Tàu thăm dò sao Hỏa đã đi một chặng dài: từ những bức ảnh mờ của Mariner 4 năm 1965, hai tàu đổ bộ Viking năm 1976, đến xe tự hành Perseverance nặng hơn một tấn đang khoan đá tìm dấu vết sự sống cổ ở hố Jezero. Mỗi thế hệ trả lời một câu hỏi và mở ra câu hỏi khó hơn: sao Hỏa có nước không, từng ở được không, và có từng có sự sống không. Đến nay câu cuối cùng vẫn chưa có lời giải.
Vì sao sao Hỏa khó đến vậy
Sao Hỏa là hành tinh hàng xóm, nhưng là hàng xóm khó tính. Khoảng cách tới Trái Đất thay đổi từ khoảng 55 triệu km đến hơn 400 triệu km tùy vị trí hai hành tinh trên quỹ đạo. Cửa sổ phóng thuận lợi chỉ mở khoảng 26 tháng một lần; lỡ là phải chờ hơn hai năm. Chuyến bay mất chừng bảy tháng.
Tín hiệu vô tuyến đi một chiều mất từ khoảng 3 đến hơn 20 phút. Không ai điều khiển trực tiếp được. Đến lúc kỹ sư nhận tin tàu bắt đầu hạ cánh, thực tế mọi chuyện đã xong, thành hay bại. Giới làm nghề gọi giai đoạn hạ cánh là "bảy phút kinh hoàng": tàu phải tự giảm tốc từ khoảng 20.000 km/h xuống bằng không, qua lớp khí quyển quá loãng để dù hãm đủ nhưng đủ dày để làm tàu nóng đỏ.
Gần một nửa số sứ mệnh tới sao Hỏa trong lịch sử đã thất bại. Những năm 1960, Liên Xô phóng nhiều tàu nhưng phần lớn hỏng ngay từ khi rời quỹ đạo Trái Đất hoặc trên đường bay.
Những tấm ảnh đầu tiên: Mariner và Mars
Tháng 7/1965, tàu Mariner 4 của Mỹ bay lướt qua sao Hỏa, gửi về khoảng hai chục bức ảnh đen trắng. Những ai mơ về các kênh đào hay nền văn minh sao Hỏa thất vọng: bề mặt đầy hố va chạm, trông khô và chết như Mặt Trăng.
Tháng 11/1971, Mariner 9 trở thành tàu đầu tiên bay vào quỹ đạo quanh một hành tinh khác. Khi nó đến, cả hành tinh đang chìm trong một trận bão bụi toàn cầu. Chờ bụi lắng, tàu chụp được ngọn núi lửa Olympus Mons cao gấp hai ba lần Everest, hẻm vực khổng lồ về sau đặt tên Valles Marineris theo chính con tàu, và những lòng sông khô. Sao Hỏa từng có nước chảy.
Cũng thời điểm ấy, Liên Xô gửi Mars 2 và Mars 3. Tàu đổ bộ của Mars 2 rơi vỡ, trở thành vật nhân tạo đầu tiên chạm bề mặt sao Hỏa. Tàu đổ bộ Mars 3 hạ cánh mềm ngày 2/12/1971, nhưng chỉ phát tín hiệu được khoảng hai mươi giây rồi im lặng mãi mãi, có lẽ vì chính trận bão bụi.
Viking 1976: lần đầu đứng trên mặt sao Hỏa và đi tìm sự sống
Chương trình Viking của NASA gồm hai cặp, mỗi cặp một tàu quỹ đạo và một tàu đổ bộ. Viking 1 đáp xuống đồng bằng Chryse ngày 20/7/1976, đúng bảy năm sau Apollo 11. Viking 2 đáp xuống đồng bằng Utopia ngày 3/9/1976. Ảnh màu đầu tiên từ mặt đất cho thấy một sa mạc đá đỏ cam dưới bầu trời màu hồng nhạt vì bụi.
Điểm đặc biệt của Viking là các thí nghiệm sinh học: múc đất, nhỏ dung dịch dinh dưỡng, xem có gì "ăn" và thải khí ra không. Một thí nghiệm cho kết quả giống như có hoạt động sống. Nhưng máy phân tích hóa học lại không tìm thấy phân tử hữu cơ nào đáng kể trong đất. Đa số nhà khoa học kết luận phản ứng đến từ hóa chất oxy hóa mạnh trong đất, không phải sinh vật. Năm 2008, tàu Phoenix tìm thấy muối perchlorate trong đất sao Hỏa, củng cố cách giải thích hóa học này. Dù vậy, vẫn có người trong nhóm thí nghiệm gốc giữ ý kiến ngược lại đến cuối đời.
Viking 1 hoạt động đến năm 1982, lâu hơn rất nhiều so với dự kiến.
Thế hệ xe tự hành: từ Sojourner đến Curiosity
Sau Viking, NASA vắng sao Hỏa gần hai mươi năm và chịu vài thất bại đau. Năm 1999, tàu Mars Climate Orbiter bị mất vì một nhóm dùng đơn vị đo kiểu Anh – Mỹ trong khi nhóm kia dùng hệ mét; tàu đi quá sâu vào khí quyển. Đó là bài học kinh điển về kiểm tra chéo đơn vị trong kỹ thuật.
- Mars Pathfinder (1997): hạ cánh ngày 4/7/1997 bằng cách bọc túi khí rồi nảy tưng trên mặt đất. Mang theo Sojourner, xe tự hành nhỏ chỉ khoảng 10 kg, chiếc xe đầu tiên chạy trên một hành tinh khác.
- Spirit và Opportunity (2004): hai xe sinh đôi cỡ chiếc xe gôn, dự kiến hoạt động 90 ngày sao Hỏa. Spirit chạy hơn sáu năm trước khi kẹt trong cát. Opportunity chạy gần mười lăm năm, đi được hơn 45 km, đến khi bão bụi năm 2018 che kín pin Mặt Trời. Opportunity tìm thấy những viên khoáng hematit nhỏ và đá trầm tích hình thành trong nước, bằng chứng mạnh rằng sao Hỏa từng ẩm ướt.
- Phoenix (2008): đáp gần cực bắc, cào đất thấy băng nước ngay dưới lớp mặt.
- Curiosity (2012): nặng khoảng 900 kg, quá nặng để dùng túi khí. Ngày 6/8/2012, NASA hạ nó bằng "cần cẩu bầu trời": một bệ có động cơ lơ lửng trên không, thả xe xuống bằng dây cáp rồi bay đi rơi chỗ khác. Curiosity chạy bằng nguồn điện hạt nhân, không sợ bụi phủ pin, đang leo núi Sharp ở hố Gale và xác nhận nơi đó từng là một hồ nước có thể nuôi sống vi sinh vật.
Perseverance và chiếc trực thăng nhỏ
Perseverance hạ cánh ngày 18/2/2021 trong hố Jezero, nơi hàng tỉ năm trước từng là một hồ nước có sông đổ vào tạo thành châu thổ. Ở Trái Đất, châu thổ là nơi lưu giữ dấu vết sinh vật rất tốt, nên các nhà khoa học chọn Jezero để tìm "hóa thạch" vi sinh.
Lần đầu tiên, tàu tự chụp mặt đất trong lúc hạ và so với bản đồ lưu sẵn để tự né vùng đá nguy hiểm. Perseverance mang theo nhiều thứ mới:
- Bộ khoan và ống mẫu: khoan lõi đá, niêm phong trong ống kim loại, để một ngày nào đó mang về Trái Đất. Một nhóm ống đã được đặt sẵn trên mặt đất làm kho dự phòng.
- MOXIE: thiết bị thử tách oxy từ khí CO2 của sao Hỏa, đã làm ra được oxy nhiều lần, mở đường cho ý tưởng sản xuất khí thở và nhiên liệu tại chỗ.
- Trực thăng Ingenuity: nặng khoảng 1,8 kg, ngày 19/4/2021 bay lên vài mét rồi đáp xuống, chuyến bay có động cơ và điều khiển đầu tiên trên một hành tinh khác. Dự định bay năm lần, Ingenuity bay tổng cộng 72 lần cho đến khi cánh quạt hỏng đầu năm 2024.
Năm 2024–2025, Perseverance tìm thấy trong một mẫu đá những đốm và vân hóa học mà nhóm khoa học coi là "dấu hiệu sinh học tiềm năng". Nói rõ: tiềm năng nghĩa là có thể do sự sống tạo ra, nhưng cũng có thể do phản ứng địa hóa không cần sự sống. Muốn phân định phải mang mẫu về phòng thí nghiệm trên Trái Đất. Kế hoạch mang mẫu về hiện đang được xem xét lại vì chi phí quá lớn, thời điểm cụ thể chưa chắc chắn.
Không chỉ có Mỹ
Năm 2014, tàu Mangalyaan của Ấn Độ bay vào quỹ đạo sao Hỏa ngay lần thử đầu tiên, với chi phí thấp bất ngờ. Châu Âu có tàu quỹ đạo Mars Express hoạt động từ 2003. Năm 2021 là năm đông vui: tàu Hope của Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất vào quỹ đạo; Trung Quốc với sứ mệnh Thiên Vấn 1 đưa xe tự hành Chúc Dung hạ cánh xuống đồng bằng Utopia ngay lần đầu, hoạt động khoảng một năm.
Dòng thời gian các cột mốc
| Năm | Tàu | Cột mốc |
|---|---|---|
| 1965 | Mariner 4 (Mỹ) | Bay lướt, ảnh cận cảnh đầu tiên |
| 1971 | Mariner 9 (Mỹ) | Tàu đầu tiên bay quanh hành tinh khác |
| 1971 | Mars 3 (Liên Xô) | Hạ cánh mềm đầu tiên, liên lạc chỉ khoảng 20 giây |
| 1976 | Viking 1 và 2 (Mỹ) | Hoạt động dài trên bề mặt, thí nghiệm tìm sự sống |
| 1997 | Pathfinder, Sojourner (Mỹ) | Xe tự hành đầu tiên |
| 2004 | Spirit, Opportunity (Mỹ) | Bằng chứng nước trong quá khứ; chạy hơn 45 km |
| 2012 | Curiosity (Mỹ) | Xác nhận hồ nước cổ ở được |
| 2021 | Perseverance, Ingenuity (Mỹ) | Thu mẫu đá; chuyến bay có động cơ đầu tiên |
| 2021 | Thiên Vấn 1, Chúc Dung (Trung Quốc) | Quốc gia thứ hai vận hành xe tự hành trên sao Hỏa |
Góc nhìn hôm nay: tự xem sao Hỏa
NASA công bố ảnh thô từ Curiosity và Perseverance gần như hằng ngày trên trang web của từng sứ mệnh; ai cũng có thể xem những gì xe vừa chụp. Trang của camera HiRISE trên tàu quỹ đạo MRO có hàng chục nghìn ảnh độ phân giải cao, thấy được cả từng xe tự hành nhỏ xíu trên mặt đất.
Trên bầu trời, sao Hỏa là chấm sáng màu cam đỏ. Thời điểm đẹp nhất là khi nó "xung đối", tức nằm đối diện Mặt Trời và gần Trái Đất, khoảng hai năm hai tháng một lần. Lúc đó sao Hỏa sáng rực suốt đêm, và một kính thiên văn nhỏ đã thấy được chỏm băng ở cực. Sách nên đọc: The Martian của Andy Weir là tiểu thuyết, nhưng phần kỹ thuật được làm cẩn thận, hợp làm cửa ngõ cho người mới.
Câu hỏi thường gặp
Tàu nào hạ cánh xuống sao Hỏa đầu tiên?
Tàu đổ bộ Mars 3 của Liên Xô hạ cánh mềm ngày 2/12/1971 nhưng chỉ liên lạc được khoảng 20 giây. Viking 1 của Mỹ năm 1976 là tàu đầu tiên hoạt động lâu dài và gửi ảnh về từ bề mặt.
Perseverance đang làm gì trên sao Hỏa?
Perseverance tìm dấu vết sự sống cổ trong hố Jezero, nơi từng là hồ nước, và khoan lõi đá niêm phong trong ống để mang về Trái Đất sau này. Xe cũng thử nghiệm công nghệ tạo oxy từ khí CO2.
Đã tìm thấy sự sống trên sao Hỏa chưa?
Chưa. Một số mẫu đá có dấu hiệu sinh học tiềm năng, nhưng các dấu hiệu này cũng có thể giải thích bằng hóa học thuần túy. Cần phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm trên Trái Đất mới kết luận được.
Bay từ Trái Đất đến sao Hỏa mất bao lâu?
Thường khoảng bảy tháng với công nghệ tên lửa hiện nay. Tàu chỉ phóng được trong các cửa sổ thuận lợi khoảng 26 tháng một lần, khi hai hành tinh ở vị trí thích hợp.
Trực thăng Ingenuity bay được bao nhiêu lần?
Ingenuity bay 72 lần từ tháng 4/2021 đến tháng 1/2024, trong khi kế hoạch ban đầu chỉ là năm chuyến bay thử. Nó dừng hoạt động khi cánh quạt bị hỏng sau một lần hạ cánh.