Cách thức hoạt động của WISE

Nếu bạn lớn lên trong thời đại của chương trình Apollo , tàu con thoi và kính thiên văn Hubble , có lẽ bạn đã quen với việc khám phá không gian bao gồm các phần cứng với mức giá đáng kinh ngạc, các nhiệm vụ đơn lẻ, tập trung hẹp và kỳ vọng cuộc sống ngắn ngủi. Nhưng trong thời đại mà NASA đang phải chịu áp lực ngân sách ngày càng khó khăn, các nhà khoa học vũ trụ ngày nay không còn một tấm séc trống để khám phá vũ trụ nữa. Thay vào đó, họ phải sử dụng sự khéo léo của mình để tận dụng tối đa các nguồn lực hạn chế — ví dụ: bằng cách đưa một vệ tinh băng phiến ra khỏi chế độ ngủ đông và đặt lại nó cho một nhiệm vụ mới.

Đó chính xác là những gì NASA đang làm với Máy khám phá khảo sát hồng ngoại trường rộng , hay còn gọi là WISE .

Khi kính thiên văn quỹ đạo trị giá 320 triệu đô la được phóng vào tháng 12 năm 2009, nhiệm vụ ban đầu của nó là tìm kiếm bức xạ hồng ngoại đến từ các vật thể ở xa - từ tiểu hành tinh đến các ngôi sao lùn nâu kỳ lạ - quá mờ để có thể quan sát trong quang phổ ánh sáng khả kiến ​​[nguồn: Chow , Klotz ]. Trong 13 tháng sau đó, WISE đã hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ đó, lập danh mục 560 triệu thiên thể. Ngoài các ngôi sao và thiên hà, WISE đã phát hiện ra 19 sao chổi chưa từng thấy trước đây và hơn 33.500 tiểu hành tinh [nguồn: Chow ]. Cuối cùng, sau khi WISE hoàn thành công việc của mình, các nhà khoa học NASA đã tắt hầu hết các thiết bị điện tử của vệ tinh và để nó trên quỹ đạo ngủ đông vào tháng 2 năm 2011 [nguồn: Space.com ].

Nhưng hóa ra, WISE vẫn chưa thông qua. Vào tháng 8 năm 2013, NASA thông báo rằng họ đang kích hoạt lại vệ tinh cho một sứ mệnh mới kéo dài 3 năm. Instead of probing the distant reaches of space, WISE will search for and study near-Earth objects (NEOs)— space rocks that can be found orbiting within 28 million miles (45 million kilometers) of our planet's path around the sun, which scientists say đủ gần để chúng có thể gây nguy hiểm khi va chạm với chúng ta. Ngoài ra, WISE sẽ giúp NASA xác định các tiểu hành tinh có thể là điểm đến tiềm năng tốt cho các phi hành gia, như một phần trong mục tiêu của Tổng thống Hoa Kỳ Barack Obama là gửi con người đến thăm một tiểu hành tinh bị bắt giữ vào năm 2025 [nguồn: NASA ].

Trong vai trò mới của mình, WISE có tiềm năng thực hiện một số khám phá rất quan trọng - và để thực hiện nó một cách rẻ mạt, với chi phí chỉ 5 triệu đô la cho mỗi năm hoạt động bổ sung [nguồn: Klotz ].

Trong bài viết này, chúng ta sẽ nói về công việc mới thú vị của WISE, cũng như một số điều tuyệt vời mà vệ tinh đã đạt được.

1. Sứ mệnh ban đầu của WISE
2. Nhiệm vụ mới của WISE
3. Tại sao WISE lại quan trọng như vậy

To co-opt a phrase from the fictional Captain James Kirk of "Star Trek," when WISE was launched in 2009 into a polar orbit 326 miles (525 kilometers) above the Earth's surface, it was designed to boldly look where no one had looked trước. WISE không phải là đài quan sát quỹ đạo hồng ngoại đầu tiên, nhưng không giống như các tàu thăm dò trước đó, nó được thiết kế để khảo sát toàn bộ bầu trời, nhìn xa hơn vào không gian để phát hiện các vật thể mờ và / hoặc ở xa [nguồn: NASA ].

Để đạt được điều đó, WISE đã dựa vào một thiết kế tinh vi và công nghệ hiện đại. Vệ tinh được trang bị một kính viễn vọng nhạy cảm và các thiết bị dò ánh sáng hồng ngoại gắn bên trong một bình chứa hydro đóng băng rắn - hãy tưởng tượng một cái Thermos khổng lồ, và về cơ bản bạn đã có ý tưởng - điều này giữ cho các thiết bị ở nhiệt độ -429 độ F (-256 độ C) . Hiệu ứng làm lạnh đó đã ngăn WISE thu nhận dấu hiệu nhiệt của thiết bị riêng của mình, khiến các quan sát của nó thậm chí còn chính xác hơn [nguồn: NASA ].

Trong 13 tháng làm việc, WISE đã quét bầu trời 1/2 lần, chụp khoảng 1,8 triệu hình ảnh mà các nhà khoa học đang ghép lại với nhau để tạo ra một bản đồ tổng hợp của vũ trụ [nguồn: Klotz ]. Một số cái nhìn thoáng qua về những chi tiết chưa từng thấy trước đây của vũ trụ mà nó cung cấp đã gây kinh ngạc. Ví dụ, một bức ảnh chụp nhanh cho thấy một đám mây màu đỏ và xanh lục rộng lớn trong không gian sâu thẳm chứa đầy những ngôi sao mới hình thành, chỉ vài triệu năm tuổi, bên trong những đám bụi giữa các vì sao giống như bông hoa [nguồn: Space.com ].

Nhưng WISE không được thiết kế để chạy mãi mãi với công suất tối đa. Vào tháng 9 năm 2010, tàu vũ trụ bắt đầu cạn kiệt chất làm mát cần thiết để làm lạnh các đầu dò hồng ngoại của nó. Tại thời điểm đó, các nhà khoa học đã đóng hai trong số bốn thiết bị dò tìm và ngừng nhìn ra những khoảng không gian xa xôi [nguồn: Chow ]. Nhưng thiết bị của đài quan sát quỹ đạo hoạt động đủ tốt để nó hoàn toàn phù hợp cho một nhiệm vụ quan trọng khác.

Sau khi hoàn thành nhiệm vụ ban đầu, WISE thực sự đã có một đợt chạy thử nghiệm về những thứ cuối cùng sẽ trở thành hành động thứ hai của nó. Sau khi NASA đóng cửa phần lớn thiết bị hồng ngoại khi chất làm mát bắt đầu cạn, các nhà khoa học đã sử dụng những gì vẫn đang hoạt động để thực hiện một dự án có tên NEOWISE từ tháng 1 năm 2010 đến tháng 2 năm 2011. Tàu vũ trụ bắt đầu quét bầu trời để tìm các vật thể gần hơn. Trong năm 2010, nó đã quan sát khoảng 158.000 thiên thể đá, bao gồm 34.000 tiểu hành tinh trong vành đai chính của hệ mặt trời giữa sao Hỏa và sao Mộc, đồng thời phát hiện 135 vật thể gần Trái đất tiềm ẩn nguy cơ - tức là những vật thể đủ gần quỹ đạo Trái đất để chúng có thể gây ra nguy cơ va chạm [nguồn: NASA ].

Khi NASA kích hoạt lại WISE một lần nữa, nó sẽ sử dụng kính viễn vọng 16 inch (40 cm) của vệ tinh và các cảm biến hồng ngoại của nó để tìm kiếm thêm các vật thể gần Trái đất. Bởi vì các cảm biến không còn được làm mát siêu tốc nữa, chúng không hoạt động nữa, và do đó vệ tinh không phát hiện ra bức xạ từ các vật thể mờ nhạt ở xa như trước đây. Nhưng nó vẫn còn đủ khả năng để phát hiện bức xạ hồng ngoại từ các vật thể ở gần hơn. "Hai trong số bốn máy dò hồng ngoại của chúng tôi vẫn hoạt động ngay cả ở nhiệt độ ấm hơn, vì vậy chúng tôi có thể sử dụng các dải đó để tiếp tục săn tìm các tiểu hành tinh và sao chổi", Amy Mainzer thuộc Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA nói với Space.com vào tháng 10 năm 2010 [nguồn: Malik ].

Cảm biến hồng ngoại là một công cụ đặc biệt hữu ích, không chỉ để phát hiện các tiểu hành tinh mà còn để tính toán chính xác kích thước của chúng. Các tiểu hành tinh phản xạ ánh sáng nhưng không phát ra ánh sáng, và chúng khác nhau về albedo , hoặc khả năng phản xạ ánh sáng nhìn thấy. Điều đó có nghĩa là đối với kính thiên văn quang học thông thường, một tảng đá không gian nhỏ, sáng màu có thể trông lớn bằng một tảng tối lớn hơn nhiều. Tuy nhiên, kính thiên văn hồng ngoại thu nhận một phần của quang phổ không thể nhìn thấy mà kính thiên văn thông thường bỏ qua và có thể cung cấp hình ảnh đầy đủ hơn về một tiểu hành tinh [nguồn: NASA ].

Các nhà khoa học đang đặt cược rằng năng lực sẽ cho phép WISE cung cấp cho chúng ta ý tưởng tốt hơn về tiểu hành tinh nào đủ lớn và đủ gần để trở thành một vấn đề - và có thể có kích thước phù hợp để được một tàu vũ trụ robot bắt giữ.

Tại sao Đài quan sát quỹ đạo lại hữu ích như vậy?

Trong phần lớn lịch sử thiên văn học, các nhà khoa học bị hạn chế về những gì họ có thể nhìn thấy về vũ trụ vì bầu khí quyển của Trái đất che khuất tầm nhìn của các kính viễn vọng trên mặt đất được trang bị tốt. Nhưng với sự ra đời của kỷ nguyên không gian, các nhà thiên văn đã có một lựa chọn mới. Họ có thể đặt các đài quan sát trên quỹ đạo phía trên bầu khí quyển, tạo cơ hội cho họ thực hiện các quan sát không bị cản trở. Một ví dụ điển hình: Kính viễn vọng không gian Hubble, được triển khai bởi tàu con thoi Discovery vào năm 1990 và vẫn đang hoạt động, đã giúp viết lại sách giáo khoa thiên văn, làm sáng tỏ các vấn đề như tuổi của vũ trụ và sự tồn tại của năng lượng tối [nguồn: HubbleSite , NASA ].

WISE sẽ là một trợ giúp đắc lực trong hai sứ mệnh quan trọng của NASA: theo dõi các vật thể gần Trái đất và tìm ra cách bảo vệ Trái đất khỏi chúng và thực hiện một sứ mệnh có người lái tới một tiểu hành tinh vào năm 2025.

Xác định và theo dõi các tiểu hành tinh có thể mạo hiểm trong vùng lân cận của Trái đất là một nhiệm vụ đặc biệt ưu tiên cao của NASA. Sự khẩn cấp của nó được thúc đẩy về nhà vào tháng 2 năm 2013 của một vụ nổ thiên thạch dài 18 mét (60 foot), 11.000 tấn (12.125 tấn) trên thành phố Chelyabinsk của Nga. Khối đá không gian đó giải phóng năng lượng gần gấp 30 lần năng lượng của một trong những quả bom nguyên tử phát nổ vào cuối Thế chiến thứ hai, và hơn 1.200 người bị thương do các mảnh vỡ bay [nguồn: Yeager , Klotz ].

Việc biên soạn cơ sở dữ liệu về các vật thể gần Trái đất và theo dõi chuyển động của chúng hy vọng sẽ cung cấp cho NASA cảnh báo trước về một vật thể đang trong quá trình va chạm - và thời gian để thực hiện chiến lược phòng thủ, cho dù điều đó có nghĩa là chuyển hướng tiểu hành tinh bằng máy kéo trọng lực, buồm mặt trời hoặc các công nghệ khác trong tương lai hoặc phá vỡ nó bằng một vụ nổ hạt nhân [nguồn: Messier ].

NASA cũng dự kiến ​​sử dụng tàu vũ trụ robot để chụp một tiểu hành tinh nhỏ gần Trái đất và chuyển hướng nó một cách an toàn đến quỹ đạo ổn định trong vùng lân cận của Trái đất và Mặt trăng. Một video của NASA mô tả một phương pháp khả thi: Một tàu thăm dò chạy bằng buồm mặt trời có thể vượt qua tiểu hành tinh, buộc nó bằng dây cáp, sau đó đưa nó vào một "túi chụp tiểu hành tinh" khổng lồ, điều này sẽ cho phép người điều khiển và định hướng chuyển động của nó.

Một khi tiểu hành tinh ở nơi NASA muốn, các phi hành gia sẽ bay đến nó trong tàu vũ trụ Orion, một phương tiện không gian sâu vẫn đang được phát triển, và sau đó đi bộ lên bề mặt của nó. Họ sẽ loại bỏ các mẫu đá mang về Trái đất để nghiên cứu thêm [nguồn: Moscowitz , NASA ]. Cuối cùng, các tiểu hành tinh bị bắt có thể là nguồn cung cấp vật liệu quý giá như niken, bạch kim và palladium, hoặc thậm chí là địa điểm sản xuất [nguồn: Mann ].

Ghi chú của tác giả: Cách thức hoạt động của WISE

Tôi bị cuốn hút bởi ý tưởng hạ cánh xuống một tiểu hành tinh của NASA, một phần vì khi tôi còn là một đứa trẻ lớn lên vào những năm 1960, tôi vẫn nhớ cảm giác phấn khích khi xem phiên bản truyện tranh Cổ điển được minh họa của cuốn tiểu thuyết giả tưởng năm 1877 của Jules Verne "Tắt trên một sao chổi." Tuy nhiên, trong tiểu thuyết của Verne, các phi hành gia không hạ cánh trên một sao chổi. Thay vào đó, một thiên thể có tên là Gallia lướt qua Trái đất và cắt đứt một phần đất gần Gibraltar, và trong quá trình này, có vài chục người cùng với nó trong một chuyến du hành xuyên qua hệ mặt trời. Tất nhiên, trong khi tiền đề đó thú vị với độc giả thế kỷ 19, trong cuộc sống thực, một vụ va chạm như vậy có thể gây ra một thảm họa toàn cầu tương tự như thảm họa giết chết khủng long. Tốt hơn hết là chúng ta nên làm theo kế hoạch của NASA.

Những bài viết liên quan