Tóm tắt trong năm phút
Europa Clipper là tàu vũ trụ của NASA được chế tạo để nghiên cứu Europa, một mặt trăng phủ băng của sao Mộc. Tàu được phóng ngày 14 tháng 10 năm 2024 và dự kiến tới sao Mộc vào tháng 4 năm 2030. Từ đó, tàu sẽ vòng quanh hành tinh khổng lồ này và lướt qua Europa khoảng 49 lần, đo đạc lớp băng, bề mặt và đại dương mặn mà các nhà khoa học cho rằng nằm bên dưới. Đây là một điểm dừng trong hướng dẫn của chúng tôi về các mặt trăng của sao Mộc.
Điều quan trọng là xem sứ mệnh này đặt ra câu hỏi gì. Europa Clipper không hạ cánh và cũng không đi săn sinh vật sống. Câu hỏi của nó hẹp hơn: Europa có những thứ mà sự sống cần hay không? Đó là nước lỏng, các thành phần hóa học cơ bản và một nguồn năng lượng, tất cả có thể gặp nhau ở cùng một nơi. Các nhà khoa học gọi đây là khả năng cư trú, và nó là sợi chỉ xuyên suốt mọi thiết bị trên tàu.
Vì sao lại là Europa?
Europa nhỏ hơn Mặt Trăng của Trái Đất một chút, đường kính khoảng 3.120 km, và quay quanh sao Mộc khoảng ba ngày rưỡi một vòng. Bề mặt của nó là băng nước với rất ít hố va chạm, chi chít các vết nứt và sống núi dài. Ít hố va chạm nghĩa là bề mặt còn trẻ theo thang đo hành tinh, tức là có thứ gì đó vẫn đang liên tục tái tạo nó.
Ý tưởng về đại dương dựa trên nhiều manh mối. Ảnh của tàu Voyager năm 1979 cho thấy lớp băng nứt nẻ. Trong thập niên 1990 và đầu những năm 2000, tàu Galileo đo được từ trường của sao Mộc bị nhiễu loạn quanh Europa, một dạng nhiễu dễ giải thích nhất bằng một lớp nước mặn nằm dưới băng. Ước tính cho rằng đại dương đó sâu khoảng 60 đến 150 km, chứa nhiều nước hơn tất cả đại dương trên Trái Đất cộng lại, nằm dưới lớp vỏ băng dày chừng 15 đến 25 km. Đây mới chỉ là ước tính, và đo đạc chính xác chúng là một trong những nhiệm vụ chính của Clipper. Để biết thêm về chính mặt trăng này, hãy xem Europa (mặt trăng).
Một manh mối khác là hiện tượng thủy triều làm biến dạng. Quỹ đạo của Europa hơi bầu dục, nên lực hút của sao Mộc lên nó lúc mạnh lúc yếu theo từng vòng quay. Mỗi lần như vậy mặt trăng bị kéo giãn rồi co lại đôi chút, giống như chiếc kẹp giấy nóng lên khi bạn bẻ qua bẻ lại. Sự biến dạng này có thể sinh nhiệt bên trong Europa, giúp nước giữ được trạng thái lỏng dù bề mặt, ở rất xa Mặt Trời, lạnh khoảng âm 160 độ C.
Con tàu và các thiết bị
Europa Clipper là tàu vũ trụ lớn nhất mà NASA từng chế tạo cho một sứ mệnh hành tinh. Khi đã nạp đầy nhiên liệu, tàu nặng khoảng sáu tấn, và các tấm pin Mặt Trời khi mở hết cỡ rộng xấp xỉ một sân bóng rổ. Chúng phải lớn như vậy vì ánh sáng Mặt Trời ở sao Mộc yếu hơn ở Trái Đất khoảng 25 lần.
Chín thiết bị khoa học, cùng các phép đo vô tuyến về trường hấp dẫn của Europa, phối hợp như một đội:
- Máy ảnh (EIS) lập bản đồ bề mặt và tìm các vết nứt, sống núi cùng dấu hiệu thay đổi gần đây.
- Máy lập bản đồ hồng ngoại (MISE) đọc thành phần hóa học bề mặt, gồm cả muối và hợp chất hữu cơ.
- Máy chụp ảnh nhiệt (E-THEMIS) tìm những điểm ấm có thể đánh dấu hoạt động mới xảy ra.
- Quang phổ kế tử ngoại (Europa-UVS) tìm các cột hơi mờ nhạt và nghiên cứu bầu khí quyển mỏng.
- Radar xuyên băng (REASON) dò lớp vỏ để tìm các tầng băng, túi nước và đỉnh của đại dương.
- Từ kế (ECM) và cảm biến plasma (PIMS) đo phản ứng từ trường, qua đó biết đại dương sâu và mặn đến mức nào.
- Máy phân tích bụi (SUDA) và khối phổ kế (MASPEX) lấy mẫu hạt bụi và khí quanh Europa rồi đọc thành phần của chúng.
Không thiết bị nào có thể tự giải quyết những câu hỏi lớn. Radar có thể phát hiện một túi nước trong lớp vỏ, máy chụp ảnh nhiệt có thể cho thấy một vùng ấm ngay tại chỗ đó, còn máy ảnh cho thấy bề mặt ở đấy trông ra sao. Khi nhiều thiết bị cùng cho kết quả khớp về một nơi, các nhà khoa học có thể tin vào kết quả hơn nhiều so với một phép đo đơn lẻ. Đó là lý do các lần bay sượt qua được lên kế hoạch để cùng một vùng được quan sát nhiều lần, bằng các công cụ khác nhau, trong điều kiện ánh sáng khác nhau.
Bức xạ của sao Mộc cực kỳ khắc nghiệt, nên bộ phận điện tử được đặt trong một hầm kim loại có che chắn. Con tàu còn mang theo một tấm bảng khắc bài thơ "In Praise of Mystery: A Poem for Europa" của Ada Limón, cùng những cái tên do công chúng gửi tới.
Chặng đường dài tới sao Mộc
Sao Mộc quá xa để một con tàu nặng như vậy bay thẳng tới, nên Clipper "mượn" năng lượng từ các hành tinh. Sau khi được phóng bằng tên lửa Falcon Heavy của SpaceX từ Florida, tàu đã bay qua sao Hỏa vào ngày 1 tháng 3 năm 2025. Tàu sẽ quay lại Trái Đất để nhận lần hỗ trợ hấp dẫn thứ hai vào tháng 12 năm 2026, và cú vung đó đưa nó tới sao Mộc, với tổng hành trình khoảng 2,9 tỷ km.
Khi tới nơi, tàu không bay quanh Europa. Bức xạ gần mặt trăng sẽ nhanh chóng làm hỏng một tàu quỹ đạo, nên Clipper vòng quanh sao Mộc theo những quỹ đạo dài và lao về phía Europa hết lần này đến lần khác. Trong khoảng bốn năm, khoảng 49 lần bay sượt qua sẽ có lúc chỉ cách mặt băng 25 km, mỗi lần quét một dải bề mặt khác nhau. Gộp lại, chúng tạo nên một tấm bản đồ chậm rãi và kiên nhẫn.
Giữa các lần bay sượt qua, tàu chờ ở phần yên tĩnh hơn của quỹ đạo và gửi dữ liệu đã lưu về Trái Đất. Mỗi lần bay qua chỉ kéo dài một thời gian ngắn, nên phần lớn thời gian dành để gửi kết quả về chứ không phải để thu thập. Nhịp điệu chậm rãi gồm lao vào, quan sát kỹ rồi lại rút ra là một sự đánh đổi có chủ ý: bỏ việc theo dõi liên tục để đổi lấy tuổi thọ làm việc dài hơn.
Phần khoa học có cơ sở
Đây là những điều đã được xác lập vững chắc. Europa là một thế giới phủ băng. Lực hấp dẫn của sao Mộc làm nó biến dạng khi quay quanh, điều này có thể sinh nhiệt bên trong. Dữ liệu từ trường ủng hộ sự tồn tại của một đại dương mặn. Và năm 2023, Kính viễn vọng Không gian James Webb đã phát hiện carbon dioxide ở một vùng gọi là Tara Regio, có thể đến từ bên dưới.
Còn đây là những điều vẫn mang tính suy đoán. Lớp vỏ băng có chứa các túi nước gần bề mặt không? Có những cột hơi phun ra từ các vết nứt không? Hubble từng gợi ý về chúng nhiều lần, nhưng bằng chứng vẫn còn tranh luận. Đáy biển có các miệng phun nhiệt như dưới đáy đại dương Trái Đất không? Và trên hết, ở đó có gì đang sống không? Clipper không thể trả lời câu hỏi cuối. Nó có thể cho biết các điều kiện có phù hợp hay không và những nơi nào thích hợp cho một tàu đổ bộ trong tương lai, dù hiện chưa có tàu đổ bộ nào được phê duyệt. Tàu JUICE của châu Âu, phóng năm 2023, cũng sẽ nghiên cứu hệ sao Mộc, chủ yếu là Ganymede, và dự kiến đến nơi vào năm 2031.
Cũng nên biết các nhà khoa học sẽ đánh giá kết quả ra sao. Phát hiện nước mặn gần bề mặt sẽ rất thú vị, nhưng đó chưa phải bằng chứng của sự sống; nó chỉ làm tăng khả năng Europa là nơi đáng để tìm kiếm. Còn phát hiện lớp băng rất dày và tách biệt hẳn với đại dương sẽ làm giảm khả năng đó. Kết quả nào cũng là một câu trả lời thực sự, và cả hai đều sẽ định hướng việc NASA cùng các cơ quan vũ trụ khác chọn làm tiếp.
Europa trong tiểu thuyết và phim ảnh
Europa từ lâu đã là bối cảnh cho nhiều câu chuyện. Tiểu thuyết 2010: Odyssey Two (1982) của Arthur C. Clarke biến nó thành thế giới duy nhất mà loài người được cảnh báo phải để yên, vì có điều gì đó đang phát triển ở đó. Bộ phim Europa Report năm 2013 hình dung một chuyến đi có phi hành đoàn tới đại dương này. Clipper thật thì lặng lẽ hơn: một con robot, không phi hành đoàn, và trong kế hoạch của nó không có người ngoài hành tinh. Thế nhưng câu hỏi đằng sau các tác phẩm hư cấu, liệu có sự sống dưới lớp băng ấy hay không, chính là điều làm nên sức hút của sứ mệnh.
Những hiểu lầm thường gặp
- "Tàu sẽ hạ cánh xuống Europa." Không. Tàu chỉ bay sượt qua và không bao giờ chạm vào bề mặt.
- "Tàu sẽ đi tìm người ngoài hành tinh." Tàu không mang thí nghiệm dò tìm sự sống nào. Nó kiểm tra xem các điều kiện cho sự sống có tồn tại hay không.
- "Tàu bay quanh Europa." Tàu bay quanh sao Mộc và thực hiện nhiều lần bay sượt qua để hạn chế hư hại do bức xạ.
- "Đại dương và các cột hơi đã được chứng minh." Đại dương được ủng hộ mạnh mẽ nhưng chưa được lấy mẫu trực tiếp. Các cột hơi vẫn chưa chắc chắn.
Đọc tiếp
- Các mặt trăng của sao Mộc: trung tâm tổng hợp về Io, Europa, Ganymede và Callisto.
- Europa (mặt trăng): những gì chúng ta biết về thế giới mà Clipper sắp ghé thăm.
- Thông tin về sao Mộc: hành tinh khổng lồ có lực hấp dẫn và bức xạ chi phối toàn bộ sứ mệnh.
