Voyager sau 45 năm: Những thiết bị còn sống và dữ liệu đang tiếp tục về Trái Đất

Khi hai tàu Voyager rời bến phóng, ít ai hình dung chúng vẫn còn gửi tín hiệu trở về sau bốn thập kỷ. Hiện tượng ấy không chỉ là câu chuyện về độ bền của phần cứng: mỗi báo cáo từ Voyager còn là mảnh ghép quan trọng giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn môi trường vũ trụ nằm ngoài ranh giới ảnh hưởng trực tiếp của Mặt Trời.

Hành trình ngắn gọn của cặp “song sinh”

Voyager 2 được phóng từ Tổ hợp phóng Mũi Canaveral vào ngày 20/8/1977; khoảng hai tuần sau, Voyager 1 lên đường theo một quỹ đạo khác. Ban đầu các nhiệm vụ thiên về khám phá các hành tinh khổng lồ: Voyager 1 tập trung đi qua Mộc tinh và Thổ tinh, còn Voyager 2 không chỉ ghé thăm hai hành tinh trên mà còn tiếp tục tới Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh — điều mà không nhiệm vụ nào khác của con người làm được trong thế kỷ 20.

Từ hệ Mặt Trời đến không gian giữa các vì sao

Các tàu đã vượt qua ranh giới nơi gió Mặt Trời yếu dần và không gian giữa các vì sao bắt đầu xuất hiện: Voyager 1 chạm mốc này vào năm 2012, còn Voyager 2 vượt ranh giới tương tự vào tháng 11/2018. Sau những mốc đó, cả hai con tàu đều tiếp tục gửi dữ liệu về “vùng không gian giữa các vì sao” — khu vực nằm ngoài ảnh hưởng trực tiếp của nhật quyển (heliosphere).

Người quan tâm có thể theo dõi quỹ đạo và trạng thái của các tàu thông qua công cụ trực tuyến do NASA cung cấp, với dữ liệu khoảng cách và vận tốc được cập nhật theo thời gian thực. Thông tin hiện tại cho biết các tàu đang ở khoảng cách xấp xỉ 23 tỷ km tính từ Trái Đất.

Những dụng cụ vẫn hoạt động — và vai trò của chúng

Cả hai Voyager đều được thiết kế giống nhau và ban đầu mang theo 10 công cụ khoa học. Sau 45 năm, mỗi tàu vẫn giữ được bốn thiết bị còn hoạt động. Những cảm biến còn sống này tiếp tục cung cấp dữ liệu hiếm hoi về các hạt năng lượng cao, sóng plasma và từ trường trong môi trường liên sao.

Một trong số đó là hệ thống đo tia vũ trụ (Cosmic Ray Subsystem – CRS). CRS ghi lại các hạt có năng lượng lớn; những dữ liệu này giúp phân tích nguồn gốc, mức năng lượng và quá trình gia tốc của các tia vũ trụ. Nhờ CRS, các Voyager từng đo được sự khác biệt về tính chất của tia vũ trụ khi đi qua và ra khỏi vùng ảnh hưởng của các hành tinh như Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh.

Công cụ đo các hạt tích điện năng lượng thấp (Low-Energy Charged Particle – LECP) ghi nhận tốc độ và hướng của các hạt. Một cách hình dung thường dùng là tưởng tượng miếng gỗ bị bắn bởi những viên đạn: độ sâu lỗ đạn biểu thị tốc độ, còn vị trí và số lượng lỗ cho biết hướng và cường độ hạt tới.

Thêm vào đó, từ kế (MAG) theo dõi sự biến đổi của từ trường theo khoảng cách và thời gian. Dữ liệu từ MAG giúp xác định sự tồn tại hay không tồn tại từ trường quanh một thiên thể và cách các vệ tinh, hành tinh tương tác với từ trường đó — thông tin then chốt để hiểu cấu trúc môi trường plasma quanh hệ Mặt Trời.

Người ta cũng còn vận hành hệ đo sóng plasma và thiên văn vô tuyến (PWS và PRA), kết hợp với ăng-ten hình chữ V của các tàu. PWS thu dải tần thấp, từ 10 Hz tới 56 kHz, trong khi PRA phủ hai dải cao hơn, từ 20,4 kHz tới 1.300 kHz và từ 2,3 MHz tới 40,5 MHz. Những thiết bị này giúp ghi nhận sóng plasma và tín hiệu vô tuyến sinh ra trong môi trường liên sao và trong vùng ranh giới nhật quyển.

Nguồn năng lượng và cách NASA kéo dài tuổi thọ

Mỗi tàu Voyager mang theo ba máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG) sử dụng plutonium-238 để chuyển nhiệt phân rã thành điện. Khi plutonium giảm lượng phóng xạ theo thời gian, nguồn năng lượng khả dụng trên tàu giảm dần. Để duy trì hoạt động cho các thiết bị ưu tiên, NASA đã lần lượt tắt các hệ thống không thiết yếu.

Từ năm 2019, cơ quan vũ trụ cũng đã tắt một số máy sưởi, khiến các thiết bị phải hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn thiết kế ban đầu. Dù vậy, vẫn có một số công cụ tiếp tục gửi dữ liệu về Trái Đất; nguyên nhân cụ thể khiến chúng hoạt động được dưới điều kiện lạnh như vậy vẫn chưa được làm rõ hoàn toàn bởi các nhà khoa học.

Những đóng góp khoa học chính từ dữ liệu Voyager

Ban đầu NASA chỉ kỳ vọng các nhiệm vụ Voyager kéo dài khoảng năm năm; thực tế đã cho thấy giá trị khoa học kéo dài nhiều thập kỷ hơn. Dữ liệu từ hai tàu giúp làm sáng tỏ cách gió Mặt Trời — dòng hạt tích điện phát ra từ Mặt Trời — tương tác với môi trường ngoài hệ và hình thành nên cấu trúc nhật quyển bao quanh Hệ Mặt Trời.

Một phát hiện đáng chú ý là mức độ tia vũ trụ bên ngoài nhật quyển cao hơn đáng kể so với bên trong; số liệu cho thấy tia vũ trụ ở phía ngoài mạnh hơn khoảng ba lần so với ở bên trong nhật quyển. Kết hợp quan sát của Voyager với các nhiệm vụ mới hơn, các nhà khoa học có thể dựng nên bức tranh đầy đủ hơn về cách Mặt Trời ảnh hưởng tới môi trường không gian ở tầm vĩ mô.

Những thông tin này không chỉ có giá trị học thuật: hiểu biết về plasma, từ trường và hạt năng lượng cao trong vùng liên sao có ý nghĩa đối với thiết kế các nhiệm vụ thế hệ sau và an toàn đối với tàu vũ trụ dài hạn.

Những điều còn là bí ẩn và hướng nghiên cứu tiếp theo

Một phần hấp dẫn của chương trình Voyager là chính sự bất định: tại sao một số công cụ vẫn hoạt động tốt trong điều kiện lạnh hơn thiết kế? Cơ quan vũ trụ tiếp tục phân tích dữ liệu để hiểu các yếu tố này, đồng thời dùng quan sát dài hạn từ Voyager làm nền tảng so sánh với các nhiệm vụ tái khám phá Hệ Mặt Trời và vùng liên sao.

Những kết quả dài hạn từ Voyager cũng cho phép nhà khoa học trả lời các câu hỏi liên quan tới giới hạn ảnh hưởng của Mặt Trời, cách nhật quyển phản ứng với môi trường liên sao thay đổi, và bản chất của các nguồn tia vũ trụ ở xa.

Câu hỏi thường gặp

Voyager 1 và 2 còn gửi dữ liệu về Trái Đất bằng cách nào?

Hai tàu vẫn dùng anten để phát tín hiệu về phía Trái Đất, được thu bởi mạng Deep Space Network của NASA. Những tín hiệu này truyền đi rất yếu nhưng vẫn có thể giải mã.

Hiện tại còn bao nhiêu thiết bị trên mỗi tàu vẫn hoạt động?

Theo dữ liệu được công bố, mỗi tàu còn khoảng bốn công cụ hoạt động, từ tổng số mười thiết bị ban đầu.

Tại sao các công cụ vẫn hoạt động dù nguồn năng lượng giảm?

NASA đã tắt những hệ thống không cần thiết để dành năng lượng cho các thiết bị ưu tiên; song một số lý do kỹ thuật khiến thiết bị chịu đựng tốt dưới nhiệt độ thấp vẫn chưa được giải thích hoàn toàn.

Vai trò của dữ liệu Voyager đối với khoa học là gì?

Dữ liệu từ Voyager cung cấp bằng chứng trực tiếp về môi trường liên sao, giúp hiểu tương tác giữa gió Mặt Trời và không gian giữa các vì sao, đồng thời là cơ sở so sánh cho các nhiệm vụ hiện đại.

Kết suy

Sau 45 năm, Voyager 1 và Voyager 2 vẫn là nguồn dữ liệu độc đáo về khu vực nằm ngoài ảnh hưởng trực tiếp của Mặt Trời. Dù chỉ còn một số cảm biến hoạt động, mỗi gói dữ liệu gửi về đều là mảnh ghép quý giá cho nghiên cứu về nhật quyển, tia vũ trụ, plasma và từ trường trong vùng liên sao. Hành trình của hai tàu không chỉ là kỳ tích kỹ thuật mà còn là chứng cứ cho giá trị khoa học kéo dài theo thời gian.

Để mở rộng góc nhìn và tiếp tục tìm hiểu các chủ đề vũ trụ liên quan, bạn có thể đọc các phân tích chuyên sâu sau đây.

Để tìm hiểu nguồn gốc và sự thật đằng sau các tin đồn xuất hiện về kim tự tháp trên hành tinh khác, bài viết nguồn gốc tin đồn kim tự tháp trên sao Kim phân tích hồ sơ nhiệm vụ và dữ liệu thăm dò, giúp độc giả phân biệt giữa bằng chứng khoa học và suy diễn.

Nếu bạn quan tâm tới cách kính thiên văn James Webb mở rộng khả năng khảo sát vũ trụ bằng hiện tượng thấu kính hấp dẫn, bài phân tích quan sát thấu kính hấp dẫn của James Webb trình bày hình ảnh và ý nghĩa khoa học từ cụm thiên hà SDSS J1226+2149.

Về những hành tinh ngoại lai gây tranh luận trong cộng đồng thiên văn, bài viết phân tích hành tinh khí HD 114082 b đưa ra các dữ kiện quan sát và lý do vì sao HD 114082 b buộc các nhà nghiên cứu xem lại mô hình hình thành hành tinh.