Việc xác nhận sự tồn tại của khí quyển quanh ngoại hành tinh đá LHS 1140b đang làm dấy lên kỳ vọng rằng nhân loại có thể tiến gần hơn tới mục tiêu thám hiểm các thế giới ngoài Hệ Mặt Trời bằng những công nghệ đang được phát triển hiện nay.
LHS 1140b nằm trong vùng có thể sinh sống quanh ngôi sao mẹ là một sao lùn đỏ cách Trái Đất khoảng 48 năm ánh sáng. Đây là khu vực mà nhiệt độ đủ phù hợp để nước tồn tại ở dạng lỏng trên bề mặt hành tinh. Các nhà thiên văn học đã phát hiện heli đang thoát ra khỏi tầng khí quyển trên của hành tinh này, trong khi những hợp chất nặng hơn như nước có thể tồn tại ở các tầng khí quyển thấp hơn.
Mặc dù các kính thiên văn hiện đại cho phép quan sát ngày càng chi tiết các ngoại hành tinh xa xôi, câu hỏi liệu con người có thể trực tiếp đến những thế giới đó hay không từ lâu vẫn được xem là đề tài của khoa học viễn tưởng. Tuy nhiên, các công nghệ mới nổi đang mở ra khả năng thực hiện những sứ mệnh như vậy trong vài thập kỷ tới.
Một trong những hướng nghiên cứu được quan tâm nhất hiện nay là sử dụng các tàu vũ trụ siêu nhỏ cho hành trình liên sao. Theo các nhà khoa học, việc đẩy một tàu có kích thước cực nhỏ tới hệ sao khác trong khoảng thời gian một đời người sẽ khả thi và tiết kiệm hơn nhiều so với việc thực hiện điều tương tự với các tàu vũ trụ cỡ lớn.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thu nhỏ cảm biến đã tạo nền tảng cho ý tưởng này. Những cảm biến hiện đại trên điện thoại thông minh hiện nay có khả năng ghi hình chất lượng cao với khối lượng, mức tiêu thụ điện năng và thể tích rất nhỏ. Các nhà nghiên cứu thậm chí đã phát triển các cảm biến “bụi thông minh” chỉ có kích thước vài milimét hoặc nhỏ hơn, có thể phát hiện ánh sáng, nhiệt độ và thành phần hóa học.
Theo các nhà khoa học, một tàu thăm dò liên sao cần được tăng tốc lên khoảng 10-20% tốc độ ánh sáng. Sau hành trình kéo dài nhiều thập kỷ, tàu sẽ bay xuyên qua hệ sao mục tiêu mà không dừng lại, thực hiện các phép đo trực tiếp rồi truyền dữ liệu về Trái Đất trong thời gian dài.
Để đạt được tốc độ như vậy, giới nghiên cứu đang đặt nhiều kỳ vọng vào công nghệ “cánh buồm ánh sáng” (light sail). Đây là những màng phản xạ siêu mỏng có thể được đẩy bằng áp suất của ánh sáng.
Nguyên lý hoạt động dựa trên việc các photon không chỉ mang năng lượng mà còn mang động lượng. Khi phản xạ khỏi một bề mặt giống gương, chúng tạo ra một lực đẩy rất nhỏ. Trong điều kiện thông thường lực này gần như không thể nhận thấy, nhưng với chùm tia laser đủ mạnh và cánh buồm có khối lượng cực thấp, nó có thể trở thành phương thức đẩy tàu vũ trụ hiệu quả.
Dự án Breakthrough Starshot, một sáng kiến được tài trợ bởi các nhà hảo tâm, đang nghiên cứu những công nghệ cốt lõi cho loại sứ mệnh này. Theo ý tưởng của dự án, một mạng lưới laser công suất hàng chục gigawatt trên Trái Đất sẽ tập trung thành một chùm tia đồng bộ để đẩy cánh buồm ánh sáng.
Thay vì sử dụng một laser đơn lẻ, hệ thống có thể gồm nhiều thiết bị laser hoạt động đồng bộ. Với một cánh buồm phản xạ rộng vài mét, chùm laser như vậy có thể tăng tốc tàu lên vận tốc hành trình vũ trụ chỉ trong vài phút.
Ưu điểm lớn nhất của phương pháp này là hệ thống laser được đặt lại trên Trái Đất, còn một tải trọng cực nhỏ được gia tốc tới các vì sao. Điều này giúp tránh hạn chế lớn nhất của tên lửa truyền thống là phải mang theo lượng nhiên liệu khổng lồ.
Tuy nhiên, nhược điểm là tàu thăm dò gần như không thể giảm tốc khi tới nơi. Vì vậy, nó chỉ có thể bay ngang qua hệ sao mục tiêu trong vài ngày trước khi tiếp tục lao vào không gian liên sao.
Dù việc xây dựng một hệ thống laser công suất hàng chục gigawatt vẫn là thách thức khổng lồ, các chuyên gia cho rằng xu hướng thu nhỏ thiết bị điện tử và cảm biến có thể biến những tàu thăm dò siêu nhỏ trở thành các sứ giả liên sao đầu tiên của nhân loại.
Trong tương lai, những hệ thống AI có thể được tích hợp trên các tàu này, ở trạng thái “ngủ đông” trong nhiều thập kỷ trước khi thức dậy để tiến hành quan sát khi tới gần mục tiêu.
Bên cạnh cánh buồm ánh sáng sử dụng laser, công nghệ cánh buồm Mặt Trời cũng đang được ứng dụng trong thực tế. Ý tưởng này lần đầu được đề xuất từ thập niên 1920 bởi các nhà tiên phong hàng không vũ trụ Nga Konstantin Tsiolkovsky và Friedrich Tsander.
Khác với cánh buồm ánh sáng liên sao, cánh buồm Mặt Trời sử dụng áp suất ánh sáng từ chính Mặt Trời để tạo lực đẩy. Nhiều mẫu cánh buồm loại này đã được phóng lên quỹ đạo Trái Đất nhằm thử nghiệm công nghệ.
Các nhà nghiên cứu cho rằng cánh buồm Mặt Trời có thể mở ra những dạng sứ mệnh mới trong Hệ Mặt Trời. Do không cần mang theo nhiên liệu, chúng phù hợp với các hành trình dài và tiêu tốn nhiều năng lượng, chẳng hạn tiếp cận các sao chổi chu kỳ dài hoặc thu thập mẫu vật rồi đưa trở lại Trái Đất.
Công nghệ này cũng cho phép tàu hoạt động trên những quỹ đạo đặc biệt mà tàu vũ trụ thông thường khó thực hiện. Chẳng hạn, một cánh buồm Mặt Trời có thể duy trì vị trí gần như cố định phía trên các vùng cực của Trái Đất bằng cách sử dụng áp suất ánh sáng để cân bằng tác động của trọng lực.
Theo các nhà khoa học, cánh buồm Mặt Trời và cánh buồm ánh sáng có thể đóng vai trò cầu nối giữa các sứ mệnh khám phá Hệ Mặt Trời hiện nay và những chuyến du hành tới các hệ sao khác trong tương lai. Nếu các công nghệ này tiếp tục phát triển, những thế giới xa xôi như LHS 1140b có thể trở thành điểm đến của các tàu thăm dò liên sao trong những thập kỷ tới.
Cánh buồm ánh sáng có thể đẩy tàu vũ trụ bằng năng lượng từ Mặt Trời. Ảnh: NASA
Hình minh họa ngoại hành tinh LHS 1140b được bao quanh bởi bầu khí quyển giàu heli. Ảnh: Melissa Weiss
Các kỹ sư tại Trung tâm Nghiên cứu Langley của NASA kiểm tra một cánh buồm Mặt Trời có chiều dài mỗi cạnh khoảng 9 mét. Ảnh: NASA
