Voyager: con tàu đi xa nhất của loài người đang ở đâu và mang theo gì

Voyager 1 là vật thể nhân tạo đi xa nhất của loài người: phóng năm 1977, đến nay nó cách Trái Đất khoảng 25 tỷ km, xa đến mức tín hiệu vô tuyến đi gần một ngày mới tới nơi. Cùng với tàu chị em Voyager 2, nó đã bay ngang Sao Mộc, Sao Thổ, rồi Voyager 2 ghé thêm Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, trước khi cả hai rời khỏi vùng ảnh hưởng của gió Mặt Trời để vào không gian giữa các vì sao. Cả hai vẫn còn liên lạc với Trái Đất sau gần nửa thế kỷ.

Cơ hội 175 năm có một

Cuối thập niên 1960, các kỹ sư ở Phòng thí nghiệm Phản lực (JPL) của NASA nhận ra một sự trùng hợp hiếm: cuối thập niên 1970, bốn hành tinh khí khổng lồ xếp hàng thuận lợi đến mức một con tàu có thể ghé lần lượt từng hành tinh. Mỗi lần bay sát, lực hút của hành tinh như một cú bật ná, bẻ hướng và tăng tốc con tàu về đích tiếp theo. Kiểu xếp hàng này chỉ lặp lại khoảng 175 năm một lần.

Kế hoạch "Grand Tour" ban đầu rất tham vọng và tốn kém, bị cắt giảm còn hai tàu, chính thức chỉ nhắm Sao Mộc và Sao Thổ. Nhưng các kỹ sư thiết kế để nếu mọi việc suôn sẻ, Voyager 2 có thể đi tiếp.

Voyager 2 được phóng trước, ngày 20/8/1977. Voyager 1 phóng ngày 5/9/1977 nhưng theo quỹ đạo nhanh hơn, vượt lên trước khi tới Sao Mộc, nên mang số 1.

Con tàu cỡ một chiếc ô tô nhỏ

Mỗi tàu nặng khoảng 800 kg lúc phóng, nổi bật nhất là chiếc ăng-ten hình đĩa đường kính 3,7 m luôn quay về phía Trái Đất. Vì đi quá xa Mặt Trời, pin Mặt Trời là vô dụng; tàu lấy điện từ ba máy phát nhiệt điện dùng đồng vị plutonium-238. Nhiệt tỏa ra khi đồng vị phân rã được biến thành điện.

Máy tính trên tàu có bộ nhớ chỉ vài chục kilobyte, nhỏ hơn một bức ảnh chụp bằng điện thoại ngày nay. Dữ liệu được ghi vào băng từ trước khi gửi về. Máy phát vô tuyến có công suất khoảng hơn hai chục oát, cỡ một bóng đèn tủ lạnh; khi tới Trái Đất, tín hiệu yếu đến mức phải dùng những ăng-ten đường kính 34 và 70 m của Mạng lưới Không gian Sâu mới bắt được.

Chuyến du hành qua các hành tinh khí khổng lồ

Đến nay Voyager 2 vẫn là con tàu duy nhất từng ghé Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương. Phần lớn hình ảnh cận cảnh của hai hành tinh này trong sách giáo khoa đều từ chuyến bay ấy.

Voyager 1 thì phải chọn: hoặc bay sát vệ tinh Titan của Sao Thổ, hoặc giữ đường đi tới Sao Diêm Vương. Các nhà khoa học chọn Titan vì bầu khí quyển bí ẩn của nó. Cú bay sát ấy hất Voyager 1 lên khỏi mặt phẳng các hành tinh, bắt đầu chặng đường đi thẳng ra ngoài.

"Chấm xanh nhạt": bức ảnh tự soi mình

Ngày 14/2/1990, trước khi tắt camera vĩnh viễn để tiết kiệm năng lượng, Voyager 1 quay lại chụp một loạt ảnh các hành tinh từ khoảng cách khoảng 6 tỷ km. Nhà thiên văn Carl Sagan là người kiên trì vận động cho việc chụp này, dù nó không có giá trị khoa học lớn.

Trong một tấm, Trái Đất chỉ là một chấm sáng nhỏ hơn một điểm ảnh, lọt giữa một vệt nắng tán xạ trong ống kính. Sagan về sau viết cuốn Pale Blue Dot (Chấm xanh nhạt), trong đó có đoạn nổi tiếng nói rằng mọi người ta từng yêu, mọi cuộc đời từng sống, mọi vua chúa và nông dân đều ở trên hạt bụi lơ lửng trong một tia nắng ấy. Bức ảnh trở thành một trong những hình ảnh có sức gợi nhất của khoa học.

Đĩa Vàng: lá thư gửi người lạ

Mỗi tàu mang một đĩa hát bằng đồng mạ vàng đường kính khoảng 30 cm, kèm kim đọc và hình hướng dẫn cách phát khắc trên vỏ. Một nhóm do Carl Sagan dẫn dắt chọn nội dung:

• 115 hình ảnh mã hóa về Trái Đất, con người, khoa học, đời sống.
• Lời chào bằng 55 ngôn ngữ, trong đó có tiếng Việt.
• Âm thanh của Trái Đất: sóng biển, gió, tiếng chim, tiếng cá voi, tiếng bước chân, tiếng cười.
• Khoảng 90 phút âm nhạc từ nhiều nền văn hóa, từ Bach, Beethoven đến nhạc dân gian các châu lục.

Khả năng có ai đó nhặt được là cực kỳ nhỏ. Vì thế nhiều người coi đĩa vàng là thứ nói về chúng ta với chính chúng ta nhiều hơn là gửi cho người ngoài hành tinh: một lần loài người tự hỏi, nếu chỉ được gửi đi một gói nhỏ, ta muốn kể gì về mình.

Bước ra không gian giữa các vì sao

Mặt Trời thổi ra một luồng hạt mang điện gọi là gió Mặt Trời, tạo nên một "bong bóng" khổng lồ bao quanh Hệ Mặt Trời. Ranh giới nơi gió Mặt Trời gặp khí loãng giữa các vì sao gọi là nhật quyển biên (heliopause).

Voyager 1 vượt ranh giới này ngày 25/8/2012, Voyager 2 vượt ngày 5/11/2018. Các nhà khoa học xác nhận nhờ đo mật độ hạt mang điện tăng đột ngột quanh tàu. Voyager 2 còn may mắn có thiết bị đo plasma còn hoạt động, đo trực tiếp được sự thay đổi.

Lưu ý một chi tiết hay bị hiểu sai: vượt nhật quyển biên không có nghĩa là rời Hệ Mặt Trời. Lực hút của Mặt Trời còn chi phối xa hơn nhiều, tới đám mây Oort chứa các sao chổi. Voyager sẽ mất khoảng 300 năm để tới rìa trong của đám mây ấy, và hàng chục nghìn năm để đi qua nó.

Sống sót bằng cách tắt dần từng thứ

Năng lượng từ plutonium giảm khoảng 4 oát mỗi năm. Để kéo dài sự sống, đội vận hành ở JPL lần lượt tắt máy sưởi, tắt các thiết bị khoa học ít quan trọng, chấp nhận để tàu lạnh hơn mức thiết kế. Từ 2024–2025 họ tắt thêm nhiều thiết bị nữa, với mục tiêu giữ ít nhất một thiết bị khoa học hoạt động sang thập niên 2030.

Sửa lỗi từ xa cũng là một kỳ tích. Cuối năm 2023, Voyager 1 bỗng gửi về dữ liệu vô nghĩa. Các kỹ sư mất vài tháng mới tìm ra một con chip bộ nhớ hỏng, rồi viết lại và chuyển phần mã sang chỗ khác trong bộ nhớ của chiếc máy tính thiết kế từ thập niên 1970. Mỗi lệnh gửi đi mất gần một ngày mới tới, thêm gần một ngày để biết kết quả. Tháng 4/2024, tàu gửi dữ liệu khoa học về trở lại.

Voyager 2 bay theo hướng nam so với mặt phẳng các hành tinh, nên chỉ ăng-ten ở Canberra (Úc) liên lạc được với nó. Voyager 1 hiện đang tiến gần mốc cách Trái Đất một ngày ánh sáng, dự kiến vào khoảng cuối năm 2026.

Góc nhìn hôm nay: theo dõi Voyager ở đâu

NASA có trang theo dõi vị trí thời gian thực của hai tàu, hiện khoảng cách tăng từng giây. Trang "DSN Now" của Mạng lưới Không gian Sâu cho thấy ăng-ten nào đang nói chuyện với tàu nào, đôi khi bắt gặp đúng lúc Voyager đang gửi tín hiệu về. Nội dung Đĩa Vàng đã được phát hành lại, nghe được trên các nền tảng âm nhạc. Phim tài liệu The Farthest (2017) kể chuyện những người làm Voyager rất cảm động. Sách nên đọc là Pale Blue Dot của Carl Sagan.

Tối nay, nếu nhìn về chòm sao Xà Phu, bạn đang nhìn đúng hướng Voyager 1 đang đi tới. Tất nhiên không thấy được nó, nhưng biết rằng ở đó có một con tàu nhỏ mang lời chào bằng tiếng Việt vẫn đang trôi đi, cũng đủ để thấy bầu trời gần hơn một chút.