Voyager vẫn gửi dữ liệu: bên trong nhiệm vụ kéo dài hàng thập kỷ

Hai tàu thăm dò mang tên Voyager tiếp tục là nguồn thông tin trực tiếp từ những vùng không gian xa nhất mà con người từng chạm tới. Khởi hành từ Trái Đất trong thập niên 1970, chúng giờ đây vận hành ở nơi gió Mặt Trời đã nhạt đi và các hạt vũ trụ từ thiên hà chiếm ưu thế — một môi trường rất khác so với khu vực ngay quanh hành tinh của chúng ta. Bài viết này tóm lược những gì còn hoạt động trên tàu, năng lượng duy trì nhiệm vụ và giá trị khoa học của dữ liệu mà chúng vẫn gửi về.

Hành trình ngắn gọn: từ Mũi Canaveral đến rìa hệ Mặt Trời

Voyager 2 rời Trái Đất từ Trung tâm phóng Mũi Canaveral vào ngày 20/8/1977; người anh em Voyager 1 theo sau khoảng hai tuần. Các quỹ đạo bay qua của hai tàu đã giúp nhân loại quan sát trực tiếp các hành tinh khí lớn: cả hai ghé thăm Sao Mộc và Sao Thổ; đồng thời Voyager 2 là tàu duy nhất của loài người từng đi qua vùng lân cận của Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh trong thế kỷ 20.

Sau nhiều thập niên di chuyển ra xa, NASA đã công bố rằng Voyager 1 đã đi ra ngoài ranh giới bảo vệ của Hệ Mặt Trời vào năm 2012, và Voyager 2 vượt qua ranh giới tương tự vào tháng 11/2018. Hiện tại, khoảng cách từ Trái Đất đến mỗi tàu được đo bằng hàng tỉ kilômét; các báo cáo cho biết giá trị gần với con số 23 tỷ km cho một trong số chúng, và thông tin vị trí cùng vận tốc được cập nhật liên tục qua nền tảng theo dõi của NASA.

Những dụng cụ vẫn thu thập dữ liệu

Mỗi tàu Voyager ra đời với mười thiết bị khoa học khác nhau. Sau nhiều thập kỷ, chỉ một phần trong số đó vẫn hoạt động; mỗi tàu hiện còn khoảng bốn hệ thống có thể gửi dữ liệu về Trái Đất. Những dụng cụ còn hoạt động trực tiếp phục vụ việc khảo sát môi trường giữa các vì sao thay vì quan sát các hành tinh như ban đầu.

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).

Một trong các cảm biến chính còn hoạt động là Cosmic Ray Subsystem (CRS) — bộ ghi nhận các hạt năng lượng cao. CRS giúp xác định hàm lượng và nguồn gốc của các tia vũ trụ đi qua, cung cấp manh mối về cách các hạt được gia tốc và phân bố năng lượng trong không gian liên sao. Những số liệu này rất quý giá để so sánh mức bức xạ bên trong và bên ngoài vùng bảo vệ do gió Mặt Trời tạo ra.

Low-Energy Charged Particle (LECP) là công cụ khác tiếp tục hoạt động, đo vận tốc và hướng di chuyển của các hạt tích điện có năng lượng thấp hơn. Hệ thống ghi lại sự khác biệt trong luồng hạt giữa vùng do Mặt Trời chi phối và vùng ngoài, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về cấu trúc của biên giới bảo vệ hành tinh chúng ta.

Thiết bị từ kế (MAG) vẫn cung cấp dữ liệu về biến đổi từ trường theo thời gian và theo vị trí, hỗ trợ xác định xem môi trường xung quanh tàu có chịu ảnh hưởng mạnh từ các trường từ khác hay không. Bên cạnh đó, các bộ thu sóng vô tuyến và sóng plasma — PRA và PWS — tiếp tục nhận tín hiệu ở các dải tần được thiết kế từ trước để khảo sát sóng điện từ tự nhiên trong môi trường liên sao.

Các khía cạnh kỹ thuật của PRA và PWS

Hệ thống sóng plasma sử dụng anten dạng chữ V để thu tín hiệu tần số thấp, với khả năng ghi nhận phổ tần từ vài chục Hz cho đến một số chục kHz. Bộ thu thiên văn vô tuyến có hai dải tần cao hơn, phục vụ việc truy vết các tín hiệu ở tần suất kHz đến MHz. Những phổ này cho phép các nhà nghiên cứu theo dõi sự tương tác giữa gió Mặt Trời và môi trường giữa các vì sao thông qua biến động điện từ do các sóng plasma gây ra.

Nguồn điện: RTG và chiến lược tiết kiệm năng lượng

Mỗi tàu Voyager được cấp nguồn bởi ba máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG). Các RTG biến đổi nhiệt do phân rã plutonium-238 thành điện năng để nuôi các hệ thống trên tàu. Tuy nhiên, năng lượng sẵn có giảm dần theo thời gian khi lượng nhiên liệu phóng xạ suy giảm.

Để kéo dài thời gian hoạt động của các dụng cụ thiết yếu, ban điều hành nhiệm vụ đã tắt những hệ thống không quan trọng, trong đó có các máy sưởi bảo vệ thiết bị khỏi nhiệt độ môi trường khắc nghiệt. Quyết định này được thực hiện từ năm 2019 trở về sau, nhằm đảm bảo còn đủ công suất cho những cảm biến quan trọng. Dù nhiệt độ hoạt động thấp hơn so với thiết kế ban đầu, vẫn có một số công cụ tiếp tục gửi dữ liệu về, và các nhà khoa học vẫn đang tìm hiểu vì sao chúng có thể chịu đựng được điều kiện lạnh hơn dự kiến.

Những khám phá quan trọng về môi trường xung quanh Hệ Mặt Trời

Dữ liệu của Voyager đã cho thấy sự khác biệt rõ rệt về cường độ tia vũ trụ bên ngoài so với bên trong vùng do Mặt Trời thống trị: các hạt vũ trụ ở bên ngoài vùng này mạnh hơn nhiều so với khi tàu còn ở sâu bên trong. Những quan sát ấy giúp làm sáng tỏ cách nhật quyển — bong bóng bảo vệ do gió Mặt Trời tạo ra — tương tác với vật chất giữa các vì sao và điều kiện từ trường ngoài hệ.

Thông tin do Voyager gửi về đã được các nhà nghiên cứu kết hợp với dữ liệu từ các sứ mệnh gần đây hơn, nhằm dựng nên mô hình tổng thể hơn về tác động của Mặt Trời lên vùng không gian lân cận. Nhờ vậy, cộng đồng khoa học có thể theo dõi cấu trúc và động lực của biên giới nơi gió Mặt Trời chấm dứt và không gian liên sao bắt đầu — vùng mà một số tài liệu gọi là nhật điểm.

Tại sao vẫn phải duy trì liên lạc?

Dữ liệu từ Voyager mang giá trị duy nhất vì chúng đến từ hai vị trí khác nhau ở rìa hệ Mặt Trời, cung cấp phép đo trực tiếp mà không sứ mệnh nào khác lặp lại trong nhiều thập niên. Các thông tin này đóng vai trò then chốt để hiểu các quá trình vật lý trong không gian liên sao, đặc biệt là khi so sánh số liệu thu được từ nhiều thiết bị trên cùng một tàu hoặc giữa hai tàu với nhau.

Ngay cả khi chỉ còn một vài công cụ còn hoạt động, mỗi bit dữ liệu gửi về đều giúp tinh chỉnh các mô hình về môi trường vũ trụ gần chúng ta. Do vậy, việc tối ưu hóa năng lượng và bảo toàn các hệ thống liên lạc vẫn là ưu tiên để kéo dài khả năng thu thập quan sát độc nhất này.

Kết luận: giá trị lâu dài của hai sứ mệnh lịch sử

Voyager 1 và Voyager 2 không chỉ là những sản phẩm công nghệ của thập niên 1970 mà còn là kho dữ liệu sống cho nghiên cứu về rìa Hệ Mặt Trời và không gian liên sao. Những cảm biến còn hoạt động tiếp tục giúp các nhà khoa học khai thác các điểm quan sát không thể có được từ Trái Đất hay các nhiệm vụ gần đây khác. Khi nguồn năng lượng dần cạn kiệt, đội ngũ vận hành phải lựa chọn cẩn trọng hệ thống nào giữ lại để tối đa giá trị khoa học của mỗi tín hiệu nhận được.

Thông tin vị trí và vận tốc của hai tàu được công khai trên nền tảng theo dõi của NASA và cập nhật theo chu kỳ ngắn, cho phép công chúng và cộng đồng khoa học theo dõi trực tiếp hành trình kéo dài gần nửa thế kỷ của chúng.

Để tìm hiểu thêm về những lời giải cho các tuyên bố gây tranh cãi liên quan tới hình dạng bề mặt hành tinh và cách dữ liệu được diễn dịch, bạn có thể đọc phân tích chuyên sâu về tin đồn kim tự tháp trên sao Kim, với góc nhìn dữ liệu và nguồn tin khoa học trong bài giải mã tin đồn kim tự tháp trên sao Kim.

Nếu bạn muốn mở rộng hiểu biết về các vật thể khối lượng khổng lồ trong vũ trụ và thách thức mà chúng đặt ra cho lý thuyết, tham khảo bài viết phân tích hố đen siêu lớn TON 618 để nắm rõ các vấn đề về giới hạn khối lượng và những hệ quả vật lý liên quan: tìm hiểu về TON 618 và giới hạn khối lượng hố đen.

Với những ai quan tâm tới các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời có đặc tính khó lý giải, bài viết phân tích hành tinh HD 114082 b đưa ra các dữ kiện về mật độ bất thường và ý nghĩa đối với mô hình hình thành hành tinh: phân tích HD 114082 b: hành tinh khổng lồ nhưng dày đặc.