Vào ngày 1 tháng 1 năm 2019, tàu thăm dò New Horizon của NASA đã bay qua vật thể Arrokoth có hình dạng giống "người tuyết" thuộc vành đai Kuiper. Vật thể này, cách xa 6,5 tỷ km, là vật thể xa nhất mà tàu thăm dò của con người từng ghé thăm và từng được đặt biệt danh là "Tận thế". Dữ liệu được gửi về từ New Horizons không chỉ cho chúng ta thấy một thế giới kỳ lạ mà chúng ta chưa từng thấy trước đây mà còn hy vọng sẽ tiết lộ cho chúng ta nhiều bí ẩn hơn liên quan đến nguồn gốc và sự tiến hóa của hệ mặt trời.
Vào ngày 13 tháng 11 năm 2019, NASA thông báo rằng tên chính thức của 2014 MU69 là "Arrokoth". Tàu thăm dò Arrokoth của New Horizons đã được tạp chí SCIENCE bình chọn là một trong mười đột phá khoa học hàng đầu năm 2019.
Bây giờ, hãy theo Tiểu Tử (sau đây gọi là "Tử") đến thăm Kỷ Giang Huy (sau đây gọi là "Tử"), Giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm về khoa học hành tinh của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và là Nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm khoa học hành tinh và thám hiểm không gian sâu của Đài quan sát Tử Sơn, để tìm hiểu một số thông tin chi tiết.
Zi: Nhiệm vụ của New Horizons là gì?
Ji: Tàu thăm dò New Horizons được NASA phóng vào ngày 19 tháng 1 năm 2006. Đây là sứ giả đầu tiên của nhân loại được gửi đến sao Diêm Vương và vành đai Kuiper. Nó sẽ cung cấp cho con người thông tin về các đặc điểm bề mặt, điều kiện địa chất, thành phần bên trong và bầu khí quyển của các thiên thể xa xôi trong hệ mặt trời, đồng thời vén bức màn bí ẩn về rìa ngoài của hệ mặt trời cho chúng ta.
"Chân dung" tổng hợp đầu tiên của Arokos | Nguồn: AAAS/Khoa học
Zi: Tại sao lại bay ngang qua sao Diêm Vương?
Ji: Sau khi tàu vũ trụ của con người bay qua tám hành tinh trong hệ mặt trời từ Sao Thủy đến Sao Hải Vương, New Horizons được giao sứ mệnh vinh quang là "Kẻ hủy diệt" trong việc khám phá hệ mặt trời, bởi vì khi được phóng, Sao Diêm Vương vẫn là hành tinh lớn thứ chín trong hệ mặt trời và đã bị Liên minh Thiên văn Quốc tế hạ cấp thành hành tinh lùn bảy tháng sau khi phóng. Không giống như các hành tinh đất đá (sao Thủy, sao Kim, Trái Đất và sao Hỏa) và các hành tinh khí khổng lồ (sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương và sao Hải Vương), sao Diêm Vương và vệ tinh lớn nhất của nó là Charon thuộc về loại thứ ba: các hành tinh lùn băng giá, có bề mặt rắn chủ yếu được tạo thành từ các vật liệu băng giá.
Các hình ảnh và dữ liệu khoa học được New Horizons gửi về cho thấy bề mặt sao Diêm Vương có một khu vực hình trái tim bao gồm các đồng bằng đóng băng rộng lớn, với một lượng lớn băng mê-tan phân bố trên bề mặt và một tảng băng trôi trẻ cao tới 3.500 mét gần đường xích đạo. New Horizons cũng lần đầu tiên chụp được hình ảnh địa hình phức tạp và đa dạng cũng như các đặc điểm bề mặt của một số vệ tinh của sao Diêm Vương.
Zi: Tại sao bạn lại chọn vành đai Kuiper tiếp theo?
Ji: Vành đai Kuiper là vùng hình đĩa cách Mặt trời khoảng 40 đến 50 đơn vị thiên văn (AU, 1AU bằng khoảng 150 triệu km) bên ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương. Cho đến nay, hàng ngàn thiên thể băng giá nhỏ đã được phát hiện và người ta tin rằng chúng đến từ các mảnh vỡ của đĩa tiền hành tinh bao quanh Mặt trời. Ngay từ những năm 1950, các nhà thiên văn học Kuiper và Edgeworth đã dự đoán sự tồn tại của một vùng "rìa" như vậy trong hệ mặt trời, nhưng mãi đến năm 1992, Vật thể vành đai Kuiper (KBO) "đầu tiên" mới được tìm thấy. Cho đến nay, hàng ngàn Vật thể vành đai Kuiper đã được phát hiện.
Sao Diêm Vương (được phát hiện vào năm 1930) là vật thể lớn nhất được biết đến trong vành đai Kuiper. Việc hạ cấp này cũng gần như đẩy nhanh việc phát hiện ra vật thể đầu tiên thuộc vành đai Kuiper sớm hơn 62 năm. New Horizons là tàu vũ trụ thứ năm của con người bay qua vành đai Kuiper sau Voyager 1, 2 và Pioneer 10, 11, nhưng đây là tàu tiên phong trong việc khám phá khoa học về vành đai Kuiper và sẽ mang đến cho chúng ta thông tin về quá trình tiến hóa của các thiên thể băng giá này.
Một tàu thăm dò bay qua vành đai Kuiper | Nguồn hình ảnh: NASA/JHUAPL/SwRI/Magda Saina
Zi: Những khám phá mới nào đã được thực hiện trong quá trình bay ngang qua Arrokoth?
Ji: Trước hết, đây là lần đầu tiên một tàu thăm dò của con người thực hiện sứ mệnh thám hiểm sâu trong vành đai Kuiper, khám phá vùng lãnh thổ xa xôi và chưa được khám phá này trong hệ mặt trời. Các vật thể trong vành đai Kuiper được cho là vật chất còn sót lại từ giai đoạn đầu hình thành hệ mặt trời. Vì nằm ở rìa ngoài của hệ mặt trời nên các thiên thể nhỏ này chứa đựng những thông tin nguyên thủy nhất về sự hình thành và tiến hóa của các hành tinh trong hệ mặt trời. Arrokoth đã bảo tồn hệ mặt trời như lúc nó mới hình thành cách đây 4,5 tỷ năm. Thứ hai, đây cũng là lần đầu tiên con người khám phá một hành tinh nhỏ được bảo quản tốt và chụp được hình ảnh rõ nét của nó ở khoảng cách gần và góc nhìn chưa từng có.
Dữ liệu từ New Horizons cho thấy vật thể hình cầu tuyết này dài khoảng 35 km, rộng 20 km và dày 10 km. Các nhà khoa học cũng đã đạt được những kết quả mới trong nghiên cứu về nguồn gốc, cơ chế tiến hóa, cấu trúc bề mặt và thành phần vật chất của Arrokoth. Hình dạng kỳ lạ của đầu và thân đồng trục của Arokos cho thấy nó có thể không được hình thành do va chạm dữ dội, mà là do sự hợp nhất chậm rãi của hai thùy sau quá trình tiêu tán quỹ đạo dài hạn. Điều này cung cấp bằng chứng trực tiếp cho mô hình bất ổn dòng chảy của sự hình thành hành tinh nhỏ.
Bề mặt của Arrokos có những đốm sáng và mảng, đồi và thung lũng, hố và gờ. Dữ liệu quang phổ cũng chỉ ra sự hiện diện của methanol, nước đá và các phân tử hữu cơ trên bề mặt của nó. Màu đỏ trên bề mặt của nó có thể là do sự thay đổi của vật chất hữu cơ: các phân tử đơn giản được kết hợp lại thành các polyme hữu cơ phức tạp.
Bản đồ địa mạo Arokos (Stern et al., Science 2019)
Zi: Việc phát hiện tàu bay ngang qua Arokos có ý nghĩa gì?
Ji: Arrokos có nghĩa là bầu trời trong tiếng Powhatan/Algonquin, ám chỉ sự khao khát bầu trời và sự tò mò về các hành tinh và thế giới khác ngoài Trái đất. Cái tên này cũng là để vinh danh chuyến bay ngang qua Trái Đất xa nhất trong lịch sử tàu vũ trụ của con người. Cuộc thám hiểm các vật thể nhỏ trong vành đai Kuiper đã giúp con người hiểu được cấu trúc của hệ mặt trời và quá trình hình thành và tiến hóa của hành tinh từ một góc nhìn hoàn toàn mới. Nghiên cứu chi tiết về nhiều “hóa thạch sống” hơn trong hệ mặt trời—các thiên thể nhỏ cổ đại—và kết quả phát hiện phân tử hữu cơ sẽ giúp nhân loại khám phá vấn đề khoa học quan trọng về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất.
Zi: Tình hình nghiên cứu và phát triển của lĩnh vực nghiên cứu này ở Trung Quốc như thế nào? Còn có những khoảng trống nào nữa?
Ji: Tàu thăm dò Chang'e-2 của nước tôi đã bay qua gần tiểu hành tinh Toutatis gần Trái Đất có khả năng gây nguy hiểm trong sứ mệnh mở rộng của mình, đạt được những kết quả khoa học quan trọng có tác động lớn trên phạm vi quốc tế. Từ năm 2010, các đơn vị trong nước có liên quan đã tổ chức trình diễn kế hoạch thám hiểm không gian sâu của Trung Quốc đến năm 2030, bao gồm việc thực hiện lấy mẫu thiên thể nhỏ và thám hiểm sao chổi vành đai chính trong vài năm tới. Đất nước tôi bắt đầu muộn trong việc khám phá không gian sâu các thiên thể nhỏ và nền tảng nghiên cứu của đất nước còn tương đối yếu. Các công nghệ then chốt cần phải được đột phá và khả năng phát triển tải trọng khoa học cần phải được cải thiện hơn nữa. Nhiệm vụ thám hiểm không gian sâu thẳm rất gian nan và còn một chặng đường dài phía trước.
Đáng chú ý là trong những năm gần đây, các nhà khoa học trong nước đã đề xuất một kế hoạch thám hiểm rìa hệ mặt trời, cụ thể là đạt được mục tiêu thám hiểm rìa hệ mặt trời vượt quá 100 đơn vị thiên văn vào năm 2049, phóng tàu thăm dò để thực hiện các đặc điểm không gian ba chiều quy mô lớn của nhật quyển, rìa gió mặt trời và các đặc điểm của vật chất trong không gian liên sao lân cận, ghé thăm vành đai tiểu hành tinh, Sao Mộc và các hệ hành tinh khí lớn khác, đồng thời phát hiện các vật thể vành đai Kuiper.
Zi: Cuối cùng, ông có thể chia sẻ quan điểm của chúng ta về xu hướng phát triển trong tương lai và những đột phá có thể có trong việc khám phá không gian sâu không?
Ji: Trong tương lai, thám hiểm không gian sâu và khoa học hành tinh sẽ tập trung vào các vấn đề khoa học quan trọng, kết hợp công nghệ hàng không vũ trụ tiên tiến, nghiên cứu khoa học và trình độ phát triển kinh tế, sử dụng các mục tiêu khoa học để định hướng và thúc đẩy đổi mới khoa học công nghệ và phát triển các ngành công nghiệp mới nổi, mở rộng hợp tác quốc tế. Với việc phóng thêm nhiều sứ mệnh thám hiểm không gian sâu hơn, những đột phá mới sẽ được thực hiện trong các vấn đề khoa học quan trọng mà các nhà khoa học quan tâm, chẳng hạn như nguồn gốc của hệ mặt trời, nguồn gốc sự sống trên Trái Đất và mối đe dọa từ các thiên thể nhỏ đối với Trái Đất và sự sống còn của con người.
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên tạp chí China Science Foundation số 2 năm 2020, với một số sửa đổi phù hợp.
Tổng biên tập: Mao Ruiqing
Tổng biên tập luân phiên: Triệu Hải Bân
Biên tập: Vương Khắc Siêu, Cao Na
