6. NHỮNG HÀNH TINH KHÍ KHỔNG LỒ, SAO CHỔI VÀ XA HƠN NỮA
Trong một tuần định mệnh vào tháng 1 năm 1610, Galileo đã khám phá ra thứ có thể sẽ làm rung chuyển nền tảng tín ngưỡng của nhà thờ, thay đổi quan niệm của chúng ta về vũ trụ, và mở ra một cuộc cách mạng.
Với chiếc kính viễn vọng mà anh vừa chế tạo, anh nhìn chằm chằm vào hành tinh Mộc tinh và bối rối khi nhìn thấy bốn vật thể phát sáng lơ lửng gần hành tinh. Cẩn thận phân tích chuyển động của chúng trong một tuần, anh ta tin rằng chúng quay quanh sao Mộc. Vậy là, anh đã tìm thấy một "hệ mặt trời" thu nhỏ ở không gian bên ngoài kia.
Anh nhanh chóng hiểu rằng điều mặc khải này có ý nghĩa sâu sắc về vũ trụ và thần học. Trong nhiều thế kỷ, nhà thờ, trích dẫn Aristotle, đã dạy rằng tất cả các thiên thể, bao gồm mặt trời và các hành tinh, quay vòng quanh trái đất. Tuy nhiên, đó đã là một ví dụ. Trái đất đã bị truất ngôi như trước đó vẫn là trung tâm của vũ trụ. Trong một cú tấn công bất thình lình, các tín ngưỡng thứ sự quấn chặt bởi giáo lý nhà thờ và vốn quan sát của hai nghìn năm thiên văn học đã bị bác bỏ.
Những khám phá của Galileo đã tạo ra sự phấn khích rộng rãi trong công chúng. Anh ta không cần một đội quân các bác sĩ quay và cố vấn PR để thuyết phục người dân về sự thật của những quan sát của anh ta. Họ có thể thấy bằng chính đôi mắt của mình rằng anh ấy đã đúng, và anh ấy đã nhận được sự chào đón của một anh hùng khi anh ấy đến Rome vào năm sau. Tuy nhiên, Nhhà Thờ thì không hài lòng. Sách của anh bị cấm, và anh bị đưa ra xét xử bởi Tòa án Dị giáo và đe dọa bị tra tấn trừ phi ông ta chối bỏ những ý tưởng dị giáo của mình.
Cá nhân, Galileo tin rằng khoa học và tôn giáo có thể cùng tồn tại. Ông viết rằng mục đích của khoa học là để xác định cách các thiên đường di chuyển, trong khi mục đích của tôn giáo là để xác định cách lên thiên đàng. Nói cách khác, khoa học là về luật tự nhiên, trong khi tôn giáo là về đạo đức, và không có mâu thuẫn giữa chúng miễn là người ta giữ sự phân biệt này trong tâm trí. Nhưng khi hai điều này – tôn giáo và khoa học – va chạm nhau trong phiên tòa, Galileo buộc phải chối bỏ lý thuyết của mình bằng sự đau đớn của cái chết. Những người buộc tội ông nhắc nhở ông rằng Giordano Bruno, người đã từng là một tu sĩ, đã bị thiêu sống vì tuyên bố về vũ trụ học ít phức tạp hơn ông. Và cuối cùng thì cũng phải hai thế kỷ sẽ trôi qua trước khi hầu hết lệnh cấm trên sách của ông được dỡ bỏ.
Ngày nay, bốn thế kỷ sau, bốn mặt trăng của Mộc tinh - thường được gọi là những mặt trăng Galilea - đã một lần nữa kích động một cuộc cách mạng. Một số thậm chí tin rằng chúng, cùng với mặt trăng của sao Thổ, sao Thiên Vương và Hải Vương, có thể giữ chìa khóa để sống trong vũ trụ.
NHỮNG GÃ KHỔNG LỒ KHÍ
Khi phi thuyền Voyager 1 và 2 bay qua những gã khổng lồ khí từ năm 1979 đến năm 1989, chúng đã xác nhận những hành tinh này tương tự như thế nào. Tất cả các hành tinh này đều được tạo thành chủ yếu từ khí hydro và heli, gần bằng tỷ lệ bốn đến một, tính theo trọng lượng. (Hỗn hợp này của hydro và heli cũng là thành phần cơ bản của mặt trời và, đối với vật chất đó, chiếm hầu hết vật chất trong vũ trụ nhìn thấy được. Có lẽ là gần 14 tỷ năm, khi khoảng một phần tư hydro ban đầu được hợp nhất để trở thành heli ở ngay những thời điểm đầu tiên sau cú bang của Big Bang.)
Những gã khổng lồ khí có thể chia sẻ cùng một lịch sử cơ bản. Như đã thảo luận trước đây, theo lý thuyết là 4,5 tỷ năm trước, tất cả các hành tinh (trong hệ mặt trời) đều là những lõi đá nhỏ tụ lại từ một đĩa hiđrô và bụi bao quanh mặt trời. Những cái bên trong đã trở thành Mercury, Venus, Earth và Mars. Các lõi của các hành tinh xa hơn mặt trời chứa băng, vốn dồi dào ở khoảng cách đó, cũng như đá. Băng đóng vai trò như một chất keo, vì vậy lõi với băng có thể lớn hơn gấp 10 lần so với lõi chỉ làm bằng đá. Lực hấp dẫn của chúng trở nên mạnh đến mức chúng có thể thu được nhiều khí hydro vẫn còn trong mặt phẳng ban đầu. Chúng càng lớn hơn, thì càng thu hút nhiều khí hơn, cho đến khi chúng lấy cạn kiệt tất cả hydro trong vùng lân cận của chúng.
Người ta tin rằng những gã khổng lồ khí có cấu trúc phía bên trong cũng tương tự. Nếu bạn có thể cắt chúng thành một nửa giống như củ hành tây, bạn sẽ có thể thấy một bầu không khí khí dày ở bên ngoài. Phía dưới, chúng ta kì vọng đó sẽ có thể là một đại dương hydro siêu lỏng. Một khi ước lượng được như thế, là kết quả của những áp lực to lớn, chính trung tâm sẽ chứa một lõi nhỏ rắn, dày đặc của hydro rắn.
Những người khổng lồ khí đều có những dải đầy màu sắc, được gây ra bởi các tạp chất trong bầu khí quyển tương tác với sự quay của hành tinh. Và chúng từng có cơn bão lớn hoành hành trên bề mặt. Jupiter có Great Red Spot – Vòng Xoáy Đỏ Khổng Lồ, có vẻ như là một đặc tính vĩnh cửu của hành tinh này, và lớn đến nỗi một số hành tinh kích thước cỡ Trái đất có thể dễ dàng vừa vặn lọt vào bên trong nó. Neptune, mặt khác, có một đốm đen không liên tục đôi khi biến mất.
Tuy nhiên, chúng khác nhau về kích thước. Lớn nhất là sao Mộc, được đặt tên theo cha của các vị thần trong thần thoại La Mã. Nó quá lớn đến nỗi nó lớn hơn tất cả các hành tinh khác kết hợp. Nó có thể thoải mái bao gồm 1.300 trái đất. Phần lớn những gì chúng ta biết về sao Mộc xuất phát từ tàu vũ trụ Galileo, sau 8 năm quay quanh sao Mộc, được phép kết thúc cuộc đời câu chuyện bằng cách lao vào hành tinh vào năm 2003. Nó tiếp tục phát sóng thông điệp vô tuyến khi nó rơi vào khí quyển cho đến khi nó bị nghiền nát bởi trường hấp dẫn khổng lồ. Các mảnh vỡ của tàu vũ trụ có thể chìm vào đại dương của hydro lỏng.
Sao Mộc được bao quanh bởi một dải phóng xạ khổng lồ, chết chóc, là nguồn gốc của nhiều tiếc lè xè (static) mà bạn nghe thấy trên radio và TV. (Một phần nhỏ của âm thanh này đến từ chính sự kiện Big Bang). Các phi hành gia du hành gần sao Mộc sẽ cần phải được che chắn từ bức xạ và sẽ thấy khó khăn trong truyền thông giao tiếp do tất cả những cản trở này.
Một mối nguy khác là trường hấp dẫn khổng lồ của nó, có thể chụp lấy hoặc quăng sợi dây hấp dẫn như súng cao su vào không gian bên ngoài tới bất kỳ kẻ qua đường vô tình nào đi lạc vào quá gần, kể cả đó là mặt trăng hoặc hành tinh. Khả năng đáng sợ này thực sự đã làm việc cho lợi thế của chúng ta hàng tỷ năm trước. Hệ mặt trời ban đầu đầy những mảnh vụn vũ trụ liên tục rơi xuống Trái Đất. May mắn thay, trường hấp dẫn của sao Mộc hoạt động như một máy hút bụi, hoặc là hấp thụ các mảnh vụn hoặc ném nó đi. Các mô phỏng máy tính cho thấy rằng, không có sao Mộc, Trái đất thậm chí ngày nay có thể vẫn sẽ bị bắn phá bởi các thiên thạch khổng lồ, điều này sẽ làm cho sự sống là không thể. Trong tương lai xa hơn, khi xem xét hệ các mặt trời để chinh phục, sẽ tốt hơn nếu tìm những hệ có sao Mộc của riêng chúng, đủ lớn để dọn dẹp các mảnh vụn.
Cuộc sống như chúng ta biết nó có lẽ không thể tồn tại trên những gã khổng lồ khí này. Không ai trong số chúng có một bề mặt vững chắc mà sinh vật có thể phát triển. Chúng thiếu nước lỏng và các yếu tố cần thiết để sản xuất hydrocacbon và hóa chất hữu cơ. Hàng tỷ dặm từ mặt trời, chúng cũng đang lạnh cóng.
MẶT TRĂNG CỦA NHỮNG GÃ KHỔNG LỒ KHÍ
Thú vị hơn với Mộc tinh và Sao Thổ về tiềm năng có thể hỗ trợ cuộc sống là mặt trăng của chúng, tỉ lệ mà có khoảng ít nhất sáu mươi chín và sáu mươi hai (%), tương ứng. Các nhà thiên văn học từng giả định rằng các mặt trăng của sao Mộc sẽ giống nhau: đông lạnh và hoang vắng giống như mặt trăng của chúng ta. Họ đã hoàn toàn ngạc nhiên, sau đó, khi họ thấy rằng mỗi mặt trăng có những đặc điểm riêng biệt của nó. Thông tin này mang lại một sự thay đổi mô hình trong cách các nhà khoa học xem cuộc sống trong vũ trụ.
Có lẽ điều hấp dẫn nhất là Europa, một trong những mặt trăng ban đầu được Galileo phát hiện. Europa, giống như một số mặt trăng khác của những gã khổng lồ khí, được bao phủ bởi một lớp băng dày. Một giả thuyết cho rằng hơi nước từ những ngọn núi lửa đầu tiên trên Europa ngưng tụ thành các đại dương cổ đại, đóng băng khi mặt trăng nguội đi. Điều này có thể giải thích sự thật kỳ lạ rằng Europa là một trong những mặt trăng mượt mà nhất trong hệ mặt trời. Mặc dù nó bị các tiểu hành tinh tấn công nặng nề, các đại dương của nó có thể đóng băng sau khi hầu hết các cuộc oanh tạc xảy ra, qua đó che phủ những vết sẹo. Từ không gian bên ngoài, Europa có vẻ giống như một quả bóng bàn, hầu như không có các đặc điểm bề mặt - không có núi lửa, dãy núi, hoặc miệng hố va chạm thiên thạch. Điểm hiển thị duy nhất nhìn thấy được là một mạng lưới các vết nứt.
Các nhà thiên văn học rất vui mừng khi họ phát hiện ra rằng bên dưới lớp băng trên Europa có thể là một đại dương của nước lỏng. Nó được ước tính là hai hoặc ba lần khối lượng của đại dương của Trái đất - đại dương của chúng ta chỉ nằm trên bề mặt, trong khi các đại dương Europa chiếm phần lớn phía bên trong.
Trong khi các nhà báo thường nói, "lần theo dấu vết của tiền", thì các nhà thiên văn nói, "lần theo dấu vết của nước," vì nước là nền tảng cho sự hình thành của cuộc sống như chúng ta biết. Họ đã bị sốc khi nghĩ rằng nước lỏng có thể tồn tại trong vương quốc của những gã khổng lồ khí. Sự hiện diện của nó trên Europa đã giới thiệu một bí ẩn: Nhiệt độ đến từ đâu để làm tan băng? Tình thế này dường như thách thức sự khôn ngoan thông thường. Từ lâu trước đây, chúng ta vẫn đã giả định rằng mặt trời là nguồn nhiệt duy nhất trong hệ mặt trời và rằng một hành tinh sẽ phải ở trong vùng Goldilocks để có thể ở được, nhưng Mộc tinh nằm ngoài dải này. Tuy nhiên, chúng ta đã bỏ qua (một chi tiết) để suy ngẫm, một nguồn năng lượng tiềm năng khác: lực thủy triều. Lực hấp dẫn của sao Mộc lớn đến mức nó có thể kéo và bóp Europa. Khi nó – mặt trăng quay quanh hành tinh, nó rung chuyển và xoay quanh trục của chính nó, để phình lên thủy triều của nó liên tục di chuyển. Việc ép và kéo này có thể gây ra ma sát dữ dội trong lõi của mặt trăng khi đá bị nén lại trên đá, và nhiệt sinh ra bởi những ma sát này là đủ để làm tan chảy phần lớn lớp băng che phủ.
Với việc khám phá nước lỏng trên Europa, các nhà thiên văn học nhận ra rằng có một nguồn năng lượng có thể làm cho sự sống có thể là khả dĩ ngay cả trong những vùng tối nhất của không gian. Và kết quả là, tất cả các sách giáo khoa về thiên văn học phải được viết lại.
EUROPA CLIPPER
Europa Clipper dự kiến ra mắt vào khoảng năm 2022. Chi phí khoảng 2 tỷ đô la, mục đích của nó là phân tích lớp phủ băng của Europa và thành phần và bản chất của đại dương cho các dấu hiệu của hóa chất hữu cơ.
Các kỹ sư phải đối mặt với một vấn đề khó khăn trong việc vạch ra quỹ đạo của Clipper. Bởi vì Europa nằm trong dải bức xạ khốc liệt xung quanh sao Mộc, một đầu dò được đặt trong quỹ đạo quanh mặt trăng có thể bị chiên chỉ sau vài tháng. Để phá vỡ mối đe dọa này và kéo dài tuổi thọ của nhiệm vụ, họ quyết định rằng Clipper nên được gửi để bay xung quanh sao Mộc trong một quỹ đạo phần lớn bên ngoài vành đai bức xạ. Sau đó, đường đi của nó có thể được sửa đổi sao cho các góc đỉnh của quỹ đạo đó gần hơn với sao Mộc và tạo ra bốn mươi lăm (phút!?) ngắn bay ngang qua Europa.
Một trong những mục tiêu của những chuyến bay lướt qua này là để kiểm tra, và có lẽ bay qua, các mạch nước phun hơi nước bắn lên cao từ Europa đã được quan sát bởi Kính viễn vọng Không gian Hubble. Clipper cũng có thể thả các đầu dò mini vào mạch nước phun trong một nỗ lực để lấy mẫu. Vì Clipper sẽ không có hạ cánh trên bề mặt mặt trăng ấy, việc nghiên cứu hơi nước là cơ hội tốt nhất của chúng ta vào thời điểm này để có được cái nhìn sâu sắc về đại dương. Nếu Clipper thành công, các nhiệm vụ trong tương lai có thể cố gắng hạ cánh xuống Europa, đi sâu vào lớp băng, và gửi một tàu ngầm xuống biển ở đó.
Tuy nhiên, Europa không phải là mặt trăng duy nhất, mà chúng ta cũng đang xem xét nghiêm túc sự hiện diện của hóa chất hữu cơ và đời sống vi sinh vật. Các mạch nước phun cũng được nhìn thấy phun ra từ bề mặt của Enceladus, một mặt trăng của Sao Thổ, chỉ ra rằng có một đại dương bên dưới lớp băng ở đó.
NHỮNG CHIẾC NHẪN CỦA SATURN
Các nhà thiên văn học bây giờ nhận ra rằng những lực quan trọng nhất tạo nên sự tiến hóa của các mặt trăng này là lực thủy triều. Do đó, điều quan trọng là nghiên cứu những lực này mạnh mẽ ra sao và chúng hoạt động như thế nào. Lực thủy triều cũng có thể cho chúng ta câu trả lời cho một trong những bí ẩn lâu đời nhất liên quan đến những gã khổng lồ khí: nguồn gốc của những vòng tròn đẹp đẽ hay những chiếc nhẫn của Sao Thổ. Trong tương lai, khi các phi hành gia đến thăm các hành tinh khác, các nhà thiên văn học tin rằng nhiều gã khổng lồ khí sẽ có những chiếc nhẫn xung quanh chúng, giống như trong hệ mặt trời của chúng ta. Điều này sẽ giúp các nhà thiên văn học xác định chính xác các lực thủy triều mạnh như thế nào và liệu chúng có đủ mạnh để xé toàn bộ mặt trăng.
Sự lộng lẫy của những chiếc nhẫn này, được tạo thành từ các hạt đá và băng, đã mê hoặc các thế hệ nghệ sĩ và những người mơ mộng. Trong khoa học viễn tưởng, quay vòng quanh chúng trong một tàu vũ trụ trong thực tế là một nghi thức tốt nghiệp cho mọi học sinh không gian trong đào tạo. Đầu dò không gian của chúng ta đã phát hiện ra rằng tất cả những gã khổng lồ khí đều có vòng nhẫn, mặc dù không có cái nào lớn hay đẹp bằng những chiếc vòng quanh sao Thổ.
Nhiều giả thuyết đã được đưa ra để giải thích cho chúng, nhưng có lẽ thuyết phục nhất vẫn là lực lượng thủy triều. Lực hấp dẫn của Saturn, giống như sao Mộc, là đủ để tạo ra một mặt trăng quay quanh hơi xiên, hoặc hình chữ nhật lai elip – Oblong. Mặt trăng càng gần với Saturn, nó càng kéo căng. Cuối cùng, các lực thủy triều kéo căng sự cân bằng mặt trăng lực hấp dẫn giữ mặt trăng với nhau. Đây là điểm tới hạn. Nếu mặt trăng đến gần hơn, nó bị xé nát theo đúng nghĩa đen của từ này bởi lực hấp dẫn của Sao Thổ.
Sử dụng định luật Newton, các nhà thiên văn học có thể tính toán khoảng cách của điểm tới hạn, được gọi là giới hạn Roche. Khi chúng ta phân tích các vòng/nhẫn không chỉ của Sao Thổ mà còn của những hành tinh khổng lồ khí khác, chúng ta thấy rằng chúng hầu như luôn nằm trong giới hạn Roche cho mỗi hành tinh. Tất cả các mặt trăng chúng ta thấy quay quanh những hành tinh khổng lồ khí nằm ngoài giới hạn của Roche. Bằng chứng này hỗ trợ, mặc dù không chứng minh dứt khoát, lý thuyết này cho rằng các vòng nhẫn của sao Thổ được hình thành khi một mặt trăng lang thang quá gần với hành tinh và bị xé rách toang và tách rời ra.
Trong tương lai, khi chúng ta ghé thăm các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác, chúng ta có thể dự trù sẽ tìm thấy những vòng tròn xung quanh những gã khổng lồ khí trong giới hạn Roche. Và bằng cách nghiên cứu sức mạnh của các lực thủy triều này, thứ có khả năng tách nhỏ toàn bộ các mặt trăng, ta có thể bắt đầu tính toán sức mạnh của các lực thủy triều tác động lên các mặt trăng như Europa.
MỘT NGÔI NHÀ TRÊN TITAN?
Titan, một trong những mặt trăng của sao Thổ, là ứng cử viên khác cho việc thăm dò của con người, mặc dù các khu định cư ở đó có thể sẽ không đông dân như trên sao Hỏa. Titan là mặt trăng lớn thứ hai trong hệ mặt trời, bên cạnh mặt trăng Ganymede của sao Mộc, và là mặt trăng duy nhất có bầu khí quyển dày đặc. Không giống như các bầu khí quyển mỏng trên các mặt trăng khác, bầu không khí của nó dày đặc đến nỗi những bức ảnh đầu tiên về Titan đã gây thất vọng. Khi đó người ta chỉ nhìn thấy Nó giống như một quả bóng tennis mờ mà không có bất kỳ tính năng hay đặc điểm bề mặt nào.
Tàu vũ trụ Cassini quay quanh sao Thổ, trước khi cuối cùng rơi vào hành tinh vào năm 2017, tiết lộ bản chất thật sự của mặt trăng Titan. Cassini sử dụng radar để xuyên qua đám mây bao phủ chung quanh và lập bản đồ bề mặt của nó. Cassini cũng phóng ra đầu dò Huygens, thực tế là đã hạ cánh xuống Titan vào năm 2005 và phát lại những bức ảnh cận cảnh đầu tiên về địa hình của mặt trăng này. Chúng đã cho thấy dấu hiệu của một mạng lưới phức tạp của ao, hồ, băng, và những lục địa rộng lớn.
Từ các dữ liệu thu thập bởi Cassini và Huygens, các nhà khoa học đã ghép nối một bức tranh mới về những gì nằm bên dưới lớp mây. Bầu khí quyển của Titan, giống như của Trái đất, chủ yếu bao gồm nitơ. Đáng ngạc nhiên, bề mặt của nó được bao phủ bởi các hồ của etan và mêtan. Vì khí mê-tan có thể được đốt cháy bằng tia lửa nhỏ nhất, người ta có thể nghĩ rằng mặt trăng có thể dễ dàng bùng cháy. Nhưng vì khí quyển không có oxy và cực kỳ lạnh ở -180 độ C, một vụ nổ là không thể. Những phát hiện này cho thấy cái khả năng nhọc nhằn kia là thứ mà các phi hành gia có thể thu hoạch một số băng trên Titan, tách oxy và hydro, và sau đó kết hợp oxy với mêtan để tạo ra nguồn cung năng lượng gần như vô tận - có lẽ đủ để thắp sáng và những cộng đồng tiên phong cho ấm áp.
Mặc dù năng lượng có thể không phải là vấn đề, nhưng việc chuyển đổi – terraforming dành cho Titan có thể sẽ không phải là câu hỏi cần thiết. Nó có lẽ là không thể tạo ra một hiệu ứng nhà kính tự duy trì ở khoảng cách lớn như vậy từ mặt trời. Và bởi vì bầu không khí đã chứa lượng lớn mêtan, nên việc đề xuất nhiềuhơn khí này để bắt đầu một hiệu ứng như vậy sẽ là vô ích.
Người ta có thể ở đây là tự hỏi liệu Titan có thể được dùng làm thuộc địa của trái đất và khai thác hay không. Một mặt, đó là mặt trăng duy nhất có bầu không khí đáng giá, áp lực của không khí chỉ lớn hơn 45% so với Trái đất. Đây là một trong số ít các điểm đến được biết đến trong không gian nơi chúng ta sẽ không chết ngay sau khi chúng ta cởi bộ đồ không gian của mình ra. Chúng ta vẫn cần mặt nạ oxy, nhưng máu của chúng ta sẽ không sôi, và chúng ta sẽ không bị nghiền nát.
Mặt khác, Titan là vĩnh viễn lạnh và tối. Một phi hành gia trên bề mặt của nó sẽ nhận được 0,1% ánh sáng mặt trời chiếu sáng như ở bề mặt trái đất. Năng lượng mặt trời sẽ không hiệu quả như một nguồn năng lượng, vì vậy tất cả ánh sáng và nhiệt sẽ phụ thuộc vào máy phát điện, nếu có sẽ phải chạy liên tục. Ngoài ra, bề mặt của Titan bị đóng băng, và bầu khí quyển của nó thiếu một lượng đáng kể oxy hoặc carbon dioxide để duy trì sự sống của động vật và thực vật. Nông nghiệp sẽ vô cùng khó khăn, và bất kỳ loại cây trồng nào cũng phải được trồng trong nhà hoặc dưới lòng đất. Nguồn cung cấp thực phẩm sẽ bị hạn chế, và với nó, giới hạn số người chinh phục có thể sống sót.
Giao tiếp với hành tinh quê hương cũng sẽ bất tiện, vì phải mất nhiều giờ để thông điệp vô tuyến di chuyển giữa Titan và Trái Đất. Và vì lực hấp dẫn trên Titan chỉ khoảng 15% so với trên Trái Đất, nên những người sống trên Titan sẽ phải tập thể dục liên tục để ngăn ngừa sự mất cơ và xương. Họ có thể từ chối từ chối trở về Trái Đất, nơi họ sẽ là những kẻ yếu đuối. Và có thể theo thời gian, những người định cư trên Titan có thể bắt đầu cảm thấy về mặt tình cảm và thể chất khác biệt với những bản sao yếu đuối nơi trái đất của họ và thậm chí có thể (buộc phải) ưa thích phục vụ tất cả các mối quan hệ xã hội.
Vì vậy, sống trên Titan vĩnh viễn có lẽ là có thể, nhưng nó sẽ không thoải mái và sẽ đi kèm với nhiều nhược điểm. Cư trú quy mô lớn có vẻ khó xảy ra. Tuy nhiên, Titan có thể chứng minh có giá trị như một cơ sở tiếp nhiên liệu và là một kho dự trữ tài nguyên. Mêtan của nó có thể được thu hoạch và vận chuyển đến sao Hỏa để tăng tốc các nỗ lực chuyển đổi hoặc có thể được sử dụng để tạo ra lượng nhiên liệu tên lửa không giới hạn cho các nhiệm vụ không gian sâu. Băng của nó có thể được tinh lọc thành nước uống và oxy hoặc được chế biến thành nhiên liệu tên lửa hơn. Lực hấp dẫn thấp thấp của nó sẽ làm cho việc di chuyển đến và đi từ mặt trăng tương đối đơn giản và hiệu quả. Titan có thể trở thành một trạm xăng quan trọng trong không gian.
Để tạo ra một thuộc địa tự duy trì trên Titan, người ta có thể xem xét khai thác bề mặt các khoáng sản và quặng có giá trị. Hiện tại, các đầu dò vũ trụ của chúng ta không mang lại nhiều thông tin về thành phần khoáng vật của Titan, nhưng, giống như nhiều tiểu hành tinh, nó có thể chứa kim loại quý giá rất quan trọng nếu nó trở thành trạm tiếp nhiên liệu và tiếp tế. Tuy nhiên, có khả năng sẽ không thực tế khi vận chuyển quặng được khai thác từ Titan trở lại Trái Đất vì khoảng cách và chi phí rất lớn. Thay vào đó, nguyên liệu thô sẽ được sử dụng để tạo ra cơ sở hạ tầng trên chính Tian.
Đám Mây Oort của Những Sao Chổi
Vượt ra xa những hành tinh khổng lồ khí kia, ở bên ngoài của hệ mặt trời của chúng ta, nằm ở một vương quốc khác, thế giới của sao chổi – số lượng có lẽ lên đến hàng nghìn tỷ. Những sao chổi này có thể trở thành những bước đệm cột mốc của chúng ta để vươn đến chinh phục các ngôi sao khác.
Khoảng cách đến các vì sao có thể dường như vô cùng to lớn. Nhà vật lí Freeman Dyson ở Princeton cho rằng, để tiếp cận chúng, chúng ta có thể học được điều gì đó từ những chuyến đi của người Polynesia hàng ngàn năm trước. Thay vì cố gắng thực hiện một cuộc hành trình kéo dài liên tục trên khắp Thái Bình Dương, điều này có khả năng đã kết thúc trong thảm họa, thì người xưa đã nhảy lên những hòn đảo, trải rộng khắp vùng lãnh thổ của đại dương cho những lần bắt gặp. Mỗi khi họ đến một hòn đảo, họ sẽ tạo ra một khu định cư vĩnh viễn và sau đó chuyển sang hòn đảo kế tiếp. Ông cho rằng chúng ta có thể tạo ra các thuộc địa trung gian trong không gian sâu thẳm ngoài kia với cùng một cách như thế. Chìa khóa cho chiến lược này sẽ là sao chổi, cùng với các hành tinh lang thang mà bằng cách nào đó đã bị đẩy ra khỏi hệ mặt trời của chúng, có thể mang lại như một chiếc giường nghỉ tạm trên con đường vươn đến các ngôi sao.
Sao chổi đã là đối tượng cho sự quan sát, suy nghĩ, lẫn chế tạo câu chuyện huyền thoại, và chúng gây ra sự sợ hãi trong nhiều thiên niên kỷ. Không giống như các tiểu thiên thạch, thứ vạch lên trên bầu trời đêm chỉ trong vài giây và biến mất, sao chổi có thể vẫn xuất hiện ở trên cao ở bầu trời trong một khoảng thời gian dài. Chúng đã từng được cho là điềm báo trước của sự phán xét và thậm chí đã ảnh hưởng đến số phận của các quốc gia. Vào năm 1066, một sao chổi xuất hiện trên nước Anh và được hiểu là một điềm báo rằng quân của Vua Harold sẽ bị đánh bại tại Trận Hastings bởi các lực lượng xâm lược bởi William của vương quốc Norman (khi đó là một tỉnh phía đông-bắc nước Pháp hiện nay, tiếp giáp với eo biển đi vào nước Anh), thiết lập một triều đại mới (bây giờ chính là Hoàng Gia Anh). Tấm thảm Bayeux tráng lệ đã thêu/vẽ lại những sự kiện này và cho thấy nông dân sợ hãi và những người lính nhìn chằm chằm vào sao chổi.
Hơn sáu trăm năm sau, vào 1682, cùng một sao chổi đó đã chong buồm đến trên bầu trời nước Anh một lần nữa. Mọi người, từ những kẻ ăn xin đến hoàng đế, bị cuốn hút bởi nó, và Isaac Newton quyết định giải quyết bí ẩn cổ xưa này. Ông khi đó vừa phát minh ra một loại kính thiên văn mới, mạnh hơn, sử dụng một tấm gương để thu thập ánh sáng sao. Với kính thiên văn phản xạ mới của mình, ông đã ghi lại các quỹ đạo của một số sao chổi và so sánh chúng với những dự đoán mà ông đã thực hiện theo lý thuyết hấp dẫn phổ quát gần đây của ông. Chuyển động của sao chổi trùng khớp vừa vặn với những dự đoán của ông một cách hoàn hảo.
Với xu hướng cô lập và bí mật của Newton, khám phá quan trọng của ông có thể đã bị lãng quên nếu nó không được truyền lại cho Edmond Halley, một nhà thiên văn học quý tộc giàu có. Halley đến thăm Cambridge để gặp Newton và đã rất kinh ngạc khi biết rằng Newton không chỉ theo dõi sao chổi mà còn có thể tiên đoán được những chuyển động tương lai của chúng - một điều mà chưa ai từng làm trước đó. Newton đã chưng cất hay giải mã một trong những hiện tượng khó hiểu nhất trong thiên văn học, vốn đã cuốn hút và ám ảnh các nền văn minh nhân loại trong hàng nghìn năm, thành một loạt các công thức toán học.
(Nói cách khác, sự vĩ đại của Newton, có lẽ không mấy người ở thế kỷ 21 cảm được nếu như chưa đọc học qua công trình của ông và chiếu rọi nó vào lịch sử trăm ngàn năm của Homo Sapiens kể từ ngày giống loài này xuất hiện và thống trị mặt đất…)
Halley nhanh chóng hiểu rằng đây là một trong những đột phá vĩ đại nhất trong khoa học cho tất cả. Ông hào phóng đề nghị trả toàn bộ chi phí xuất bản những gì sẽ trở thành một trong những cuốn sách khoa học vĩ đại nhất mọi thời đại, PRINCIPIA MATHEMATICA. Trong kiệt tác này, Newton đã tìm ra cơ chế của các tầng trời. Sử dụng phép tính, hình thức toán học mà ông đã nghĩ ra, ông có thể xác định chính xác chuyển động của các hành tinh và sao chổi trong hệ mặt trời. Ông phát hiện ra rằng các sao chổi có thể di chuyển theo quỹ đạo hình elip, trong trường hợp này chúng có thể quay trở lại. Và Halley, áp dụng các phương pháp của Newton, tính toán rằng sao chổi đi thuyền trên London vào năm 1682 sẽ trở lại sau mỗi bảy mươi sáu năm. Trong thực tế, Halley có thể tua trở lại qua lịch sử và cho thấy rằng cùng một sao chổi đã liên tục trở lại xuất hiện trên bầu trời theo đúng tiến độ hay chu kì của chúng. Ông đưa ra dự đoán táo bạo rằng nó sẽ trở lại vào năm 1758, lâu sau khi ông qua đời. Sự xuất hiện của nó vào ngày Giáng sinh năm đó đã giúp đóng con dấu bảo chứng lên di sản của Halley.
Hôm nay, chúng ta biết rằng sao chổi đến chủ yếu từ hai nơi. Đầu tiên là vành đai Kuiper, một vùng ngoài Neptune (Hải Vương) quay quanh cùng một mặt phẳng giống như các hành tinh. Các sao chổi trong vành đai Kuiper, bao gồm sao chổi của Halley, du hành với các quỹ đạo hình ellip quanh mặt trời. Đôi khi chúng được gọi là sao chổi ngắn hạn, bởi vì chu kỳ quỹ đạo của chúng, hoặc thời gian cần thiết để chúng hoàn thành một vòng quay xung quanh mặt trời, được đo trong nhiều thập kỷ qua hàng thế kỷ. Từ khi các chu kỳ của chúng được biết hoặc có thể được tính toán, chúng là có thể dự đoán được và do đó chúng ta – con người biết chúng không đặc biệt nguy hiểm như thần thoại gì cả.
Xa hơn rất nhiều, là đám mây sao chổi gọi là Oort Cloud, một quả cầu sao chổi bao quanh toàn bộ hệ mặt trời của chúng ta. Nhiều thành viên trong số chúng cách xa mặt trời với khoảng cách lên đến một vài năm ánh sáng, những thực thể mà chúng chủ yếu là đứng im (tĩnh so với hệ mặt trời –vì nếu xét trong toàn hệ mặt trời, thì chúng di chuyển cùng). Thỉnh thoảng, những sao chổi này được ném vào hệ mặt trời bên trong bởi một ngôi sao băng qua hoặc va chạm ngẫu nhiên. Chúng được gọi là sao chổi chu kỳ dài, vì một vòng quỹ đạo của chúng có thể được đo bằng hàng chục, thậm chí là hàng nghìn năm, nếu chúng quay trở lại. Chúng hầu như không thể dự báo và do đó có khả năng gây nguy hiểm cho Trái Đất nhiều hơn các sao chổi ngắn hạn.
Những khám phá mới đang được thực hiện hàng năm về Vành đai Kuiper và Đám mây Oort. Trong năm 2016, nó đã được thông báo rằng có một hành tinh thứ chín, cỡ kích thước của Neptune, có thể tồn tại sâu trong vành đai Kuiper. Đối tượng này được xác định không phải bằng quan sát trực tiếp thông qua kính thiên văn mà sử dụng máy tính để giải các phương trình Newton. Mặc dù sự hiện diện của nó vẫn chưa được xác nhận, nhiều nhà thiên văn tin rằng dữ liệu rất thuyết phục, và tình trạng này có tiền lệ của nó. Vào thế kỷ thứ mười chín, bằng luật Newton và các tính toán thời đó, đã được chỉ ra rằng hành tinh Uranus/Thiên vương tinh lệch một chút so với những dự đoán bắt nguồn từ định luật Newton. Hoặc là Newton đã sai hoặc có một cơ thể từ xa tác động kéo vào Thiên vương tinh. Các nhà khoa học đã tính toán vị trí của hành tinh giả định này và tìm thấy nó sau vài giờ quan sát vào năm 1846. Họ gọi nó là Neptune. (Trong trường hợp khác, các nhà thiên văn học cũng nhận thấy rằng Mercury cũng bị lạc khỏi con đường dự đoán của nó. Nhưng sau những nỗ lực gặt hái được, không có hành tinh Vulcan nào được tìm thấy. Albert Einstein, nhận ra sự thiếu sót có thể của Định Luật của Newton, và ông đã chỉ ra rằng quỹ đạo của Mercury có thể được giải thích bằng một ảnh hưởng từ một hướng tiếp cận hay một thuyết hoàn toàn khác, đó là sự cong của không thời gian theo mô hình của Einstein mà bây giờ gọi là Thuyết Tương Đối). Ngày nay, các máy tính tốc độ cao được trang bị các luật này – Newton và Einstein – có thể vén lên cho thấy sự hiện diện của nhiều cư dân hơn nữa ở Vành đai Kuiper và Đám mây Oort.
Các nhà thiên văn nghi ngờ rằng đám mây Oort có thể kéo dài đến ba năm ánh sáng từ hệ mặt trời của chúng ta. Khoảng cách đó là nhiều hơn một nửa so với khoảng cách tới các ngôi sao gần nhất, hệ sao ba sao Centauri, cách trái đất hơn bốn năm ánh sáng. Nếu chúng ta giả định rằng hệ sao Centauri cũng được bao quanh bởi một quả cầu sao chổi, thì có thể có một đường mòn sao chổi liên tục kết nối hệ mặt trời kia với hệ mặt trời chúng ta, hay với Trái Đất. Có thể thiết lập một loạt các trạm tiếp nhiên liệu, tiền đồn, và các địa điểm chuyển tiếp trên một xa lộ liên sao lớn. Thay vì nhảy đến ngôi sao tiếp theo trong một bước nhảy, chúng ta có thể rèn luyện cho mục tiêu khiêm tốn hơn bằng "cú nhảy lên sao chổi" để tiến vào hệ thống đa mặt trời Centauri. Đại lộ này có thể trở thành Tuyến đường 66 cấp vũ trụ (tuyến đường nối liền Chicago và Los Angeles ở Mỹ).
Việc tạo ra đường cao tốc sao chổi này không phải là quá xa vời như âm thanh mà vỏ từ của nó được nghe lần đầu tiên khi phát ra. Các nhà thiên văn học đã có thể xác định một lượng thông tin hợp lý về kích thước, tính nhất quán và thành phần của sao chổi. Khi sao chổi của Halley lại theo chu kỳ xuất hiện lần nữa trên bầu trời vào năm 1986, các nhà thiên văn học đã có thể gửi một hạm đội đầu dò không gian để chụp ảnh và phân tích nó. Hình hiển thị một eo lõi nhỏ, khoảng mười dặm, được hình dạng như một đậu phộng (có nghĩa là, tại một số thời điểm trong tương lai, hai mảnh của hạt đậu phộng sẽ tách vỡ ra và sao chổi Halley sẽ trở thành một cặp sao chổi.) Hơn nữa, các nhà khoa học đã có thể gửi đầu dò không gian để bay qua đuôi của sao chổi, và phi thuyền Rosetta có thể gửi một đầu dò để hạ cánh trên một. Phân tích một số sao chổi loại này cho thấy rằng chúng có lõi đá hoặc băng cứng, có thể đủ mạnh để hỗ trợ trạm dừng và trung chuyển robot.
Một ngày nọ, robot có thể hạ cánh trên một sao chổi xa xôi trong đám mây Oort và khoan vào bề mặt của nó. Khoáng chất và kim loại từ lõi có thể được sử dụng để thiết kế cho phù một trạm không gian cho phù hợp, và băng có thể được tan chảy để cung cấp nước uống, nhiên liệu tên lửa và oxy cho các phi hành gia.
Chúng ta sẽ tìm thấy gì nếu chúng ta thành công trong việc mạo hiểm khám phá ra ngoài hệ mặt trời? Chúng ta đang trải qua một sự thay đổi mô hình khác trong việc hiểu thêm về vũ trụ của chúng ta. Chúng ta đang phát hiện các hành tinh giống như Trái Đất, có thể hỗ trợ một số dạng sống trong các hệ sao khác. Một ngày nào đó chúng ta sẽ có thể đến thăm những hành tinh này? Chúng ta có thể xây dựng những ngôi sao có khả năng mở ra tấm bản đồ để con người thăm dò vũ trụ hơn thêm không? Và làm thế nào đây?
TƯƠNG LAI NHÂN LOẠI - MICHIO KAKU
Bản dịch của ĐỖ BÁ HUY
Phần tiếp theo >>
