Con người sẽ mất bao lâu để khám phá tới Sao Mộc?

Sao Mộc là hành tinh có kích thước lớn nhất trong Hệ Mặt Trời với khối lượng tương đương hai lần và một nửa tổng khối lượng của tất cả các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời cộng lại.

Sao Mộc là một trong năm hành tinh có thể nhìn thấy bằng mắt thường vào ban đêm và cùng với Mặt Trời và Mặt Trăng, nó được nhiều nền văn hóa sử dụng để biểu thị một ngày trong tuần, có thể đây cũng là lý do tại sao chúng ta có bảy ngày trong một tuần.

Hiện nay, Sao Mộc được coi là 'vị vua' của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời do kích thước lớn của nó: nếu không tính Mặt Trời, thì nó có khối lượng gấp đôi và một nửa tổng khối lượng của tất cả các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời cộng lại.

Theo các tài liệu lịch sử, chúng ta có thể biết rằng con người đã quan sát và nghiên cứu Sao Mộc trong hơn 2.000 năm. Vào đầu thế kỷ 17, khám phá của Galileo Galilei đã làm đảo lộn quan niệm cũ rằng mọi vật thể trong Hệ Mặt Trời đều xoay quanh Trái Đất, và giúp củng cố ý thức của Nicolaus Copernicus về mô hình heliocentric.

Ngày nay, chúng ta không còn hài lòng với việc chỉ quan sát các hành tinh qua kính thiên văn, và do đó, nhiều sứ mệnh khám phá không gian đã được triển khai, trong đó có sứ mệnh khám phá Sao Mộc. Nhưng còn bao lâu nữa chúng ta mới có thể thực hiện được điều này?

Nếu chúng ta muốn biết mất bao lâu để du hành đến Sao Mộc, chúng ta cần biết quãng đường phải đi là bao xa. Vì cả Trái Đất và Sao Mộc đều chuyển động liên tục nên câu trả lời sẽ luôn thay đổi. Khoảng cách gần nhất giữa hai hành tinh có thể là 365 triệu dặm (khoảng 587 triệu km), và xa nhất là 601 triệu dặm (khoảng 980 triệu km).

Tốc độ tối đa mà con người từng thực hiện trong một nhiệm vụ tàu vũ trụ có người lái là 24.800 dặm/h (khoảng 40.000 km/h) trong sứ mệnh Apollo 10. Nếu chúng ta có thể di chuyển với tốc độ đó trong toàn bộ chuyến đi, thì sẽ mất từ 613 đến 1.009 ngày, tùy thuộc vào vị trí của các hành tinh.

Trong những năm 1970, bốn tàu thăm dò riêng biệt đã được gửi đi: Pioneers 10 và 11, và Voyagers 1 và 2. Tất cả bốn tàu thăm dò đều tiến thẳng tới quỹ đạo của Sao Mộc với tốc độ cực cao. Năm 2006, tàu thăm dò New Horizons đã di chuyển từ 36.000 đến 47.000 dặm/h và đến gần quỹ đạo Sao Mộc trong 405 ngày trước khi tiếp tục hành trình đến Sao Diêm Vương.

Mặc dù tất cả các tàu thăm dò đã đến Sao Mộc, nhưng không có bất kỳ tàu thăm dò nào đã dừng lại tại quỹ đạo của Sao Mộc. Các tàu thăm dò Voyager sau đó đã rời khỏi Hệ Mặt Trời và New Horizons đã tiếp tục hành trình tới Vành đai Kuiper.

Cho đến nay, chỉ có hai tàu vũ trụ từng du hành đến Sao Mộc và ở lại đó: Galileo và Juno. Cả hai tàu thăm dò đã đi theo một lộ trình mạch lạc hơn để đến Sao Mộc, sử dụng lực hấp dẫn của các hành tinh để đạt được tốc độ cần thiết và vượt qua vành đai tiểu hành tinh, đi vào quỹ đạo của Sao Mộc. Galileo mất hơn sáu năm để đạt được quỹ đạo của Sao Mộc, và Juno cũng thực hiện điều tương tự trong khoảng thời gian gần 5 năm. Tuy nhiên, đó chỉ là các tàu thăm dò, còn cái mà chúng ta đang thực sự hướng tới là thực hiện các nhiệm vụ di chuyển với tàu vũ trụ có người lái.

Thực tế, phạm vi của các chuyến đi có người lái của chúng ta đến không gian vũ trụ xa nhất vẫn chỉ là Mặt Trăng. Chuyến đi gần nhất của nhân loại đến đó là vào năm 1972 và trong tương lai, chúng ta sẽ quay lại vào năm 2025 (sớm nhất) trong sứ mệnh Artemis 3, thời gian dự kiến mất khoảng ba ngày. Kế hoạch rõ ràng của NASA là sử dụng những sứ mệnh này làm nền tảng để xây dựng các sứ mệnh tới Sao Hỏa vào những năm 2030.

Theo NASA, con đường đơn giản nhất và tiết kiệm nhiên liệu nhất để đến Sao Hỏa sẽ mất 9 tháng cho chuyến đi một chiều và 21 tháng cho chuyến đi khứ hồi.

Nếu chúng ta dùng phương pháp được sử dụng để tính toán tuyến đường này, một chuyến đi tương tự tới Sao Mộc sẽ mất hơn sáu năm chỉ cho chuyến đi một chiều. NASA cũng ước tính rằng một phi hành đoàn bốn người sẽ cần 8.000 pound (khoảng 3.629 kg) thực phẩm mỗi năm, có nghĩa là một chuyến đi đến Sao Mộc với bốn người sẽ cần mang theo 48.000 pound (khoảng 21.772 kg) thực phẩm chỉ để đến đó và thậm chí còn nhiều hơn nữa để thực hiện chuyến đi trở về.

Tuy nhiên, thực tế lại phức tạp hơn rất nhiều, bởi vì cần phải phóng lên vũ trụ từ Trái Đất không chỉ thực phẩm mà còn tất cả các thiết bị cần thiết để duy trì sự sống và thực hiện các nghiên cứu. Trọng lượng này sẽ mất nhiều thời gian hơn để đạt tới tốc độ của tàu vũ trụ và thời gian cần thiết cho nhiệm vụ cũng lớn hơn rất nhiều so với tính toán đơn giản mà chúng ta vừa đề cập.

Nếu bỏ qua vấn đề về trọng lượng và thực phẩm, hành trình đến Sao Mộc cũng không dễ dàng.

Khi rời xa giới hạn lực hấp dẫn của Trái Đất, các phi hành gia sẽ đối mặt với nhiều thách thức. Một trong số đó là bức xạ. Ngoài bức xạ liên tục từ Mặt Trời, những nhà du hành cũng phải đối mặt với nhiều loại tia vũ trụ có thể gây tổn thương di truyền và ung thư.

Dành thời gian dài ở không gian cũng gây ra những thách thức tâm lý. Việc du hành vũ trụ trong thời gian dài có thể gây ra lo lắng, làm suy giảm mối quan hệ với các thành viên phi hành đoàn khác. Sự cách ly khỏi gia đình và bạn bè, cùng với một lịch trình làm việc đơn điệu, làm tăng thêm những vấn đề này. Đây là những thách thức mà những phi hành gia đương đại phải đối mặt. Chúng ta cần vượt qua những thách thức này và những thách thức mới trước khi xem xét việc đưa bất kỳ ai đến Sao Hỏa, chưa kể đến Sao Mộc.

Mặc dù phải đối mặt với nhiều thách thức như vậy, tại sao chúng ta vẫn muốn đến Sao Mộc?

Một trong những điều luôn làm chúng ta hấp dẫn về Sao Mộc là việc nó giống như một mô hình thu nhỏ của Hệ Mặt Trời. Tương tự như vô số hành tinh quay quanh Mặt Trời, Sao Mộc cũng có một hệ thống vệ tinh đi kèm trong hành trình quay quanh Mặt Trời. Mặc dù Sao Mộc là một khí khổng lồ không có bề mặt rắn để hạ cánh, nhưng lại có tới 79 mặt trăng đá mà chúng ta có thể khám phá.

Bốn trong số những mặt trăng này lớn hơn đáng kể so với những mặt trăng khác, với lực hấp dẫn tương tự như Mặt Trăng của chúng ta. Ba mặt trăng đầu tiên - Io, Europa và Ganymede - quá gần Sao Mộc và nhận được quá nhiều bức xạ, khiến việc hạ cánh ở đó không an toàn cho con người. Nhưng mặt trăng thứ tư, Callisto, nhận ít bức xạ hơn rất nhiều so với ba mặt trăng còn lại. Có tin đồn rằng nó có một đại dương nước lỏng dưới bề mặt và có thể hỗ trợ sự sống.

Vào đầu những năm 2000, một nghiên cứu đã thực hiện để đánh giá khả năng của một sứ mệnh có thủy thủ đoàn tới Callisto. Kết luận là điều này không thể xảy ra trước ít nhất năm 2040 và sẽ yêu cầu sử dụng các loại động cơ đẩy mới chưa từng được thử nghiệm trong không gian trước đây. Tuy nhiên, giả sử mọi thứ đều có thể thực hiện như tính toán trong nghiên cứu này, thì nhiệm vụ di chuyển khứ hồi tới Sao Mộc có thể mất từ 652 đến 1.661 ngày.

Tham khảo: Tạp chí Nature; NASA; The Planetary Society; Không gian