen siêu lớn.