Suốt 30 năm nay, khoa học vẫn đang đi tìm lời giải cho hiện tượng tăng tốc kỳ lạ của tàu thăm dò không gian

Ngày 8/12/1990, tàu Galileo của NASA đang hướng về Trái Đất sau hơn một năm du hành khoảng trống. Nhưng đây chỉ là chuyến ghé thăm nhà chút xíu thôi : Galileo đang tận dụng lực mê hoặc của quê nhà để tăng cường mà văng tới Sao Mộc. Trên mặt đất, những nhà khoa học theo dõi sát sao vận tốc và khoảng cách của Galileo, với cả Trái Đất cũng như đích đến, nhằm mục đích bảo vệ không có nguy hiểm xảy ra .

Nhưng rồi sự kỳ lạ lại tìm tới họ: Galileo đang bay nhanh hơn tốc độ dự kiến khoảng 4 milimet/giây. Tưởng chừng khác biệt chẳng đáng là bao, nhưng đây lại là lần đầu tiên các nhà khoa học phát hiện ra thêm một thắc mắc chưa lời giải trong du hành không gian, được đặt tên gọi là “flyby anomaly”, tạm dịch là “sự dị thường khi tiến hành bay ngang thiên thể”. Flyby anomaly là sự khác biệt giữa chuyển động dự kiến và chuyển động ghi lại được khi một tàu du hành bay ngang hành tinh; 30 năm nay, flyby anomaly vẫn là bí ẩn chưa thể giải thích.

Suốt 30 năm nay, khoa học vẫn đang đi tìm lời giải cho hiện tượng tăng tốc kỳ lạ của tàu thăm dò không gian - Ảnh 1.Hình minh họa tàu Galileo .

Tàu Galileo là trường hợp đầu tiên trải nghiệm hiện tượng này, nhưng không phải lần duy nhất: năm 1998, tàu Tập kết Thiên thạch Gần Trái Đất (NEAR) chứng kiến thay đổi lớn nhất, khi nó bay nhanh hơn tốc độ dự kiến tới 13 mm/s; các sứ mệnh khác như Cassini–Huygens, MESSENGER, Rosetta đều gặp hiện tượng kỳ lạ này khi bay ngang Trái Đất.

Một điểm kỳ lạ nữa : lần tiên phong, tàu Galileo bay nhanh hơn vận tốc dự kiến, nhưng trong lần thứ hai bay ngang Trái Đất vào năm 1992, nó lại bay chậm hơn vận tốc đã được Dự kiến trước. Tốn nhiều giấy mực và chất xám nhưng những nhà khoa học vẫn chưa lý giải được hiện tượng lạ. Có người cho rằng đây là hiệu ứng đặc biệt quan trọng của thuyết tương đối rộng, có bên lại tưởng tượng ra một vòng sáng đặc biệt quan trọng phủ lấy Trái Đất, có nhà vật lý kim chỉ nan đề xuất kiến nghị rằng đây là ảnh hưởng tác động của một lực mới, trong vô số giả thuyết khác, còn có người cho rằng công cụ đo đạc đã giám sát sai …Chưa rõ liệu trái đất hoàn toàn có thể lý giải thành công xuất sắc flyby anomaly trong tương lai không, ta mới chỉ đặt ra được những giả thuyết. Dưới đây là một trong số đó :

Vật chất tối hay chỉ đơn giản là lỗi thiết bị?

Stephen Adler, nhà vật lý hạt và giáo sư danh dự công tác làm việc tại Viện Nghiên cứu Nâng cao Princeton, đã đau đáu tâm lý về flyby anomaly suốt hơn một thập kỷ nay, từ ngày ông đọc được khái niệm này trong một bài báo. Và cũng trùng hợp thôi, ông hứng thú với flyby anomaly trong khoảng chừng thời hạn chiêm nghiệm về vật chất tối – dark matter, thứ vật chất huyền bí được cho là tạo nên hầu hết khối lượng Vũ trụ .Suốt 30 năm nay, khoa học vẫn đang đi tìm lời giải cho hiện tượng tăng tốc kỳ lạ của tàu thăm dò không gian - Ảnh 2.Khái niệm vật chất tối, thứ làm ra phần nhiều Vũ trụ quanh ta, vẫn là huyền bí của ngành vật lý .Và thế là Stephen Adler có cho mình “ đứa con niềm tin ” sinh ra từ hai khái niệm này : ông yêu cầu rằng vật chất tối quanh Trái Đất hoàn toàn có thể là nguyên do khiến tàu du hành bay nhanh lên hay chậm đi so với vận tốc dự kiến .

Tôi đã viết một số nghiên cứu phân tích khả năng vật chất tối có thể sinh ra flyby anomaly”, ông Adler nói với phóng viên Vice qua điện thoại như vậy. “Tôi hứng thú với ý tưởng vật chất tối có khả năng cấp năng lượng cho sự vật thông qua một quá trình phân rã nào đó”.

Năm 2013, ông Adler yêu cầu quy mô Trái Đất được gói trong hai vỏ vật chất tối. Giả thuyết của ông cho rằng việc tàu tăng và giảm tần suất là do tính co và giãn và không co và giãn của hai lớp vỏ. Dựa trên sáng tạo độc đáo này, ông Dự kiến rằng tàu Juno của NASA, sẽ bay qua Trái Đất vào tháng Mười năm 2013, sẽ có tốc độ lệch 11,6 milimet / s so với vận tốc dự kiến .Tuy nhiên, hành trình dài tới Sao Mộc của Juno diễn ra không xô lệch so với thống kê giám sát bắt đầu. Adler cho rằng ví dụ đó đã gạt bỏ giả thuyết về vật chất tối ảnh hưởng tác động tới tốc độ tàu. Hiện tại, ông hoài nghi rằng những xô lệch đó sinh ra bởi xô lệch trong thiết bị đo đạc .

Đến lúc này, tôi không tin rằng đây là tác động của vật lý”, ông Adler nói, nhấn mạnh rằng quỹ đạo bay của Juno cũng tương tự hành trình của tàu Galileo hồi năm 1990. “Nếu hiệu ứng này có thật, Juno đáng lẽ cũng phải bị ảnh hưởng”.

Ông nói thêm: “Có thể đã có thay đổi gì đó trong những thử nghiệm sau này. Nếu các thiết bị trong lần bay trước có vấn đề gì, bạn sẽ không thể biết được nếu thiết bị đã được thay mới hết rồi”.

Suốt 30 năm nay, khoa học vẫn đang đi tìm lời giải cho hiện tượng tăng tốc kỳ lạ của tàu thăm dò không gian - Ảnh 3.Tàu Juno .Ý tưởng cho rằng vật chất tối ảnh hưởng tác động tới tốc độ tàu mê hoặc vô cùng, nhưng đáng buồn khi Juno cho thấy giả thuyết này không ngặt nghèo. Tuy nhiên, nhiều tò mò khoa học Open khi ta đang theo đuổi một yếu tố mà lại tìm được bằng cớ chứng tỏ những yếu tố chưa ai nghĩ tới. Giáo sư Adler sử dụng thử nghiệm này để ước tính tác động ảnh hưởng của vật chất tối quanh Trái Đất, nhưng nó cũng sẽ hoàn toàn có thể hữu dụng trong những nghiên cứu và điều tra tương lai khác .

Ngoài điểm đặt, phương, chiều và cường độ, còn yếu tố bí ẩn nữa của lực mà ta chưa biết

Các nhà khoa học chưa sẵn sàng chuẩn bị khẳng định chắc chắn những xô lệch trong vận tốc Dự kiến và vận tốc trong thực tiễn của tàu du hành gần Trái Đất là do lỗi thiết bị .

Giáo sư vật lý Mario J. Pinheiro công tác tại Đại học Lisbon, Bồ Đào Nha cho rằng sai lệch kia có thể là kết quả của “tương tác chưa được khám phá giữa động lượng tuyến tính và vận tốc góc”. Đó là kết luận của báo cáo khoa học mà giáo sư Pinheiro đã xuất bản năm 2014 trên tạp chí Physical Letter A.

Động lượng tuyến tính hay còn gọi là động lượng, được tính bằng cách nhân khối lượng vật thể với tốc độ của nó, nhằm tìm ra độ lớn vận tốc và hướng một vật thể trong không gian ba chiều ; vận tốc góc là đại lượng cũng để tính những khái niệm tương tự, nhưng là khi vật thể quay quanh một điểm cố định. Pinheiro dự đoán rằng lực bí ẩn, được ông gọi là dòng xoắn hình học tô pô – topological torsion current (TTC), có thể trực tiếp biến vận tốc góc thành động lượng theo cách mà vật lý cổ điển chưa dự đoán được.

Suốt 30 năm nay, khoa học vẫn đang đi tìm lời giải cho hiện tượng tăng tốc kỳ lạ của tàu thăm dò không gian - Ảnh 4.

Tác động của TTC trong không gian ba chiều.

TTC chỉ ra sự tồn tại của mối quan hệ giữa động lượng và vận tốc góc, thông qua tính toán lực tiềm tàng của một vector”, giáo sư Pinheiro viết trong email gửi Vice. “Nó có thể là lực đứng sau năng lượng quay ngày một tăng trong một hệ thống nhất định, đơn cử như năng lượng có được khi bay quanh quỹ đạo, hay thứ đang được ta gọi là flyby anomaly”.

Pinheiro mở màn tăng trưởng khái niệm TTC khi học trò của ông nêu vướng mắc về yếu tố nguồn năng lượng cũng như độ hỗn loạn ( entropy ) của một mạng lưới hệ thống cơ học. Ông đã xuất bản thêm nghiên cứu và điều tra khám phá về “ hành vi phản đối xứng ” của TTC .Trong trường hợp lý giải flyby anomaly này, TTC gây ra ảnh hưởng tác động khác nếu như tàu du hành bay cùng hướng quay của Trái Đất, so với khi tàu bay ngược lại với hướng quay của hành tinh. Chỉ khi tàu bay ngược hướng quay Trái Đất, flyby anomaly mới thành hình, nó hoàn toàn có thể là lời lý giải tại sao tàu vận tốc Juno lại không biến hóa khi bay ngược hướng quay của Hành tinh Xanh .

Nó là một lực rất nhỏ, với cấu trúc phản đối xứng, xuất hiện do tác động của vector quỹ đạo. Tôi tin rằng nó sẽ ảnh hưởng tới các vệ tinh khi chúng lại gần những thiên thể lớn”.

Giáo sư Pinheiro mong rằng ông hoàn toàn có thể ứng dụng giả thuyết TTC lên tài liệu từ những thiên chức khoảng trống khác, nhằm mục đích lý giải được hiện tượng flyby anomaly .

Tác động chưa ai biết tới của thuyết tương đối rộng

Nếu flyby anomaly thực sự sống sót, những nhà khoa học cũng sẽ thấy hiện tượng này Open khi tàu du hành bay quanh những hành tinh khác nữa ngoài Trái Đất. Đó là nguyên do Luis Acedo, một giáo sư toán học công tác làm việc tại Đại học Extremadura ở Tây Ban Nha, dẫn dắt một đội ngũ điều tra và nghiên cứu có trách nhiệm liên tục theo dõi Juno khi nó tới được Sao Mộc vào năm năm nay .

Khi Acedo và các cộng sự so sánh mô hình dự đoán của họ với dữ liệu bay của Juno trên quỹ đạo Sao Mộc, họ phát hiện ra những con số gia tốc không lý giải được “giống với hiện tượng flyby anomaly trên Trái Đất”. Nhóm nghiên cứu đã đăng tải phát hiện của mình năm 2018 trên Advances in Space Research.

Suốt 30 năm nay, khoa học vẫn đang đi tìm lời giải cho hiện tượng tăng tốc kỳ lạ của tàu thăm dò không gian - Ảnh 5.Các kỹ sư đang gắn ăng-ten cho tàu thăm dò Juno .

Trong một báo cáo khoa học viết năm 2014, Acedo đã nêu giả thuyết rằng nguyên nhân gây nên flyby anomaly là một trường từ-lực hấp dẫn, tuy rằng anh không khẳng định đây là lời giải thích chính xác, mà chỉ là đề xuất dựa trên các quan sát liên quan. 

Hiện tại, tôi đang nghiên cứu thêm những tác động khác của thuyết tương đối chung, liên quan tới sự xoắn không thời gian với khả năng dự đoán những lực tương tự [với thứ gây nên flyby anomaly], có khả năng đưa các yếu tố này vào trong một mô hình vật lý giả thuyết hợp lý”.

Nói một cách khác, giả thuyết của Einstein hoàn toàn có thể lý giải được hiện tượng kỳ lạ. Thậm chí, ta còn có cả cách chứng tỏ mối link giữa flyby anomaly và thuyết tương đối rộng, trải qua một dàn vệ tinh bay với quỹ đạo hình elip .Cơ quan Vũ trụ Châu Âu ESA từng yêu cầu triển khai thiên chức như vậy, nhưng rồi họ lại trải qua dự án Bất Động Sản kính viễn vọng tìm ngoại hành tinh. Tuy nhiên, không loại trừ năng lực trong tương lai, ta sẽ có một thiên chức khác tựa như, hoàn toàn có thể tiện thể xử lý được luôn huyền bí flyby anomaly .

Giáo sư Acedo cũng nghĩ rằng những biến đổi trong gia tốc của Oumuamua, vật thể liên sao đầu tiên được phát hiện ra trong Hệ Mặt Trời, cũng có chút liên hệ tới hiện tượng flyby anomaly. “Năm 2018, các phân tích quỹ đạo của Oumuamua cho thấy nó tăng tốc khi lại gần Mặt Trời. Người ta cho rằng khí gas phóng ra từ thiên thạch đã khiến hiện tượng này diễn ra, tuy nhiên Oumuamua không hề có đuôi [giống sao chổi]. Rất có thể đây lại là một hiện tượng flyby anomaly khác mà ta cần nghiên cứu sâu hơn”.

Suốt 30 năm nay, khoa học vẫn đang đi tìm lời giải cho hiện tượng tăng tốc kỳ lạ của tàu thăm dò không gian - Ảnh 6.Thiên thạch Oumuamua, thiên thể liên sao tiên phong ” thăm viếng ” Hệ Mặt Trời. Nhà thiên văn học và vật lý học Robert Weryk đã phát hiện ra Oumuamua vào ngày 19/10/2017, khi nó đã đang bay ngày một xa khỏi Mặt Trời .

Hành trình hóa giải bí ẩn

Thường có hai trường hợp xảy ra khi những Dự kiến lệch với tài liệu quan sát được : tin xấu là ta đang thiếu mất yếu tố nào đó quan trọng ; tin tốt là cái yếu tố ấy đủ quan trọng để trở thành một phát hiện lớn, có tiềm năng đổi khác cách tất cả chúng ta nhìn nhận vạn vật .

Có lẽ ta sẽ chẳng bao giờ phát hiện ra bí ẩn đằng sau flyby anomaly, tại sao nó lại hiện ra theo nhiều cách và tại sao nó không bao giờ xuất hiện đúng với dự đoán. “Nó là câu đố bí ẩn ở thời điểm hiện tại, nhưng việc không dự đoán đúng sự xuất hiện của nó không có nghĩa là nó không tồn tại. Hôm nay mà không mưa, đâu có nghĩa ta đang sống ở sa mạc”, giáo sư Acedo nhận định.

Nếu chúng là hậu quả của sai sót trong phân tích dữ liệu hay là tác dụng phụ của một hiệu ứng ta đã biết, thì bí ẩn sẽ được hóa giải trong tương lai gần. Nếu chúng là kết quả của những khái niệm vật lý mới, sẽ còn lâu lắm ta mới kết luận được điều gì gây ra chúng, và cần thêm dữ liệu và mô hình thử nghiệm để hiểu được chuyện gì đang xảy ra”.

Cuối cùng, sự kiện flyby anomaly là ví dụ hay cho thấy một huyền bí chưa giải thuật hoàn toàn có thể sinh ra bao nhiêu quan sát, Dự kiến của ta về tương tác của con người với Vũ trụ to lớn. Những khoảng trống trong hiểu biết của con người sẽ là những mỏ vàng cho những nhà khoa học tương lai tha hồ khai thác .

Theo Vice