Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng

(1) Ánh  sáng  là  khởi  nguồn  của  vũ  trụ. Những tia sáng đầu tiên rọi chiếu  vũ trụ bắt đầu cách đây khoảng 13,7  tỷ năm. Ánh sáng mang đến cho vũ  trụ mọi thứ và kiến tạo nên sự sống  trên các hành tinh. Đó là nguồn năng  lượng vô tận. Cũng giống như hàng  trăm tỷ ngôi sao khác trong dải Ngân  hà, Mặt trời mang nguồn năng lượng  vô giá cho Trái đất. Ánh sáng mặt trời  cho phép một Trái đất phì nhiêu sức  sống, từ những loài vi khuẩn vô cùng  nhỏ bé đến những cơ thể sống khổng  lồ, từ đại dương bao la đến núi rừng  xanh ngát. Loài người biến ánh sáng  mặt trời thành nguồn năng lượng dồi  dào cho cuộc sống. Đó là một nguồn  năng  lượng  sạch  và  không  thể  cạn  kiệt cho ít nhất 5 tỷ năm nữa.

(2) Với các nhà khoa học vũ trụ, ánh  sáng  mặt  trời  giúp  “nuôi  sống”  các  cỗ máy khoa học tối tân, những phi  thuyền đang lao vút trong không gian  và những xe tự hành đang lăn bánh  trên bề mặt các hành tinh. Nhưng xa  hơn thế, họ đang nung nấu một giấc  mơ ấp ủ suốt nửa thế kỷ. Đó là biến  ánh sáng mặt trời thành những cơn  gió giúp các phi thuyền “căng buồm”  vào  không  gian  liên  hành  tinh  và  xa hơn nữa là liên sao. Giấc mơ đó  không phải là không có cơ sở.  

(3) Cách đây hơn một thế kỷ, Albert  Einstein  đã  phát  triển  thuyết  lượng  tử ánh sáng lên một nấc thang mới.  Mô hình về photon ánh sáng mà nhà  khoa học thiên tài này đưa ra nhằm  giải thích những quan sát thực nghiệm  mà  không  thể  giải  thích  thỏa  đáng  bởi   mô hình sóng  cổ điển. Bản chất  lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng đã  tháo những nút thắt cơ bản trong vật  lý đương đại. Bên cạnh tính chất sóng  thì ánh sáng cư xử như những hạt gọi  là những lượng tử ánh sáng - photon.  Einstein  chỉ  ra  rằng,  lượng  tử  năng  lượng photon cũng phải mang  động  lượng, do vậy chúng có đầy đủ tính  chất của một  hạt. Thời gian sau đó,  động lượng của photon đã được quan  sát bằng thực nghiệm  bởi   nhà vật lý  Arthur  Compton.  Năm  1927,  chính  thí nghiệm này đã giúp ông được trao  giải Nobel trong lĩnh vực Vật lý.  

(4) Đó chính là mấu chốt của vấn đề  giúp  các  nhà  khoa  học  mơ  về  một  tương lai thế hệ tàu vũ trụ di chuyển  nhờ áp lực của ánh sáng. Theo đó,  các  photon  ánh  sáng  của  Mặt  trời  cũng như những ngôi sao mang động  lượng, khi gặp vật cản phản xạ, chúng  chuyển động lượng theo hướng ngược  lại với ánh sáng dội lại. Động lượng  của nó sẽ tạo thành một lực đẩy. Mặc  dù rất nhỏ nhưng với tiết diện phản  xạ lớn, khối lượng tàu vũ trụ nhỏ và  trong môi trường chân không thì lực  đẩy này sẽ trở nên đáng kể, giúp phi  thuyền di chuyển trong không gian.  Điều  này  giống  như  việc  chúng  ta  ném những quả bóng tenis vào một  tấm  phản  gắn  dựng  đứng  trên  một  chiếc  thuyền  nhỏ.  Khi  ném  liên  tục  những quả bóng sẽ tác động lực lên  tấm phản làm cho thuyền di chuyển  trên mặt nước. Trong trường hợp này,  các  photon  được  ví  như  những  quả  bóng tennis. Đối với những con tàu  vũ  trụ  thì  những  tấm  khiên  nhẹ  với  tiết  diện  phản  xạ  như  những  cánh  buồm no gió. Như vậy, chúng ta sẽ có  một phi thuyền vũ trụ hoạt động mà  không cần động cơ, nhiên liệu. Vào  năm 1976, nhà thiên văn học huyền  thoại Carl Sagan trong chương trình  Tonight Show với Johnny Carson đã  đề cập đến một phương pháp đẩy cho  các phi thuyền không gian mới gọi là  cánh buồm mặt trời.  

(5) Đã  4  thập  kỷ  trôi  qua,  những  điều tưởng như chỉ là trong giấc mơ  đã dần thành hiện thực. Đó là điều  tuyệt vời nhất mà các nhà khoa học  vũ trụ có được trong kỷ nguyên chinh  phục không gian. Tháng 8/2008, Cơ  quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA)  cũng đã công bố một “chiếc thuyền  buồm”  vũ  trụ  hình  khối  nhỏ  có  tên  Nanosail-D.  NanoSail-D  là  một  vệ  tinh nhỏ (CubeSat) được Trung tâm  Nghiên cứu Ames của NASA sử dụng  để  nghiên  cứu  triển  khai  một  cánh  buồm mặt trời trong không gian. Đó  là một CubeSat 3 đơn vị (3U) có kích  thước 30 x 10 x 10 cm, với khối lượng  4  kg.  Vệ  tinh  đã  bị  mất  ngay  sau  khi phóng do sự cố tên lửa Falcon 1  mang nó. Sau đó, NASA đã thay thế  một sứ mệnh mới với NanoSail-D2 đã  được triển khai thành công vào đầu  năm 2011.

(6) Tháng  6/2010,  Cơ  quan  Hàng  không  vũ  trụ  Nhật  Bản  (JAXA)  đã  phóng  thành  công  “du  thuyền  mặt  trời”  Ikaros  vào  không  gian.  Dự  án  đầy  tham  vọng  này  đã  chứng  minh  rằng, một màng mỏng gắn vào thân  tàu vũ trụ có thể đẩy phương tiện về  phía trước bằng cách thu thập động  lượng từ lực đẩy của các hạt ánh sáng  của Mặt trời. Tuy nhiên, có một dự án  tham  vọng  hơn  được  các  nhà  khoa  học có cùng ước mơ “cánh buồm mặt  trời”  âm  thầm  thực  hiện.  Vào  năm  2005, Hội Khoa học hành tinh đã nỗ  lực gửi một vệ tinh cánh buồm mặt  trời  mang  tên  Cosmos  1  lên  vũ  trụ  trong một chương trình hợp tác Nga  - Mỹ. Tuy nhiên, kết quả đã trở thành  công cốc khi tên lửa đẩy Volna mang  theo  vệ  tinh  đã  tắt  chỉ  83  giây  sau  khi phóng từ một tàu ngầm của Nga  trên biển Barents. Tên lửa bị tắt ngay  trong giai đoạn khởi động tầng đầu  tiên và đã không đạt được quỹ đạo.  Năm 2009, Hội Khoa học hành tinh  lại tiếp  tục làm một cánh buồm mặt  trời thử nghiệm với CubeSat dựa trên  dự án NanoSail-D của NASA  Ikaros và “cánh buồm” của nó.

(7) Năm  2011, dự án đầy tham vọng  mang  tên  LightSail  đã  ra  đời  để  chứng minh việc chèo thuyền mặt trời  có kiểm soát trong quỹ đạo Trái đất  thấp bằng cách sử dụng CubeSat. Dự  án LightSail được phát triển bởi Hội  Khoa học hành tinh bao gồm 2 tàu vũ  trụ LightSail 1 và LightSail 2. Cả hai  tàu vũ trụ LightSail có kích thước 10  ×  10  ×  30 cm. Sau khi triển khai, diện  tích của buồm là 32 m 2 .  

(8) Ngày 20/5/2015, LightSail 1 (còn  được gọi là LightSail-A) đã được công  bố. Tháng 6/2015, ngay sau khi được  phóng, LightSail 1 đã triển khai cánh  buồm mặt trời và quay trở lại bầu khí  quyển.  LightSail  1  thực  chất  là  một  nhiệm  vụ  trình  diễn  kỹ  thuật  được  thiết kế để thử nghiệm phương pháp  triển khai cánh buồm mới trong không  gian,  nó  không  thực  hiện  nhiệm  vụ  “chèo thuyền mặt trời”.

(9) Từ  kinh  nghiệm  cũng  như  kiến  thức đúc rút sau sứ mệnh LightSail  1, tháng 3/2016, Hội Khoa học hành  tinh tiếp tục công bố tàu vũ trụ thứ hai  mang tên LightSail 2. Đây là dự án  đầy ắp đam mê của các nhà khoa học  nhằm chứng minh rằng, chèo thuyền  mặt trời là một kỹ thuật đẩy khả thi  cho tàu vũ trụ. LightSail 2 là một tàu  vũ  trụ  với  đầy  đủ  chức  năng  nhằm  trình diễn khả năng chèo thuyền mặt  trời thực sự.  LightSail 2 trong phòng kiểm tra kỹ thuật.

(10) Thời  khắc  lịch  sử  cũng  đã  đến.  Ngày  23/7/2019,  LightSail  2  được  phóng  thành  công.  Tên  lửa  Falcon  Heavy  của  Tập  đoàn  công  nghệ  thám  hiểm  không  gian  SpaceX  đã  đưa tàu Prox-1 mang theo LightSail  2 lên không gian. Sau đó, LightSail  2 tách khỏi Prox-1 và bay theo quỹ  đạo quanh Trái đất. Như vậy, sau hơn  10  năm  nỗ  lực  nghiên  cứu  với  kinh  phí 7 triệu USD, phi thuyền loại nhỏ  LightSail 2 đã trở thành tàu vũ trụ đầu  tiên bay lên quỹ đạo chỉ nhờ vào sức  mạnh của ánh sáng mặt trời. Tên lửa đẩy Falcon của SpaceX đưa LightSail 2  lên không gian.

(11) Một con tàu vũ trụ cỡ nhỏ LightSail  2 có kích thước bằng một ổ bánh mì  cuối cùng đã tự biến thành một cánh  buồm mặt trời. LightSail 2 đã lên quỹ  đạo được hơn một tháng và lần đầu  tiên trong lịch sử nó đã mở cánh buồm  rộng 32 m 2 , được chế tạo bằng Mylar  NanoSail-D  - một loại polyester nhẹ và mỏng như  tơ nhện, giúp nó có thể tận dụng tốt  động lượng của photon. Khoảng một  tuần tiếp đó, tàu vũ trụ đã tăng quỹ  đạo lên 1,7 km, và lực đẩy có được  nhờ  các  photon  của  ánh  sáng  mặt  trời. Những photon từ ánh sáng mặt  trời phản xạ lên bề mặt cánh buồm  vào tạo ra lực đẩy giúp LightSail 2 di  chuyển.

(12) Thực tế, LightSail 2 đã thành công  trong việc sử dụng nguyên lý lực đẩy  photon. LightSail 2 có sự đột phát về  công nghệ trong việc kiểm soát lực  đẩy  để  thay  đổi  quỹ  đạo  một  cách  hiệu quả. Theo giám đốc dự án Dave  Spencer, LightSail 2 được kiểm soát  tự  động  bằng  các  thuật  toán.  Bằng  cách xoay tàu vũ trụ 90 o  cứ sau 50  phút, phần mềm này có thể thay đổi  hướng của tàu để nó nhận đủ năng  lượng từ Mặt trời cho dù ở bất cứ vị  trí  nào  trong  không  gian.  Trước  đó  Ikaros chỉ có thể xoay được khoảng  4-5 o .

(13) Thuật  toán  ấn  tượng  này  vẫn  đang  được  cập  nhật  và  điều  chỉnh.  Một trong những thách thức lớn nhất  là tinh chỉnh động lượng của tàu vũ  trụ được điều khiển bởi một bánh xe  quay. Bánh xe động lượng này được  sử dụng để thay đổi hướng của tàu.  Khi  cánh  buồm  mặt  trời  tạo  ra  quá  nhiều  lực  đẩy,  cần  có  một  lực  đối  kháng lại để làm chậm tốc độ quay.  Điều này được thực hiện bằng cách  sử dụng các thanh mô men xoắn điện  từ, định hướng tàu vũ trụ sử dụng từ  trường của Trái đất.  

(14) Các  nhà  khoa  học  hiện  khó  dự  đoán chính xác tàu vũ trụ sẽ có thể  nâng quỹ đạo bao nhiêu nữa. Theo  dự đoán, khi lực đẩy mặt trời cộng lại,  nó sẽ giúp tăng quỹ đạo của tàu lên  khoảng 0,5 km mỗi ngày. Đây không  phải là mục tiêu quá xa vời, trên thực  tế, tàu vũ trụ đã tăng thêm khoảng  900 m chỉ trong một ngày.

(15) Những gì mà các sứ mệnh không  gian trên làm được là minh chứng rõ  ràng nhất trong việc sử dụng lực đẩy  ánh sáng cho các sứ mệnh du hành  vũ trụ tương lai. Tất cả không chỉ là  giấc mơ mà đang hiện hữu và hiện  thực hóa trong niềm đam mê không  dứt và sự tiến bộ không ngừng của  các  đột  phá  về  khoa  học  và  công  nghệ vũ trụ.

(16) Việc phát triển tàu vũ trụ sử dụng  lực  đẩy  ánh  sáng  hứa  hẹn  mở  ra  những tiềm năng vô cùng lớn trong  nghiên  cứu  và  thám  hiểm  vũ  trụ.  Điều dễ dàng nhận thấy là ứng dụng  trong  việc  tìm  kiếm  sự  sống  ngoài  hành tinh, theo dõi thời tiết trên Mặt  trời, triển khai hệ thống cảnh báo tiểu  hành  tinh  gần  Trái  đất,  thậm  chí  là  những sứ mệnh thám hiểm không chỉ  giới hạn trong phạm vi hệ Mặt trời mà  còn vươn tới không gian liên sao.

(17) Các  nhà  nghiên  cứu  tin  rằng,  những con tàu tương lai được chế tạo  và bảo vệ bởi những vật liệu có khả  năng chịu được nhiệt độ và bức xạ  cao. Tàu vũ trụ như vậy có thể tiếp  cận rất gần Mặt trời, sau đó chúng sẽ  nhận được một lực đẩy lớn để tạo đà  cho nó di chuyển xa hơn và với tốc  độ cao hơn nhiều vào không gian sâu  thẳm.

(18) Tàu vũ trụ tiểu hành tinh gần Trái  đất (NEA Scout ) của NASA dự kiến  sẽ được phóng vào giữa năm 2020,  là ứng dụng sớm nhất cho công nghệ  lực đẩy ánh sáng này. Những nhiệm  vụ táo bạo có kế hoạch sử dụng cánh  buồm mặt trời là những vệ tinh nhỏ  CubeSat loại 6U, hoặc tàu vũ trụ có  kích  thước  nhỏ  để  thu  thập  dữ  liệu  về các tiểu hành tinh gần Trái đất có  tiềm năng cho các nhiệm vụ nghiên  cứu không gian của con người trong  tương lai.

(19) Trong tương lai, thế hệ tàu vũ trụ  nhỏ mang cánh buồm mặt trời sẽ trở  thành  một  hướng  đi  đầy  tiềm  năng  trong  việc  thực  hiện  các  nhiệm  vụ  thám  hiểm  ngoài  hệ  Mặt  trời.  Các  cánh buồm vừa có chức năng tạo lực  đẩy, vừa đóng vai trò như các tấm  pin  mặt trời  sẽ cung cấp năng lượng cho  các chức năng khác của vệ tinh như  chụp  ảnh  và  liên  lạc  với  mặt  đất...  Khi quay quanh Trái đất, tàu vũ trụ sẽ tăng độ cao nhờ áp lực của bức  xạ mặt trời trên cánh buồm. Các tàu  vũ trụ CubeSate với kích thước nhỏ  gọn, vừa giúp giảm chi phí, vừa linh  động trong nghiên cứu, đồng thời phù  hợp  với  nguyên  lý  sử  dụng  lực  đẩy  ánh sáng nhờ buồm sẽ tạo nên cuộc  cách mạng vô tiền khoáng hậu trong  nghiên cứu không gian

(Nguồn: “Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng”, Nguyễn Đức Phường, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 11, năm 2019)

Hành tinh nào đóng vai trò cung cấp nguồn năng lượng vô giá cho Trái Đất?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

1. Các nhà khoa học Canada tìm ra một nguyên nhân đến từ ngoài vũ trụ giúp cho sự sống có thể sinh sôi và duy trì trên Trái Đất, thay vì các hành tinh gần nhất là Sao Kim.

2. Theo Science Daily, các nhà khoa học ở đại học British Columbia (UBC) công bố nghiên cứu mới trên Tạp chí khoa học Nature Geoscience hôm 21/7 về nguyên nhân hình thành sự sống trên Trái Đất.

Nghiên cứu cho thấy bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi các nguyên tố phóng xạ và sản sinh nhiệt lượng lớn như urani và kali ở thời kì mới hình thành. Tuy nhiên, một bước ngoặt xảy ra khiến cho một lượng rất lớn các nguyên tố này biến mất khỏi bề mặt Trái Đất.

Bước ngoặt này chính là những cơn mưa thiên thạch liên tục bắn phá khiến cho urani và kali bị tách ra khỏi bề mặt hành tinh và văng vào trong không gian. Điều này giúp cho bề mặt Trái Đất trở nên ổn định hơn.

"Sự kiện này đã góp phần định hình và kiến tạo nên địa chất, khí hậu và từ trường của Trái Đất như ngày nay chúng ta đang sống," Mark Jellinek, giáo sư Phòng Khoa học Trái Đất, Đại dương và Khí quyển thuộc UBC nói.

3. Các mảng kiến tạo nguội dần và ổn định hơn. Điều này giúp Trái Đất duy trì được từ trường mạnh và kích hoạt sự phun trào của các núi lửa. Núi lửa phun trào giải phóng khí nhà kính từ sâu trong lòng đất tạo nên khí hậu ấm áp và điều hòa thích hợp cho sự sống xuất hiện và phát triển. Đây là điểm khác biệt lớn nhất giữa Trái Đất và các hành tinh đá khác.

Ngày nay, sao Kim là một "vùng đất chết" nhưng các nhà khoa học đã đặt ra câu hỏi liệu hành tinh này có phải lúc nào cũng không phù hợp cho sự sống như vậy hay không?

Sao Kim - "người hàng xóm" gần chúng ta nhất, được gọi là anh em sinh đôi của Trái Đất bởi sự tương đồng về kích cỡ và mật độ của cả hai hành tinh. Tuy nhiên, xét trên những mặt khác, hai hành tinh này hoàn toàn khác nhau. Mọi thứ trên hành tinh này lại không diễn ra tương tự như hành tinh của chúng ta. Khi Trái Đất đã ổn định và có sự sống sinh sôi nảy nở, bầu khí quyển của Sao Kim chỉ toàn khí CO2 với nhiệt độ bề mặt lên đến 470 độ C.

4. Để hiểu về việc hai hành tinh đá này vì sao lại khác nhau như vậy, một nhóm các nhà vật lý thiên văn đã quyết định mô phỏng lại từ đầu thời điểm các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta hình thành cách đây 4,5 tỷ năm.

Họ đã sử dụng mô hình khí hậu, tương tự như những gì các nhà nghiên cứu sử dụng khi mô phỏng sự thay đổi khí hậu trên Trái Đất, để nhìn lại thời điểm sao Kim và Trái Đất khi vẫn còn là các hành tinh trẻ. Nghiên cứu mới này đã được công bố trên tạp chí Nature ngày 13/10.

5. Các đại dương chỉ có thể hình thành khi nhiệt độ đủ lạnh để nước ngưng tụ và rơi xuống thành mưa trong hàng nghìn năm. Đó là cách mà đại dương trên Trái Đất hình thành trong hơn 10 triệu năm. Trong khi đó, sao Kim vẫn vô cùng nóng.

Vào thời điểm đó, Mặt Trời mờ hơn bây giờ 25%. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa đủ để giúp sao Kim nguội bớt bởi nó là hành tinh nằm gần Mặt Trời thứ hai. Các nhà nghiên cứu đã đặt câu hỏi liệu các đám mây có giúp gì để nhiệt độ trên sao Kim giảm bớt hay không.

6. Mô hình khí hậu của các nhà nghiên cứu cho thấy, các đám mây đã đóng vai trò nhất định nhưng theo một cách không ngờ tới. Chúng tập hợp ở mặt tối của sao Kim và vì thế không thể bảo vệ hành tinh này khỏi Mặt trời ở phía ban ngày. Trong khi sao Kim không bị khóa thủy triều với Mặt Trời - hiện tượng mà một mặt của hành tinh luôn đối mặt với Mặt Trời, thì nó có tốc độ quay vô cùng chậm.

Thay vì che chắn cho sao Kim khỏi hơi nóng, những đám mây ở mặt tối của sao Kim góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính, khiến hơi nóng bị mắc kẹt trong bầu khí quyển đậm đặc của hành tinh này và làm cho nhiệt độ luôn ở mức cao. Với khí nóng bị mắc kẹt liên tục như vậy, sao Kim quá nóng nên không thể có mưa. Thay vào đó, nước chỉ có thể tồn tại ở thể khí và hơi nước trong khí quyển.

7. "Nhiệt độ cao đồng nghĩa với việc nước chỉ có thể hình thành thể hơi giống như trong một cái nồi với áp suất khổng lồ", Martin Turbet, tác giả dẫn đầu nghiên cứu tại Khoa Khoa học thuộc Phòng Thiên văn học của Đại học Geneva nhận định.

"Trái Đất lẽ ra cũng có kết cục giống như Sao Kim," Jellinek nói và giải thích về nguyên nhân khiến cho hai hành tinh đã tiến hóa khác nhau, "mấu chốt của vấn đề chính là mức độ xói mòn khác nhau trên bề mặt."

Không bị bắn phá như Trái Đất, bề mặt Sao Kim nguội đi rất chậm theo thời gian. Các núi lửa biến động phức tạp, khí hậu đảo lộn liên tục trong hàng tỷ năm khiến cho sự sống không có cơ hội xuất hiện.

"Từ những ảnh hưởng của sự xói mòn bề mặt, chúng tôi nhận ra rằng những điều chỉnh về thành phần cấu tạo của hành tinh trong thời kì sơ khai sẽ để lại những hệ quả sâu sắc tới quá trình tiến hóa của nó. Chính những hoàn cảnh đặc biệt trong buổi sơ khai đã tạo nên Trái Đất ngày nay," Jellinek kết luận.

(Nguồn: khoahoc.tv)

Theo đoạn 2, ở thời kì mới hình thành, bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi:

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

1. Các nhà khoa học Canada tìm ra một nguyên nhân đến từ ngoài vũ trụ giúp cho sự sống có thể sinh sôi và duy trì trên Trái Đất, thay vì các hành tinh gần nhất là Sao Kim.

2. Theo Science Daily, các nhà khoa học ở đại học British Columbia (UBC) công bố nghiên cứu mới trên Tạp chí khoa học Nature Geoscience hôm 21/7 về nguyên nhân hình thành sự sống trên Trái Đất.

Nghiên cứu cho thấy bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi các nguyên tố phóng xạ và sản sinh nhiệt lượng lớn như urani và kali ở thời kì mới hình thành. Tuy nhiên, một bước ngoặt xảy ra khiến cho một lượng rất lớn các nguyên tố này biến mất khỏi bề mặt Trái Đất.

Bước ngoặt này chính là những cơn mưa thiên thạch liên tục bắn phá khiến cho urani và kali bị tách ra khỏi bề mặt hành tinh và văng vào trong không gian. Điều này giúp cho bề mặt Trái Đất trở nên ổn định hơn.

"Sự kiện này đã góp phần định hình và kiến tạo nên địa chất, khí hậu và từ trường của Trái Đất như ngày nay chúng ta đang sống," Mark Jellinek, giáo sư Phòng Khoa học Trái Đất, Đại dương và Khí quyển thuộc UBC nói.

3. Các mảng kiến tạo nguội dần và ổn định hơn. Điều này giúp Trái Đất duy trì được từ trường mạnh và kích hoạt sự phun trào của các núi lửa. Núi lửa phun trào giải phóng khí nhà kính từ sâu trong lòng đất tạo nên khí hậu ấm áp và điều hòa thích hợp cho sự sống xuất hiện và phát triển. Đây là điểm khác biệt lớn nhất giữa Trái Đất và các hành tinh đá khác.

Ngày nay, sao Kim là một "vùng đất chết" nhưng các nhà khoa học đã đặt ra câu hỏi liệu hành tinh này có phải lúc nào cũng không phù hợp cho sự sống như vậy hay không?

Sao Kim - "người hàng xóm" gần chúng ta nhất, được gọi là anh em sinh đôi của Trái Đất bởi sự tương đồng về kích cỡ và mật độ của cả hai hành tinh. Tuy nhiên, xét trên những mặt khác, hai hành tinh này hoàn toàn khác nhau. Mọi thứ trên hành tinh này lại không diễn ra tương tự như hành tinh của chúng ta. Khi Trái Đất đã ổn định và có sự sống sinh sôi nảy nở, bầu khí quyển của Sao Kim chỉ toàn khí CO2 với nhiệt độ bề mặt lên đến 470 độ C.

4. Để hiểu về việc hai hành tinh đá này vì sao lại khác nhau như vậy, một nhóm các nhà vật lý thiên văn đã quyết định mô phỏng lại từ đầu thời điểm các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta hình thành cách đây 4,5 tỷ năm.

Họ đã sử dụng mô hình khí hậu, tương tự như những gì các nhà nghiên cứu sử dụng khi mô phỏng sự thay đổi khí hậu trên Trái Đất, để nhìn lại thời điểm sao Kim và Trái Đất khi vẫn còn là các hành tinh trẻ. Nghiên cứu mới này đã được công bố trên tạp chí Nature ngày 13/10.

5. Các đại dương chỉ có thể hình thành khi nhiệt độ đủ lạnh để nước ngưng tụ và rơi xuống thành mưa trong hàng nghìn năm. Đó là cách mà đại dương trên Trái Đất hình thành trong hơn 10 triệu năm. Trong khi đó, sao Kim vẫn vô cùng nóng.

Vào thời điểm đó, Mặt Trời mờ hơn bây giờ 25%. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa đủ để giúp sao Kim nguội bớt bởi nó là hành tinh nằm gần Mặt Trời thứ hai. Các nhà nghiên cứu đã đặt câu hỏi liệu các đám mây có giúp gì để nhiệt độ trên sao Kim giảm bớt hay không.

6. Mô hình khí hậu của các nhà nghiên cứu cho thấy, các đám mây đã đóng vai trò nhất định nhưng theo một cách không ngờ tới. Chúng tập hợp ở mặt tối của sao Kim và vì thế không thể bảo vệ hành tinh này khỏi Mặt trời ở phía ban ngày. Trong khi sao Kim không bị khóa thủy triều với Mặt Trời - hiện tượng mà một mặt của hành tinh luôn đối mặt với Mặt Trời, thì nó có tốc độ quay vô cùng chậm.

Thay vì che chắn cho sao Kim khỏi hơi nóng, những đám mây ở mặt tối của sao Kim góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính, khiến hơi nóng bị mắc kẹt trong bầu khí quyển đậm đặc của hành tinh này và làm cho nhiệt độ luôn ở mức cao. Với khí nóng bị mắc kẹt liên tục như vậy, sao Kim quá nóng nên không thể có mưa. Thay vào đó, nước chỉ có thể tồn tại ở thể khí và hơi nước trong khí quyển.

7. "Nhiệt độ cao đồng nghĩa với việc nước chỉ có thể hình thành thể hơi giống như trong một cái nồi với áp suất khổng lồ", Martin Turbet, tác giả dẫn đầu nghiên cứu tại Khoa Khoa học thuộc Phòng Thiên văn học của Đại học Geneva nhận định.

"Trái Đất lẽ ra cũng có kết cục giống như Sao Kim," Jellinek nói và giải thích về nguyên nhân khiến cho hai hành tinh đã tiến hóa khác nhau, "mấu chốt của vấn đề chính là mức độ xói mòn khác nhau trên bề mặt."

Không bị bắn phá như Trái Đất, bề mặt Sao Kim nguội đi rất chậm theo thời gian. Các núi lửa biến động phức tạp, khí hậu đảo lộn liên tục trong hàng tỷ năm khiến cho sự sống không có cơ hội xuất hiện.

"Từ những ảnh hưởng của sự xói mòn bề mặt, chúng tôi nhận ra rằng những điều chỉnh về thành phần cấu tạo của hành tinh trong thời kì sơ khai sẽ để lại những hệ quả sâu sắc tới quá trình tiến hóa của nó. Chính những hoàn cảnh đặc biệt trong buổi sơ khai đã tạo nên Trái Đất ngày nay," Jellinek kết luận.

(Nguồn: khoahoc.tv)

Sao Kim được xem là “anh em sinh đôi” với Trái Đất bởi?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

1. Các nhà khoa học Canada tìm ra một nguyên nhân đến từ ngoài vũ trụ giúp cho sự sống có thể sinh sôi và duy trì trên Trái Đất, thay vì các hành tinh gần nhất là Sao Kim.

2. Theo Science Daily, các nhà khoa học ở đại học British Columbia (UBC) công bố nghiên cứu mới trên Tạp chí khoa học Nature Geoscience hôm 21/7 về nguyên nhân hình thành sự sống trên Trái Đất.

Nghiên cứu cho thấy bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi các nguyên tố phóng xạ và sản sinh nhiệt lượng lớn như urani và kali ở thời kì mới hình thành. Tuy nhiên, một bước ngoặt xảy ra khiến cho một lượng rất lớn các nguyên tố này biến mất khỏi bề mặt Trái Đất.

Bước ngoặt này chính là những cơn mưa thiên thạch liên tục bắn phá khiến cho urani và kali bị tách ra khỏi bề mặt hành tinh và văng vào trong không gian. Điều này giúp cho bề mặt Trái Đất trở nên ổn định hơn.

"Sự kiện này đã góp phần định hình và kiến tạo nên địa chất, khí hậu và từ trường của Trái Đất như ngày nay chúng ta đang sống," Mark Jellinek, giáo sư Phòng Khoa học Trái Đất, Đại dương và Khí quyển thuộc UBC nói.

3. Các mảng kiến tạo nguội dần và ổn định hơn. Điều này giúp Trái Đất duy trì được từ trường mạnh và kích hoạt sự phun trào của các núi lửa. Núi lửa phun trào giải phóng khí nhà kính từ sâu trong lòng đất tạo nên khí hậu ấm áp và điều hòa thích hợp cho sự sống xuất hiện và phát triển. Đây là điểm khác biệt lớn nhất giữa Trái Đất và các hành tinh đá khác.

Ngày nay, sao Kim là một "vùng đất chết" nhưng các nhà khoa học đã đặt ra câu hỏi liệu hành tinh này có phải lúc nào cũng không phù hợp cho sự sống như vậy hay không?

Sao Kim - "người hàng xóm" gần chúng ta nhất, được gọi là anh em sinh đôi của Trái Đất bởi sự tương đồng về kích cỡ và mật độ của cả hai hành tinh. Tuy nhiên, xét trên những mặt khác, hai hành tinh này hoàn toàn khác nhau. Mọi thứ trên hành tinh này lại không diễn ra tương tự như hành tinh của chúng ta. Khi Trái Đất đã ổn định và có sự sống sinh sôi nảy nở, bầu khí quyển của Sao Kim chỉ toàn khí CO2 với nhiệt độ bề mặt lên đến 470 độ C.

4. Để hiểu về việc hai hành tinh đá này vì sao lại khác nhau như vậy, một nhóm các nhà vật lý thiên văn đã quyết định mô phỏng lại từ đầu thời điểm các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta hình thành cách đây 4,5 tỷ năm.

Họ đã sử dụng mô hình khí hậu, tương tự như những gì các nhà nghiên cứu sử dụng khi mô phỏng sự thay đổi khí hậu trên Trái Đất, để nhìn lại thời điểm sao Kim và Trái Đất khi vẫn còn là các hành tinh trẻ. Nghiên cứu mới này đã được công bố trên tạp chí Nature ngày 13/10.

5. Các đại dương chỉ có thể hình thành khi nhiệt độ đủ lạnh để nước ngưng tụ và rơi xuống thành mưa trong hàng nghìn năm. Đó là cách mà đại dương trên Trái Đất hình thành trong hơn 10 triệu năm. Trong khi đó, sao Kim vẫn vô cùng nóng.

Vào thời điểm đó, Mặt Trời mờ hơn bây giờ 25%. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa đủ để giúp sao Kim nguội bớt bởi nó là hành tinh nằm gần Mặt Trời thứ hai. Các nhà nghiên cứu đã đặt câu hỏi liệu các đám mây có giúp gì để nhiệt độ trên sao Kim giảm bớt hay không.

6. Mô hình khí hậu của các nhà nghiên cứu cho thấy, các đám mây đã đóng vai trò nhất định nhưng theo một cách không ngờ tới. Chúng tập hợp ở mặt tối của sao Kim và vì thế không thể bảo vệ hành tinh này khỏi Mặt trời ở phía ban ngày. Trong khi sao Kim không bị khóa thủy triều với Mặt Trời - hiện tượng mà một mặt của hành tinh luôn đối mặt với Mặt Trời, thì nó có tốc độ quay vô cùng chậm.

Thay vì che chắn cho sao Kim khỏi hơi nóng, những đám mây ở mặt tối của sao Kim góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính, khiến hơi nóng bị mắc kẹt trong bầu khí quyển đậm đặc của hành tinh này và làm cho nhiệt độ luôn ở mức cao. Với khí nóng bị mắc kẹt liên tục như vậy, sao Kim quá nóng nên không thể có mưa. Thay vào đó, nước chỉ có thể tồn tại ở thể khí và hơi nước trong khí quyển.

7. "Nhiệt độ cao đồng nghĩa với việc nước chỉ có thể hình thành thể hơi giống như trong một cái nồi với áp suất khổng lồ", Martin Turbet, tác giả dẫn đầu nghiên cứu tại Khoa Khoa học thuộc Phòng Thiên văn học của Đại học Geneva nhận định.

"Trái Đất lẽ ra cũng có kết cục giống như Sao Kim," Jellinek nói và giải thích về nguyên nhân khiến cho hai hành tinh đã tiến hóa khác nhau, "mấu chốt của vấn đề chính là mức độ xói mòn khác nhau trên bề mặt."

Không bị bắn phá như Trái Đất, bề mặt Sao Kim nguội đi rất chậm theo thời gian. Các núi lửa biến động phức tạp, khí hậu đảo lộn liên tục trong hàng tỷ năm khiến cho sự sống không có cơ hội xuất hiện.

"Từ những ảnh hưởng của sự xói mòn bề mặt, chúng tôi nhận ra rằng những điều chỉnh về thành phần cấu tạo của hành tinh trong thời kì sơ khai sẽ để lại những hệ quả sâu sắc tới quá trình tiến hóa của nó. Chính những hoàn cảnh đặc biệt trong buổi sơ khai đã tạo nên Trái Đất ngày nay," Jellinek kết luận.

(Nguồn: khoahoc.tv)

Ý nào dưới đây thể hiện rõ nhất nội dung chính của bài đọc trên?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng

(1) Ánh  sáng  là  khởi  nguồn  của  vũ  trụ. Những tia sáng đầu tiên rọi chiếu  vũ trụ bắt đầu cách đây khoảng 13,7  tỷ năm. Ánh sáng mang đến cho vũ  trụ mọi thứ và kiến tạo nên sự sống  trên các hành tinh. Đó là nguồn năng  lượng vô tận. Cũng giống như hàng  trăm tỷ ngôi sao khác trong dải Ngân  hà, Mặt trời mang nguồn năng lượng  vô giá cho Trái đất. Ánh sáng mặt trời  cho phép một Trái đất phì nhiêu sức  sống, từ những loài vi khuẩn vô cùng  nhỏ bé đến những cơ thể sống khổng  lồ, từ đại dương bao la đến núi rừng  xanh ngát. Loài người biến ánh sáng  mặt trời thành nguồn năng lượng dồi  dào cho cuộc sống. Đó là một nguồn  năng  lượng  sạch  và  không  thể  cạn  kiệt cho ít nhất 5 tỷ năm nữa.

(2) Với các nhà khoa học vũ trụ, ánh  sáng  mặt  trời  giúp  “nuôi  sống”  các  cỗ máy khoa học tối tân, những phi  thuyền đang lao vút trong không gian  và những xe tự hành đang lăn bánh  trên bề mặt các hành tinh. Nhưng xa  hơn thế, họ đang nung nấu một giấc  mơ ấp ủ suốt nửa thế kỷ. Đó là biến  ánh sáng mặt trời thành những cơn  gió giúp các phi thuyền “căng buồm”  vào  không  gian  liên  hành  tinh  và  xa hơn nữa là liên sao. Giấc mơ đó  không phải là không có cơ sở.  

(3) Cách đây hơn một thế kỷ, Albert  Einstein  đã  phát  triển  thuyết  lượng  tử ánh sáng lên một nấc thang mới.  Mô hình về photon ánh sáng mà nhà  khoa học thiên tài này đưa ra nhằm  giải thích những quan sát thực nghiệm  mà  không  thể  giải  thích  thỏa  đáng  bởi   mô hình sóng  cổ điển. Bản chất  lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng đã  tháo những nút thắt cơ bản trong vật  lý đương đại. Bên cạnh tính chất sóng  thì ánh sáng cư xử như những hạt gọi  là những lượng tử ánh sáng - photon.  Einstein  chỉ  ra  rằng,  lượng  tử  năng  lượng photon cũng phải mang  động  lượng, do vậy chúng có đầy đủ tính  chất của một  hạt. Thời gian sau đó,  động lượng của photon đã được quan  sát bằng thực nghiệm  bởi   nhà vật lý  Arthur  Compton.  Năm  1927,  chính  thí nghiệm này đã giúp ông được trao  giải Nobel trong lĩnh vực Vật lý.  

(4) Đó chính là mấu chốt của vấn đề  giúp  các  nhà  khoa  học  mơ  về  một  tương lai thế hệ tàu vũ trụ di chuyển  nhờ áp lực của ánh sáng. Theo đó,  các  photon  ánh  sáng  của  Mặt  trời  cũng như những ngôi sao mang động  lượng, khi gặp vật cản phản xạ, chúng  chuyển động lượng theo hướng ngược  lại với ánh sáng dội lại. Động lượng  của nó sẽ tạo thành một lực đẩy. Mặc  dù rất nhỏ nhưng với tiết diện phản  xạ lớn, khối lượng tàu vũ trụ nhỏ và  trong môi trường chân không thì lực  đẩy này sẽ trở nên đáng kể, giúp phi  thuyền di chuyển trong không gian.  Điều  này  giống  như  việc  chúng  ta  ném những quả bóng tenis vào một  tấm  phản  gắn  dựng  đứng  trên  một  chiếc  thuyền  nhỏ.  Khi  ném  liên  tục  những quả bóng sẽ tác động lực lên  tấm phản làm cho thuyền di chuyển  trên mặt nước. Trong trường hợp này,  các  photon  được  ví  như  những  quả  bóng tennis. Đối với những con tàu  vũ  trụ  thì  những  tấm  khiên  nhẹ  với  tiết  diện  phản  xạ  như  những  cánh  buồm no gió. Như vậy, chúng ta sẽ có  một phi thuyền vũ trụ hoạt động mà  không cần động cơ, nhiên liệu. Vào  năm 1976, nhà thiên văn học huyền  thoại Carl Sagan trong chương trình  Tonight Show với Johnny Carson đã  đề cập đến một phương pháp đẩy cho  các phi thuyền không gian mới gọi là  cánh buồm mặt trời.  

(5) Đã  4  thập  kỷ  trôi  qua,  những  điều tưởng như chỉ là trong giấc mơ  đã dần thành hiện thực. Đó là điều  tuyệt vời nhất mà các nhà khoa học  vũ trụ có được trong kỷ nguyên chinh  phục không gian. Tháng 8/2008, Cơ  quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA)  cũng đã công bố một “chiếc thuyền  buồm”  vũ  trụ  hình  khối  nhỏ  có  tên  Nanosail-D.  NanoSail-D  là  một  vệ  tinh nhỏ (CubeSat) được Trung tâm  Nghiên cứu Ames của NASA sử dụng  để  nghiên  cứu  triển  khai  một  cánh  buồm mặt trời trong không gian. Đó  là một CubeSat 3 đơn vị (3U) có kích  thước 30 x 10 x 10 cm, với khối lượng  4  kg.  Vệ  tinh  đã  bị  mất  ngay  sau  khi phóng do sự cố tên lửa Falcon 1  mang nó. Sau đó, NASA đã thay thế  một sứ mệnh mới với NanoSail-D2 đã  được triển khai thành công vào đầu  năm 2011.

(6) Tháng  6/2010,  Cơ  quan  Hàng  không  vũ  trụ  Nhật  Bản  (JAXA)  đã  phóng  thành  công  “du  thuyền  mặt  trời”  Ikaros  vào  không  gian.  Dự  án  đầy  tham  vọng  này  đã  chứng  minh  rằng, một màng mỏng gắn vào thân  tàu vũ trụ có thể đẩy phương tiện về  phía trước bằng cách thu thập động  lượng từ lực đẩy của các hạt ánh sáng  của Mặt trời. Tuy nhiên, có một dự án  tham  vọng  hơn  được  các  nhà  khoa  học có cùng ước mơ “cánh buồm mặt  trời”  âm  thầm  thực  hiện.  Vào  năm  2005, Hội Khoa học hành tinh đã nỗ  lực gửi một vệ tinh cánh buồm mặt  trời  mang  tên  Cosmos  1  lên  vũ  trụ  trong một chương trình hợp tác Nga  - Mỹ. Tuy nhiên, kết quả đã trở thành  công cốc khi tên lửa đẩy Volna mang  theo  vệ  tinh  đã  tắt  chỉ  83  giây  sau  khi phóng từ một tàu ngầm của Nga  trên biển Barents. Tên lửa bị tắt ngay  trong giai đoạn khởi động tầng đầu  tiên và đã không đạt được quỹ đạo.  Năm 2009, Hội Khoa học hành tinh  lại tiếp  tục làm một cánh buồm mặt  trời thử nghiệm với CubeSat dựa trên  dự án NanoSail-D của NASA  Ikaros và “cánh buồm” của nó.

(7) Năm  2011, dự án đầy tham vọng  mang  tên  LightSail  đã  ra  đời  để  chứng minh việc chèo thuyền mặt trời  có kiểm soát trong quỹ đạo Trái đất  thấp bằng cách sử dụng CubeSat. Dự  án LightSail được phát triển bởi Hội  Khoa học hành tinh bao gồm 2 tàu vũ  trụ LightSail 1 và LightSail 2. Cả hai  tàu vũ trụ LightSail có kích thước 10  ×  10  ×  30 cm. Sau khi triển khai, diện  tích của buồm là 32 m 2 .  

(8) Ngày 20/5/2015, LightSail 1 (còn  được gọi là LightSail-A) đã được công  bố. Tháng 6/2015, ngay sau khi được  phóng, LightSail 1 đã triển khai cánh  buồm mặt trời và quay trở lại bầu khí  quyển.  LightSail  1  thực  chất  là  một  nhiệm  vụ  trình  diễn  kỹ  thuật  được  thiết kế để thử nghiệm phương pháp  triển khai cánh buồm mới trong không  gian,  nó  không  thực  hiện  nhiệm  vụ  “chèo thuyền mặt trời”.

(9) Từ  kinh  nghiệm  cũng  như  kiến  thức đúc rút sau sứ mệnh LightSail  1, tháng 3/2016, Hội Khoa học hành  tinh tiếp tục công bố tàu vũ trụ thứ hai  mang tên LightSail 2. Đây là dự án  đầy ắp đam mê của các nhà khoa học  nhằm chứng minh rằng, chèo thuyền  mặt trời là một kỹ thuật đẩy khả thi  cho tàu vũ trụ. LightSail 2 là một tàu  vũ  trụ  với  đầy  đủ  chức  năng  nhằm  trình diễn khả năng chèo thuyền mặt  trời thực sự.  LightSail 2 trong phòng kiểm tra kỹ thuật.

(10) Thời  khắc  lịch  sử  cũng  đã  đến.  Ngày  23/7/2019,  LightSail  2  được  phóng  thành  công.  Tên  lửa  Falcon  Heavy  của  Tập  đoàn  công  nghệ  thám  hiểm  không  gian  SpaceX  đã  đưa tàu Prox-1 mang theo LightSail  2 lên không gian. Sau đó, LightSail  2 tách khỏi Prox-1 và bay theo quỹ  đạo quanh Trái đất. Như vậy, sau hơn  10  năm  nỗ  lực  nghiên  cứu  với  kinh  phí 7 triệu USD, phi thuyền loại nhỏ  LightSail 2 đã trở thành tàu vũ trụ đầu  tiên bay lên quỹ đạo chỉ nhờ vào sức  mạnh của ánh sáng mặt trời. Tên lửa đẩy Falcon của SpaceX đưa LightSail 2  lên không gian.

(11) Một con tàu vũ trụ cỡ nhỏ LightSail  2 có kích thước bằng một ổ bánh mì  cuối cùng đã tự biến thành một cánh  buồm mặt trời. LightSail 2 đã lên quỹ  đạo được hơn một tháng và lần đầu  tiên trong lịch sử nó đã mở cánh buồm  rộng 32 m 2 , được chế tạo bằng Mylar  NanoSail-D  - một loại polyester nhẹ và mỏng như  tơ nhện, giúp nó có thể tận dụng tốt  động lượng của photon. Khoảng một  tuần tiếp đó, tàu vũ trụ đã tăng quỹ  đạo lên 1,7 km, và lực đẩy có được  nhờ  các  photon  của  ánh  sáng  mặt  trời. Những photon từ ánh sáng mặt  trời phản xạ lên bề mặt cánh buồm  vào tạo ra lực đẩy giúp LightSail 2 di  chuyển.

(12) Thực tế, LightSail 2 đã thành công  trong việc sử dụng nguyên lý lực đẩy  photon. LightSail 2 có sự đột phát về  công nghệ trong việc kiểm soát lực  đẩy  để  thay  đổi  quỹ  đạo  một  cách  hiệu quả. Theo giám đốc dự án Dave  Spencer, LightSail 2 được kiểm soát  tự  động  bằng  các  thuật  toán.  Bằng  cách xoay tàu vũ trụ 90 o  cứ sau 50  phút, phần mềm này có thể thay đổi  hướng của tàu để nó nhận đủ năng  lượng từ Mặt trời cho dù ở bất cứ vị  trí  nào  trong  không  gian.  Trước  đó  Ikaros chỉ có thể xoay được khoảng  4-5 o .

(13) Thuật  toán  ấn  tượng  này  vẫn  đang  được  cập  nhật  và  điều  chỉnh.  Một trong những thách thức lớn nhất  là tinh chỉnh động lượng của tàu vũ  trụ được điều khiển bởi một bánh xe  quay. Bánh xe động lượng này được  sử dụng để thay đổi hướng của tàu.  Khi  cánh  buồm  mặt  trời  tạo  ra  quá  nhiều  lực  đẩy,  cần  có  một  lực  đối  kháng lại để làm chậm tốc độ quay.  Điều này được thực hiện bằng cách  sử dụng các thanh mô men xoắn điện  từ, định hướng tàu vũ trụ sử dụng từ  trường của Trái đất.  

(14) Các  nhà  khoa  học  hiện  khó  dự  đoán chính xác tàu vũ trụ sẽ có thể  nâng quỹ đạo bao nhiêu nữa. Theo  dự đoán, khi lực đẩy mặt trời cộng lại,  nó sẽ giúp tăng quỹ đạo của tàu lên  khoảng 0,5 km mỗi ngày. Đây không  phải là mục tiêu quá xa vời, trên thực  tế, tàu vũ trụ đã tăng thêm khoảng  900 m chỉ trong một ngày.

(15) Những gì mà các sứ mệnh không  gian trên làm được là minh chứng rõ  ràng nhất trong việc sử dụng lực đẩy  ánh sáng cho các sứ mệnh du hành  vũ trụ tương lai. Tất cả không chỉ là  giấc mơ mà đang hiện hữu và hiện  thực hóa trong niềm đam mê không  dứt và sự tiến bộ không ngừng của  các  đột  phá  về  khoa  học  và  công  nghệ vũ trụ.

(16) Việc phát triển tàu vũ trụ sử dụng  lực  đẩy  ánh  sáng  hứa  hẹn  mở  ra  những tiềm năng vô cùng lớn trong  nghiên  cứu  và  thám  hiểm  vũ  trụ.  Điều dễ dàng nhận thấy là ứng dụng  trong  việc  tìm  kiếm  sự  sống  ngoài  hành tinh, theo dõi thời tiết trên Mặt  trời, triển khai hệ thống cảnh báo tiểu  hành  tinh  gần  Trái  đất,  thậm  chí  là  những sứ mệnh thám hiểm không chỉ  giới hạn trong phạm vi hệ Mặt trời mà  còn vươn tới không gian liên sao.

(17) Các  nhà  nghiên  cứu  tin  rằng,  những con tàu tương lai được chế tạo  và bảo vệ bởi những vật liệu có khả  năng chịu được nhiệt độ và bức xạ  cao. Tàu vũ trụ như vậy có thể tiếp  cận rất gần Mặt trời, sau đó chúng sẽ  nhận được một lực đẩy lớn để tạo đà  cho nó di chuyển xa hơn và với tốc  độ cao hơn nhiều vào không gian sâu  thẳm.

(18) Tàu vũ trụ tiểu hành tinh gần Trái  đất (NEA Scout ) của NASA dự kiến  sẽ được phóng vào giữa năm 2020,  là ứng dụng sớm nhất cho công nghệ  lực đẩy ánh sáng này. Những nhiệm  vụ táo bạo có kế hoạch sử dụng cánh  buồm mặt trời là những vệ tinh nhỏ  CubeSat loại 6U, hoặc tàu vũ trụ có  kích  thước  nhỏ  để  thu  thập  dữ  liệu  về các tiểu hành tinh gần Trái đất có  tiềm năng cho các nhiệm vụ nghiên  cứu không gian của con người trong  tương lai.

(19) Trong tương lai, thế hệ tàu vũ trụ  nhỏ mang cánh buồm mặt trời sẽ trở  thành  một  hướng  đi  đầy  tiềm  năng  trong  việc  thực  hiện  các  nhiệm  vụ  thám  hiểm  ngoài  hệ  Mặt  trời.  Các  cánh buồm vừa có chức năng tạo lực  đẩy, vừa đóng vai trò như các tấm  pin  mặt trời  sẽ cung cấp năng lượng cho  các chức năng khác của vệ tinh như  chụp  ảnh  và  liên  lạc  với  mặt  đất...  Khi quay quanh Trái đất, tàu vũ trụ sẽ tăng độ cao nhờ áp lực của bức  xạ mặt trời trên cánh buồm. Các tàu  vũ trụ CubeSate với kích thước nhỏ  gọn, vừa giúp giảm chi phí, vừa linh  động trong nghiên cứu, đồng thời phù  hợp  với  nguyên  lý  sử  dụng  lực  đẩy  ánh sáng nhờ buồm sẽ tạo nên cuộc  cách mạng vô tiền khoáng hậu trong  nghiên cứu không gian

(Nguồn: “Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng”, Nguyễn Đức Phường, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 11, năm 2019)

Đoạn (3) của văn bản đã so sánh các  photon của Mặt trời với vật gì?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng

(1) Ánh  sáng  là  khởi  nguồn  của  vũ  trụ. Những tia sáng đầu tiên rọi chiếu  vũ trụ bắt đầu cách đây khoảng 13,7  tỷ năm. Ánh sáng mang đến cho vũ  trụ mọi thứ và kiến tạo nên sự sống  trên các hành tinh. Đó là nguồn năng  lượng vô tận. Cũng giống như hàng  trăm tỷ ngôi sao khác trong dải Ngân  hà, Mặt trời mang nguồn năng lượng  vô giá cho Trái đất. Ánh sáng mặt trời  cho phép một Trái đất phì nhiêu sức  sống, từ những loài vi khuẩn vô cùng  nhỏ bé đến những cơ thể sống khổng  lồ, từ đại dương bao la đến núi rừng  xanh ngát. Loài người biến ánh sáng  mặt trời thành nguồn năng lượng dồi  dào cho cuộc sống. Đó là một nguồn  năng  lượng  sạch  và  không  thể  cạn  kiệt cho ít nhất 5 tỷ năm nữa.

(2) Với các nhà khoa học vũ trụ, ánh  sáng  mặt  trời  giúp  “nuôi  sống”  các  cỗ máy khoa học tối tân, những phi  thuyền đang lao vút trong không gian  và những xe tự hành đang lăn bánh  trên bề mặt các hành tinh. Nhưng xa  hơn thế, họ đang nung nấu một giấc  mơ ấp ủ suốt nửa thế kỷ. Đó là biến  ánh sáng mặt trời thành những cơn  gió giúp các phi thuyền “căng buồm”  vào  không  gian  liên  hành  tinh  và  xa hơn nữa là liên sao. Giấc mơ đó  không phải là không có cơ sở.  

(3) Cách đây hơn một thế kỷ, Albert  Einstein  đã  phát  triển  thuyết  lượng  tử ánh sáng lên một nấc thang mới.  Mô hình về photon ánh sáng mà nhà  khoa học thiên tài này đưa ra nhằm  giải thích những quan sát thực nghiệm  mà  không  thể  giải  thích  thỏa  đáng  bởi   mô hình sóng  cổ điển. Bản chất  lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng đã  tháo những nút thắt cơ bản trong vật  lý đương đại. Bên cạnh tính chất sóng  thì ánh sáng cư xử như những hạt gọi  là những lượng tử ánh sáng - photon.  Einstein  chỉ  ra  rằng,  lượng  tử  năng  lượng photon cũng phải mang  động  lượng, do vậy chúng có đầy đủ tính  chất của một  hạt. Thời gian sau đó,  động lượng của photon đã được quan  sát bằng thực nghiệm  bởi   nhà vật lý  Arthur  Compton.  Năm  1927,  chính  thí nghiệm này đã giúp ông được trao  giải Nobel trong lĩnh vực Vật lý.  

(4) Đó chính là mấu chốt của vấn đề  giúp  các  nhà  khoa  học  mơ  về  một  tương lai thế hệ tàu vũ trụ di chuyển  nhờ áp lực của ánh sáng. Theo đó,  các  photon  ánh  sáng  của  Mặt  trời  cũng như những ngôi sao mang động  lượng, khi gặp vật cản phản xạ, chúng  chuyển động lượng theo hướng ngược  lại với ánh sáng dội lại. Động lượng  của nó sẽ tạo thành một lực đẩy. Mặc  dù rất nhỏ nhưng với tiết diện phản  xạ lớn, khối lượng tàu vũ trụ nhỏ và  trong môi trường chân không thì lực  đẩy này sẽ trở nên đáng kể, giúp phi  thuyền di chuyển trong không gian.  Điều  này  giống  như  việc  chúng  ta  ném những quả bóng tenis vào một  tấm  phản  gắn  dựng  đứng  trên  một  chiếc  thuyền  nhỏ.  Khi  ném  liên  tục  những quả bóng sẽ tác động lực lên  tấm phản làm cho thuyền di chuyển  trên mặt nước. Trong trường hợp này,  các  photon  được  ví  như  những  quả  bóng tennis. Đối với những con tàu  vũ  trụ  thì  những  tấm  khiên  nhẹ  với  tiết  diện  phản  xạ  như  những  cánh  buồm no gió. Như vậy, chúng ta sẽ có  một phi thuyền vũ trụ hoạt động mà  không cần động cơ, nhiên liệu. Vào  năm 1976, nhà thiên văn học huyền  thoại Carl Sagan trong chương trình  Tonight Show với Johnny Carson đã  đề cập đến một phương pháp đẩy cho  các phi thuyền không gian mới gọi là  cánh buồm mặt trời.  

(5) Đã  4  thập  kỷ  trôi  qua,  những  điều tưởng như chỉ là trong giấc mơ  đã dần thành hiện thực. Đó là điều  tuyệt vời nhất mà các nhà khoa học  vũ trụ có được trong kỷ nguyên chinh  phục không gian. Tháng 8/2008, Cơ  quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA)  cũng đã công bố một “chiếc thuyền  buồm”  vũ  trụ  hình  khối  nhỏ  có  tên  Nanosail-D.  NanoSail-D  là  một  vệ  tinh nhỏ (CubeSat) được Trung tâm  Nghiên cứu Ames của NASA sử dụng  để  nghiên  cứu  triển  khai  một  cánh  buồm mặt trời trong không gian. Đó  là một CubeSat 3 đơn vị (3U) có kích  thước 30 x 10 x 10 cm, với khối lượng  4  kg.  Vệ  tinh  đã  bị  mất  ngay  sau  khi phóng do sự cố tên lửa Falcon 1  mang nó. Sau đó, NASA đã thay thế  một sứ mệnh mới với NanoSail-D2 đã  được triển khai thành công vào đầu  năm 2011.

(6) Tháng  6/2010,  Cơ  quan  Hàng  không  vũ  trụ  Nhật  Bản  (JAXA)  đã  phóng  thành  công  “du  thuyền  mặt  trời”  Ikaros  vào  không  gian.  Dự  án  đầy  tham  vọng  này  đã  chứng  minh  rằng, một màng mỏng gắn vào thân  tàu vũ trụ có thể đẩy phương tiện về  phía trước bằng cách thu thập động  lượng từ lực đẩy của các hạt ánh sáng  của Mặt trời. Tuy nhiên, có một dự án  tham  vọng  hơn  được  các  nhà  khoa  học có cùng ước mơ “cánh buồm mặt  trời”  âm  thầm  thực  hiện.  Vào  năm  2005, Hội Khoa học hành tinh đã nỗ  lực gửi một vệ tinh cánh buồm mặt  trời  mang  tên  Cosmos  1  lên  vũ  trụ  trong một chương trình hợp tác Nga  - Mỹ. Tuy nhiên, kết quả đã trở thành  công cốc khi tên lửa đẩy Volna mang  theo  vệ  tinh  đã  tắt  chỉ  83  giây  sau  khi phóng từ một tàu ngầm của Nga  trên biển Barents. Tên lửa bị tắt ngay  trong giai đoạn khởi động tầng đầu  tiên và đã không đạt được quỹ đạo.  Năm 2009, Hội Khoa học hành tinh  lại tiếp  tục làm một cánh buồm mặt  trời thử nghiệm với CubeSat dựa trên  dự án NanoSail-D của NASA  Ikaros và “cánh buồm” của nó.

(7) Năm  2011, dự án đầy tham vọng  mang  tên  LightSail  đã  ra  đời  để  chứng minh việc chèo thuyền mặt trời  có kiểm soát trong quỹ đạo Trái đất  thấp bằng cách sử dụng CubeSat. Dự  án LightSail được phát triển bởi Hội  Khoa học hành tinh bao gồm 2 tàu vũ  trụ LightSail 1 và LightSail 2. Cả hai  tàu vũ trụ LightSail có kích thước 10  ×  10  ×  30 cm. Sau khi triển khai, diện  tích của buồm là 32 m 2 .  

(8) Ngày 20/5/2015, LightSail 1 (còn  được gọi là LightSail-A) đã được công  bố. Tháng 6/2015, ngay sau khi được  phóng, LightSail 1 đã triển khai cánh  buồm mặt trời và quay trở lại bầu khí  quyển.  LightSail  1  thực  chất  là  một  nhiệm  vụ  trình  diễn  kỹ  thuật  được  thiết kế để thử nghiệm phương pháp  triển khai cánh buồm mới trong không  gian,  nó  không  thực  hiện  nhiệm  vụ  “chèo thuyền mặt trời”.

(9) Từ  kinh  nghiệm  cũng  như  kiến  thức đúc rút sau sứ mệnh LightSail  1, tháng 3/2016, Hội Khoa học hành  tinh tiếp tục công bố tàu vũ trụ thứ hai  mang tên LightSail 2. Đây là dự án  đầy ắp đam mê của các nhà khoa học  nhằm chứng minh rằng, chèo thuyền  mặt trời là một kỹ thuật đẩy khả thi  cho tàu vũ trụ. LightSail 2 là một tàu  vũ  trụ  với  đầy  đủ  chức  năng  nhằm  trình diễn khả năng chèo thuyền mặt  trời thực sự.  LightSail 2 trong phòng kiểm tra kỹ thuật.

(10) Thời  khắc  lịch  sử  cũng  đã  đến.  Ngày  23/7/2019,  LightSail  2  được  phóng  thành  công.  Tên  lửa  Falcon  Heavy  của  Tập  đoàn  công  nghệ  thám  hiểm  không  gian  SpaceX  đã  đưa tàu Prox-1 mang theo LightSail  2 lên không gian. Sau đó, LightSail  2 tách khỏi Prox-1 và bay theo quỹ  đạo quanh Trái đất. Như vậy, sau hơn  10  năm  nỗ  lực  nghiên  cứu  với  kinh  phí 7 triệu USD, phi thuyền loại nhỏ  LightSail 2 đã trở thành tàu vũ trụ đầu  tiên bay lên quỹ đạo chỉ nhờ vào sức  mạnh của ánh sáng mặt trời. Tên lửa đẩy Falcon của SpaceX đưa LightSail 2  lên không gian.

(11) Một con tàu vũ trụ cỡ nhỏ LightSail  2 có kích thước bằng một ổ bánh mì  cuối cùng đã tự biến thành một cánh  buồm mặt trời. LightSail 2 đã lên quỹ  đạo được hơn một tháng và lần đầu  tiên trong lịch sử nó đã mở cánh buồm  rộng 32 m 2 , được chế tạo bằng Mylar  NanoSail-D  - một loại polyester nhẹ và mỏng như  tơ nhện, giúp nó có thể tận dụng tốt  động lượng của photon. Khoảng một  tuần tiếp đó, tàu vũ trụ đã tăng quỹ  đạo lên 1,7 km, và lực đẩy có được  nhờ  các  photon  của  ánh  sáng  mặt  trời. Những photon từ ánh sáng mặt  trời phản xạ lên bề mặt cánh buồm  vào tạo ra lực đẩy giúp LightSail 2 di  chuyển.

(12) Thực tế, LightSail 2 đã thành công  trong việc sử dụng nguyên lý lực đẩy  photon. LightSail 2 có sự đột phát về  công nghệ trong việc kiểm soát lực  đẩy  để  thay  đổi  quỹ  đạo  một  cách  hiệu quả. Theo giám đốc dự án Dave  Spencer, LightSail 2 được kiểm soát  tự  động  bằng  các  thuật  toán.  Bằng  cách xoay tàu vũ trụ 90 o  cứ sau 50  phút, phần mềm này có thể thay đổi  hướng của tàu để nó nhận đủ năng  lượng từ Mặt trời cho dù ở bất cứ vị  trí  nào  trong  không  gian.  Trước  đó  Ikaros chỉ có thể xoay được khoảng  4-5 o .

(13) Thuật  toán  ấn  tượng  này  vẫn  đang  được  cập  nhật  và  điều  chỉnh.  Một trong những thách thức lớn nhất  là tinh chỉnh động lượng của tàu vũ  trụ được điều khiển bởi một bánh xe  quay. Bánh xe động lượng này được  sử dụng để thay đổi hướng của tàu.  Khi  cánh  buồm  mặt  trời  tạo  ra  quá  nhiều  lực  đẩy,  cần  có  một  lực  đối  kháng lại để làm chậm tốc độ quay.  Điều này được thực hiện bằng cách  sử dụng các thanh mô men xoắn điện  từ, định hướng tàu vũ trụ sử dụng từ  trường của Trái đất.  

(14) Các  nhà  khoa  học  hiện  khó  dự  đoán chính xác tàu vũ trụ sẽ có thể  nâng quỹ đạo bao nhiêu nữa. Theo  dự đoán, khi lực đẩy mặt trời cộng lại,  nó sẽ giúp tăng quỹ đạo của tàu lên  khoảng 0,5 km mỗi ngày. Đây không  phải là mục tiêu quá xa vời, trên thực  tế, tàu vũ trụ đã tăng thêm khoảng  900 m chỉ trong một ngày.

(15) Những gì mà các sứ mệnh không  gian trên làm được là minh chứng rõ  ràng nhất trong việc sử dụng lực đẩy  ánh sáng cho các sứ mệnh du hành  vũ trụ tương lai. Tất cả không chỉ là  giấc mơ mà đang hiện hữu và hiện  thực hóa trong niềm đam mê không  dứt và sự tiến bộ không ngừng của  các  đột  phá  về  khoa  học  và  công  nghệ vũ trụ.

(16) Việc phát triển tàu vũ trụ sử dụng  lực  đẩy  ánh  sáng  hứa  hẹn  mở  ra  những tiềm năng vô cùng lớn trong  nghiên  cứu  và  thám  hiểm  vũ  trụ.  Điều dễ dàng nhận thấy là ứng dụng  trong  việc  tìm  kiếm  sự  sống  ngoài  hành tinh, theo dõi thời tiết trên Mặt  trời, triển khai hệ thống cảnh báo tiểu  hành  tinh  gần  Trái  đất,  thậm  chí  là  những sứ mệnh thám hiểm không chỉ  giới hạn trong phạm vi hệ Mặt trời mà  còn vươn tới không gian liên sao.

(17) Các  nhà  nghiên  cứu  tin  rằng,  những con tàu tương lai được chế tạo  và bảo vệ bởi những vật liệu có khả  năng chịu được nhiệt độ và bức xạ  cao. Tàu vũ trụ như vậy có thể tiếp  cận rất gần Mặt trời, sau đó chúng sẽ  nhận được một lực đẩy lớn để tạo đà  cho nó di chuyển xa hơn và với tốc  độ cao hơn nhiều vào không gian sâu  thẳm.

(18) Tàu vũ trụ tiểu hành tinh gần Trái  đất (NEA Scout ) của NASA dự kiến  sẽ được phóng vào giữa năm 2020,  là ứng dụng sớm nhất cho công nghệ  lực đẩy ánh sáng này. Những nhiệm  vụ táo bạo có kế hoạch sử dụng cánh  buồm mặt trời là những vệ tinh nhỏ  CubeSat loại 6U, hoặc tàu vũ trụ có  kích  thước  nhỏ  để  thu  thập  dữ  liệu  về các tiểu hành tinh gần Trái đất có  tiềm năng cho các nhiệm vụ nghiên  cứu không gian của con người trong  tương lai.

(19) Trong tương lai, thế hệ tàu vũ trụ  nhỏ mang cánh buồm mặt trời sẽ trở  thành  một  hướng  đi  đầy  tiềm  năng  trong  việc  thực  hiện  các  nhiệm  vụ  thám  hiểm  ngoài  hệ  Mặt  trời.  Các  cánh buồm vừa có chức năng tạo lực  đẩy, vừa đóng vai trò như các tấm  pin  mặt trời  sẽ cung cấp năng lượng cho  các chức năng khác của vệ tinh như  chụp  ảnh  và  liên  lạc  với  mặt  đất...  Khi quay quanh Trái đất, tàu vũ trụ sẽ tăng độ cao nhờ áp lực của bức  xạ mặt trời trên cánh buồm. Các tàu  vũ trụ CubeSate với kích thước nhỏ  gọn, vừa giúp giảm chi phí, vừa linh  động trong nghiên cứu, đồng thời phù  hợp  với  nguyên  lý  sử  dụng  lực  đẩy  ánh sáng nhờ buồm sẽ tạo nên cuộc  cách mạng vô tiền khoáng hậu trong  nghiên cứu không gian

(Nguồn: “Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng”, Nguyễn Đức Phường, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 11, năm 2019)

Những tia sáng đầu tiên rọi chiếu vũ trụ bắt đầu cách đây khoảng bao nhiêu năm?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Hé lộ những phát hiện bất ngờ liên quan đến Mặt Trời

1. Lần đầu tiên, các nhà khoa học sẽ có được cái nhìn sâu hơn về gió Mặt trời và các cơn bão từ có thể tác động tiêu cực đến các vệ tinh và thiết bị điện tử trên Trái Đất, sau khi tàu thăm dò Parker Solar của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) tiếp cận gần hơn với bề mặt Mặt Trời và gửi về những dữ liệu liên quan đến quầng Mặt Trời, một vùng siêu nóng trong khí quyển.

2. Theo nghiên cứu được công bố ngày 4/12 trên tạp chí Nature, tàu vũ trụ Parker Solar - có kích cỡ bằng một chiếc ô tô và được phóng lên vũ trụ vào tháng 8/2018 - đã thực hiện được hành trình tiếp cận Mặt Trời ở khoảng cách gần nhất từ trước tới nay và sẽ thử tiến đến điểm chỉ cách bề mặt Mặt trời 6 triệu km trong các lần bay thử nghiệm được tiến hành trong 7 năm tới. Những dữ liệu mà tàu Parker Solar gửi về sẽ cung cấp những chi tiết mới về gió Mặt Trời, các cơn bão từ và cách thức Mặt Trời tạo nên thời tiết trong vũ trụ.

3. Tuy nhiên, mối quan ngại chính hiện nay liên quan đến các cuộc thăm dò là sức nóng lên tới 1 triệu độ C ở quầng Mặt Trời, cao gấp nhiều lần nhiệt độ trên chính bề mặt Mặt Trời vốn chỉ ở mức 6.000 độ C. Vì thế, theo nhà khoa học Alexis Rouillard của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS) và là đồng tác giả của một trong 4 bản báo cáo liên quan đến những phát hiện đầu tiên của tàu thăm dò Parker Solar, các nhà nghiên cứu sẽ phải tìm hiểu cách thức tại sao quầng Mặt Trời lại có thể tự nóng lên, thay vì phải nguội đi theo nguyên lý thông thường (càng xa nguồn nhiệt thì nhiệt độ càng giảm).

4. Cùng chia sẻ quan điểm này, Giáo sư chuyên ngành khoa học vũ trụ, khí hậu và kỹ sư Justin Kasper cũng cho biết, ngay khi tàu Parker Solar mới tiếp cận những quỹ đạo vòng ngoài của Mặt Trời, nhóm nghiên cứu đã bị sốc về sự biến đổi nhiệt độ của quầng Mặt trời. Một nghiên cứu của Đại học Michigan trước đây cho rằng những dao động trong từ trường của Mặt Trời có thể là nhân tố giúp quầng Mặt trời nóng lên. Tuy nhiên, các dữ liệu mới cho thấy các sóng từ trường trên thực tế mạnh hơn rất nhiều, mạnh tới mức chúng có thể đổi hướng hoàn toàn của từ trường và tạo ra năng lượng cho quầng Mặt Trời.

5. Cũng trong nghiên cứu mới của tàu Parker Solar, các nhà khoa học đã vô cùng ngạc nhiên khi phát hiện ra nguyên lý tăng tốc của gió Mặt Trời và quỹ đạo của proton, electron và các hạt khác được phát ra từ Mặt Trời.

6. Trước đây khoa học từng cho rằng khi càng tới gần, từ trường của Mặt Trời sẽ hút gió theo cùng hướng mà nó di chuyển và hiệu ứng này sẽ yếu dần khi càng ra xa. Tuy nhiên, khi tàu thăm dò Parker Solar tới được gần Mặt Trời hơn, họ đã phát hiện ra những vòng quay lớn gấp 10-20 lần so với các mô hình mà họ dự đoán. Phát hiện mới này đã thay đổi hoàn toàn những giả thiết từ trước đến nay về cách thức gió Mặt Trời được tạo nên như thế nào. Hiểu rõ hơn về điều này sẽ giúp các nhà khoa học đưa ra dự đoán chuẩn xác hơn về thời tiết trong vũ trụ, nhất là trong việc xác định quầng Mặt Trời sẽ tác động đến Trái Đất như thế nào và chuẩn bị cho các chuyến du hành của con người lên Mặt Trăng và sao Hỏa.

7. Năm 1859, "một sự kiện thời tiết vũ trụ" đã làm tê liệt mạng lưới điện báo trên Trái Đất. Theo Giáo sư Vật lý Stuart Bale của Đại học California Berkeley, khi xã hội ngày càng phụ thuộc vào công nghệ tiên tiên, tác động từ Mặt Trời có thể sẽ trở nên rất nghiêm trọng. Nếu như có thể kịp thời dự báo thời tiết vũ trụ, con người có thể đóng sập hoàn toàn hoặc cô lập một phần lưới điện, hoặc tắt hệ thống vệ tinh có nguy cơ dễ bị tổn thương.

8. Trái Đất cách Mặt Trời 150 triệu km và tàu thăm dò Parker Solar đã tới được điểm chỉ còn cách Mặt Trời 24 triệu km để thu thập dữ liệu phục vụ cho mục đích nghiên cứu. Mục tiêu cuối cùng là con tàu có thể tiếp cận tới điểm chỉ cách bề mặt Mặt Trời 6 triệu km, gần hơn 7 lần so với bất kỳ tàu vũ trụ nào trước đây. Tàu Parker Solar chịu được sức nóng khắc nghiệt khi bay xuyên qua quầng Mặt Trời, khu vực ngoài cùng và cũng là nơi tạo ra gió Mặt Trời từ sự kết hợp của các hạt điện tích vô cùng nóng phát ra từ Mặt Trời.

Tàu thăm dò Parker Solar được đặt theo tên của nhà vật lý thiên văn người Mỹ chuyên nghiên cứu về Mặt Trời Eugene Parker, người đầu tiên đưa ra giả thuyết về gió Mặt Trời khi miêu tả đây là hệ thống từ trường, các hạt năng lượng và thể plasma tạo thành.

(Nguồn: vtv.vn)

Ai là người đầu tiên đưa ra giả thuyết về gió Mặt Trời khi miêu tả đây là hệ thống từ trường, các hạt năng lượng và thể plasma tạo thành?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

1. Các nhà khoa học Canada tìm ra một nguyên nhân đến từ ngoài vũ trụ giúp cho sự sống có thể sinh sôi và duy trì trên Trái Đất, thay vì các hành tinh gần nhất là Sao Kim.

2. Theo Science Daily, các nhà khoa học ở đại học British Columbia (UBC) công bố nghiên cứu mới trên Tạp chí khoa học Nature Geoscience hôm 21/7 về nguyên nhân hình thành sự sống trên Trái Đất.

Nghiên cứu cho thấy bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi các nguyên tố phóng xạ và sản sinh nhiệt lượng lớn như urani và kali ở thời kì mới hình thành. Tuy nhiên, một bước ngoặt xảy ra khiến cho một lượng rất lớn các nguyên tố này biến mất khỏi bề mặt Trái Đất.

Bước ngoặt này chính là những cơn mưa thiên thạch liên tục bắn phá khiến cho urani và kali bị tách ra khỏi bề mặt hành tinh và văng vào trong không gian. Điều này giúp cho bề mặt Trái Đất trở nên ổn định hơn.

"Sự kiện này đã góp phần định hình và kiến tạo nên địa chất, khí hậu và từ trường của Trái Đất như ngày nay chúng ta đang sống," Mark Jellinek, giáo sư Phòng Khoa học Trái Đất, Đại dương và Khí quyển thuộc UBC nói.

3. Các mảng kiến tạo nguội dần và ổn định hơn. Điều này giúp Trái Đất duy trì được từ trường mạnh và kích hoạt sự phun trào của các núi lửa. Núi lửa phun trào giải phóng khí nhà kính từ sâu trong lòng đất tạo nên khí hậu ấm áp và điều hòa thích hợp cho sự sống xuất hiện và phát triển. Đây là điểm khác biệt lớn nhất giữa Trái Đất và các hành tinh đá khác.

Ngày nay, sao Kim là một "vùng đất chết" nhưng các nhà khoa học đã đặt ra câu hỏi liệu hành tinh này có phải lúc nào cũng không phù hợp cho sự sống như vậy hay không?

Sao Kim - "người hàng xóm" gần chúng ta nhất, được gọi là anh em sinh đôi của Trái Đất bởi sự tương đồng về kích cỡ và mật độ của cả hai hành tinh. Tuy nhiên, xét trên những mặt khác, hai hành tinh này hoàn toàn khác nhau. Mọi thứ trên hành tinh này lại không diễn ra tương tự như hành tinh của chúng ta. Khi Trái Đất đã ổn định và có sự sống sinh sôi nảy nở, bầu khí quyển của Sao Kim chỉ toàn khí CO2 với nhiệt độ bề mặt lên đến 470 độ C.

4. Để hiểu về việc hai hành tinh đá này vì sao lại khác nhau như vậy, một nhóm các nhà vật lý thiên văn đã quyết định mô phỏng lại từ đầu thời điểm các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta hình thành cách đây 4,5 tỷ năm.

Họ đã sử dụng mô hình khí hậu, tương tự như những gì các nhà nghiên cứu sử dụng khi mô phỏng sự thay đổi khí hậu trên Trái Đất, để nhìn lại thời điểm sao Kim và Trái Đất khi vẫn còn là các hành tinh trẻ. Nghiên cứu mới này đã được công bố trên tạp chí Nature ngày 13/10.

5. Các đại dương chỉ có thể hình thành khi nhiệt độ đủ lạnh để nước ngưng tụ và rơi xuống thành mưa trong hàng nghìn năm. Đó là cách mà đại dương trên Trái Đất hình thành trong hơn 10 triệu năm. Trong khi đó, sao Kim vẫn vô cùng nóng.

Vào thời điểm đó, Mặt Trời mờ hơn bây giờ 25%. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa đủ để giúp sao Kim nguội bớt bởi nó là hành tinh nằm gần Mặt Trời thứ hai. Các nhà nghiên cứu đã đặt câu hỏi liệu các đám mây có giúp gì để nhiệt độ trên sao Kim giảm bớt hay không.

6. Mô hình khí hậu của các nhà nghiên cứu cho thấy, các đám mây đã đóng vai trò nhất định nhưng theo một cách không ngờ tới. Chúng tập hợp ở mặt tối của sao Kim và vì thế không thể bảo vệ hành tinh này khỏi Mặt trời ở phía ban ngày. Trong khi sao Kim không bị khóa thủy triều với Mặt Trời - hiện tượng mà một mặt của hành tinh luôn đối mặt với Mặt Trời, thì nó có tốc độ quay vô cùng chậm.

Thay vì che chắn cho sao Kim khỏi hơi nóng, những đám mây ở mặt tối của sao Kim góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính, khiến hơi nóng bị mắc kẹt trong bầu khí quyển đậm đặc của hành tinh này và làm cho nhiệt độ luôn ở mức cao. Với khí nóng bị mắc kẹt liên tục như vậy, sao Kim quá nóng nên không thể có mưa. Thay vào đó, nước chỉ có thể tồn tại ở thể khí và hơi nước trong khí quyển.

7. "Nhiệt độ cao đồng nghĩa với việc nước chỉ có thể hình thành thể hơi giống như trong một cái nồi với áp suất khổng lồ", Martin Turbet, tác giả dẫn đầu nghiên cứu tại Khoa Khoa học thuộc Phòng Thiên văn học của Đại học Geneva nhận định.

"Trái Đất lẽ ra cũng có kết cục giống như Sao Kim," Jellinek nói và giải thích về nguyên nhân khiến cho hai hành tinh đã tiến hóa khác nhau, "mấu chốt của vấn đề chính là mức độ xói mòn khác nhau trên bề mặt."

Không bị bắn phá như Trái Đất, bề mặt Sao Kim nguội đi rất chậm theo thời gian. Các núi lửa biến động phức tạp, khí hậu đảo lộn liên tục trong hàng tỷ năm khiến cho sự sống không có cơ hội xuất hiện.

"Từ những ảnh hưởng của sự xói mòn bề mặt, chúng tôi nhận ra rằng những điều chỉnh về thành phần cấu tạo của hành tinh trong thời kì sơ khai sẽ để lại những hệ quả sâu sắc tới quá trình tiến hóa của nó. Chính những hoàn cảnh đặc biệt trong buổi sơ khai đã tạo nên Trái Đất ngày nay," Jellinek kết luận.

(Nguồn: khoahoc.tv)

Bầu khí quyển của sao Kim bao gồm:

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng

(1) Ánh  sáng  là  khởi  nguồn  của  vũ  trụ. Những tia sáng đầu tiên rọi chiếu  vũ trụ bắt đầu cách đây khoảng 13,7  tỷ năm. Ánh sáng mang đến cho vũ  trụ mọi thứ và kiến tạo nên sự sống  trên các hành tinh. Đó là nguồn năng  lượng vô tận. Cũng giống như hàng  trăm tỷ ngôi sao khác trong dải Ngân  hà, Mặt trời mang nguồn năng lượng  vô giá cho Trái đất. Ánh sáng mặt trời  cho phép một Trái đất phì nhiêu sức  sống, từ những loài vi khuẩn vô cùng  nhỏ bé đến những cơ thể sống khổng  lồ, từ đại dương bao la đến núi rừng  xanh ngát. Loài người biến ánh sáng  mặt trời thành nguồn năng lượng dồi  dào cho cuộc sống. Đó là một nguồn  năng  lượng  sạch  và  không  thể  cạn  kiệt cho ít nhất 5 tỷ năm nữa.

(2) Với các nhà khoa học vũ trụ, ánh  sáng  mặt  trời  giúp  “nuôi  sống”  các  cỗ máy khoa học tối tân, những phi  thuyền đang lao vút trong không gian  và những xe tự hành đang lăn bánh  trên bề mặt các hành tinh. Nhưng xa  hơn thế, họ đang nung nấu một giấc  mơ ấp ủ suốt nửa thế kỷ. Đó là biến  ánh sáng mặt trời thành những cơn  gió giúp các phi thuyền “căng buồm”  vào  không  gian  liên  hành  tinh  và  xa hơn nữa là liên sao. Giấc mơ đó  không phải là không có cơ sở.  

(3) Cách đây hơn một thế kỷ, Albert  Einstein  đã  phát  triển  thuyết  lượng  tử ánh sáng lên một nấc thang mới.  Mô hình về photon ánh sáng mà nhà  khoa học thiên tài này đưa ra nhằm  giải thích những quan sát thực nghiệm  mà  không  thể  giải  thích  thỏa  đáng  bởi   mô hình sóng  cổ điển. Bản chất  lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng đã  tháo những nút thắt cơ bản trong vật  lý đương đại. Bên cạnh tính chất sóng  thì ánh sáng cư xử như những hạt gọi  là những lượng tử ánh sáng - photon.  Einstein  chỉ  ra  rằng,  lượng  tử  năng  lượng photon cũng phải mang  động  lượng, do vậy chúng có đầy đủ tính  chất của một  hạt. Thời gian sau đó,  động lượng của photon đã được quan  sát bằng thực nghiệm  bởi   nhà vật lý  Arthur  Compton.  Năm  1927,  chính  thí nghiệm này đã giúp ông được trao  giải Nobel trong lĩnh vực Vật lý.  

(4) Đó chính là mấu chốt của vấn đề  giúp  các  nhà  khoa  học  mơ  về  một  tương lai thế hệ tàu vũ trụ di chuyển  nhờ áp lực của ánh sáng. Theo đó,  các  photon  ánh  sáng  của  Mặt  trời  cũng như những ngôi sao mang động  lượng, khi gặp vật cản phản xạ, chúng  chuyển động lượng theo hướng ngược  lại với ánh sáng dội lại. Động lượng  của nó sẽ tạo thành một lực đẩy. Mặc  dù rất nhỏ nhưng với tiết diện phản  xạ lớn, khối lượng tàu vũ trụ nhỏ và  trong môi trường chân không thì lực  đẩy này sẽ trở nên đáng kể, giúp phi  thuyền di chuyển trong không gian.  Điều  này  giống  như  việc  chúng  ta  ném những quả bóng tenis vào một  tấm  phản  gắn  dựng  đứng  trên  một  chiếc  thuyền  nhỏ.  Khi  ném  liên  tục  những quả bóng sẽ tác động lực lên  tấm phản làm cho thuyền di chuyển  trên mặt nước. Trong trường hợp này,  các  photon  được  ví  như  những  quả  bóng tennis. Đối với những con tàu  vũ  trụ  thì  những  tấm  khiên  nhẹ  với  tiết  diện  phản  xạ  như  những  cánh  buồm no gió. Như vậy, chúng ta sẽ có  một phi thuyền vũ trụ hoạt động mà  không cần động cơ, nhiên liệu. Vào  năm 1976, nhà thiên văn học huyền  thoại Carl Sagan trong chương trình  Tonight Show với Johnny Carson đã  đề cập đến một phương pháp đẩy cho  các phi thuyền không gian mới gọi là  cánh buồm mặt trời.  

(5) Đã  4  thập  kỷ  trôi  qua,  những  điều tưởng như chỉ là trong giấc mơ  đã dần thành hiện thực. Đó là điều  tuyệt vời nhất mà các nhà khoa học  vũ trụ có được trong kỷ nguyên chinh  phục không gian. Tháng 8/2008, Cơ  quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA)  cũng đã công bố một “chiếc thuyền  buồm”  vũ  trụ  hình  khối  nhỏ  có  tên  Nanosail-D.  NanoSail-D  là  một  vệ  tinh nhỏ (CubeSat) được Trung tâm  Nghiên cứu Ames của NASA sử dụng  để  nghiên  cứu  triển  khai  một  cánh  buồm mặt trời trong không gian. Đó  là một CubeSat 3 đơn vị (3U) có kích  thước 30 x 10 x 10 cm, với khối lượng  4  kg.  Vệ  tinh  đã  bị  mất  ngay  sau  khi phóng do sự cố tên lửa Falcon 1  mang nó. Sau đó, NASA đã thay thế  một sứ mệnh mới với NanoSail-D2 đã  được triển khai thành công vào đầu  năm 2011.

(6) Tháng  6/2010,  Cơ  quan  Hàng  không  vũ  trụ  Nhật  Bản  (JAXA)  đã  phóng  thành  công  “du  thuyền  mặt  trời”  Ikaros  vào  không  gian.  Dự  án  đầy  tham  vọng  này  đã  chứng  minh  rằng, một màng mỏng gắn vào thân  tàu vũ trụ có thể đẩy phương tiện về  phía trước bằng cách thu thập động  lượng từ lực đẩy của các hạt ánh sáng  của Mặt trời. Tuy nhiên, có một dự án  tham  vọng  hơn  được  các  nhà  khoa  học có cùng ước mơ “cánh buồm mặt  trời”  âm  thầm  thực  hiện.  Vào  năm  2005, Hội Khoa học hành tinh đã nỗ  lực gửi một vệ tinh cánh buồm mặt  trời  mang  tên  Cosmos  1  lên  vũ  trụ  trong một chương trình hợp tác Nga  - Mỹ. Tuy nhiên, kết quả đã trở thành  công cốc khi tên lửa đẩy Volna mang  theo  vệ  tinh  đã  tắt  chỉ  83  giây  sau  khi phóng từ một tàu ngầm của Nga  trên biển Barents. Tên lửa bị tắt ngay  trong giai đoạn khởi động tầng đầu  tiên và đã không đạt được quỹ đạo.  Năm 2009, Hội Khoa học hành tinh  lại tiếp  tục làm một cánh buồm mặt  trời thử nghiệm với CubeSat dựa trên  dự án NanoSail-D của NASA  Ikaros và “cánh buồm” của nó.

(7) Năm  2011, dự án đầy tham vọng  mang  tên  LightSail  đã  ra  đời  để  chứng minh việc chèo thuyền mặt trời  có kiểm soát trong quỹ đạo Trái đất  thấp bằng cách sử dụng CubeSat. Dự  án LightSail được phát triển bởi Hội  Khoa học hành tinh bao gồm 2 tàu vũ  trụ LightSail 1 và LightSail 2. Cả hai  tàu vũ trụ LightSail có kích thước 10  ×  10  ×  30 cm. Sau khi triển khai, diện  tích của buồm là 32 m 2 .  

(8) Ngày 20/5/2015, LightSail 1 (còn  được gọi là LightSail-A) đã được công  bố. Tháng 6/2015, ngay sau khi được  phóng, LightSail 1 đã triển khai cánh  buồm mặt trời và quay trở lại bầu khí  quyển.  LightSail  1  thực  chất  là  một  nhiệm  vụ  trình  diễn  kỹ  thuật  được  thiết kế để thử nghiệm phương pháp  triển khai cánh buồm mới trong không  gian,  nó  không  thực  hiện  nhiệm  vụ  “chèo thuyền mặt trời”.

(9) Từ  kinh  nghiệm  cũng  như  kiến  thức đúc rút sau sứ mệnh LightSail  1, tháng 3/2016, Hội Khoa học hành  tinh tiếp tục công bố tàu vũ trụ thứ hai  mang tên LightSail 2. Đây là dự án  đầy ắp đam mê của các nhà khoa học  nhằm chứng minh rằng, chèo thuyền  mặt trời là một kỹ thuật đẩy khả thi  cho tàu vũ trụ. LightSail 2 là một tàu  vũ  trụ  với  đầy  đủ  chức  năng  nhằm  trình diễn khả năng chèo thuyền mặt  trời thực sự.  LightSail 2 trong phòng kiểm tra kỹ thuật.

(10) Thời  khắc  lịch  sử  cũng  đã  đến.  Ngày  23/7/2019,  LightSail  2  được  phóng  thành  công.  Tên  lửa  Falcon  Heavy  của  Tập  đoàn  công  nghệ  thám  hiểm  không  gian  SpaceX  đã  đưa tàu Prox-1 mang theo LightSail  2 lên không gian. Sau đó, LightSail  2 tách khỏi Prox-1 và bay theo quỹ  đạo quanh Trái đất. Như vậy, sau hơn  10  năm  nỗ  lực  nghiên  cứu  với  kinh  phí 7 triệu USD, phi thuyền loại nhỏ  LightSail 2 đã trở thành tàu vũ trụ đầu  tiên bay lên quỹ đạo chỉ nhờ vào sức  mạnh của ánh sáng mặt trời. Tên lửa đẩy Falcon của SpaceX đưa LightSail 2  lên không gian.

(11) Một con tàu vũ trụ cỡ nhỏ LightSail  2 có kích thước bằng một ổ bánh mì  cuối cùng đã tự biến thành một cánh  buồm mặt trời. LightSail 2 đã lên quỹ  đạo được hơn một tháng và lần đầu  tiên trong lịch sử nó đã mở cánh buồm  rộng 32 m 2 , được chế tạo bằng Mylar  NanoSail-D  - một loại polyester nhẹ và mỏng như  tơ nhện, giúp nó có thể tận dụng tốt  động lượng của photon. Khoảng một  tuần tiếp đó, tàu vũ trụ đã tăng quỹ  đạo lên 1,7 km, và lực đẩy có được  nhờ  các  photon  của  ánh  sáng  mặt  trời. Những photon từ ánh sáng mặt  trời phản xạ lên bề mặt cánh buồm  vào tạo ra lực đẩy giúp LightSail 2 di  chuyển.

(12) Thực tế, LightSail 2 đã thành công  trong việc sử dụng nguyên lý lực đẩy  photon. LightSail 2 có sự đột phát về  công nghệ trong việc kiểm soát lực  đẩy  để  thay  đổi  quỹ  đạo  một  cách  hiệu quả. Theo giám đốc dự án Dave  Spencer, LightSail 2 được kiểm soát  tự  động  bằng  các  thuật  toán.  Bằng  cách xoay tàu vũ trụ 90 o  cứ sau 50  phút, phần mềm này có thể thay đổi  hướng của tàu để nó nhận đủ năng  lượng từ Mặt trời cho dù ở bất cứ vị  trí  nào  trong  không  gian.  Trước  đó  Ikaros chỉ có thể xoay được khoảng  4-5 o .

(13) Thuật  toán  ấn  tượng  này  vẫn  đang  được  cập  nhật  và  điều  chỉnh.  Một trong những thách thức lớn nhất  là tinh chỉnh động lượng của tàu vũ  trụ được điều khiển bởi một bánh xe  quay. Bánh xe động lượng này được  sử dụng để thay đổi hướng của tàu.  Khi  cánh  buồm  mặt  trời  tạo  ra  quá  nhiều  lực  đẩy,  cần  có  một  lực  đối  kháng lại để làm chậm tốc độ quay.  Điều này được thực hiện bằng cách  sử dụng các thanh mô men xoắn điện  từ, định hướng tàu vũ trụ sử dụng từ  trường của Trái đất.  

(14) Các  nhà  khoa  học  hiện  khó  dự  đoán chính xác tàu vũ trụ sẽ có thể  nâng quỹ đạo bao nhiêu nữa. Theo  dự đoán, khi lực đẩy mặt trời cộng lại,  nó sẽ giúp tăng quỹ đạo của tàu lên  khoảng 0,5 km mỗi ngày. Đây không  phải là mục tiêu quá xa vời, trên thực  tế, tàu vũ trụ đã tăng thêm khoảng  900 m chỉ trong một ngày.

(15) Những gì mà các sứ mệnh không  gian trên làm được là minh chứng rõ  ràng nhất trong việc sử dụng lực đẩy  ánh sáng cho các sứ mệnh du hành  vũ trụ tương lai. Tất cả không chỉ là  giấc mơ mà đang hiện hữu và hiện  thực hóa trong niềm đam mê không  dứt và sự tiến bộ không ngừng của  các  đột  phá  về  khoa  học  và  công  nghệ vũ trụ.

(16) Việc phát triển tàu vũ trụ sử dụng  lực  đẩy  ánh  sáng  hứa  hẹn  mở  ra  những tiềm năng vô cùng lớn trong  nghiên  cứu  và  thám  hiểm  vũ  trụ.  Điều dễ dàng nhận thấy là ứng dụng  trong  việc  tìm  kiếm  sự  sống  ngoài  hành tinh, theo dõi thời tiết trên Mặt  trời, triển khai hệ thống cảnh báo tiểu  hành  tinh  gần  Trái  đất,  thậm  chí  là  những sứ mệnh thám hiểm không chỉ  giới hạn trong phạm vi hệ Mặt trời mà  còn vươn tới không gian liên sao.

(17) Các  nhà  nghiên  cứu  tin  rằng,  những con tàu tương lai được chế tạo  và bảo vệ bởi những vật liệu có khả  năng chịu được nhiệt độ và bức xạ  cao. Tàu vũ trụ như vậy có thể tiếp  cận rất gần Mặt trời, sau đó chúng sẽ  nhận được một lực đẩy lớn để tạo đà  cho nó di chuyển xa hơn và với tốc  độ cao hơn nhiều vào không gian sâu  thẳm.

(18) Tàu vũ trụ tiểu hành tinh gần Trái  đất (NEA Scout ) của NASA dự kiến  sẽ được phóng vào giữa năm 2020,  là ứng dụng sớm nhất cho công nghệ  lực đẩy ánh sáng này. Những nhiệm  vụ táo bạo có kế hoạch sử dụng cánh  buồm mặt trời là những vệ tinh nhỏ  CubeSat loại 6U, hoặc tàu vũ trụ có  kích  thước  nhỏ  để  thu  thập  dữ  liệu  về các tiểu hành tinh gần Trái đất có  tiềm năng cho các nhiệm vụ nghiên  cứu không gian của con người trong  tương lai.

(19) Trong tương lai, thế hệ tàu vũ trụ  nhỏ mang cánh buồm mặt trời sẽ trở  thành  một  hướng  đi  đầy  tiềm  năng  trong  việc  thực  hiện  các  nhiệm  vụ  thám  hiểm  ngoài  hệ  Mặt  trời.  Các  cánh buồm vừa có chức năng tạo lực  đẩy, vừa đóng vai trò như các tấm  pin  mặt trời  sẽ cung cấp năng lượng cho  các chức năng khác của vệ tinh như  chụp  ảnh  và  liên  lạc  với  mặt  đất...  Khi quay quanh Trái đất, tàu vũ trụ sẽ tăng độ cao nhờ áp lực của bức  xạ mặt trời trên cánh buồm. Các tàu  vũ trụ CubeSate với kích thước nhỏ  gọn, vừa giúp giảm chi phí, vừa linh  động trong nghiên cứu, đồng thời phù  hợp  với  nguyên  lý  sử  dụng  lực  đẩy  ánh sáng nhờ buồm sẽ tạo nên cuộc  cách mạng vô tiền khoáng hậu trong  nghiên cứu không gian

(Nguồn: “Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng”, Nguyễn Đức Phường, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 11, năm 2019)

Những thành công của các sứ mệnh trong không gian ở văn bản trên chứng minh cho điều gì?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Hé lộ những phát hiện bất ngờ liên quan đến Mặt Trời

1. Lần đầu tiên, các nhà khoa học sẽ có được cái nhìn sâu hơn về gió Mặt trời và các cơn bão từ có thể tác động tiêu cực đến các vệ tinh và thiết bị điện tử trên Trái Đất, sau khi tàu thăm dò Parker Solar của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) tiếp cận gần hơn với bề mặt Mặt Trời và gửi về những dữ liệu liên quan đến quầng Mặt Trời, một vùng siêu nóng trong khí quyển.

2. Theo nghiên cứu được công bố ngày 4/12 trên tạp chí Nature, tàu vũ trụ Parker Solar - có kích cỡ bằng một chiếc ô tô và được phóng lên vũ trụ vào tháng 8/2018 - đã thực hiện được hành trình tiếp cận Mặt Trời ở khoảng cách gần nhất từ trước tới nay và sẽ thử tiến đến điểm chỉ cách bề mặt Mặt trời 6 triệu km trong các lần bay thử nghiệm được tiến hành trong 7 năm tới. Những dữ liệu mà tàu Parker Solar gửi về sẽ cung cấp những chi tiết mới về gió Mặt Trời, các cơn bão từ và cách thức Mặt Trời tạo nên thời tiết trong vũ trụ.

3. Tuy nhiên, mối quan ngại chính hiện nay liên quan đến các cuộc thăm dò là sức nóng lên tới 1 triệu độ C ở quầng Mặt Trời, cao gấp nhiều lần nhiệt độ trên chính bề mặt Mặt Trời vốn chỉ ở mức 6.000 độ C. Vì thế, theo nhà khoa học Alexis Rouillard của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS) và là đồng tác giả của một trong 4 bản báo cáo liên quan đến những phát hiện đầu tiên của tàu thăm dò Parker Solar, các nhà nghiên cứu sẽ phải tìm hiểu cách thức tại sao quầng Mặt Trời lại có thể tự nóng lên, thay vì phải nguội đi theo nguyên lý thông thường (càng xa nguồn nhiệt thì nhiệt độ càng giảm).

4. Cùng chia sẻ quan điểm này, Giáo sư chuyên ngành khoa học vũ trụ, khí hậu và kỹ sư Justin Kasper cũng cho biết, ngay khi tàu Parker Solar mới tiếp cận những quỹ đạo vòng ngoài của Mặt Trời, nhóm nghiên cứu đã bị sốc về sự biến đổi nhiệt độ của quầng Mặt trời. Một nghiên cứu của Đại học Michigan trước đây cho rằng những dao động trong từ trường của Mặt Trời có thể là nhân tố giúp quầng Mặt trời nóng lên. Tuy nhiên, các dữ liệu mới cho thấy các sóng từ trường trên thực tế mạnh hơn rất nhiều, mạnh tới mức chúng có thể đổi hướng hoàn toàn của từ trường và tạo ra năng lượng cho quầng Mặt Trời.

5. Cũng trong nghiên cứu mới của tàu Parker Solar, các nhà khoa học đã vô cùng ngạc nhiên khi phát hiện ra nguyên lý tăng tốc của gió Mặt Trời và quỹ đạo của proton, electron và các hạt khác được phát ra từ Mặt Trời.

6. Trước đây khoa học từng cho rằng khi càng tới gần, từ trường của Mặt Trời sẽ hút gió theo cùng hướng mà nó di chuyển và hiệu ứng này sẽ yếu dần khi càng ra xa. Tuy nhiên, khi tàu thăm dò Parker Solar tới được gần Mặt Trời hơn, họ đã phát hiện ra những vòng quay lớn gấp 10-20 lần so với các mô hình mà họ dự đoán. Phát hiện mới này đã thay đổi hoàn toàn những giả thiết từ trước đến nay về cách thức gió Mặt Trời được tạo nên như thế nào. Hiểu rõ hơn về điều này sẽ giúp các nhà khoa học đưa ra dự đoán chuẩn xác hơn về thời tiết trong vũ trụ, nhất là trong việc xác định quầng Mặt Trời sẽ tác động đến Trái Đất như thế nào và chuẩn bị cho các chuyến du hành của con người lên Mặt Trăng và sao Hỏa.

7. Năm 1859, "một sự kiện thời tiết vũ trụ" đã làm tê liệt mạng lưới điện báo trên Trái Đất. Theo Giáo sư Vật lý Stuart Bale của Đại học California Berkeley, khi xã hội ngày càng phụ thuộc vào công nghệ tiên tiên, tác động từ Mặt Trời có thể sẽ trở nên rất nghiêm trọng. Nếu như có thể kịp thời dự báo thời tiết vũ trụ, con người có thể đóng sập hoàn toàn hoặc cô lập một phần lưới điện, hoặc tắt hệ thống vệ tinh có nguy cơ dễ bị tổn thương.

8. Trái Đất cách Mặt Trời 150 triệu km và tàu thăm dò Parker Solar đã tới được điểm chỉ còn cách Mặt Trời 24 triệu km để thu thập dữ liệu phục vụ cho mục đích nghiên cứu. Mục tiêu cuối cùng là con tàu có thể tiếp cận tới điểm chỉ cách bề mặt Mặt Trời 6 triệu km, gần hơn 7 lần so với bất kỳ tàu vũ trụ nào trước đây. Tàu Parker Solar chịu được sức nóng khắc nghiệt khi bay xuyên qua quầng Mặt Trời, khu vực ngoài cùng và cũng là nơi tạo ra gió Mặt Trời từ sự kết hợp của các hạt điện tích vô cùng nóng phát ra từ Mặt Trời.

Tàu thăm dò Parker Solar được đặt theo tên của nhà vật lý thiên văn người Mỹ chuyên nghiên cứu về Mặt Trời Eugene Parker, người đầu tiên đưa ra giả thuyết về gió Mặt Trời khi miêu tả đây là hệ thống từ trường, các hạt năng lượng và thể plasma tạo thành.

(Nguồn: vtv.vn)

Diễn đạt nào dưới đây thể hiện rõ nhất ý chính của bài đọc trên?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng

(1) Ánh  sáng  là  khởi  nguồn  của  vũ  trụ. Những tia sáng đầu tiên rọi chiếu  vũ trụ bắt đầu cách đây khoảng 13,7  tỷ năm. Ánh sáng mang đến cho vũ  trụ mọi thứ và kiến tạo nên sự sống  trên các hành tinh. Đó là nguồn năng  lượng vô tận. Cũng giống như hàng  trăm tỷ ngôi sao khác trong dải Ngân  hà, Mặt trời mang nguồn năng lượng  vô giá cho Trái đất. Ánh sáng mặt trời  cho phép một Trái đất phì nhiêu sức  sống, từ những loài vi khuẩn vô cùng  nhỏ bé đến những cơ thể sống khổng  lồ, từ đại dương bao la đến núi rừng  xanh ngát. Loài người biến ánh sáng  mặt trời thành nguồn năng lượng dồi  dào cho cuộc sống. Đó là một nguồn  năng  lượng  sạch  và  không  thể  cạn  kiệt cho ít nhất 5 tỷ năm nữa.

(2) Với các nhà khoa học vũ trụ, ánh  sáng  mặt  trời  giúp  “nuôi  sống”  các  cỗ máy khoa học tối tân, những phi  thuyền đang lao vút trong không gian  và những xe tự hành đang lăn bánh  trên bề mặt các hành tinh. Nhưng xa  hơn thế, họ đang nung nấu một giấc  mơ ấp ủ suốt nửa thế kỷ. Đó là biến  ánh sáng mặt trời thành những cơn  gió giúp các phi thuyền “căng buồm”  vào  không  gian  liên  hành  tinh  và  xa hơn nữa là liên sao. Giấc mơ đó  không phải là không có cơ sở.  

(3) Cách đây hơn một thế kỷ, Albert  Einstein  đã  phát  triển  thuyết  lượng  tử ánh sáng lên một nấc thang mới.  Mô hình về photon ánh sáng mà nhà  khoa học thiên tài này đưa ra nhằm  giải thích những quan sát thực nghiệm  mà  không  thể  giải  thích  thỏa  đáng  bởi   mô hình sóng  cổ điển. Bản chất  lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng đã  tháo những nút thắt cơ bản trong vật  lý đương đại. Bên cạnh tính chất sóng  thì ánh sáng cư xử như những hạt gọi  là những lượng tử ánh sáng - photon.  Einstein  chỉ  ra  rằng,  lượng  tử  năng  lượng photon cũng phải mang  động  lượng, do vậy chúng có đầy đủ tính  chất của một  hạt. Thời gian sau đó,  động lượng của photon đã được quan  sát bằng thực nghiệm  bởi   nhà vật lý  Arthur  Compton.  Năm  1927,  chính  thí nghiệm này đã giúp ông được trao  giải Nobel trong lĩnh vực Vật lý.  

(4) Đó chính là mấu chốt của vấn đề  giúp  các  nhà  khoa  học  mơ  về  một  tương lai thế hệ tàu vũ trụ di chuyển  nhờ áp lực của ánh sáng. Theo đó,  các  photon  ánh  sáng  của  Mặt  trời  cũng như những ngôi sao mang động  lượng, khi gặp vật cản phản xạ, chúng  chuyển động lượng theo hướng ngược  lại với ánh sáng dội lại. Động lượng  của nó sẽ tạo thành một lực đẩy. Mặc  dù rất nhỏ nhưng với tiết diện phản  xạ lớn, khối lượng tàu vũ trụ nhỏ và  trong môi trường chân không thì lực  đẩy này sẽ trở nên đáng kể, giúp phi  thuyền di chuyển trong không gian.  Điều  này  giống  như  việc  chúng  ta  ném những quả bóng tenis vào một  tấm  phản  gắn  dựng  đứng  trên  một  chiếc  thuyền  nhỏ.  Khi  ném  liên  tục  những quả bóng sẽ tác động lực lên  tấm phản làm cho thuyền di chuyển  trên mặt nước. Trong trường hợp này,  các  photon  được  ví  như  những  quả  bóng tennis. Đối với những con tàu  vũ  trụ  thì  những  tấm  khiên  nhẹ  với  tiết  diện  phản  xạ  như  những  cánh  buồm no gió. Như vậy, chúng ta sẽ có  một phi thuyền vũ trụ hoạt động mà  không cần động cơ, nhiên liệu. Vào  năm 1976, nhà thiên văn học huyền  thoại Carl Sagan trong chương trình  Tonight Show với Johnny Carson đã  đề cập đến một phương pháp đẩy cho  các phi thuyền không gian mới gọi là  cánh buồm mặt trời.  

(5) Đã  4  thập  kỷ  trôi  qua,  những  điều tưởng như chỉ là trong giấc mơ  đã dần thành hiện thực. Đó là điều  tuyệt vời nhất mà các nhà khoa học  vũ trụ có được trong kỷ nguyên chinh  phục không gian. Tháng 8/2008, Cơ  quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA)  cũng đã công bố một “chiếc thuyền  buồm”  vũ  trụ  hình  khối  nhỏ  có  tên  Nanosail-D.  NanoSail-D  là  một  vệ  tinh nhỏ (CubeSat) được Trung tâm  Nghiên cứu Ames của NASA sử dụng  để  nghiên  cứu  triển  khai  một  cánh  buồm mặt trời trong không gian. Đó  là một CubeSat 3 đơn vị (3U) có kích  thước 30 x 10 x 10 cm, với khối lượng  4  kg.  Vệ  tinh  đã  bị  mất  ngay  sau  khi phóng do sự cố tên lửa Falcon 1  mang nó. Sau đó, NASA đã thay thế  một sứ mệnh mới với NanoSail-D2 đã  được triển khai thành công vào đầu  năm 2011.

(6) Tháng  6/2010,  Cơ  quan  Hàng  không  vũ  trụ  Nhật  Bản  (JAXA)  đã  phóng  thành  công  “du  thuyền  mặt  trời”  Ikaros  vào  không  gian.  Dự  án  đầy  tham  vọng  này  đã  chứng  minh  rằng, một màng mỏng gắn vào thân  tàu vũ trụ có thể đẩy phương tiện về  phía trước bằng cách thu thập động  lượng từ lực đẩy của các hạt ánh sáng  của Mặt trời. Tuy nhiên, có một dự án  tham  vọng  hơn  được  các  nhà  khoa  học có cùng ước mơ “cánh buồm mặt  trời”  âm  thầm  thực  hiện.  Vào  năm  2005, Hội Khoa học hành tinh đã nỗ  lực gửi một vệ tinh cánh buồm mặt  trời  mang  tên  Cosmos  1  lên  vũ  trụ  trong một chương trình hợp tác Nga  - Mỹ. Tuy nhiên, kết quả đã trở thành  công cốc khi tên lửa đẩy Volna mang  theo  vệ  tinh  đã  tắt  chỉ  83  giây  sau  khi phóng từ một tàu ngầm của Nga  trên biển Barents. Tên lửa bị tắt ngay  trong giai đoạn khởi động tầng đầu  tiên và đã không đạt được quỹ đạo.  Năm 2009, Hội Khoa học hành tinh  lại tiếp  tục làm một cánh buồm mặt  trời thử nghiệm với CubeSat dựa trên  dự án NanoSail-D của NASA  Ikaros và “cánh buồm” của nó.

(7) Năm  2011, dự án đầy tham vọng  mang  tên  LightSail  đã  ra  đời  để  chứng minh việc chèo thuyền mặt trời  có kiểm soát trong quỹ đạo Trái đất  thấp bằng cách sử dụng CubeSat. Dự  án LightSail được phát triển bởi Hội  Khoa học hành tinh bao gồm 2 tàu vũ  trụ LightSail 1 và LightSail 2. Cả hai  tàu vũ trụ LightSail có kích thước 10  ×  10  ×  30 cm. Sau khi triển khai, diện  tích của buồm là 32 m 2 .  

(8) Ngày 20/5/2015, LightSail 1 (còn  được gọi là LightSail-A) đã được công  bố. Tháng 6/2015, ngay sau khi được  phóng, LightSail 1 đã triển khai cánh  buồm mặt trời và quay trở lại bầu khí  quyển.  LightSail  1  thực  chất  là  một  nhiệm  vụ  trình  diễn  kỹ  thuật  được  thiết kế để thử nghiệm phương pháp  triển khai cánh buồm mới trong không  gian,  nó  không  thực  hiện  nhiệm  vụ  “chèo thuyền mặt trời”.

(9) Từ  kinh  nghiệm  cũng  như  kiến  thức đúc rút sau sứ mệnh LightSail  1, tháng 3/2016, Hội Khoa học hành  tinh tiếp tục công bố tàu vũ trụ thứ hai  mang tên LightSail 2. Đây là dự án  đầy ắp đam mê của các nhà khoa học  nhằm chứng minh rằng, chèo thuyền  mặt trời là một kỹ thuật đẩy khả thi  cho tàu vũ trụ. LightSail 2 là một tàu  vũ  trụ  với  đầy  đủ  chức  năng  nhằm  trình diễn khả năng chèo thuyền mặt  trời thực sự.  LightSail 2 trong phòng kiểm tra kỹ thuật.

(10) Thời  khắc  lịch  sử  cũng  đã  đến.  Ngày  23/7/2019,  LightSail  2  được  phóng  thành  công.  Tên  lửa  Falcon  Heavy  của  Tập  đoàn  công  nghệ  thám  hiểm  không  gian  SpaceX  đã  đưa tàu Prox-1 mang theo LightSail  2 lên không gian. Sau đó, LightSail  2 tách khỏi Prox-1 và bay theo quỹ  đạo quanh Trái đất. Như vậy, sau hơn  10  năm  nỗ  lực  nghiên  cứu  với  kinh  phí 7 triệu USD, phi thuyền loại nhỏ  LightSail 2 đã trở thành tàu vũ trụ đầu  tiên bay lên quỹ đạo chỉ nhờ vào sức  mạnh của ánh sáng mặt trời. Tên lửa đẩy Falcon của SpaceX đưa LightSail 2  lên không gian.

(11) Một con tàu vũ trụ cỡ nhỏ LightSail  2 có kích thước bằng một ổ bánh mì  cuối cùng đã tự biến thành một cánh  buồm mặt trời. LightSail 2 đã lên quỹ  đạo được hơn một tháng và lần đầu  tiên trong lịch sử nó đã mở cánh buồm  rộng 32 m 2 , được chế tạo bằng Mylar  NanoSail-D  - một loại polyester nhẹ và mỏng như  tơ nhện, giúp nó có thể tận dụng tốt  động lượng của photon. Khoảng một  tuần tiếp đó, tàu vũ trụ đã tăng quỹ  đạo lên 1,7 km, và lực đẩy có được  nhờ  các  photon  của  ánh  sáng  mặt  trời. Những photon từ ánh sáng mặt  trời phản xạ lên bề mặt cánh buồm  vào tạo ra lực đẩy giúp LightSail 2 di  chuyển.

(12) Thực tế, LightSail 2 đã thành công  trong việc sử dụng nguyên lý lực đẩy  photon. LightSail 2 có sự đột phát về  công nghệ trong việc kiểm soát lực  đẩy  để  thay  đổi  quỹ  đạo  một  cách  hiệu quả. Theo giám đốc dự án Dave  Spencer, LightSail 2 được kiểm soát  tự  động  bằng  các  thuật  toán.  Bằng  cách xoay tàu vũ trụ 90 o  cứ sau 50  phút, phần mềm này có thể thay đổi  hướng của tàu để nó nhận đủ năng  lượng từ Mặt trời cho dù ở bất cứ vị  trí  nào  trong  không  gian.  Trước  đó  Ikaros chỉ có thể xoay được khoảng  4-5 o .

(13) Thuật  toán  ấn  tượng  này  vẫn  đang  được  cập  nhật  và  điều  chỉnh.  Một trong những thách thức lớn nhất  là tinh chỉnh động lượng của tàu vũ  trụ được điều khiển bởi một bánh xe  quay. Bánh xe động lượng này được  sử dụng để thay đổi hướng của tàu.  Khi  cánh  buồm  mặt  trời  tạo  ra  quá  nhiều  lực  đẩy,  cần  có  một  lực  đối  kháng lại để làm chậm tốc độ quay.  Điều này được thực hiện bằng cách  sử dụng các thanh mô men xoắn điện  từ, định hướng tàu vũ trụ sử dụng từ  trường của Trái đất.  

(14) Các  nhà  khoa  học  hiện  khó  dự  đoán chính xác tàu vũ trụ sẽ có thể  nâng quỹ đạo bao nhiêu nữa. Theo  dự đoán, khi lực đẩy mặt trời cộng lại,  nó sẽ giúp tăng quỹ đạo của tàu lên  khoảng 0,5 km mỗi ngày. Đây không  phải là mục tiêu quá xa vời, trên thực  tế, tàu vũ trụ đã tăng thêm khoảng  900 m chỉ trong một ngày.

(15) Những gì mà các sứ mệnh không  gian trên làm được là minh chứng rõ  ràng nhất trong việc sử dụng lực đẩy  ánh sáng cho các sứ mệnh du hành  vũ trụ tương lai. Tất cả không chỉ là  giấc mơ mà đang hiện hữu và hiện  thực hóa trong niềm đam mê không  dứt và sự tiến bộ không ngừng của  các  đột  phá  về  khoa  học  và  công  nghệ vũ trụ.

(16) Việc phát triển tàu vũ trụ sử dụng  lực  đẩy  ánh  sáng  hứa  hẹn  mở  ra  những tiềm năng vô cùng lớn trong  nghiên  cứu  và  thám  hiểm  vũ  trụ.  Điều dễ dàng nhận thấy là ứng dụng  trong  việc  tìm  kiếm  sự  sống  ngoài  hành tinh, theo dõi thời tiết trên Mặt  trời, triển khai hệ thống cảnh báo tiểu  hành  tinh  gần  Trái  đất,  thậm  chí  là  những sứ mệnh thám hiểm không chỉ  giới hạn trong phạm vi hệ Mặt trời mà  còn vươn tới không gian liên sao.

(17) Các  nhà  nghiên  cứu  tin  rằng,  những con tàu tương lai được chế tạo  và bảo vệ bởi những vật liệu có khả  năng chịu được nhiệt độ và bức xạ  cao. Tàu vũ trụ như vậy có thể tiếp  cận rất gần Mặt trời, sau đó chúng sẽ  nhận được một lực đẩy lớn để tạo đà  cho nó di chuyển xa hơn và với tốc  độ cao hơn nhiều vào không gian sâu  thẳm.

(18) Tàu vũ trụ tiểu hành tinh gần Trái  đất (NEA Scout ) của NASA dự kiến  sẽ được phóng vào giữa năm 2020,  là ứng dụng sớm nhất cho công nghệ  lực đẩy ánh sáng này. Những nhiệm  vụ táo bạo có kế hoạch sử dụng cánh  buồm mặt trời là những vệ tinh nhỏ  CubeSat loại 6U, hoặc tàu vũ trụ có  kích  thước  nhỏ  để  thu  thập  dữ  liệu  về các tiểu hành tinh gần Trái đất có  tiềm năng cho các nhiệm vụ nghiên  cứu không gian của con người trong  tương lai.

(19) Trong tương lai, thế hệ tàu vũ trụ  nhỏ mang cánh buồm mặt trời sẽ trở  thành  một  hướng  đi  đầy  tiềm  năng  trong  việc  thực  hiện  các  nhiệm  vụ  thám  hiểm  ngoài  hệ  Mặt  trời.  Các  cánh buồm vừa có chức năng tạo lực  đẩy, vừa đóng vai trò như các tấm  pin  mặt trời  sẽ cung cấp năng lượng cho  các chức năng khác của vệ tinh như  chụp  ảnh  và  liên  lạc  với  mặt  đất...  Khi quay quanh Trái đất, tàu vũ trụ sẽ tăng độ cao nhờ áp lực của bức  xạ mặt trời trên cánh buồm. Các tàu  vũ trụ CubeSate với kích thước nhỏ  gọn, vừa giúp giảm chi phí, vừa linh  động trong nghiên cứu, đồng thời phù  hợp  với  nguyên  lý  sử  dụng  lực  đẩy  ánh sáng nhờ buồm sẽ tạo nên cuộc  cách mạng vô tiền khoáng hậu trong  nghiên cứu không gian

(Nguồn: “Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng”, Nguyễn Đức Phường, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 11, năm 2019)

Theo văn bản, các nhà khoa học đang nung nấu giấc mơ gì về vũ trụ?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

1. Các nhà khoa học Canada tìm ra một nguyên nhân đến từ ngoài vũ trụ giúp cho sự sống có thể sinh sôi và duy trì trên Trái Đất, thay vì các hành tinh gần nhất là Sao Kim.

2. Theo Science Daily, các nhà khoa học ở đại học British Columbia (UBC) công bố nghiên cứu mới trên Tạp chí khoa học Nature Geoscience hôm 21/7 về nguyên nhân hình thành sự sống trên Trái Đất.

Nghiên cứu cho thấy bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi các nguyên tố phóng xạ và sản sinh nhiệt lượng lớn như urani và kali ở thời kì mới hình thành. Tuy nhiên, một bước ngoặt xảy ra khiến cho một lượng rất lớn các nguyên tố này biến mất khỏi bề mặt Trái Đất.

Bước ngoặt này chính là những cơn mưa thiên thạch liên tục bắn phá khiến cho urani và kali bị tách ra khỏi bề mặt hành tinh và văng vào trong không gian. Điều này giúp cho bề mặt Trái Đất trở nên ổn định hơn.

"Sự kiện này đã góp phần định hình và kiến tạo nên địa chất, khí hậu và từ trường của Trái Đất như ngày nay chúng ta đang sống," Mark Jellinek, giáo sư Phòng Khoa học Trái Đất, Đại dương và Khí quyển thuộc UBC nói.

3. Các mảng kiến tạo nguội dần và ổn định hơn. Điều này giúp Trái Đất duy trì được từ trường mạnh và kích hoạt sự phun trào của các núi lửa. Núi lửa phun trào giải phóng khí nhà kính từ sâu trong lòng đất tạo nên khí hậu ấm áp và điều hòa thích hợp cho sự sống xuất hiện và phát triển. Đây là điểm khác biệt lớn nhất giữa Trái Đất và các hành tinh đá khác.

Ngày nay, sao Kim là một "vùng đất chết" nhưng các nhà khoa học đã đặt ra câu hỏi liệu hành tinh này có phải lúc nào cũng không phù hợp cho sự sống như vậy hay không?

Sao Kim - "người hàng xóm" gần chúng ta nhất, được gọi là anh em sinh đôi của Trái Đất bởi sự tương đồng về kích cỡ và mật độ của cả hai hành tinh. Tuy nhiên, xét trên những mặt khác, hai hành tinh này hoàn toàn khác nhau. Mọi thứ trên hành tinh này lại không diễn ra tương tự như hành tinh của chúng ta. Khi Trái Đất đã ổn định và có sự sống sinh sôi nảy nở, bầu khí quyển của Sao Kim chỉ toàn khí CO2 với nhiệt độ bề mặt lên đến 470 độ C.

4. Để hiểu về việc hai hành tinh đá này vì sao lại khác nhau như vậy, một nhóm các nhà vật lý thiên văn đã quyết định mô phỏng lại từ đầu thời điểm các hành tinh trong Hệ Mặt trời của chúng ta hình thành cách đây 4,5 tỷ năm.

Họ đã sử dụng mô hình khí hậu, tương tự như những gì các nhà nghiên cứu sử dụng khi mô phỏng sự thay đổi khí hậu trên Trái Đất, để nhìn lại thời điểm sao Kim và Trái Đất khi vẫn còn là các hành tinh trẻ. Nghiên cứu mới này đã được công bố trên tạp chí Nature ngày 13/10.

5. Các đại dương chỉ có thể hình thành khi nhiệt độ đủ lạnh để nước ngưng tụ và rơi xuống thành mưa trong hàng nghìn năm. Đó là cách mà đại dương trên Trái Đất hình thành trong hơn 10 triệu năm. Trong khi đó, sao Kim vẫn vô cùng nóng.

Vào thời điểm đó, Mặt Trời mờ hơn bây giờ 25%. Tuy nhiên, điều này vẫn chưa đủ để giúp sao Kim nguội bớt bởi nó là hành tinh nằm gần Mặt Trời thứ hai. Các nhà nghiên cứu đã đặt câu hỏi liệu các đám mây có giúp gì để nhiệt độ trên sao Kim giảm bớt hay không.

6. Mô hình khí hậu của các nhà nghiên cứu cho thấy, các đám mây đã đóng vai trò nhất định nhưng theo một cách không ngờ tới. Chúng tập hợp ở mặt tối của sao Kim và vì thế không thể bảo vệ hành tinh này khỏi Mặt trời ở phía ban ngày. Trong khi sao Kim không bị khóa thủy triều với Mặt Trời - hiện tượng mà một mặt của hành tinh luôn đối mặt với Mặt Trời, thì nó có tốc độ quay vô cùng chậm.

Thay vì che chắn cho sao Kim khỏi hơi nóng, những đám mây ở mặt tối của sao Kim góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính, khiến hơi nóng bị mắc kẹt trong bầu khí quyển đậm đặc của hành tinh này và làm cho nhiệt độ luôn ở mức cao. Với khí nóng bị mắc kẹt liên tục như vậy, sao Kim quá nóng nên không thể có mưa. Thay vào đó, nước chỉ có thể tồn tại ở thể khí và hơi nước trong khí quyển.

7. "Nhiệt độ cao đồng nghĩa với việc nước chỉ có thể hình thành thể hơi giống như trong một cái nồi với áp suất khổng lồ", Martin Turbet, tác giả dẫn đầu nghiên cứu tại Khoa Khoa học thuộc Phòng Thiên văn học của Đại học Geneva nhận định.

"Trái Đất lẽ ra cũng có kết cục giống như Sao Kim," Jellinek nói và giải thích về nguyên nhân khiến cho hai hành tinh đã tiến hóa khác nhau, "mấu chốt của vấn đề chính là mức độ xói mòn khác nhau trên bề mặt."

Không bị bắn phá như Trái Đất, bề mặt Sao Kim nguội đi rất chậm theo thời gian. Các núi lửa biến động phức tạp, khí hậu đảo lộn liên tục trong hàng tỷ năm khiến cho sự sống không có cơ hội xuất hiện.

"Từ những ảnh hưởng của sự xói mòn bề mặt, chúng tôi nhận ra rằng những điều chỉnh về thành phần cấu tạo của hành tinh trong thời kì sơ khai sẽ để lại những hệ quả sâu sắc tới quá trình tiến hóa của nó. Chính những hoàn cảnh đặc biệt trong buổi sơ khai đã tạo nên Trái Đất ngày nay," Jellinek kết luận.

(Nguồn: khoahoc.tv)

Theo bài đọc, “Sự kiện nào đã góp phần định hình và kiến tạo nên địa chất, khí hậu và từ trường của Trái Đất như ngày nay chúng ta đang sống”?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng

(1) Ánh  sáng  là  khởi  nguồn  của  vũ  trụ. Những tia sáng đầu tiên rọi chiếu  vũ trụ bắt đầu cách đây khoảng 13,7  tỷ năm. Ánh sáng mang đến cho vũ  trụ mọi thứ và kiến tạo nên sự sống  trên các hành tinh. Đó là nguồn năng  lượng vô tận. Cũng giống như hàng  trăm tỷ ngôi sao khác trong dải Ngân  hà, Mặt trời mang nguồn năng lượng  vô giá cho Trái đất. Ánh sáng mặt trời  cho phép một Trái đất phì nhiêu sức  sống, từ những loài vi khuẩn vô cùng  nhỏ bé đến những cơ thể sống khổng  lồ, từ đại dương bao la đến núi rừng  xanh ngát. Loài người biến ánh sáng  mặt trời thành nguồn năng lượng dồi  dào cho cuộc sống. Đó là một nguồn  năng  lượng  sạch  và  không  thể  cạn  kiệt cho ít nhất 5 tỷ năm nữa.

(2) Với các nhà khoa học vũ trụ, ánh  sáng  mặt  trời  giúp  “nuôi  sống”  các  cỗ máy khoa học tối tân, những phi  thuyền đang lao vút trong không gian  và những xe tự hành đang lăn bánh  trên bề mặt các hành tinh. Nhưng xa  hơn thế, họ đang nung nấu một giấc  mơ ấp ủ suốt nửa thế kỷ. Đó là biến  ánh sáng mặt trời thành những cơn  gió giúp các phi thuyền “căng buồm”  vào  không  gian  liên  hành  tinh  và  xa hơn nữa là liên sao. Giấc mơ đó  không phải là không có cơ sở.  

(3) Cách đây hơn một thế kỷ, Albert  Einstein  đã  phát  triển  thuyết  lượng  tử ánh sáng lên một nấc thang mới.  Mô hình về photon ánh sáng mà nhà  khoa học thiên tài này đưa ra nhằm  giải thích những quan sát thực nghiệm  mà  không  thể  giải  thích  thỏa  đáng  bởi   mô hình sóng  cổ điển. Bản chất  lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng đã  tháo những nút thắt cơ bản trong vật  lý đương đại. Bên cạnh tính chất sóng  thì ánh sáng cư xử như những hạt gọi  là những lượng tử ánh sáng - photon.  Einstein  chỉ  ra  rằng,  lượng  tử  năng  lượng photon cũng phải mang  động  lượng, do vậy chúng có đầy đủ tính  chất của một  hạt. Thời gian sau đó,  động lượng của photon đã được quan  sát bằng thực nghiệm  bởi   nhà vật lý  Arthur  Compton.  Năm  1927,  chính  thí nghiệm này đã giúp ông được trao  giải Nobel trong lĩnh vực Vật lý.  

(4) Đó chính là mấu chốt của vấn đề  giúp  các  nhà  khoa  học  mơ  về  một  tương lai thế hệ tàu vũ trụ di chuyển  nhờ áp lực của ánh sáng. Theo đó,  các  photon  ánh  sáng  của  Mặt  trời  cũng như những ngôi sao mang động  lượng, khi gặp vật cản phản xạ, chúng  chuyển động lượng theo hướng ngược  lại với ánh sáng dội lại. Động lượng  của nó sẽ tạo thành một lực đẩy. Mặc  dù rất nhỏ nhưng với tiết diện phản  xạ lớn, khối lượng tàu vũ trụ nhỏ và  trong môi trường chân không thì lực  đẩy này sẽ trở nên đáng kể, giúp phi  thuyền di chuyển trong không gian.  Điều  này  giống  như  việc  chúng  ta  ném những quả bóng tenis vào một  tấm  phản  gắn  dựng  đứng  trên  một  chiếc  thuyền  nhỏ.  Khi  ném  liên  tục  những quả bóng sẽ tác động lực lên  tấm phản làm cho thuyền di chuyển  trên mặt nước. Trong trường hợp này,  các  photon  được  ví  như  những  quả  bóng tennis. Đối với những con tàu  vũ  trụ  thì  những  tấm  khiên  nhẹ  với  tiết  diện  phản  xạ  như  những  cánh  buồm no gió. Như vậy, chúng ta sẽ có  một phi thuyền vũ trụ hoạt động mà  không cần động cơ, nhiên liệu. Vào  năm 1976, nhà thiên văn học huyền  thoại Carl Sagan trong chương trình  Tonight Show với Johnny Carson đã  đề cập đến một phương pháp đẩy cho  các phi thuyền không gian mới gọi là  cánh buồm mặt trời.  

(5) Đã  4  thập  kỷ  trôi  qua,  những  điều tưởng như chỉ là trong giấc mơ  đã dần thành hiện thực. Đó là điều  tuyệt vời nhất mà các nhà khoa học  vũ trụ có được trong kỷ nguyên chinh  phục không gian. Tháng 8/2008, Cơ  quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA)  cũng đã công bố một “chiếc thuyền  buồm”  vũ  trụ  hình  khối  nhỏ  có  tên  Nanosail-D.  NanoSail-D  là  một  vệ  tinh nhỏ (CubeSat) được Trung tâm  Nghiên cứu Ames của NASA sử dụng  để  nghiên  cứu  triển  khai  một  cánh  buồm mặt trời trong không gian. Đó  là một CubeSat 3 đơn vị (3U) có kích  thước 30 x 10 x 10 cm, với khối lượng  4  kg.  Vệ  tinh  đã  bị  mất  ngay  sau  khi phóng do sự cố tên lửa Falcon 1  mang nó. Sau đó, NASA đã thay thế  một sứ mệnh mới với NanoSail-D2 đã  được triển khai thành công vào đầu  năm 2011.

(6) Tháng  6/2010,  Cơ  quan  Hàng  không  vũ  trụ  Nhật  Bản  (JAXA)  đã  phóng  thành  công  “du  thuyền  mặt  trời”  Ikaros  vào  không  gian.  Dự  án  đầy  tham  vọng  này  đã  chứng  minh  rằng, một màng mỏng gắn vào thân  tàu vũ trụ có thể đẩy phương tiện về  phía trước bằng cách thu thập động  lượng từ lực đẩy của các hạt ánh sáng  của Mặt trời. Tuy nhiên, có một dự án  tham  vọng  hơn  được  các  nhà  khoa  học có cùng ước mơ “cánh buồm mặt  trời”  âm  thầm  thực  hiện.  Vào  năm  2005, Hội Khoa học hành tinh đã nỗ  lực gửi một vệ tinh cánh buồm mặt  trời  mang  tên  Cosmos  1  lên  vũ  trụ  trong một chương trình hợp tác Nga  - Mỹ. Tuy nhiên, kết quả đã trở thành  công cốc khi tên lửa đẩy Volna mang  theo  vệ  tinh  đã  tắt  chỉ  83  giây  sau  khi phóng từ một tàu ngầm của Nga  trên biển Barents. Tên lửa bị tắt ngay  trong giai đoạn khởi động tầng đầu  tiên và đã không đạt được quỹ đạo.  Năm 2009, Hội Khoa học hành tinh  lại tiếp  tục làm một cánh buồm mặt  trời thử nghiệm với CubeSat dựa trên  dự án NanoSail-D của NASA  Ikaros và “cánh buồm” của nó.

(7) Năm  2011, dự án đầy tham vọng  mang  tên  LightSail  đã  ra  đời  để  chứng minh việc chèo thuyền mặt trời  có kiểm soát trong quỹ đạo Trái đất  thấp bằng cách sử dụng CubeSat. Dự  án LightSail được phát triển bởi Hội  Khoa học hành tinh bao gồm 2 tàu vũ  trụ LightSail 1 và LightSail 2. Cả hai  tàu vũ trụ LightSail có kích thước 10  ×  10  ×  30 cm. Sau khi triển khai, diện  tích của buồm là 32 m 2 .  

(8) Ngày 20/5/2015, LightSail 1 (còn  được gọi là LightSail-A) đã được công  bố. Tháng 6/2015, ngay sau khi được  phóng, LightSail 1 đã triển khai cánh  buồm mặt trời và quay trở lại bầu khí  quyển.  LightSail  1  thực  chất  là  một  nhiệm  vụ  trình  diễn  kỹ  thuật  được  thiết kế để thử nghiệm phương pháp  triển khai cánh buồm mới trong không  gian,  nó  không  thực  hiện  nhiệm  vụ  “chèo thuyền mặt trời”.

(9) Từ  kinh  nghiệm  cũng  như  kiến  thức đúc rút sau sứ mệnh LightSail  1, tháng 3/2016, Hội Khoa học hành  tinh tiếp tục công bố tàu vũ trụ thứ hai  mang tên LightSail 2. Đây là dự án  đầy ắp đam mê của các nhà khoa học  nhằm chứng minh rằng, chèo thuyền  mặt trời là một kỹ thuật đẩy khả thi  cho tàu vũ trụ. LightSail 2 là một tàu  vũ  trụ  với  đầy  đủ  chức  năng  nhằm  trình diễn khả năng chèo thuyền mặt  trời thực sự.  LightSail 2 trong phòng kiểm tra kỹ thuật.

(10) Thời  khắc  lịch  sử  cũng  đã  đến.  Ngày  23/7/2019,  LightSail  2  được  phóng  thành  công.  Tên  lửa  Falcon  Heavy  của  Tập  đoàn  công  nghệ  thám  hiểm  không  gian  SpaceX  đã  đưa tàu Prox-1 mang theo LightSail  2 lên không gian. Sau đó, LightSail  2 tách khỏi Prox-1 và bay theo quỹ  đạo quanh Trái đất. Như vậy, sau hơn  10  năm  nỗ  lực  nghiên  cứu  với  kinh  phí 7 triệu USD, phi thuyền loại nhỏ  LightSail 2 đã trở thành tàu vũ trụ đầu  tiên bay lên quỹ đạo chỉ nhờ vào sức  mạnh của ánh sáng mặt trời. Tên lửa đẩy Falcon của SpaceX đưa LightSail 2  lên không gian.

(11) Một con tàu vũ trụ cỡ nhỏ LightSail  2 có kích thước bằng một ổ bánh mì  cuối cùng đã tự biến thành một cánh  buồm mặt trời. LightSail 2 đã lên quỹ  đạo được hơn một tháng và lần đầu  tiên trong lịch sử nó đã mở cánh buồm  rộng 32 m 2 , được chế tạo bằng Mylar  NanoSail-D  - một loại polyester nhẹ và mỏng như  tơ nhện, giúp nó có thể tận dụng tốt  động lượng của photon. Khoảng một  tuần tiếp đó, tàu vũ trụ đã tăng quỹ  đạo lên 1,7 km, và lực đẩy có được  nhờ  các  photon  của  ánh  sáng  mặt  trời. Những photon từ ánh sáng mặt  trời phản xạ lên bề mặt cánh buồm  vào tạo ra lực đẩy giúp LightSail 2 di  chuyển.

(12) Thực tế, LightSail 2 đã thành công  trong việc sử dụng nguyên lý lực đẩy  photon. LightSail 2 có sự đột phát về  công nghệ trong việc kiểm soát lực  đẩy  để  thay  đổi  quỹ  đạo  một  cách  hiệu quả. Theo giám đốc dự án Dave  Spencer, LightSail 2 được kiểm soát  tự  động  bằng  các  thuật  toán.  Bằng  cách xoay tàu vũ trụ 90 o  cứ sau 50  phút, phần mềm này có thể thay đổi  hướng của tàu để nó nhận đủ năng  lượng từ Mặt trời cho dù ở bất cứ vị  trí  nào  trong  không  gian.  Trước  đó  Ikaros chỉ có thể xoay được khoảng  4-5 o .

(13) Thuật  toán  ấn  tượng  này  vẫn  đang  được  cập  nhật  và  điều  chỉnh.  Một trong những thách thức lớn nhất  là tinh chỉnh động lượng của tàu vũ  trụ được điều khiển bởi một bánh xe  quay. Bánh xe động lượng này được  sử dụng để thay đổi hướng của tàu.  Khi  cánh  buồm  mặt  trời  tạo  ra  quá  nhiều  lực  đẩy,  cần  có  một  lực  đối  kháng lại để làm chậm tốc độ quay.  Điều này được thực hiện bằng cách  sử dụng các thanh mô men xoắn điện  từ, định hướng tàu vũ trụ sử dụng từ  trường của Trái đất.  

(14) Các  nhà  khoa  học  hiện  khó  dự  đoán chính xác tàu vũ trụ sẽ có thể  nâng quỹ đạo bao nhiêu nữa. Theo  dự đoán, khi lực đẩy mặt trời cộng lại,  nó sẽ giúp tăng quỹ đạo của tàu lên  khoảng 0,5 km mỗi ngày. Đây không  phải là mục tiêu quá xa vời, trên thực  tế, tàu vũ trụ đã tăng thêm khoảng  900 m chỉ trong một ngày.

(15) Những gì mà các sứ mệnh không  gian trên làm được là minh chứng rõ  ràng nhất trong việc sử dụng lực đẩy  ánh sáng cho các sứ mệnh du hành  vũ trụ tương lai. Tất cả không chỉ là  giấc mơ mà đang hiện hữu và hiện  thực hóa trong niềm đam mê không  dứt và sự tiến bộ không ngừng của  các  đột  phá  về  khoa  học  và  công  nghệ vũ trụ.

(16) Việc phát triển tàu vũ trụ sử dụng  lực  đẩy  ánh  sáng  hứa  hẹn  mở  ra  những tiềm năng vô cùng lớn trong  nghiên  cứu  và  thám  hiểm  vũ  trụ.  Điều dễ dàng nhận thấy là ứng dụng  trong  việc  tìm  kiếm  sự  sống  ngoài  hành tinh, theo dõi thời tiết trên Mặt  trời, triển khai hệ thống cảnh báo tiểu  hành  tinh  gần  Trái  đất,  thậm  chí  là  những sứ mệnh thám hiểm không chỉ  giới hạn trong phạm vi hệ Mặt trời mà  còn vươn tới không gian liên sao.

(17) Các  nhà  nghiên  cứu  tin  rằng,  những con tàu tương lai được chế tạo  và bảo vệ bởi những vật liệu có khả  năng chịu được nhiệt độ và bức xạ  cao. Tàu vũ trụ như vậy có thể tiếp  cận rất gần Mặt trời, sau đó chúng sẽ  nhận được một lực đẩy lớn để tạo đà  cho nó di chuyển xa hơn và với tốc  độ cao hơn nhiều vào không gian sâu  thẳm.

(18) Tàu vũ trụ tiểu hành tinh gần Trái  đất (NEA Scout ) của NASA dự kiến  sẽ được phóng vào giữa năm 2020,  là ứng dụng sớm nhất cho công nghệ  lực đẩy ánh sáng này. Những nhiệm  vụ táo bạo có kế hoạch sử dụng cánh  buồm mặt trời là những vệ tinh nhỏ  CubeSat loại 6U, hoặc tàu vũ trụ có  kích  thước  nhỏ  để  thu  thập  dữ  liệu  về các tiểu hành tinh gần Trái đất có  tiềm năng cho các nhiệm vụ nghiên  cứu không gian của con người trong  tương lai.

(19) Trong tương lai, thế hệ tàu vũ trụ  nhỏ mang cánh buồm mặt trời sẽ trở  thành  một  hướng  đi  đầy  tiềm  năng  trong  việc  thực  hiện  các  nhiệm  vụ  thám  hiểm  ngoài  hệ  Mặt  trời.  Các  cánh buồm vừa có chức năng tạo lực  đẩy, vừa đóng vai trò như các tấm  pin  mặt trời  sẽ cung cấp năng lượng cho  các chức năng khác của vệ tinh như  chụp  ảnh  và  liên  lạc  với  mặt  đất...  Khi quay quanh Trái đất, tàu vũ trụ sẽ tăng độ cao nhờ áp lực của bức  xạ mặt trời trên cánh buồm. Các tàu  vũ trụ CubeSate với kích thước nhỏ  gọn, vừa giúp giảm chi phí, vừa linh  động trong nghiên cứu, đồng thời phù  hợp  với  nguyên  lý  sử  dụng  lực  đẩy  ánh sáng nhờ buồm sẽ tạo nên cuộc  cách mạng vô tiền khoáng hậu trong  nghiên cứu không gian

(Nguồn: “Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng”, Nguyễn Đức Phường, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 11, năm 2019)

Năm 1976, nhà thiên văn học nào đã đề cập phương pháp đẩy cho các phi thuyền không gian mới?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng

(1) Ánh  sáng  là  khởi  nguồn  của  vũ  trụ. Những tia sáng đầu tiên rọi chiếu  vũ trụ bắt đầu cách đây khoảng 13,7  tỷ năm. Ánh sáng mang đến cho vũ  trụ mọi thứ và kiến tạo nên sự sống  trên các hành tinh. Đó là nguồn năng  lượng vô tận. Cũng giống như hàng  trăm tỷ ngôi sao khác trong dải Ngân  hà, Mặt trời mang nguồn năng lượng  vô giá cho Trái đất. Ánh sáng mặt trời  cho phép một Trái đất phì nhiêu sức  sống, từ những loài vi khuẩn vô cùng  nhỏ bé đến những cơ thể sống khổng  lồ, từ đại dương bao la đến núi rừng  xanh ngát. Loài người biến ánh sáng  mặt trời thành nguồn năng lượng dồi  dào cho cuộc sống. Đó là một nguồn  năng  lượng  sạch  và  không  thể  cạn  kiệt cho ít nhất 5 tỷ năm nữa.

(2) Với các nhà khoa học vũ trụ, ánh  sáng  mặt  trời  giúp  “nuôi  sống”  các  cỗ máy khoa học tối tân, những phi  thuyền đang lao vút trong không gian  và những xe tự hành đang lăn bánh  trên bề mặt các hành tinh. Nhưng xa  hơn thế, họ đang nung nấu một giấc  mơ ấp ủ suốt nửa thế kỷ. Đó là biến  ánh sáng mặt trời thành những cơn  gió giúp các phi thuyền “căng buồm”  vào  không  gian  liên  hành  tinh  và  xa hơn nữa là liên sao. Giấc mơ đó  không phải là không có cơ sở.  

(3) Cách đây hơn một thế kỷ, Albert  Einstein  đã  phát  triển  thuyết  lượng  tử ánh sáng lên một nấc thang mới.  Mô hình về photon ánh sáng mà nhà  khoa học thiên tài này đưa ra nhằm  giải thích những quan sát thực nghiệm  mà  không  thể  giải  thích  thỏa  đáng  bởi   mô hình sóng  cổ điển. Bản chất  lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng đã  tháo những nút thắt cơ bản trong vật  lý đương đại. Bên cạnh tính chất sóng  thì ánh sáng cư xử như những hạt gọi  là những lượng tử ánh sáng - photon.  Einstein  chỉ  ra  rằng,  lượng  tử  năng  lượng photon cũng phải mang  động  lượng, do vậy chúng có đầy đủ tính  chất của một  hạt. Thời gian sau đó,  động lượng của photon đã được quan  sát bằng thực nghiệm  bởi   nhà vật lý  Arthur  Compton.  Năm  1927,  chính  thí nghiệm này đã giúp ông được trao  giải Nobel trong lĩnh vực Vật lý.  

(4) Đó chính là mấu chốt của vấn đề  giúp  các  nhà  khoa  học  mơ  về  một  tương lai thế hệ tàu vũ trụ di chuyển  nhờ áp lực của ánh sáng. Theo đó,  các  photon  ánh  sáng  của  Mặt  trời  cũng như những ngôi sao mang động  lượng, khi gặp vật cản phản xạ, chúng  chuyển động lượng theo hướng ngược  lại với ánh sáng dội lại. Động lượng  của nó sẽ tạo thành một lực đẩy. Mặc  dù rất nhỏ nhưng với tiết diện phản  xạ lớn, khối lượng tàu vũ trụ nhỏ và  trong môi trường chân không thì lực  đẩy này sẽ trở nên đáng kể, giúp phi  thuyền di chuyển trong không gian.  Điều  này  giống  như  việc  chúng  ta  ném những quả bóng tenis vào một  tấm  phản  gắn  dựng  đứng  trên  một  chiếc  thuyền  nhỏ.  Khi  ném  liên  tục  những quả bóng sẽ tác động lực lên  tấm phản làm cho thuyền di chuyển  trên mặt nước. Trong trường hợp này,  các  photon  được  ví  như  những  quả  bóng tennis. Đối với những con tàu  vũ  trụ  thì  những  tấm  khiên  nhẹ  với  tiết  diện  phản  xạ  như  những  cánh  buồm no gió. Như vậy, chúng ta sẽ có  một phi thuyền vũ trụ hoạt động mà  không cần động cơ, nhiên liệu. Vào  năm 1976, nhà thiên văn học huyền  thoại Carl Sagan trong chương trình  Tonight Show với Johnny Carson đã  đề cập đến một phương pháp đẩy cho  các phi thuyền không gian mới gọi là  cánh buồm mặt trời.  

(5) Đã  4  thập  kỷ  trôi  qua,  những  điều tưởng như chỉ là trong giấc mơ  đã dần thành hiện thực. Đó là điều  tuyệt vời nhất mà các nhà khoa học  vũ trụ có được trong kỷ nguyên chinh  phục không gian. Tháng 8/2008, Cơ  quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA)  cũng đã công bố một “chiếc thuyền  buồm”  vũ  trụ  hình  khối  nhỏ  có  tên  Nanosail-D.  NanoSail-D  là  một  vệ  tinh nhỏ (CubeSat) được Trung tâm  Nghiên cứu Ames của NASA sử dụng  để  nghiên  cứu  triển  khai  một  cánh  buồm mặt trời trong không gian. Đó  là một CubeSat 3 đơn vị (3U) có kích  thước 30 x 10 x 10 cm, với khối lượng  4  kg.  Vệ  tinh  đã  bị  mất  ngay  sau  khi phóng do sự cố tên lửa Falcon 1  mang nó. Sau đó, NASA đã thay thế  một sứ mệnh mới với NanoSail-D2 đã  được triển khai thành công vào đầu  năm 2011.

(6) Tháng  6/2010,  Cơ  quan  Hàng  không  vũ  trụ  Nhật  Bản  (JAXA)  đã  phóng  thành  công  “du  thuyền  mặt  trời”  Ikaros  vào  không  gian.  Dự  án  đầy  tham  vọng  này  đã  chứng  minh  rằng, một màng mỏng gắn vào thân  tàu vũ trụ có thể đẩy phương tiện về  phía trước bằng cách thu thập động  lượng từ lực đẩy của các hạt ánh sáng  của Mặt trời. Tuy nhiên, có một dự án  tham  vọng  hơn  được  các  nhà  khoa  học có cùng ước mơ “cánh buồm mặt  trời”  âm  thầm  thực  hiện.  Vào  năm  2005, Hội Khoa học hành tinh đã nỗ  lực gửi một vệ tinh cánh buồm mặt  trời  mang  tên  Cosmos  1  lên  vũ  trụ  trong một chương trình hợp tác Nga  - Mỹ. Tuy nhiên, kết quả đã trở thành  công cốc khi tên lửa đẩy Volna mang  theo  vệ  tinh  đã  tắt  chỉ  83  giây  sau  khi phóng từ một tàu ngầm của Nga  trên biển Barents. Tên lửa bị tắt ngay  trong giai đoạn khởi động tầng đầu  tiên và đã không đạt được quỹ đạo.  Năm 2009, Hội Khoa học hành tinh  lại tiếp  tục làm một cánh buồm mặt  trời thử nghiệm với CubeSat dựa trên  dự án NanoSail-D của NASA  Ikaros và “cánh buồm” của nó.

(7) Năm  2011, dự án đầy tham vọng  mang  tên  LightSail  đã  ra  đời  để  chứng minh việc chèo thuyền mặt trời  có kiểm soát trong quỹ đạo Trái đất  thấp bằng cách sử dụng CubeSat. Dự  án LightSail được phát triển bởi Hội  Khoa học hành tinh bao gồm 2 tàu vũ  trụ LightSail 1 và LightSail 2. Cả hai  tàu vũ trụ LightSail có kích thước 10  ×  10  ×  30 cm. Sau khi triển khai, diện  tích của buồm là 32 m 2 .  

(8) Ngày 20/5/2015, LightSail 1 (còn  được gọi là LightSail-A) đã được công  bố. Tháng 6/2015, ngay sau khi được  phóng, LightSail 1 đã triển khai cánh  buồm mặt trời và quay trở lại bầu khí  quyển.  LightSail  1  thực  chất  là  một  nhiệm  vụ  trình  diễn  kỹ  thuật  được  thiết kế để thử nghiệm phương pháp  triển khai cánh buồm mới trong không  gian,  nó  không  thực  hiện  nhiệm  vụ  “chèo thuyền mặt trời”.

(9) Từ  kinh  nghiệm  cũng  như  kiến  thức đúc rút sau sứ mệnh LightSail  1, tháng 3/2016, Hội Khoa học hành  tinh tiếp tục công bố tàu vũ trụ thứ hai  mang tên LightSail 2. Đây là dự án  đầy ắp đam mê của các nhà khoa học  nhằm chứng minh rằng, chèo thuyền  mặt trời là một kỹ thuật đẩy khả thi  cho tàu vũ trụ. LightSail 2 là một tàu  vũ  trụ  với  đầy  đủ  chức  năng  nhằm  trình diễn khả năng chèo thuyền mặt  trời thực sự.  LightSail 2 trong phòng kiểm tra kỹ thuật.

(10) Thời  khắc  lịch  sử  cũng  đã  đến.  Ngày  23/7/2019,  LightSail  2  được  phóng  thành  công.  Tên  lửa  Falcon  Heavy  của  Tập  đoàn  công  nghệ  thám  hiểm  không  gian  SpaceX  đã  đưa tàu Prox-1 mang theo LightSail  2 lên không gian. Sau đó, LightSail  2 tách khỏi Prox-1 và bay theo quỹ  đạo quanh Trái đất. Như vậy, sau hơn  10  năm  nỗ  lực  nghiên  cứu  với  kinh  phí 7 triệu USD, phi thuyền loại nhỏ  LightSail 2 đã trở thành tàu vũ trụ đầu  tiên bay lên quỹ đạo chỉ nhờ vào sức  mạnh của ánh sáng mặt trời. Tên lửa đẩy Falcon của SpaceX đưa LightSail 2  lên không gian.

(11) Một con tàu vũ trụ cỡ nhỏ LightSail  2 có kích thước bằng một ổ bánh mì  cuối cùng đã tự biến thành một cánh  buồm mặt trời. LightSail 2 đã lên quỹ  đạo được hơn một tháng và lần đầu  tiên trong lịch sử nó đã mở cánh buồm  rộng 32 m 2 , được chế tạo bằng Mylar  NanoSail-D  - một loại polyester nhẹ và mỏng như  tơ nhện, giúp nó có thể tận dụng tốt  động lượng của photon. Khoảng một  tuần tiếp đó, tàu vũ trụ đã tăng quỹ  đạo lên 1,7 km, và lực đẩy có được  nhờ  các  photon  của  ánh  sáng  mặt  trời. Những photon từ ánh sáng mặt  trời phản xạ lên bề mặt cánh buồm  vào tạo ra lực đẩy giúp LightSail 2 di  chuyển.

(12) Thực tế, LightSail 2 đã thành công  trong việc sử dụng nguyên lý lực đẩy  photon. LightSail 2 có sự đột phát về  công nghệ trong việc kiểm soát lực  đẩy  để  thay  đổi  quỹ  đạo  một  cách  hiệu quả. Theo giám đốc dự án Dave  Spencer, LightSail 2 được kiểm soát  tự  động  bằng  các  thuật  toán.  Bằng  cách xoay tàu vũ trụ 90 o  cứ sau 50  phút, phần mềm này có thể thay đổi  hướng của tàu để nó nhận đủ năng  lượng từ Mặt trời cho dù ở bất cứ vị  trí  nào  trong  không  gian.  Trước  đó  Ikaros chỉ có thể xoay được khoảng  4-5 o .

(13) Thuật  toán  ấn  tượng  này  vẫn  đang  được  cập  nhật  và  điều  chỉnh.  Một trong những thách thức lớn nhất  là tinh chỉnh động lượng của tàu vũ  trụ được điều khiển bởi một bánh xe  quay. Bánh xe động lượng này được  sử dụng để thay đổi hướng của tàu.  Khi  cánh  buồm  mặt  trời  tạo  ra  quá  nhiều  lực  đẩy,  cần  có  một  lực  đối  kháng lại để làm chậm tốc độ quay.  Điều này được thực hiện bằng cách  sử dụng các thanh mô men xoắn điện  từ, định hướng tàu vũ trụ sử dụng từ  trường của Trái đất.  

(14) Các  nhà  khoa  học  hiện  khó  dự  đoán chính xác tàu vũ trụ sẽ có thể  nâng quỹ đạo bao nhiêu nữa. Theo  dự đoán, khi lực đẩy mặt trời cộng lại,  nó sẽ giúp tăng quỹ đạo của tàu lên  khoảng 0,5 km mỗi ngày. Đây không  phải là mục tiêu quá xa vời, trên thực  tế, tàu vũ trụ đã tăng thêm khoảng  900 m chỉ trong một ngày.

(15) Những gì mà các sứ mệnh không  gian trên làm được là minh chứng rõ  ràng nhất trong việc sử dụng lực đẩy  ánh sáng cho các sứ mệnh du hành  vũ trụ tương lai. Tất cả không chỉ là  giấc mơ mà đang hiện hữu và hiện  thực hóa trong niềm đam mê không  dứt và sự tiến bộ không ngừng của  các  đột  phá  về  khoa  học  và  công  nghệ vũ trụ.

(16) Việc phát triển tàu vũ trụ sử dụng  lực  đẩy  ánh  sáng  hứa  hẹn  mở  ra  những tiềm năng vô cùng lớn trong  nghiên  cứu  và  thám  hiểm  vũ  trụ.  Điều dễ dàng nhận thấy là ứng dụng  trong  việc  tìm  kiếm  sự  sống  ngoài  hành tinh, theo dõi thời tiết trên Mặt  trời, triển khai hệ thống cảnh báo tiểu  hành  tinh  gần  Trái  đất,  thậm  chí  là  những sứ mệnh thám hiểm không chỉ  giới hạn trong phạm vi hệ Mặt trời mà  còn vươn tới không gian liên sao.

(17) Các  nhà  nghiên  cứu  tin  rằng,  những con tàu tương lai được chế tạo  và bảo vệ bởi những vật liệu có khả  năng chịu được nhiệt độ và bức xạ  cao. Tàu vũ trụ như vậy có thể tiếp  cận rất gần Mặt trời, sau đó chúng sẽ  nhận được một lực đẩy lớn để tạo đà  cho nó di chuyển xa hơn và với tốc  độ cao hơn nhiều vào không gian sâu  thẳm.

(18) Tàu vũ trụ tiểu hành tinh gần Trái  đất (NEA Scout ) của NASA dự kiến  sẽ được phóng vào giữa năm 2020,  là ứng dụng sớm nhất cho công nghệ  lực đẩy ánh sáng này. Những nhiệm  vụ táo bạo có kế hoạch sử dụng cánh  buồm mặt trời là những vệ tinh nhỏ  CubeSat loại 6U, hoặc tàu vũ trụ có  kích  thước  nhỏ  để  thu  thập  dữ  liệu  về các tiểu hành tinh gần Trái đất có  tiềm năng cho các nhiệm vụ nghiên  cứu không gian của con người trong  tương lai.

(19) Trong tương lai, thế hệ tàu vũ trụ  nhỏ mang cánh buồm mặt trời sẽ trở  thành  một  hướng  đi  đầy  tiềm  năng  trong  việc  thực  hiện  các  nhiệm  vụ  thám  hiểm  ngoài  hệ  Mặt  trời.  Các  cánh buồm vừa có chức năng tạo lực  đẩy, vừa đóng vai trò như các tấm  pin  mặt trời  sẽ cung cấp năng lượng cho  các chức năng khác của vệ tinh như  chụp  ảnh  và  liên  lạc  với  mặt  đất...  Khi quay quanh Trái đất, tàu vũ trụ sẽ tăng độ cao nhờ áp lực của bức  xạ mặt trời trên cánh buồm. Các tàu  vũ trụ CubeSate với kích thước nhỏ  gọn, vừa giúp giảm chi phí, vừa linh  động trong nghiên cứu, đồng thời phù  hợp  với  nguyên  lý  sử  dụng  lực  đẩy  ánh sáng nhờ buồm sẽ tạo nên cuộc  cách mạng vô tiền khoáng hậu trong  nghiên cứu không gian

(Nguồn: “Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng”, Nguyễn Đức Phường, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 11, năm 2019)

Tháng 8/2008, Cơ quan Hàng không nước nào đã công bố một “chiếc thuyền buồm”  vũ  trụ  hình  khối  nhỏ  có  tên Nanosail-D?

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Hé lộ những phát hiện bất ngờ liên quan đến Mặt Trời

1. Lần đầu tiên, các nhà khoa học sẽ có được cái nhìn sâu hơn về gió Mặt trời và các cơn bão từ có thể tác động tiêu cực đến các vệ tinh và thiết bị điện tử trên Trái Đất, sau khi tàu thăm dò Parker Solar của Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) tiếp cận gần hơn với bề mặt Mặt Trời và gửi về những dữ liệu liên quan đến quầng Mặt Trời, một vùng siêu nóng trong khí quyển.

2. Theo nghiên cứu được công bố ngày 4/12 trên tạp chí Nature, tàu vũ trụ Parker Solar - có kích cỡ bằng một chiếc ô tô và được phóng lên vũ trụ vào tháng 8/2018 - đã thực hiện được hành trình tiếp cận Mặt Trời ở khoảng cách gần nhất từ trước tới nay và sẽ thử tiến đến điểm chỉ cách bề mặt Mặt trời 6 triệu km trong các lần bay thử nghiệm được tiến hành trong 7 năm tới. Những dữ liệu mà tàu Parker Solar gửi về sẽ cung cấp những chi tiết mới về gió Mặt Trời, các cơn bão từ và cách thức Mặt Trời tạo nên thời tiết trong vũ trụ.

3. Tuy nhiên, mối quan ngại chính hiện nay liên quan đến các cuộc thăm dò là sức nóng lên tới 1 triệu độ C ở quầng Mặt Trời, cao gấp nhiều lần nhiệt độ trên chính bề mặt Mặt Trời vốn chỉ ở mức 6.000 độ C. Vì thế, theo nhà khoa học Alexis Rouillard của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp (CNRS) và là đồng tác giả của một trong 4 bản báo cáo liên quan đến những phát hiện đầu tiên của tàu thăm dò Parker Solar, các nhà nghiên cứu sẽ phải tìm hiểu cách thức tại sao quầng Mặt Trời lại có thể tự nóng lên, thay vì phải nguội đi theo nguyên lý thông thường (càng xa nguồn nhiệt thì nhiệt độ càng giảm).

4. Cùng chia sẻ quan điểm này, Giáo sư chuyên ngành khoa học vũ trụ, khí hậu và kỹ sư Justin Kasper cũng cho biết, ngay khi tàu Parker Solar mới tiếp cận những quỹ đạo vòng ngoài của Mặt Trời, nhóm nghiên cứu đã bị sốc về sự biến đổi nhiệt độ của quầng Mặt trời. Một nghiên cứu của Đại học Michigan trước đây cho rằng những dao động trong từ trường của Mặt Trời có thể là nhân tố giúp quầng Mặt trời nóng lên. Tuy nhiên, các dữ liệu mới cho thấy các sóng từ trường trên thực tế mạnh hơn rất nhiều, mạnh tới mức chúng có thể đổi hướng hoàn toàn của từ trường và tạo ra năng lượng cho quầng Mặt Trời.

5. Cũng trong nghiên cứu mới của tàu Parker Solar, các nhà khoa học đã vô cùng ngạc nhiên khi phát hiện ra nguyên lý tăng tốc của gió Mặt Trời và quỹ đạo của proton, electron và các hạt khác được phát ra từ Mặt Trời.

6. Trước đây khoa học từng cho rằng khi càng tới gần, từ trường của Mặt Trời sẽ hút gió theo cùng hướng mà nó di chuyển và hiệu ứng này sẽ yếu dần khi càng ra xa. Tuy nhiên, khi tàu thăm dò Parker Solar tới được gần Mặt Trời hơn, họ đã phát hiện ra những vòng quay lớn gấp 10-20 lần so với các mô hình mà họ dự đoán. Phát hiện mới này đã thay đổi hoàn toàn những giả thiết từ trước đến nay về cách thức gió Mặt Trời được tạo nên như thế nào. Hiểu rõ hơn về điều này sẽ giúp các nhà khoa học đưa ra dự đoán chuẩn xác hơn về thời tiết trong vũ trụ, nhất là trong việc xác định quầng Mặt Trời sẽ tác động đến Trái Đất như thế nào và chuẩn bị cho các chuyến du hành của con người lên Mặt Trăng và sao Hỏa.

7. Năm 1859, "một sự kiện thời tiết vũ trụ" đã làm tê liệt mạng lưới điện báo trên Trái Đất. Theo Giáo sư Vật lý Stuart Bale của Đại học California Berkeley, khi xã hội ngày càng phụ thuộc vào công nghệ tiên tiên, tác động từ Mặt Trời có thể sẽ trở nên rất nghiêm trọng. Nếu như có thể kịp thời dự báo thời tiết vũ trụ, con người có thể đóng sập hoàn toàn hoặc cô lập một phần lưới điện, hoặc tắt hệ thống vệ tinh có nguy cơ dễ bị tổn thương.

8. Trái Đất cách Mặt Trời 150 triệu km và tàu thăm dò Parker Solar đã tới được điểm chỉ còn cách Mặt Trời 24 triệu km để thu thập dữ liệu phục vụ cho mục đích nghiên cứu. Mục tiêu cuối cùng là con tàu có thể tiếp cận tới điểm chỉ cách bề mặt Mặt Trời 6 triệu km, gần hơn 7 lần so với bất kỳ tàu vũ trụ nào trước đây. Tàu Parker Solar chịu được sức nóng khắc nghiệt khi bay xuyên qua quầng Mặt Trời, khu vực ngoài cùng và cũng là nơi tạo ra gió Mặt Trời từ sự kết hợp của các hạt điện tích vô cùng nóng phát ra từ Mặt Trời.

Tàu thăm dò Parker Solar được đặt theo tên của nhà vật lý thiên văn người Mỹ chuyên nghiên cứu về Mặt Trời Eugene Parker, người đầu tiên đưa ra giả thuyết về gió Mặt Trời khi miêu tả đây là hệ thống từ trường, các hạt năng lượng và thể plasma tạo thành.

(Nguồn: vtv.vn)

NASA là tên viết tắt của:

Đọc văn bản sau và trả lời câu hỏi:

Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng

(1) Ánh  sáng  là  khởi  nguồn  của  vũ  trụ. Những tia sáng đầu tiên rọi chiếu  vũ trụ bắt đầu cách đây khoảng 13,7  tỷ năm. Ánh sáng mang đến cho vũ  trụ mọi thứ và kiến tạo nên sự sống  trên các hành tinh. Đó là nguồn năng  lượng vô tận. Cũng giống như hàng  trăm tỷ ngôi sao khác trong dải Ngân  hà, Mặt trời mang nguồn năng lượng  vô giá cho Trái đất. Ánh sáng mặt trời  cho phép một Trái đất phì nhiêu sức  sống, từ những loài vi khuẩn vô cùng  nhỏ bé đến những cơ thể sống khổng  lồ, từ đại dương bao la đến núi rừng  xanh ngát. Loài người biến ánh sáng  mặt trời thành nguồn năng lượng dồi  dào cho cuộc sống. Đó là một nguồn  năng  lượng  sạch  và  không  thể  cạn  kiệt cho ít nhất 5 tỷ năm nữa.

(2) Với các nhà khoa học vũ trụ, ánh  sáng  mặt  trời  giúp  “nuôi  sống”  các  cỗ máy khoa học tối tân, những phi  thuyền đang lao vút trong không gian  và những xe tự hành đang lăn bánh  trên bề mặt các hành tinh. Nhưng xa  hơn thế, họ đang nung nấu một giấc  mơ ấp ủ suốt nửa thế kỷ. Đó là biến  ánh sáng mặt trời thành những cơn  gió giúp các phi thuyền “căng buồm”  vào  không  gian  liên  hành  tinh  và  xa hơn nữa là liên sao. Giấc mơ đó  không phải là không có cơ sở.  

(3) Cách đây hơn một thế kỷ, Albert  Einstein  đã  phát  triển  thuyết  lượng  tử ánh sáng lên một nấc thang mới.  Mô hình về photon ánh sáng mà nhà  khoa học thiên tài này đưa ra nhằm  giải thích những quan sát thực nghiệm  mà  không  thể  giải  thích  thỏa  đáng  bởi   mô hình sóng  cổ điển. Bản chất  lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng đã  tháo những nút thắt cơ bản trong vật  lý đương đại. Bên cạnh tính chất sóng  thì ánh sáng cư xử như những hạt gọi  là những lượng tử ánh sáng - photon.  Einstein  chỉ  ra  rằng,  lượng  tử  năng  lượng photon cũng phải mang  động  lượng, do vậy chúng có đầy đủ tính  chất của một  hạt. Thời gian sau đó,  động lượng của photon đã được quan  sát bằng thực nghiệm  bởi   nhà vật lý  Arthur  Compton.  Năm  1927,  chính  thí nghiệm này đã giúp ông được trao  giải Nobel trong lĩnh vực Vật lý.  

(4) Đó chính là mấu chốt của vấn đề  giúp  các  nhà  khoa  học  mơ  về  một  tương lai thế hệ tàu vũ trụ di chuyển  nhờ áp lực của ánh sáng. Theo đó,  các  photon  ánh  sáng  của  Mặt  trời  cũng như những ngôi sao mang động  lượng, khi gặp vật cản phản xạ, chúng  chuyển động lượng theo hướng ngược  lại với ánh sáng dội lại. Động lượng  của nó sẽ tạo thành một lực đẩy. Mặc  dù rất nhỏ nhưng với tiết diện phản  xạ lớn, khối lượng tàu vũ trụ nhỏ và  trong môi trường chân không thì lực  đẩy này sẽ trở nên đáng kể, giúp phi  thuyền di chuyển trong không gian.  Điều  này  giống  như  việc  chúng  ta  ném những quả bóng tenis vào một  tấm  phản  gắn  dựng  đứng  trên  một  chiếc  thuyền  nhỏ.  Khi  ném  liên  tục  những quả bóng sẽ tác động lực lên  tấm phản làm cho thuyền di chuyển  trên mặt nước. Trong trường hợp này,  các  photon  được  ví  như  những  quả  bóng tennis. Đối với những con tàu  vũ  trụ  thì  những  tấm  khiên  nhẹ  với  tiết  diện  phản  xạ  như  những  cánh  buồm no gió. Như vậy, chúng ta sẽ có  một phi thuyền vũ trụ hoạt động mà  không cần động cơ, nhiên liệu. Vào  năm 1976, nhà thiên văn học huyền  thoại Carl Sagan trong chương trình  Tonight Show với Johnny Carson đã  đề cập đến một phương pháp đẩy cho  các phi thuyền không gian mới gọi là  cánh buồm mặt trời.  

(5) Đã  4  thập  kỷ  trôi  qua,  những  điều tưởng như chỉ là trong giấc mơ  đã dần thành hiện thực. Đó là điều  tuyệt vời nhất mà các nhà khoa học  vũ trụ có được trong kỷ nguyên chinh  phục không gian. Tháng 8/2008, Cơ  quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA)  cũng đã công bố một “chiếc thuyền  buồm”  vũ  trụ  hình  khối  nhỏ  có  tên  Nanosail-D.  NanoSail-D  là  một  vệ  tinh nhỏ (CubeSat) được Trung tâm  Nghiên cứu Ames của NASA sử dụng  để  nghiên  cứu  triển  khai  một  cánh  buồm mặt trời trong không gian. Đó  là một CubeSat 3 đơn vị (3U) có kích  thước 30 x 10 x 10 cm, với khối lượng  4  kg.  Vệ  tinh  đã  bị  mất  ngay  sau  khi phóng do sự cố tên lửa Falcon 1  mang nó. Sau đó, NASA đã thay thế  một sứ mệnh mới với NanoSail-D2 đã  được triển khai thành công vào đầu  năm 2011.

(6) Tháng  6/2010,  Cơ  quan  Hàng  không  vũ  trụ  Nhật  Bản  (JAXA)  đã  phóng  thành  công  “du  thuyền  mặt  trời”  Ikaros  vào  không  gian.  Dự  án  đầy  tham  vọng  này  đã  chứng  minh  rằng, một màng mỏng gắn vào thân  tàu vũ trụ có thể đẩy phương tiện về  phía trước bằng cách thu thập động  lượng từ lực đẩy của các hạt ánh sáng  của Mặt trời. Tuy nhiên, có một dự án  tham  vọng  hơn  được  các  nhà  khoa  học có cùng ước mơ “cánh buồm mặt  trời”  âm  thầm  thực  hiện.  Vào  năm  2005, Hội Khoa học hành tinh đã nỗ  lực gửi một vệ tinh cánh buồm mặt  trời  mang  tên  Cosmos  1  lên  vũ  trụ  trong một chương trình hợp tác Nga  - Mỹ. Tuy nhiên, kết quả đã trở thành  công cốc khi tên lửa đẩy Volna mang  theo  vệ  tinh  đã  tắt  chỉ  83  giây  sau  khi phóng từ một tàu ngầm của Nga  trên biển Barents. Tên lửa bị tắt ngay  trong giai đoạn khởi động tầng đầu  tiên và đã không đạt được quỹ đạo.  Năm 2009, Hội Khoa học hành tinh  lại tiếp  tục làm một cánh buồm mặt  trời thử nghiệm với CubeSat dựa trên  dự án NanoSail-D của NASA  Ikaros và “cánh buồm” của nó.

(7) Năm  2011, dự án đầy tham vọng  mang  tên  LightSail  đã  ra  đời  để  chứng minh việc chèo thuyền mặt trời  có kiểm soát trong quỹ đạo Trái đất  thấp bằng cách sử dụng CubeSat. Dự  án LightSail được phát triển bởi Hội  Khoa học hành tinh bao gồm 2 tàu vũ  trụ LightSail 1 và LightSail 2. Cả hai  tàu vũ trụ LightSail có kích thước 10  ×  10  ×  30 cm. Sau khi triển khai, diện  tích của buồm là 32 m 2 .  

(8) Ngày 20/5/2015, LightSail 1 (còn  được gọi là LightSail-A) đã được công  bố. Tháng 6/2015, ngay sau khi được  phóng, LightSail 1 đã triển khai cánh  buồm mặt trời và quay trở lại bầu khí  quyển.  LightSail  1  thực  chất  là  một  nhiệm  vụ  trình  diễn  kỹ  thuật  được  thiết kế để thử nghiệm phương pháp  triển khai cánh buồm mới trong không  gian,  nó  không  thực  hiện  nhiệm  vụ  “chèo thuyền mặt trời”.

(9) Từ  kinh  nghiệm  cũng  như  kiến  thức đúc rút sau sứ mệnh LightSail  1, tháng 3/2016, Hội Khoa học hành  tinh tiếp tục công bố tàu vũ trụ thứ hai  mang tên LightSail 2. Đây là dự án  đầy ắp đam mê của các nhà khoa học  nhằm chứng minh rằng, chèo thuyền  mặt trời là một kỹ thuật đẩy khả thi  cho tàu vũ trụ. LightSail 2 là một tàu  vũ  trụ  với  đầy  đủ  chức  năng  nhằm  trình diễn khả năng chèo thuyền mặt  trời thực sự.  LightSail 2 trong phòng kiểm tra kỹ thuật.

(10) Thời  khắc  lịch  sử  cũng  đã  đến.  Ngày  23/7/2019,  LightSail  2  được  phóng  thành  công.  Tên  lửa  Falcon  Heavy  của  Tập  đoàn  công  nghệ  thám  hiểm  không  gian  SpaceX  đã  đưa tàu Prox-1 mang theo LightSail  2 lên không gian. Sau đó, LightSail  2 tách khỏi Prox-1 và bay theo quỹ  đạo quanh Trái đất. Như vậy, sau hơn  10  năm  nỗ  lực  nghiên  cứu  với  kinh  phí 7 triệu USD, phi thuyền loại nhỏ  LightSail 2 đã trở thành tàu vũ trụ đầu  tiên bay lên quỹ đạo chỉ nhờ vào sức  mạnh của ánh sáng mặt trời. Tên lửa đẩy Falcon của SpaceX đưa LightSail 2  lên không gian.

(11) Một con tàu vũ trụ cỡ nhỏ LightSail  2 có kích thước bằng một ổ bánh mì  cuối cùng đã tự biến thành một cánh  buồm mặt trời. LightSail 2 đã lên quỹ  đạo được hơn một tháng và lần đầu  tiên trong lịch sử nó đã mở cánh buồm  rộng 32 m 2 , được chế tạo bằng Mylar  NanoSail-D  - một loại polyester nhẹ và mỏng như  tơ nhện, giúp nó có thể tận dụng tốt  động lượng của photon. Khoảng một  tuần tiếp đó, tàu vũ trụ đã tăng quỹ  đạo lên 1,7 km, và lực đẩy có được  nhờ  các  photon  của  ánh  sáng  mặt  trời. Những photon từ ánh sáng mặt  trời phản xạ lên bề mặt cánh buồm  vào tạo ra lực đẩy giúp LightSail 2 di  chuyển.

(12) Thực tế, LightSail 2 đã thành công  trong việc sử dụng nguyên lý lực đẩy  photon. LightSail 2 có sự đột phát về  công nghệ trong việc kiểm soát lực  đẩy  để  thay  đổi  quỹ  đạo  một  cách  hiệu quả. Theo giám đốc dự án Dave  Spencer, LightSail 2 được kiểm soát  tự  động  bằng  các  thuật  toán.  Bằng  cách xoay tàu vũ trụ 90 o  cứ sau 50  phút, phần mềm này có thể thay đổi  hướng của tàu để nó nhận đủ năng  lượng từ Mặt trời cho dù ở bất cứ vị  trí  nào  trong  không  gian.  Trước  đó  Ikaros chỉ có thể xoay được khoảng  4-5 o .

(13) Thuật  toán  ấn  tượng  này  vẫn  đang  được  cập  nhật  và  điều  chỉnh.  Một trong những thách thức lớn nhất  là tinh chỉnh động lượng của tàu vũ  trụ được điều khiển bởi một bánh xe  quay. Bánh xe động lượng này được  sử dụng để thay đổi hướng của tàu.  Khi  cánh  buồm  mặt  trời  tạo  ra  quá  nhiều  lực  đẩy,  cần  có  một  lực  đối  kháng lại để làm chậm tốc độ quay.  Điều này được thực hiện bằng cách  sử dụng các thanh mô men xoắn điện  từ, định hướng tàu vũ trụ sử dụng từ  trường của Trái đất.  

(14) Các  nhà  khoa  học  hiện  khó  dự  đoán chính xác tàu vũ trụ sẽ có thể  nâng quỹ đạo bao nhiêu nữa. Theo  dự đoán, khi lực đẩy mặt trời cộng lại,  nó sẽ giúp tăng quỹ đạo của tàu lên  khoảng 0,5 km mỗi ngày. Đây không  phải là mục tiêu quá xa vời, trên thực  tế, tàu vũ trụ đã tăng thêm khoảng  900 m chỉ trong một ngày.

(15) Những gì mà các sứ mệnh không  gian trên làm được là minh chứng rõ  ràng nhất trong việc sử dụng lực đẩy  ánh sáng cho các sứ mệnh du hành  vũ trụ tương lai. Tất cả không chỉ là  giấc mơ mà đang hiện hữu và hiện  thực hóa trong niềm đam mê không  dứt và sự tiến bộ không ngừng của  các  đột  phá  về  khoa  học  và  công  nghệ vũ trụ.

(16) Việc phát triển tàu vũ trụ sử dụng  lực  đẩy  ánh  sáng  hứa  hẹn  mở  ra  những tiềm năng vô cùng lớn trong  nghiên  cứu  và  thám  hiểm  vũ  trụ.  Điều dễ dàng nhận thấy là ứng dụng  trong  việc  tìm  kiếm  sự  sống  ngoài  hành tinh, theo dõi thời tiết trên Mặt  trời, triển khai hệ thống cảnh báo tiểu  hành  tinh  gần  Trái  đất,  thậm  chí  là  những sứ mệnh thám hiểm không chỉ  giới hạn trong phạm vi hệ Mặt trời mà  còn vươn tới không gian liên sao.

(17) Các  nhà  nghiên  cứu  tin  rằng,  những con tàu tương lai được chế tạo  và bảo vệ bởi những vật liệu có khả  năng chịu được nhiệt độ và bức xạ  cao. Tàu vũ trụ như vậy có thể tiếp  cận rất gần Mặt trời, sau đó chúng sẽ  nhận được một lực đẩy lớn để tạo đà  cho nó di chuyển xa hơn và với tốc  độ cao hơn nhiều vào không gian sâu  thẳm.

(18) Tàu vũ trụ tiểu hành tinh gần Trái  đất (NEA Scout ) của NASA dự kiến  sẽ được phóng vào giữa năm 2020,  là ứng dụng sớm nhất cho công nghệ  lực đẩy ánh sáng này. Những nhiệm  vụ táo bạo có kế hoạch sử dụng cánh  buồm mặt trời là những vệ tinh nhỏ  CubeSat loại 6U, hoặc tàu vũ trụ có  kích  thước  nhỏ  để  thu  thập  dữ  liệu  về các tiểu hành tinh gần Trái đất có  tiềm năng cho các nhiệm vụ nghiên  cứu không gian của con người trong  tương lai.

(19) Trong tương lai, thế hệ tàu vũ trụ  nhỏ mang cánh buồm mặt trời sẽ trở  thành  một  hướng  đi  đầy  tiềm  năng  trong  việc  thực  hiện  các  nhiệm  vụ  thám  hiểm  ngoài  hệ  Mặt  trời.  Các  cánh buồm vừa có chức năng tạo lực  đẩy, vừa đóng vai trò như các tấm  pin  mặt trời  sẽ cung cấp năng lượng cho  các chức năng khác của vệ tinh như  chụp  ảnh  và  liên  lạc  với  mặt  đất...  Khi quay quanh Trái đất, tàu vũ trụ sẽ tăng độ cao nhờ áp lực của bức  xạ mặt trời trên cánh buồm. Các tàu  vũ trụ CubeSate với kích thước nhỏ  gọn, vừa giúp giảm chi phí, vừa linh  động trong nghiên cứu, đồng thời phù  hợp  với  nguyên  lý  sử  dụng  lực  đẩy  ánh sáng nhờ buồm sẽ tạo nên cuộc  cách mạng vô tiền khoáng hậu trong  nghiên cứu không gian

(Nguồn: “Cách mạng trong thám hiểm vũ trụ bằng lực đẩy ánh sáng”, Nguyễn Đức Phường, Tạp chí Khoa học & Công nghệ Việt Nam, số 11, năm 2019)

Tháng  6/2010,  Cơ  quan  Hàng không  vũ  trụ  Nhật  Bản  (JAXA)  đã phóng  thành  công  “du  thuyền  mặt trời” vào  không  gian, du thuyền này có tên?