Mạch nước quý nơi vắng ánh mặt trời

TTCT -Tìm thấy nguồn nước khả dụng tại vùng tối Mặt trăng sẽ biến nơi đây thành trạm dừng chân lý tưởng cho các cuộc du hành vũ trụ trong tương lai.

Hơn sáu thập niên kể từ khi Liên Xô phóng vệ tinh Luna 1 (1959) rồi Mỹ đổ bộ thành công lên Mặt trăng (1969), các cường quốc không gian lại một lần nữa thi nhau hạ cánh xuống vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái đất.

Lần này, mục tiêu là cực nam - nơi được gọi là "vùng tối của Mặt trăng" bởi nó chìm trong bóng đêm bất tận - để xác nhận những bằng chứng cho thấy tại đây dự trữ lượng nước cực kỳ quan trọng cho khả năng con người đặt chân đến những nơi xa hơn trong vũ trụ.

Cuộc đua không gian mới

Các nhà khoa học từ lâu đã nghi ngờ có nước trên Mặt trăng, nhưng chính xác trữ lượng bao nhiêu và vị trí của chúng thì vẫn là chủ đề của nhiều cuộc tranh luận. Trong bài báo khoa học tựa đề "Nước trên Mặt trăng" đăng trên tạp chí Nature năm 1967, tác giả người Mỹ Harold Urey nhận định giả thuyết về sự hiện diện của nước trên Mặt trăng đã được giới nghiên cứu thảo luận từ 10 năm trước đó.

Bằng chứng rõ ràng cho điều này xuất hiện vào năm 2008, khi cơ quan vũ trụ ISRO của Ấn Độ phóng thành công tàu Chandrayaan-1 lên quỹ đạo Mặt trăng, mang theo một thiết bị khoa học do Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) cung cấp để quan sát cách bề mặt Mặt trăng hấp thụ ánh sáng hồng ngoại. Sử dụng dữ liệu này, các nhà khoa học xác định thứ từng được nghi ngờ là phân tử nước đích thị là nước đóng băng bên trong các miệng hố ở vùng cực của Mặt trăng.

Năm 2009, NASA phóng tiếp các tàu LRO và LCROSS với nhiệm vụ tìm thêm bằng chứng củng cố phát hiện mang tính bước ngoặt trước đó. Tầng trên của tên lửa đẩy mang theo hai tàu này được cho đâm vào một miệng hố ở cực nam một cách có chủ đích, sau đó tàu LCROSS bay xuyên qua đám bụi từ vụ va chạm để phân tích thành phần vật chất có trong đó. Kết quả là 155kg nước được LCROSS ghi nhận và gửi tín hiệu về trạm điều khiển trước khi chính nó cũng đâm sầm vào Mặt trăng, hoàn thành nhiệm vụ "cảm tử".

Kể từ đó, nhiều chuyến thăm dò đã tìm thấy dấu vết của nước ở các dạng khác nhau và ở nhiều khu vực khác nhau, kể cả những nơi không phải vùng cực. Mới đây nhất, Ấn Độ trở thành quốc gia đầu tiên hạ cánh mềm thành công một tàu vũ trụ xuống gần cực nam Mặt trăng vào ngày 23-8.

"Ấn Độ đã lên tới cung trăng" - báo The Guardian dẫn phát biểu của chủ tịch ISRO Sreedhara Panicker Somanath sau cuộc đổ bộ thành công của tàu Vikram thuộc nhiệm vụ Chandrayaan-3.

Trước đó vài ngày, phía Nga cho biết tàu không người lái Luna-25 - lãnh gánh nhiệm vụ đến Mặt trăng đầu tiên của nước này sau gần nửa thế kỷ - đã mất kiểm soát và lao vào bề mặt Mặt trăng trong một nỗ lực hạ cánh tương tự.

Trong khi đó, Mỹ đang chạy nước rút để trở thành nước đầu tiên đưa người lên cực nam Mặt trăng, dự kiến vào năm 2025. Trung Quốc cũng không đứng ngoài cuộc khi đã có kế hoạch đến năm 2030 cho những sứ mệnh Mặt trăng cả có người lẫn không người.

Tìm chi nơi bóng nguyệt?

Cuộc chạy đua không gian đầu tiên giữa Mỹ và Liên Xô trong thời kỳ Chiến tranh lạnh là để đến được Mặt trăng. Phiên bản 2.0 của cuộc cạnh tranh này là chạy đua tìm nước - nguồn tài nguyên quan trọng nếu con người muốn biến Mặt trăng thành một tiền đồn cho những chuyến du hành vũ trong tương lai. Nước trên Mặt trăng vừa để uống vừa dùng làm mát máy móc, tạo ra oxy hoặc thậm chí được xử lý để trở thành nhiên liệu tên lửa cho các nhiệm vụ thăm dò những nơi xa xôi hơn trong hệ Mặt trời, theo NASA.

Việc khai thác tài nguyên sẵn có ở Mặt trăng đồng nghĩa các tàu vũ trụ trong tương lai sẽ không cần phải chở theo đủ nhiên liệu từ Trái đất cho toàn bộ hành trình. "Nước là chìa khóa cho nhiều khía cạnh của cuộc sống trên Mặt trăng… Đó là lý do chúng ta thực hiện các sứ mệnh này để xác minh chính xác có bao nhiêu nước ở đó" - PGS Csaba Palotai, một chuyên gia về khoa học hành tinh tại Viện Công nghệ Florida (Mỹ), nói với báo Wall Street Journal.

Dựa trên những quan sát từ xa bằng thiết bị radar trên các tàu Chandrayaan-1 và LRO, người ta ước tính các cực Mặt trăng đang chứa hơn 600 triệu m3 băng nước - đủ để lấp đầy ít nhất 240.000 bể bơi tiêu chuẩn Olympic, theo NASA. Đây là ước tính khiêm tốn vì khả năng phát hiện nước bị giới hạn bởi sức mạnh của radar mà các tàu vũ trụ này trang bị.

Năm 2020, các nhà nghiên cứu đã xác định được các hố cực lạnh ở vùng tối Mặt trăng, gồm các hố siêu nhỏ có đường kính dưới 1cm, làm tăng lượng băng nước dự báo có tại đây thêm ít nhất từ 10 đến 20%, theo trang The Planetary Society. Những nhiệm vụ thám hiểm Mặt trăng trực tiếp tới đây được kỳ vọng sẽ tìm thấy bằng chứng có nhiều nước hơn bất kỳ con số phỏng đoán nào trong quá khứ.

Nước hình thành trên Mặt trăng ra sao?

Có nhiều giả thuyết về sự hình thành của nước trên Mặt trăng. Một trong số đó, theo công bố của tác giả Sen Hu thuộc Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc trên tạp chí Nature GeoScience vào tháng 3-2023, nghiêng về hướng thiên thạch va vào bề mặt Mặt trăng để lại các hạt thủy tinh từ nhiệt độ va chạm cực kỳ cao. Các hạt này có kích thước từ vài chục micromet đến vài milimet.

Gió mặt trời mang theo nguyên tử hydro đến Mặt trăng và kết hợp với các nguyên tố bên trong hạt thủy tinh tạo ra nước nhờ quá trình bức xạ. Theo thời gian, quá trình này tạo ra những bể nước lớn trên bề mặt Mặt trăng. Trong khi phần lớn nước trên Mặt trăng ở những nơi đón nắng Mặt trời đã bốc hơi vào không gian, những bể nước thuộc khu vực PSR - nơi nhiệt độ gần chạm mức 0 tuyệt đối trên nhiệt giai Kelvin - đã được bảo tồn nguyên vẹn trong suốt hàng tỉ năm.

Hiểm nguy rình rập

Thách thức đối diện các nhiệm vụ "tầm thủy tại nguyệt" là không hề nhỏ. Mặt trăng có bầu khí quyển rất mỏng, khiến việc hãm tốc tàu vũ trụ khi nó đến gần bề mặt trở nên khó khăn hơn bội phần.

Người chơi bộ môn nhảy dù ở Trái đất có thể sống sót là nhờ bầu khí quyển làm chậm đáng kể tốc độ rơi một khi đã bung dù, trong khi đó tàu đổ bộ khi tiếp cận Mặt trăng phải phụ thuộc hoàn toàn vào các động cơ để điều hướng và giảm tốc.

Đầu năm nay, nỗ lực đổ bộ lên Mặt trăng của một đơn vị tư nhân Nhật Bản đã thất bại vì tàu cạn nhiên liệu trong quá trình tiếp cận khiến các động cơ này tê liệt. Đáp xuống Mặt trăng nói chung đã khó, hạ cánh chính xác nơi vùng tối Mặt trăng còn khó khăn hơn bội phần.

Tại cực nam, Mặt trời luôn ở gần xích đạo và chiếu sáng theo một góc hẹp. Khi gặp các miệng hố nhô cao, ánh sáng Mặt trời bị chặn tạo ra những khu vực bị che khuất vĩnh viễn (permanently shadowed regions - PSR). Môi trường tăm tối tại đây có thể khiến việc phân biệt các đặc điểm bề mặt trở nên khó khăn hơn khi hạ cánh.

Người đứng đầu cơ quan vũ trụ Roscosmos của Nga đánh giá khả năng hạ cánh thành công của tàu Luna-25 ở cực nam chỉ vào khoảng 70% trước khi bắt đầu sứ mệnh, theo Wall Street Journal.

Trong khi các khu vực gần xích đạo của Mặt trăng có địa hình bằng phẳng rộng lớn thuận lợi cho việc hạ cánh thì vùng cực thường nhiều đá và dốc với nhiệt độ cực kỳ lạnh do thiếu ánh sáng Mặt trời. Một phương tiện thám hiểm đi vào PSR sẽ khuất tầm nhìn từ Trái đất và bị vô hiệu hóa mọi liên lạc, trong khi điều kiện thiếu sáng đồng nghĩa nó cũng không thể dựa vào pin mặt trời để duy trì nguồn cung năng lượng cần thiết để hoạt động.

Trên vai người đi trước

Nếu không có gì thay đổi, tàu Vikram của Ấn Độ sẽ triển khai xe thám hiểm Pragyan lên cực nam Mặt trăng để hoạt động trong vòng hai tuần với các nhiệm vụ chính bao gồm chụp ảnh, tiến hành thí nghiệm về địa chất và nguồn gốc của Trái đất, đồng thời điều tra sự hiện diện của nước đóng băng tại khu vực này, theo The Guardian.

Mỹ có kế hoạch riêng để triển khai tàu đổ bộ tới vùng tối của Mặt trăng, trong đó một phần là thông qua chương trình phối hợp với các công ty tư nhân để vận chuyển thiết bị NASA trên tàu đổ bộ mà họ chịu trách nhiệm phát triển và phóng lên Mặt trăng.

Một trong những công ty đó là Intuitive Machines cho biết đã đặt lịch vào trung tuần tháng 11-2023 để sử dụng tên lửa của SpaceX nhằm phóng tàu đổ bộ Nova-C của hãng chở theo thiết bị NASA và một số đơn hàng thương mại khác lên Mặt trăng. "Chúng tôi đang đứng trên vai của tất cả những người đã từng thử và cố gắng (đổ bộ lên Mặt trăng), dù thất bại hay thành công" - CEO Steve Altemus nói với Wall Street Journal.

Astrobotic Technology, một công ty vũ trụ khác cũng tham gia chương trình đổ bộ của NASA, đang lên kế hoạch đưa một tàu thám hiểm của cơ quan này đến cực nam Mặt trăng vào năm tới để khảo sát tài nguyên nước.

Astrobotic còn có một tàu đổ bộ khác dự kiến được phóng lên Mặt trăng vào cuối năm nay nhưng sẽ không hạ cánh ở cực nam. NASA đã xác định được 13 địa điểm khả thi cho sứ mệnh Artemis III lần đầu tiên đưa người lên vùng tối Mặt trăng vào cuối năm 2025, dùng tàu đổ bộ do SpaceX chế tạo.

"Đèn pin" soi nước

Cuối năm 2022, NASA phóng thành công chiếc "đèn pin" khổng lồ là vệ tinh Lunar Flashlight lên quỹ đạo Mặt trăng. Khi bay ngang qua cực nam, vệ tinh sẽ chiếu bốn tia laser - mỗi tia được điều chỉnh theo một bước sóng khác nhau của dải ánh sáng cận hồng ngoại - vào vùng tối của các miệng hố, sau đó đếm xem có bao nhiêu photon phản xạ ngược lại từ bề mặt.

Hai trong số những tia laser này có bước sóng chỉ có thể bị hấp thụ bởi băng nước, vì vậy nếu vệ tinh nhận lại ít ánh sáng phản xạ hơn thì đó là một chỉ dấu rõ ràng cho việc ở đó có nước. Nhóm nghiên cứu cũng sẽ xác định được tình trạng đóng băng của bề mặt Mặt trăng thông qua lượng ánh sáng laser bị hấp thụ.

"Đối với tôi, đây là một phép đo trong mơ" - tạp chí Wired dẫn lời ông David Paige, một nhà khoa học đã tham gia dự án này từ những ngày đầu. Theo ông, sau khi nhóm nghiên cứu đã vẽ ra được bản đồ phân bố băng trên bề mặt cực nam, họ có thể sử dụng nó để hướng dẫn các tàu đổ bộ, tàu thám hiểm và cuối cùng là con người trong tương lai đến đúng nơi mà họ cần đến.