Du hành vũ trụ - Phần 1 - Chương 1: Vũ trụ trong cuộc sống chúng ta (5) - Vật Lý Thiên Văn

MỤC LỤC

Hệ thống định vị vệ tinh

Các vệ tinh đã cách mạng hóa chức năng định vị - là khả năng xác định được vị trí và việc di chuyển của bạn. Hệ thống Định vị Toàn cầu (GPS), được phát triển bởi Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, và hệ thống GLONASS, phát triển bởi Liên bang Nga, sử dụng một hạm độ vệ tinh nhỏ để giúp cho việc điều hướng của con người, máy bay, tàu thuyền, và các phương tiện cơ giới mặt đất trên toàn cầu.

Bên cạnh hỗ trợ các hoạt động quân sự, hệ thống này cũng cung cấp các ứng dụng dân sự không tưởng. Các kiểm soát viên, phi công, người đi thuyền, đi bộ, và nhiều đối tượng khác nếu có một thiết bị thu đơn giản và giá thành rẻ, là đã có thể có thông tin tức thời về vị trí của họ - với độ chính xác rất cao. Với bốn vệ tinh trong tầm thu nhận tín hiệu, như minh họa trong Hình 1.1-14, nó có thể xác định một vị trí với độ chính xác chỉ tính bằng mét. Trong thực tế, lợi ích lớn nhất mà một số người dùng có được là việc xác định từ GPS là chính xác hơn nhiều so với nhiều bản đồ!

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1.1-14. Hệ thống Định vị Toàn cầu GPS. Phân khúc vũ trụ của hệ thống GPS bao gồm một chùm vệ tinh được phóng lên quỹ đạo và vận hành bởi Không lực Hoa Kỳ. GPS thực sự đã có bước tiến lớn trong việc định vị cung cấp thông tin với độ chính xác cao về vị trí, vận tốc, và thời gian đến người dùng trên Trái Đất. 

Các nhà sản xuất xe hơi ngày nay trang bị thiết bị thu GPS như là một chức năng tiêu chuẩn trên một số dòng xe. Ngày nay bạn có thể dễ dàng tìm đường đi bên trong một thành phố xa lạ mà không cần đến một tấm bản đồ nào. Bạn đơn giản chỉ cần đặt vào vị trị mà bạn muốn đến, và hệ thống định vị sẽ cho bạn biết làm thế nào để đến đó. Không cần phải dừng ở các trạm xăng để hỏi đường nữa!.

Các vệ tinh khoa học và khám phá

Kể từ khi kỷ nguyên khám phá vũ trụ bắt đầu, các nhà khoa học đã phóng nhiều vệ tinh chỉ dành cho mục đích nghiên cứu khoa học. Những thiết bị khám phá này đã giúp trả lời (và mở ra) các câu hỏi cơ bản về tự nhiên của Trái Đất, Hệ Mặt Trời, và vũ trụ. Trong những năm 60, 70, Hoa Kỳ đã phóng một loạt tàu vũ trụ Pioneer để thăm dò Sao Kim, Sao Thủy, và Mặt Trời. Tàu vũ trụ Mariner bay ngang qua Sao Hỏa để gửi về cho chúng ta những cái nhìn cận cảnh đầu tiên về Hành tinh Đỏ. Vào năm 1976, hai tàu vũ trụ Viking đã hạ cánh trên Sao Hỏa để thực hiện các thí nghiệm được thiết kế để tìm kiếm sự sống trên một hành tinh trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, nơi có môi trường gần với Trái Đất hơn cả. Trong thập niêm 70, 80, tàu vũ trụ Voyager đã đưa chúng ta đi trên một chuyến hành trình lớn đi qua các hành tinh bên ngoài, bắt đầu với Sao Mộc, và bay theo Sao Thổ, Sao Thiên Vương, và Sao Hải Vương. Tàu vũ trụ Magellan, được phóng vào năm 1989, đã lập bản đồ bề mặt Sao Kim bên dưới lớp mây dày của nó, như trong hình 1.1-15. "Cư dân Sao Hỏa" đầu tiên - xe tự hành Sojourner - một phần của nhiệm vụ the Mars Pathfinder, đã mê hoặc các công dân Trái Đất năm 1997, khi nó đã thực hiện công cuộc khám phá bề mặt Sao Hỏa đầu tiên. Kính viễn vọng Không gian Hubble bay vòng quanh Trái Đất mỗi 90 phút và gửi về những bức ảnh tráng lệ về các láng giềng trong Hệ Mặt Trời của chúng ta, cũng như các hiện tượng không gian sâu đã mở mang kiến thức của chúng ta, như minh họa trong Hình 1.1-1 và 1.1-16. Mặc dù tất cả các nhiệm vụ này đã trả lời nhiều câu hỏi về vũ trụ, thì chúng cũng đồng thời mở ra nhiều câu hỏi hóc búa khác chờ đợi các thế hệ tương lai khám phá của các robot và thậm chí là con người.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1.1-15. Hình ảnh bề mặt Sao Kim. Magellan, một tàu vũ trụ liên hành tinh đã cung cấp một kho dữ liệu khoa học đồ sộ. Sử dụng radar khẩu độ tổng hợp mạnh mẽ của nó để khoan xuyên qua đám mây dày của Sao Kim, Magellan đã lập bản đồ bề mặt Sao Kim một cách chi tiết. Ảnh: JPL/NASA.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1.1-16. Ảnh của Hubble. Bức ảnh chụp thiên hà xoắn ốc M100 này là một trong hàng ngàn bức ảnh đã gửi về Trái Đất bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble. Ảnh: ESA/Hubble & NASA.

Kể từ lần đi vào quỹ đạo của nhà du hành vũ trụ Yuri Gagarin ngày 12/4/1961, vũ trụ đã trở thành nhà của con người cũng như của máy móc. Trong vũ trụ của một thế hệ, con người đã đi từ những nhiệm vụ dài chỉ vài phút trong các khoang tàu chật chội cho đến các nhiệu vụ kéo dài hàng năm trong một trạm vũ trụ. Động lực để đưa người vào không gian ban đầu chỉ đơn thuần là mục đích chính trị, như chúng ta sẽ theo dõi trong Chương 2. Nhưng các tiến bộ khoa học trong việc khám phá, triết học, chế biến vật liệu, và quan sát môi trường đã chứng minh rằng, đối với nhiều nhiệm vụ khác nhau, khả năng đặc biệt của con người để thích ứng với áp lực thay đổi điều kiện sống khiến họ phải cần đến sự thành công trong các nhiệm vụ không gian.

Các nhiệm vụ không gian trong tương lai

(Đây là quan điểm của tác giả từ năm 2005, thời điểm xuất bản cuốn sách).

Tương lai sẽ nắm giữ điều gì? Trong những thời gian thay đổi trật tự thế giới này và sự biến động liên tục của ngân sách tài chính, điều đó là không thể dự đoán trước. Trạm Vũ trụ Quốc tế đang trong giai đoạn sửa chữa. Các cuộc tranh luận đang tiếp tục về việc đưa con người trở lại Mặt Trăng, tính đến thời điểm này, và sau đó là đưa người lên Sao Hỏa, như minh họa Hình 1.1-17.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1.1-17. Du hành đến Sao Hỏa. Các nhiệm vụ đưa người đến Sao Hỏa trong tương lai có thể khám phá các hẻm núi của Sao Hỏa để tìm kiếm dấu hiệu sự sống có thể đã từng rất hưng thịnh ở đó. Vấn đề trước mắt là phải vượt qua được trở ngại của bầu khí quyển Sao Hỏa. Ảnh: Lewis Research Center, NASA.

Khi chúng ta quan tâm nhiều hơn về thiệt hại đến môi trường Trái Đất, chúng ta tìm kiếm các giải pháp từ không gian. Chúng ta tiếp tục sử dụng các vệ tinh viễn thám để giám sát "sức khỏe" của Trái Đất. Dữ liệu từ những vệ tinh này giúp chúng ta đán giá phạm vi thiệt hại môi trường và chuẩn bị cho các chương trình tốt hơn để làm sạch môi trường và ngăn chặn các tổn hại trong tương lai. Hình 1.1-18 minh họa một ví dụ về việc giám sát môi trường từ không gian. Chúng ta sử dụng những bức ảnh này, chụp bởi vệ tinh Quang phổ Tổng lượng Ozone (Total Ozone Mapping Spectrometer), để theo dõi nồng độ ozone - thứ bảo vệ chúng ta khỏi bức xạ cực tím có hại. Các quan ngại đến sự cạn kiệt của tầng Ozone đã thành động lực để các nhà khoa học giám sát và nghiên cứu về nó chi tiết hơn sử dụng nhiều loại cảm biến không gian khác nhau.

Trạm Vũ trụ Quốc tế đã phóng Module đầu tiên vào tháng 11/1998, và sẽ tiếp tục có thêm các module khách trong năm 2004 (Hình 1.1-19). Các nghiên cứu trên khoang của con tàu hiện đại này sẽ nâng cao hiểu biết của chúng ta về sự sống và giúp chúng ta cải thiện chất lượng sống toàn cầu.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1.1-18. Giám sát tầng Ozone. Hình ảnh từ công cụ vệ tinh Tán xạ Cực tím Nimbus 4 và Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) cho thấy sự biến động hàm lượng Ozone phía trên bầu trời Châu Nam Cực. Một DU là một Đơn vị Dobson. 300 DU tương đương với một lớp Ozone dày 3 cm ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn tại mực nước biển. Các chấm đen có nghĩa là không có dữ liệu. Lưu ý rằng khu vực màu xanh đậm (tổng lượng Ozone thấp) lớn lên hàng năm. Ảnh: NASA/Goddard Space Flight Center.

Vật Lý Thiên Văn - Chia sẻ niềm đam mê!

Hình 1.1-19. Trạm Vũ trụ Quốc tế ISS. ISS cung cấp một phòng thí nghiệm rơi tự do cho việc nghiên cứu ở nhiều khía cạnh của bay không gian. Ảnh: NASA/Crew of STS-132.

Nhiệm vụ đưa người lên Sao Hỏa tiếp tục được khuyến khích, nhưng vượt qua các chướng ngại cho nhiệm vụ này sẽ cần đến các chuyên gia trong nhiều lĩnh vực và các chính phủ để bảo đảm nguồn lực. Phần thưởng cho việc khám phá Sao Hỏa là rất nhiều, bao gồm cả nghiên cứu y học, đánh giá tài nguyên Sao Hỏa, và đổi mới khoa học.

Tiến trình cuối cùng của chương trình không gian là phụ thuộc rất nhiều vào bạn. Bất kể chúng ta tiếp tục mở rộng và thử thách ranh giới của trải nghiệm con người hay từ bỏ nó, đều phụ thuộc và mức độ quan tâm và năng lực kỹ thuật của cộng đồng chung. Khi đọc cuốn sách này, bạn đã chấp nhận thử thách để tìm hiểu về vũ trụ. Trong khi nghiên cứu, tìm hiểu về du hành vũ trụ, bạn cũng có thể khám phá đến ranh giới cuối cùng của bản thân.

Còn tiếp...

Author: Hiền PHAN
Nguyên chủ nhiệm CLB Thiên văn Bách khoa - PAC (nay là CLB Thiên văn học Đà Nẵng - DAC); Nghiên cứu sinh ngành Vật lý thiên văn tại APC Laboratory, Paris Diderot University, Cộng hòa Pháp.


Bài viết nổi bật