Bí ẩn hai tàu Voyager: Những gì còn hoạt động khi cách Trái Đất 23 tỷ km

Khi nhìn vào bản đồ các nhiệm vụ thăm dò liên hành tinh, hai tên Voyager 1 và Voyager 2 vẫn nổi bật: những thiết bị phóng đi từ những năm 1970 giờ đang tiếp tục gửi về dữ liệu từ những vùng không gian mà con người trước đó chỉ có thể tưởng tượng.

Hành trình và vị trí hiện tại

Voyager 2 rời Trái Đất từ Tổ hợp phóng Mũi Canaveral vào ngày 20/8/1977; tàu chị em Voyager 1 được phóng khoảng hai tuần sau đó. Cả hai con tàu đã tận dụng lần tiếp cận các hành tinh lớn trong Hệ Mặt trời để tăng vận tốc, và sau nhiều vòng bay, giờ chúng đã ra khỏi vùng ảnh hưởng trực tiếp của Mặt trời: cả hai đang khám phá “vùng không gian giữa các vì sao” — khu vực giữa các hệ sao, nơi điều kiện khác biệt rõ rệt so với môi trường trong nhật quyển.

Theo dữ liệu cập nhật từ các công cụ theo dõi của NASA, mỗi tàu hiện cách Trái Đất khoảng 23 tỷ km; con số này tương đương với khoảng cách mà ánh sáng đi hết trong 22 giờ. Nhờ nền tảng theo dõi như NASA Eyes on the Solar System, vị trí, khoảng cách và vận tốc của các Voyager được cập nhật theo thời gian thực và có tần suất cập nhật đến từng vài phút.

Những hệ thống còn “thức” sau hơn bốn thập kỷ

Thiết kế ban đầu của Voyager gồm 10 công cụ khoa học; sau 45 năm, mỗi tàu vẫn giữ được bốn bộ cảm biến hoạt động. Các thiết bị còn bật cho phép các nhà khoa học tiếp tục quan sát những đặc điểm của môi trường ngoài nhật quyển, thu thập thông tin quý giá về các hạt năng lượng, trường từ và sóng plasma ở khoảng không liên sao.

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).

Các cảm biến then chốt vẫn hoạt động

Cosmic Ray Subsystem (CRS) tiếp tục theo dõi các hạt vũ trụ có năng lượng cao. CRS không chỉ phát hiện sự hiện diện của các tia vũ trụ mà còn cung cấp dữ liệu về năng lượng, hướng đến và có thể suy luận về nguồn gốc, quá trình gia tốc và động lực học của các hạt này trong thiên hà.

Low-Energy Charged Particle (LECP) ghi nhận các hạt có năng lượng thấp hơn; mô tả so sánh trong tài liệu mô tả cảm nhận của thiết bị giống như “lỗ đạn” trên miếng gỗ — mức xuyên thấu cho biết vận tốc, số lượng lỗ cho biết cường độ luồng hạt, còn hướng hằn cho thấy phương di chuyển của chúng. Những quan sát này giúp phân biệt hạt xuất phát từ gió Mặt trời hay có nguồn gốc khác.

Máy đo từ kế (MAG) giám sát biến đổi trường từ theo thời gian và khoảng cách. Thông tin do MAG cung cấp cho phép xác định xem khu vực khảo sát có từ trường rõ nét hay không, đồng thời cho thấy cách các vật thể như mặt trăng tương tác với trường từ của hành tinh chủ.

Hệ thống thu phát sóng gồm Thiên văn vô tuyến (PRA) và Hệ thống sóng plasma (PWS) tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc ghi nhận sóng điện từ và dao động plasma. PWS có dải tần thấp, từ 10 Hz đến 56 kHz; bộ thu PRA hoạt động trên hai dải lớn hơn, từ 20,4 kHz tới 1.300 kHz và từ 2,3 MHz tới 40,5 MHz. Sự kết hợp giữa hai bộ này cho phép phân tích cấu trúc sóng và tương tác plasma ở phạm vi tần số rộng.

Tại sao dữ liệu từ Voyager vẫn quan trọng?

Dù được thiết kế cho nhiệm vụ ban đầu chỉ khoảng 5 năm, hai Voyager đã gia hạn giá trị khoa học trong nhiều thập kỷ. Chúng cung cấp dữ liệu trực tiếp từ nơi mà các tàu khác chưa từng chạm tới, giúp hoàn thiện bức tranh về cách Mặt trời ảnh hưởng ra sao tới môi trường xung quanh Hệ Mặt trời.

Một trong những khám phá nổi bật là sự khác biệt cường độ tia vũ trụ: các quan sát cho thấy tia vũ trụ bên ngoài nhật quyển mạnh hơn khoảng ba lần so với bên trong. Thông tin này, cùng với các số đo khác, giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn cách nhật quyển — “bong bóng” do gió Mặt trời tạo ra — tương tác với vật chất và trường từ ở không gian giữa các vì sao.

Quản lý nguồn năng lượng trong thời kỳ dài hạn

Mỗi tàu Voyager được trang bị ba máy phát nhiệt điện đồng vị (RTG) sử dụng plutonium-238. RTG chuyển đổi nhiệt từ phân rã phóng xạ thành điện năng cung cấp cho các hệ thống trên tàu. Tuy nhiên, khi plutonium phân hủy, công suất sinh năng lượng giảm dần. Để giữ cho các cảm biến quan trọng hoạt động lâu nhất có thể, NASA đã tắt các hệ thống không cần thiết, bao gồm các máy sưởi bảo vệ thiết bị. Kể từ khoảng năm 2019, nhiều bộ phận sưởi ấm bị ngắt, nhưng vẫn có một số công cụ tiếp tục hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn mức thiết kế; hiện tượng này vẫn khiến các nhà khoa học tò mò và đang tiếp tục được nghiên cứu.

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 đóng góp cho hiểu biết về nhật quyển

Voyager đã giúp giải mã cấu trúc của nhật quyển và biên giới của nó — nơi gió Mặt trời suy giảm và không gian giữa các vì sao bắt đầu. Các dữ liệu thu thập được không chỉ làm rõ vị trí ranh giới này mà còn mô tả cách mà áp suất, từ trường và hạt tích điện thay đổi khi vượt ra ngoài vùng ảnh hưởng trực tiếp của Mặt trời. Sự phối hợp giữa quan sát của Voyager và dữ liệu từ các nhiệm vụ gần đây hơn mang lại hình ảnh tổng hợp hơn về tương tác giữa Mặt trời với môi trường liên sao.

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

Những điều chưa rõ và giá trị lâu dài

Một số hiện tượng mà Voyager quan sát được vẫn chưa có lời giải dứt khoát. Ví dụ, tại sao một số thiết bị tiếp tục hoạt động ở điều kiện nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với thông số kỹ thuật? Tại sao mức năng lượng và tương tác hạt quan sát ở ngoại vi nhật quyển lại khác biệt như vậy so với dự đoán ban đầu? Các dữ liệu lâu dài từ Voyager cung cấp cơ sở để nhà khoa học kiểm tra và cải tiến mô hình về gió Mặt trời, gia tốc hạt và cấu trúc trường từ ở quy mô thiên hà.

Suy ngẫm về một nhiệm vụ vượt thời gian

Voyager không chỉ là thành tựu kỹ thuật; chúng còn là biểu tượng của tầm nhìn dài hạn trong khoa học khám phá. Hai tàu đã kéo dài cuộc đời hoạt động vượt xa mọi kỳ vọng ban đầu, mang về các quan sát độc đáo về môi trường vũ trụ mà không thiết bị nào khác trên Trái Đất có thể đo trực tiếp. Những dữ liệu này sẽ tiếp tục hữu ích cho nhiều năm tới khi các nhà nghiên cứu cố gắng hiểu sâu hơn về không gian giữa các vì sao và ảnh hưởng của Mặt trời ra quy mô lớn.

Câu hỏi thường gặp

Voyager hiện ở đâu so với Hệ Mặt trời?

Cả hai tàu đang ở “vùng không gian giữa các vì sao”; Voyager 1 vượt rìa ngoài của Hệ Mặt trời vào năm 2012, Voyager 2 đi qua ranh giới này vào tháng 11/2018.

Tại sao các Voyager vẫn có thể gửi dữ liệu khi đã rất xa?

Dù công suất RTG giảm dần theo thời gian, NASA giữ các hệ thống quan trọng ở trạng thái hoạt động bằng cách tắt những hệ thống không thiết yếu, nhờ đó một số cảm biến vẫn còn khả năng liên lạc và đo đạc.

Những phát hiện lớn nhất của Voyager là gì?

Trong số nhiều đóng góp, hai tàu giúp mô tả cách nhật quyển tạo thành và tương tác với môi trường liên sao, cũng như ghi nhận mức tia vũ trụ mạnh hơn bên ngoài nhật quyển so với bên trong.

Kết luận

Hai nhiệm vụ Voyager minh chứng cho giá trị của các dự án khoa học dài hạn: bằng cách tiếp tục hoạt động và truyền về dữ liệu, chúng giúp cộng đồng khoa học mở rộng hiểu biết về môi trường ngoài hệ Mặt trời. Dù chỉ còn một số công cụ hoạt động, mỗi phép đo còn lại đều có ý nghĩa lớn với việc hoàn thiện bức tranh về không gian giữa các vì sao và cách Mặt trời tác động ra xa.

Nếu bạn quan tâm tới nguồn gốc và thực hư của những câu chuyện không gian ly kỳ, bài viết phân tích nguồn gốc tin đồn về 20.000 kim tự tháp trên Sao Kim sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về bằng chứng và giới hạn quan sát hiện có: giải mã tin đồn kim tự tháp trên Sao Kim.

Nếu muốn mở rộng hiểu biết về các hành tinh có đặc tính bất thường, bạn có thể đọc phân tích chuyên sâu về HD 114082 b, nơi lý giải vì sao hành tinh khí này thách thức các mô hình hình thành hành tinh: HD 114082 b, hành tinh khí mật độ bất thường.

Và để khám phá giới hạn khối lượng của các vật thể cô đặc nhất vũ trụ, bài viết bàn về khả năng tồn tại hố đen vượt trăm tỷ lần khối lượng Mặt Trời cung cấp góc nhìn về cơ chế tăng trưởng và rào cản trong sự hình thành hố đen khổng lồ: hố đen hàng trăm tỷ lần khối lượng Mặt Trời.