Phần 1 – Chương 1: Vũ trụ trong cuộc sống chúng ta
1.1 Vì sao phải nghiên cứu vũ trụ?
Nhu cầu từ không gian bên ngoài
Đi vào vũ trụ là một việc nguy hiểm và đắt đỏ. Vậy tai sao chúng ta phải bận tâm đến điều đó? Bởi vì không gian bên ngoài cung cấp một số lợi ích thuyết phục cho xã hội hiện đại ngày nay:
Một góc nhìn toàn cầu – từ trên cao quỹ đạo.
Một cái nhìn rõ ràng về “thiên đường” – không bị cản trở bởi bầu khí quyển.
Một môi trường rơi tự do – cho phép chúng ta phát triển các vật liệu tiên tiến mà không thể làm được trên Trái Đất.
Tài nguyên phong phú – chẳng hạn như năng lượng Mặt Trời và các vật chất ngoài Trái Đất.
Một thử thách đặc biệt có thể xem là ranh giới cuối cùng của nhân loại.
Không gian bên ngoài cung cấp một góc nhìn toàn cầu. Như trong hình 1.1-3, ở càng cao thì bạn nhìn thấy càng nhiều diện tích bề mặt Trái Đất. Trong hàng ngàn năm, các vị vua và những nhà cai trị đã lợi dụng thực tế này bằng cách đặt các trạm canh gác trên đỉnh những ngọn núi cao nhất để thăm dò được nhiều hơn vương quốc của họ, và cảnh báo nguy cơ bị tấn công. Xuyên suốt lịch sử, nhiều trận chiến đã diễn ra để “giành lấy điểm cao”. Không gian bên ngoài nhận lấy nhiệm vụ này cho một góc nhìn lớn hơn bao giờ hết. Từ một điểm thuận lợi trong không gian, chúng ta có thể quan sát những khu vực rộng lớn của bề mặt Trái Đất. Các tàu vũ trụ quỹ đạo do đó có thể phục vụ như là “tai mắt của bầu trời” để cung cấp nhiều dịch vụ hữu ích.
Hình 1.1-3. Một góc nhìn toàn cầu. Sáu vệ tinh quan sát Trái Đất tạo thành một cụm vệ tinh gọi là A-Train ở độ cao khoảng 705 km. Ảnh: NASA, JPL.
Không gian bên ngoài cung cấp một cái nhìn rõ ràng về “thiên đường”. Khi chúng ta nhìn những ngôi sao trên bầu trời đêm, chúng ta thấy ánh sáng lấp lánh đặc trưng của chúng. Ánh sáng lấp lánh này bị gây ra bởi việc làm mờ “ánh sao” khi nó đi xuyên qua bầu khí quyển, mà chúng ta gọi là sự nhấp nháy (scintillation). Bầu khí quyển làm mờ đi một ít ánh sáng này, và chặn hoàn toàn các ánh sáng khác, khiến cho các nhà thiên văn học – những người cần phải tiếp cận toàn bộ các vùng của phổ điện từ để khám phá một cách đầy đủ về vũ trụ – phải thất vọng. Bằng cách đặt một đài quan sát vào không gian bên ngoài, chúng ta có thể đưa các công cụ lên phía trên bầu khí quyển và có được cái nhìn không bị cản trở vào vũ trụ, như mô tả trong Hình 1.1-4. Kính viễn vọng Không gian Hubble, Đài quan sát Tia Gamma, và Đài quan sát Chandra là những công cụ được trang bị cảm biến hoạt động vượt xa bên ngoài ranh giới của giác quan con người. Các kết quả từ việc sử dụng những công cụ này từ các vị trí thuận lợi đặc biệt trong không gian đang cách mạng hóa hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.
Hình 1.1-4. Quan sát thiên văn học từ không gian bên ngoài. Bầu khí quyển của Trái Đất cản trở cái nhìn của chúng ta vào vũ trụ. Do đó chúng ta đặt các vệ tinh, chẳng hạn như Kính viễn vọng Không gian Hubble, phía ngoài bầu khí quyển để có thể quan sát tốt hơn. Ảnh: NASA.
Vũ trụ cung cấp một môi trường rơi tự do cho phép thực hiện các quá trình sản xuất không thể làm được trên bề mặt Trái Đất. Chẳng hạn, để tạo ra một hợp chất kim loại mới nhất định, chúng ta phải trộn hai hay nhiều kim loại với với nhau vừa đúng tỷ lệ. Thật không may, trọng lực có xu hướng kéo các kim loại nặng hơn xuống đáy của bình chứa, khiến cho một hỗn hợp đồng nhất khó có thể hình thành. Nhưng không gian bên ngoài cung cấp giải pháp cho vấn đề này. Một nhà máy sản xuất trên quỹ đạo (và tất cả mọi thứ trong nhà máy đó) thực tế là đang rơi về phía Trái Đất, nhưng không bao giờ va chạm với Trái Đất. Đây là một điều kiện được gọi là “rơi tự do” (KHÔNG phải là “không trọng lực”, chúng ta sẽ xem xét sau). Trong môi trường rơi tự do, không có lực tương tác nào trên một đối tượng, do đó chúng ta nói đối tượng đó là không có trọng lượng, khiến cho việc tạo ra các hỗn hợp đồng nhất của các vật liệu khác nhau trở nên khả thi. Chúng ta sẽ khám phá khái niệm này chi tiết hơn trong Chương 3. Không bị cản trở bởi trọng lượng rơi trên bề mặt Trái Đất, các nhà máy trên quỹ đạo có được tiềm năng để tạo ra các vật liệu mới kỳ lạ cho các thành phần máy tính hay các ứng dụng khác, cũng như các sản phẩm dược học mới đầy hứa hẹn để chống chọi với bệnh tật trên Trái Đất. Việc nghiên cứu các ảnh hưởng của không trọng lượng trên cây cối, động vật, và sinh lý học con người cũng đem lại cho chúng ta cái nhìn sâu sắc hơn về cách mà bệnh tật và sự lão hóa ảnh hưởng đến chúng ta (Hình 1.1-5).
Hình 1.1-5. Các phi hành gia tại Trạm Vũ trụ Quốc tế ISS trải nghiệm môi trường không trọng lượng. Phi hành gia Michael Foale (ở phía trước ảnh) đang luyện tập thể thao tại ISS. Ảnh: NASA.
Vũ trụ cung cấp các nguồn tài nguyên phong phú. Trong khi một số người đang tranh cãi về việc làm thế nào để chia chiếc bánh tài nguyên có hạn của Trái Đất thành những miếng nhỏ hơn, thì những người khác lại đấu tranh rằng chúng ta chỉ cần nướng một chiếc bánh lớn hơn. Sự rộng lớn của Hệ Mặt Trời cung cấp một nguồn dự trữ khoáng sản và năng lượng chưa được khai thác để duy trì sự bành trướng của loài người bên ngoài cái nôi Trái Đất. Tàu vũ trụ hiện nay mới chỉ sử dụng một trong số lượng tài nguyên phong phú này – năng lượng Mặt Trời có giới hạn. Nhưng các nhà khoa học đã suy đoán rằng chúng ta có thể sử dụng tài nguyên Mặt Trăng, hay thậm chí là từ các tiểu hành tinh, để cung cấp nhiên liệu cho một “nền kinh tế vũ trụ” đang lớn mạnh. Đất Mặt trăng chẳng hạn, được biết là giàu oxygen và nhôm. Chúng ta có thể sử dụng oxygen này trong các động cơ tên lửa và để cho con người hô hấp. Nhôm là một kim loại quan trọng sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Cũng có khả năng nước đá có thể mắc kẹt trong những hố thiên thạch tối-vĩnh-viễn ở các cực Mặt Trăng. Những tài nguyên này, kết hợp với nỗ lực của nhân loại để khám phá, sẽ khiến bầu trời thực sự không còn là giới hạn!
Cuối cùng, vũ trụ mang lại một lợi thế đơn giản tựa như là một ranh giới. Giới hạn của con người luôn được phát triển khi các ranh giới mới đã bị khuất phục. Như một chất kích thích cho các tiến bộ công nghệ đã được tăng cường, và một sự thử thách cho việc tạo ra sự bùng nổ kinh tế mạnh mẽ hơn, vũ trụ mang lại một thách thức không giới hạn bắt buộc chúng ta phải chú ý tới. Nhiều người đã so sánh các thách thức của vũ trụ với những gì mà những nhà thám hiểm đầu tiên đến Thế giới Mới phải đối mặt. Những cư dân châu Âu đã khám phá ra những nguồn tài nguyên dường như vô hạn, bước đầu tiên là họ phải chiến đấu, sau đó từ từ tạo ra một xã hội sản xuất từ sự hoang dã.
Chúng ta vẫn còn một chặng đường dài để có thể thực địa hóa Mặt Trăng hay Sao Hỏa. Nhưng sự quyến rũ của ranh giới cuối cùng này thực sự đã ảnh hưởng đến chúng ta. Khán giả đã chi hàng triệu đô-la mỗi năm để thưởng thức những bộ phim điện ảnh như Star Wars, Star Trek, Independence Day, và Contact. Cuộc đổ bộ Mặt Trăng của nhiệm vụ Apollo và các kỷ lục của các chuyến bay tàu con thoi đã chiếm trọn sự ngạc nhiên và trí tưởng tượng của tất cả mọi người trên hành tinh này. NASA ghi nhận hàng ngàn lượt truy cập mỗi ngày trên trang mạng Nhiệm vụ Sao Hỏa của họ. Các nhiệm vụ tương lai hứa hẹn thậm chí còn quyến rũ hơn khi một số lượng lớn con người tham gia vào công cuộc thám hiểm vũ trụ. Đối với mỗi chúng ta, “vũ trụ” luôn có ý nghĩa gì đó khác biệt, như minh họa trong hình 1.1-6.
Còn tiếp…
Người đăng:
Hien PHAN
Cựu thành viên CLB Thiên văn học Đà Nẵng – DAC; nghiên cứu viên tại khoa Vũ trụ và Ứng dụng, trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội – USTH (Đại học Việt Pháp).