Va chạm thiên thạch là thảm họa tự nhiên duy nhất có thể dự đoán cũng như phòng tránh. Dự án mới của cơ quan vũ trụ Châu Âu (European Space Agency) sẽ giúp hạn chế các thảm họa thiên thạch trong tương lai.

Sao băng, còn gọi là sao chổi, là hiện tượng xảy ra khi các thiên thạch từ ngoài vũ trụ bị bầu khí quyển thiêu cháy khi đi ngang qua hành tinh của chúng ta. Khi thấy chúng, ta thường chắp tay và thầm thì một điều ước. Tuy nhiên, với các thiên thạch cỡ lớn – với đường kính dài hàng kilomet thì điều ước duy nhất ta nên có là mong sao cho chúng không đụng độ với Trái Đất.

Theo thống kê, chắc chắn sẽ có một ngày thiên thạch khổng lồ thực sự va chạm với hành tinh mà ta đang sống. Điều này từng xảy ra trong quá khứ, vì vậy ta phải chuẩn bị sẵn sàng.

Có nhiều vết tích chứng minh rằng, Trái Đất từng va chạm với thiên thạch,” Ian Carnelli, trưởng dự án chống thiên thạch Hera của cơ quan vũ trụ Châu Âu, phát biểu. “Chúng ta cũng có thể ước lượng được tần suất va chạm dựa trên Mặt Trăng và các hành tinh khác.”

Dữ liệu về các vật thể gần Trái Đất – bao gồm các thiên thạch và sao chổi xoay xung quanh Mặt Trời ở khoảng cách tương đương với Trái Đát – hiện được ghi lại bởi Trung tâm tiểu hành tinh, thuộc Liên đoàn thiên văn quốc tế.

Hiện tại, đã xác định được khoảng hơn 20.000 vật thể thuộc phạm trù trên, song dữ liệu này vẫn còn rất nhiều thiếu sót. Tin tốt là các nhà thiên văn học đã có thể tính được quỹ đạo của các thiên thạch lớn (bán kính từ 1km trở lên) một cách chính xác hơn so với trước đây. Ảnh hưởng của một thiên thạch với độ lớn như vậy rất có thể sẽ tương tự như hiện tượng thiên thạch Chicxulub, nó đã va chạm với Trái Đất 66 triệu năm về trước và khiến khủng long tuyệt chủng.

Dựa trên các nỗ lực phát hiện thiên thạch của ESA, NASA và nhiều cơ quan khác, chúng ta biết được rằng, 90% các thiên thạch cỡ lớn không có khả năng va chạm với Trái Đất trong nhiều thế kỷ tiếp theo. Tuy nhiên, các thiên thạch cỡ vừa với đường kính từ hàng chục tới hàng trăm mét cũng có thể gây ra những đại họa mang tầm vóc châu lục hoặc quốc gia, vậy mà chúng ta lại biết rất ít về các thiên thạch này,” Carnelli nói.

Cụ thể, một thiên thạch với đường kính 50m đã có thể phá hủy hoàn toàn khu vực đô thị của London, gây ra một thảm họa tương đương với thảm họa bom nguyên tử tại Hiroshima trước đây. Carnelli ước tính rằng, tồn tại hàng triệu thiên thạch kích cỡ vừa trong hệ mặt trời – một con số khổng lồ so với hàng trăm ngàn thiên thạch cỡ lớn. Vấn đề là, các thiên thạch càng nhỏ thì càng ít phản chiếu ánh sáng, dẫn tới càng khó phát hiện. “Đây là vấn đề mà chúng tôi đang tập trung giải quyết, đồng thời cố gắng giảm thiểu thiệt hại mà chúng có thể gây ra,” Carnelli chia sẻ.

Vào năm 2021, Nasa dự định triển khai nhiệm vụ Điều hướng thiên thạch đôi (Double Asteroid Redirection Test – DART), lần đầu tiên thay đổi quỹ đạo của một thiên thạch. Mục tiêu của nhiệm vụ này là thay đổi quỹ đạo của cặp thiên thạch mang tên Didymos (có nghĩa là ‘song sinh’), được phát hiện năm 1996, được đánh giá là có nguy cơ lớn đối với Trái Đất. Cặp thiên thạch, bao gồm thiên thạch Didymos chính và mặt trăng của nó là Dimorphos, thường xuyên đi ngang Trái Đất, chỉ cách khoảng vài triệu kilomet. Dự kiến tới tháng 11 năm 2023, cặp đôi này sẽ chỉ cách hành tinh của ta 5,9 triệu kilomet.

DART là một tàu vũ trụ đơn giản, chỉ được trang bị với một camera định vị, được thiết kế sao cho va chạm được với Dimorphos ở vận tốc 6,6km/s. Cú va này được dự kiến sẽ làm Dimorphos đi chậm lại khoảng nửa milimet mỗi giây, đủ để thay đổi quỹ đạo của thiên thạch này sao cho không va chạm vào Trái Đất kể cả khi đường đi có giao nhau.

Đây là kỹ thuật được cộng đồng quốc tế đánh giá là hứa hẹn nhất và tiên tiên nhất. Tuy nhiên, nó chưa từng được thực hiện trong thực tế, mà chỉ mới được thử nghiệm trên mô phỏng máy tính. Mục đích của chúng tôi là thử nó trên quỹ đạo để đảm bào rằng chúng ta sẽ thu được cùng kết quả với khi thực hiện mô phỏng. Nếu một ngày ta thật sự cần phải dùng tới nó thì ta sẽ hiểu cách nó hoạt động,” Carnelli nói.

DART là một phần của nhiệm vụ Đánh giá ảnh hưởng vàlLàm chệch hướng thiên thạch (Asteroid Impact and Deflection Assessment – AIDA) của Nasa với sự hợp tác của ESA,  đã được phê chuẩn hồi tháng 11 năm 2019.

Trên thực tế, tên của thiên thạch nêu trên cũng là phát sinh từ nhiệm vụ này. Trước đây, nó từng được gọi là Didymos B hoặc Didymoon, trước khi được đổi tên thành Dimorphos vào tháng 6 năm 2020, bởi Liên đoàn thiên văn quốc tế. Tên này được gợi ý bởi nhà khoa học hành tinh Kleomenis Tsiganis, thuộc đội ngũ của DART và Hera, với lý giải rằng thiên thạch này “sẽ được biết tới với hai bản thể, một là bản thể được DART phát hiện trước khi va chạm, và hai là sau khi được Hera phát hiện vài năm sau đó.”

Phi thuyền ESA xây dựng sẽ đụng mặt Dimorphos khoảng gần 4 năm sau khi cú va của DART vào năm 2022. Tuy nhiên, Carnelli khẳng định rằng, khoảng thời gian này sẽ không hề ảnh hưởng tới các lợi ích về khoa học mà công đồng quốc tế kỳ vọng ở Hera.

Khác với DART – có mục tiêu là va chạm với Dimorphos tại vận tốc tối đa, Hera cần tiếp cận thiên thạch này càng chậm càng tốt và duy trì quỹ đạo xung quanh nó trong vài tháng để nghiên cứu các ảnh hưởng và thiệt hại gây ra bởi vụ va chạm với DART,” Carnelli chia sẻ.

Do không tồn tại thời tiết ngoài vũ trụ, các dấu tích va chạm sẽ còn nguyên vẹn y như ngày đầu, ông cũng bổ sung: Trên thực tế, nếu Hera gặp Dimorphos cùng lúc với DART, thì phi thuyền này sẽ không thể quan sát trực tiếp ảnh hưởng của vụ va chạm, nó sẽ gặp nguy cơ phát sinh từ các vật chất vỡ ra trong quá trình va chạm này.

Dữ liệu được Hera thu thập sẽ giúp các khoa học chứng thực được các thuật toán máy tính và mô hình của họ, mang lại khả năng chính xác hơn ở các thiên thạch khác. “Công lao lớn nhất của Hera là nhiệm vụ này cho phép chúng ta phân tích ảnh hưởng của DART lên một thiên thạch cụ thể, và tương tự trên các vật thể khác,” Carnelli bày tỏ.

Nếu không có Hera, ta sẽ không thể thu thập đủ dữ liệu để biết được rằng liệu những gì hiệu quả với Dimorphos có ảnh hưởng tương tự lên các dạng thiên thạch khác hay không. Trong khi đó, với các thông tin bổ sung mà Hera cung cấp, như kích cỡ vết va chạm, cấu trúc, vật liệu và đặc điểm vật lý của thiên thạch, ta sẽ có thể sử dụng các mô hình máy tính để tái tạo lại hiệu ứng tương tự, qua đó căn chỉnh lại các mô hình.”

Sau đó ta có thể điều chỉnh một số yếu tố như đặc điểm thiên thạch, qua đó dự đoán được ảnh hưởng của một va chạm tương tự lên thiên thạch khác, rồi thiết kế nhiệm vụ tương ứng, thay đổi tham số, đặc biệt là khi đã xác định được tính chính xác cơ chế nhiệm vụ.”

Hera sẽ là phi thuyền đầu tiên thực hiện nghiên cứu một cụm thiên thạch kép – kiểu thiên thạch mà thường xuất hiện ở gần Trái Đất hơn là ở vành đai tiểu hành tinh giữa Sao Hỏa và Sao Mộc.

Trong gần 20 năm qua, một lượng lớn các thiên thạch gần Trái Đất là cụm kép,” Alan Fitzsimmons, giáo sư bộ môn thiên văn học tại Đại học Belfast Hoàng Gia, cũng là người chỉ huy đại diện cho Vương quốc Anh ở nhiệm vụ Hera, phát biểu. “Có khoảng 15% các thiên thạch gần Trái Đất là các cụm kép. Chúng tôi tin rằng, ánh sáng mặt trời đã đẩy nhanh tốc độ xoay của những thiên thạch này, khiến chúng bị vỡ vụn ra. Hy vọng rằng, với Hera, chúng tôi có thể kiểm nghiệm những lý thuyết này.”

Cả Didymos và Dimorphos đều là các thiên thạch có nguy cơ gây ra đại họa cấp quốc gia hoặc châu lục nếu va chạm với Trái Đất. Cụ thể, Didymos có đường kính rới vào khoảng 780m in diameter, Dimorphos thì rộng khoảng 160m. Ngoài kích cỡ, tốc độ Dimorphos xoay quanh Didymos cũng là yếu tố khiến thiên thạch này được các nhà thiên văn học lựa chọn thử nghiệm.

“Dimorphos đang xoay quanh Didymos với tốc độ chỉ vào khoảng 5cm mỗi giây,” Carnelli nói.Nếu bạn dự kiến giảm tốc độ của một vật thể đi 0,5mm mỗi giây, thì bạn nên so sánh nó với một vật thể đang di chuyển với một vận tốc thật chậm. Việc so sánh, nếu được thực hiện trên một thiên thạch thông thường di chuyển ở vận tốc 30km mỗi giây, sẽ là rất khó khăn.”

Ngoài ra, do Hera sẽ không xuất hiện lúc DART thực hiện cú va, các nhà thiên văn muốn được chứng kiến hiện tượng này từ Trái Đất. Cặp đôi Didymos được dự kiến sẽ tiến tới gần hành tinh của khi thử nghiệm được thực hiện vào năm 2022.

Ta có thể đo vận tốc Dimorphos xoay quanh Didymos khi quan sát Didymos bằng kính thiên văn,” Carnelli giải thích. Thiên thạch này sẽ phản chiếu một lượng ánh sáng nhất định, song mỗi khi mặt trăng của nó đi qua trước kính hiển vi, ánh sáng sẽ yếu đi, và ta sẽ thu được một sự thay đổi xung động. Bằng cách đo xung động trước và sau cú va với DART, ta sẽ đo được độ chệch mà DART gây ra.”

Để có thể đánh chệch một thiên thạch hay cảnh báo dân cư về nguy hiểm của nó, ta cần phát hiện được nguy hiểm đó. Vào tháng 2 năm 2013, một thiên thạch nhỏ với đường kính 18m đã va chạm với thị trấn Chelyabinsk (Nga), gần biên giới Kazakhstan, gây hư hại hơn 7.000 tòa nhà, đồng thời làm 1.500 người bị thương. Thiên thạch này bị đốt cháy trong khí quyển nên nó đã đến mà không báo trước. 7 năm sau, một thiên thạch lớn hơn hoàn toàn có thể rơi xuống Trái Đất ngay lúc này.

Một khi đã định hình được quỹ đạo của thiên thạch, các nhà thiên văn học có thể dự đoán đường đi của các thiên thạch này trong vòng 200 năm tới, đồng thời biết được cả khả năng lẫn vị trí va chạm của chúng với Trái Đất.

Theo Fitzsimmons, nếu một thiên thạch với đường kính 50m trở lên được dự kiến sẽ va chạm với một khu vực có mật độ dân cư đông đúc, thì một nhiệm vụ đánh chệch hướng đi của nó sẽ được cân nhắc thực hiện. Tuy nhiên, ông cũng thừa nhận rằng, các kính thiên văn ở hiện tại vẫn chưa thể phát hiện hiệu quả các vật thể có đường kính nhỏ hơn 100m.

Vẫn luôn có thể xảy ra các sự kiện như Chelyabinsk hoặc tệ hơn mà không hề báo trước,” ông nói. “Tuy nhiên, ta có thể sẽ sở hữu các công nghệ và kính thiên văn tốt hơn trong vòng 10 năm tiếp theo, mạng lại đột phá lớn cho công tác phát hiện và theo dõi các vật thể này.”

ESA hiện đang lắp đặt một kính thiên văn phát hiện thiên thạch thế hệ mới đầu tiên tại đảo Sicily, Ý. Kính thiên văn này có tên gọi là Flyeye, được trang bị 16 camera. Do đó, nó có tầm nhìn vô cùng rộng, cho phép quan sát phần lớn bầu trời. ESA cũng đang có kế hoạch lắp đặt 3 kính tương tự trên các châu lục khác để đảm bảo tầm nhìn bao quát toàn thế giới.

Fitzsimmons cũng chia sẻ rằng, Đài quan sát Vera Rubin hiện đang được thi công tại Chile, sẽ tăng đáng kể khả năng quan sát thiên văn, giúp các nhà thiên văn học xác định được nhiều hơn các vật thể gần Trái Đất với nguy cơ va chạm cao.

Thông qua việc khảo sát liên tục, chúng tôi tin rằng một ngày nào đó sẽ phát hiện được một thiên thạch có khả năng va chạm với ta trong tương lai,” Fitzsimmons nói. Đó là một quá trình hết sức tự nhiên, đã xảy ra trong quá khứ và sẽ tiếp tục trong tương lai. Chỉ có điều là ta chưa biết thời điểm cụ thể. Có thể ngay sau đây, ta sẽ phát hiện một thiên thạch đang thẳng hướng tiến tới Trái Đất trong 5 năm nữa, khiến DART và Hera không còn là những thử nghiệm.”

Theo Engineering & Technology

Tin liên quan: