Nhật Bản sẽ phóng một tàu vũ trụ đến Phobos, Mặt Trăng nhỏ của Sao Hỏa, thu thập hơn 10 gram vật chất trên bề mặt và đưa về Trái đất. Đây sẽ là lần đầu tiên mẫu vật được lấy từ hệ Sao Hỏa được đưa về Trái đất, qua đó có thể giúp giải đáp câu hỏi Phobos hình thành cùng Sao Hỏa hay là một tiểu hành tinh bị hành tinh này bắt giữ.
Một tàu vũ trụ Nhật Bản dự kiến phóng vào tháng tới sẽ tìm lời giải cho một trong những bí ẩn lớn của Sao Hỏa: Phobos có nguồn gốc từ vành đai tiểu hành tinh hay hình thành từ các mảnh vụn sau một vụ va chạm khổng lồ trên Sao Hỏa.
Theo Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA), tàu Thám hiểm các Mặt Trăng của Sao Hỏa (MMX) dự kiến được phóng lúc 4 giờ 41 sáng ngày 20-10, giờ Nhật Bản, bằng tên lửa H3 từ Trung tâm Vũ trụ Tanegashima. Nếu phải hoãn, các cơ hội phóng dự phòng kéo dài đến ngày 7-11.
Sứ mệnh dự kiến kéo dài khoảng 5 năm. MMX sẽ đến khu vực Sao Hỏa vào năm 2027, tiến hành khảo sát Phobos, lấy mẫu vật rồi đưa khoang chứa mẫu trở về Trái đất vào năm 2031.
Phobos, Mặt Trăng có kích thước gần với tiểu hành tinh
Phobos là một thiên thể màu xám, hình dạng không đều, đường kính khoảng 22 km, có kích thước gần với một tiểu hành tinh lớn hơn là hình dung thông thường về một Mặt Trăng.
Thiên thể này chỉ cách bề mặt Sao Hỏa khoảng 6.000 km, gần Sao Hỏa hơn 60 lần so với khoảng cách giữa Mặt Trăng và Trái đất.
Lực hấp dẫn trên Phobos rất yếu. Theo Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), xe tự hành Idefix nặng 25 kg trên Trái đất sẽ chỉ chịu lực tương đương trọng lượng khoảng 15 gram khi hoạt động trên Phobos.
Điều này tạo ra một bài toán kỹ thuật đặc biệt. MMX không thể đơn giản bay quanh Phobos như tàu vũ trụ quay quanh một thiên thể lớn, vì lực hấp dẫn của Phobos không đủ để giữ tàu trên quỹ đạo ổn định.
Thay vào đó, MMX sẽ bay trên một quỹ đạo gần vệ tinh, quay quanh Sao Hỏa theo một đường được tính toán chính xác để tàu duy trì vị trí tương đối với Phobos trong quá trình khảo sát kéo dài khoảng một năm.
Khi hạ xuống bề mặt, tàu cũng không thực hiện một cú đáp thông thường mà sẽ tiếp cận và tiếp xúc với mặt đất trong thời gian rất ngắn trước khi rời đi.
Hai hệ thống lấy mẫu
Các nhà khoa học chưa biết chính xác bề mặt Phobos có đặc điểm như thế nào, có thể là đá, sỏi hoặc vật chất rất mịn. Vì vậy, MMX được trang bị hai hệ thống lấy mẫu.
Hệ thống C-Sampler là một thiết bị khoan gắn trên cánh tay robot, có thể đưa mũi khoan xuống bề mặt vài centimet để lấy và lưu trữ vật chất trong một ống chứa.
Hệ thống P-Sampler, do NASA đóng góp và Honeybee Robotics chế tạo, sử dụng một luồng khí nén để thổi các hạt vật chất khỏi bề mặt, đưa chúng qua một ống vào khoang chứa chỉ trong một phần nhỏ của giây.
Xe tự hành Idefix sẽ được triển khai trước. Thay vì được hạ xuống bằng dây cáp, xe sẽ được thả từ độ cao vài chục mét, sau đó tự di chuyển trên lớp đất bề mặt để nghiên cứu đặc tính của địa hình và phản ứng của mặt đất dưới bánh xe.
Mục tiêu của sứ mệnh là thu thập hơn 10 gram mẫu vật qua hai lần tiếp xúc với bề mặt. Khối lượng này có vẻ nhỏ, nhưng các thiết bị phân tích hiện đại có thể làm việc với lượng vật chất chỉ vài miligam. Phần mẫu còn lại sẽ được bảo quản cho những phương pháp phân tích chưa tồn tại hoặc chưa được phát triển ở thời điểm hiện nay.
Phobos hình thành như thế nào?
Nguồn gốc của Phobos và Deimos, hai Mặt Trăng của Sao Hỏa, vẫn là vấn đề gây tranh luận trong nhiều thập niên.
Một giả thuyết cho rằng chúng hình thành từ các mảnh vụn sau một vụ va chạm cực lớn với Sao Hỏa. Cả hai thiên thể đều có quỹ đạo gần tròn và nằm gần mặt phẳng xích đạo của Sao Hỏa, phù hợp với kịch bản vật chất sau va chạm tập hợp thành một đĩa rồi hình thành Mặt Trăng.
Giả thuyết khác cho rằng Phobos và Deimos vốn là các tiểu hành tinh giàu carbon từ vùng ngoài của Hệ Mặt trời, sau đó bị Sao Hỏa bắt giữ. Bề mặt tối, đỏ và phản xạ ánh sáng yếu của chúng có một số đặc điểm tương đồng với nhóm tiểu hành tinh nguyên thủy này.
Các quan sát quang phổ vẫn chưa thể giải quyết tranh luận. Một nghiên cứu công bố năm 2025 so sánh Phobos với các tiểu hành tinh, địa hình Sao Hỏa và mẫu vật trong phòng thí nghiệm nhưng vẫn cho kết quả không đủ để xác định nguồn gốc.
Ngay cả nguồn gốc của hố va chạm lớn nhất trên Phobos, hố Stickney, cũng còn gây tranh luận. Một nghiên cứu được trình bày tại hội nghị của Liên minh Khoa học Địa chất châu Âu ở Vienna cho rằng nếu Phobos hình thành sau một vụ va chạm với Sao Hỏa, hố Stickney có thể hình thành khoảng 4,2 tỷ năm trước. Trong kịch bản Phobos là thiên thể bị bắt giữ, hố này có thể chỉ khoảng 2,6 tỷ năm tuổi.
MMX sẽ mang theo MEGANE, thiết bị quang phổ tia gamma và neutron do NASA phát triển. Thiết bị sẽ phân tích thành phần hóa học của bề mặt Phobos từ quỹ đạo trước khi tàu thu thập và đưa mẫu vật về Trái đất.
Mẫu vật Sao Hỏa có thể nằm trong đất Phobos
Mỗi vụ va chạm lớn trên Sao Hỏa đều có thể hất vật chất lên không gian. Phobos nằm ngay trên đường đi của một phần lượng vật chất này và có thể thu giữ chúng trong lớp đất bề mặt.
Các nhà nghiên cứu Ken Ramsley và James Head thuộc Đại học Brown ước tính vật chất từ Sao Hỏa có thể chiếm khoảng 250 phần triệu trong lớp đất bề mặt Phobos, tập trung chủ yếu trong 0,5 mét phía trên. Một mô hình sau đó do Ryuki Hyodo dẫn đầu còn đưa ra tỷ lệ cao hơn.
Điều này khiến mẫu vật MMX có thêm ý nghĩa trong bối cảnh chương trình Đưa mẫu vật Sao Hỏa về Trái đất của NASA đang gặp khó khăn về ngân sách. Quốc hội Mỹ đã cắt nguồn tài trợ cho chương trình vào tháng 1, khiến các ống mẫu mà xe tự hành Perseverance thu thập trong nhiều năm vẫn nằm trên Sao Hỏa mà chưa có phương án chắc chắn để đưa về Trái đất.
Nếu MMX hoàn thành mục tiêu, những mẫu vật mang về từ Phobos có thể trở thành một trong những nguồn vật chất Sao Hỏa hiếm hoi mà các phòng thí nghiệm trên Trái đất có thể trực tiếp phân tích trong thập niên này.
Phobos vẫn còn hàng chục triệu năm tồn tại trước khi lực hấp dẫn của Sao Hỏa kéo thiên thể này tan rã. Những gram vật chất được MMX lấy từ bề mặt có thể tồn tại lâu hơn chính Mặt Trăng nhỏ đã chứa chúng.
Ảnh minh họa hai mặt trăng Phobos và Deimos của Sao Hỏa. Nguồn gốc của hai thiên thể này vẫn là vấn đề gây tranh luận trong nhiều thập niên. Ảnh: Space Daily
