Mùa xuân năm ngoái, một thiên thạch phát sáng lao qua bầu trời Alaska giữa ban ngày. Tuy nhiên, cả vệ tinh lẫn hệ thống camera quan sát toàn bầu trời đều không ghi lại được đầy đủ sự kiện. Vì vậy, nhóm nghiên cứu do Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia dẫn đầu đã tìm đến một dấu vết mà thiên thạch không thể che giấu: âm thanh nó để lại.
Khi một thiên thể lao vào khí quyển với tốc độ cực lớn, nó tạo ra sóng xung kích tương tự tiếng nổ siêu thanh, nhưng hình thành ở độ cao rất lớn và kéo dài dọc theo quỹ đạo bay.
Sóng xung kích này có thể truyền đi hàng trăm dặm dưới dạng hạ âm (infrasound) – những âm thanh có tần số quá thấp để tai người nghe được. Một phần năng lượng của nó còn truyền xuống mặt đất, tạo nên các rung động rất nhỏ đủ để những cảm biến vốn dùng theo dõi động đất và núi lửa phát hiện.
Alaska tình cờ sở hữu mạng lưới cảm biến rất phù hợp để “lắng nghe” những tín hiệu như vậy.
Người đầu tiên nhận thấy điều bất thường là Logan Scamfer, một trợ lý nghiên cứu. Thay vì tín hiệu đặc trưng của động đất, anh phát hiện trên dữ liệu xuất hiện nhiều lần một dạng sóng hình chữ N – dấu hiệu đặc trưng của mặt sóng xung kích đang suy yếu – tại nhiều trạm quan trắc khác nhau. Đến khi truyền thông đưa tin về quả cầu lửa xuất hiện hôm đó, linh cảm của Scamfer đã được xác nhận.
Sau đó, trong kỳ thực tập hè tại Sandia dưới sự hướng dẫn của nhà vật lý Elizabeth Silber, Scamfer cùng nhóm nghiên cứu quyết định thử xem họ có thể tái dựng được bao nhiêu thông tin về thiên thạch mà không cần bất kỳ bức ảnh rõ nét nào.
Cuối cùng, 57 thiết bị trên khắp khu vực – gồm các trạm địa chấn và cảm biến hạ âm – đã ghi nhận sự kiện, trong đó có những thiết bị cách hiện trường tới 580 km.
Từ lượng dữ liệu này, nhóm nghiên cứu đã tái dựng được quỹ đạo bay của thiên thạch, xác định vị trí nhiều khả năng nó vỡ thành các mảnh và chuyển vùng dự đoán mảnh vỡ rơi cho một đồng nghiệp tại NASA.
Nhà khoa học của NASA sau đó sử dụng radar thời tiết để tìm kiếm tín hiệu đặc trưng của các mảnh thiên thạch đang rơi. Dù radar không thể quan sát ánh chớp của quả cầu lửa, đôi khi nó vẫn có thể phát hiện các mảnh vỡ trong khí quyển.
Kết quả tái dựng cũng trùng khớp với một nguồn dữ liệu hoàn toàn độc lập: các đoạn video từ camera hành trình và camera an ninh do người dân cung cấp. Các nhà nghiên cứu hiệu chỉnh từng đoạn video dựa trên vị trí các ngôi sao để xác định chính xác những gì mỗi camera ghi lại. Tổng hợp mọi bằng chứng cho thấy thiên thạch đi vào khí quyển theo góc khá nông, khoảng 19 độ, với tốc độ từ 80.000 đến 90.000 km/h, đủ để băng qua toàn bộ nước Mỹ chỉ trong khoảng 3 phút. Năng lượng giải phóng tương đương khoảng 38 tấn thuốc nổ TNT.
Lần ngược quỹ đạo của thiên thể cho thấy nó nhiều khả năng bắt nguồn từ vành đai tiểu hành tinh chính nằm giữa Sao Hỏa và Sao Mộc.
Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học sử dụng chỉ dữ liệu hạ âm và rung động mặt đất để dẫn hướng radar tìm kiếm thành công khu vực mảnh thiên thạch rơi.
Nghiên cứu cho thấy ngay cả khi bầu trời không cung cấp hình ảnh, mặt đất vẫn có thể “kể lại” câu chuyện về hành trình của một thiên thạch.
Toàn cảnh vệt khói do quả cầu lửa Chelyabinsk để lại sau khi lao qua bầu khí quyển. Ảnh: Alex Alishevskikh
Một bản ghi địa chấn thực tế. Trong các biểu đồ như thế này, các nhà nghiên cứu đã phát hiện một đỉnh tín hiệu hình chữ N – dấu hiệu của sóng xung kích suy yếu từ quả cầu lửa ở Alaska – ẩn giữa các tín hiệu động đất thông thường. Ảnh: Universe Today
Các mạng lưới trạm địa chấn như trạm trong ảnh, vốn thường dùng để theo dõi hoạt động núi lửa như chuyển động của magma dưới núi Vesuvius, cũng có thể phát hiện những rung động rất nhỏ do thiên thạch vỡ trong khí quyển tạo ra. Ảnh: Daryl Mitchell
