Làm thế nào để chứng minh có băng trên Mặt Trăng? Bằng một Lunar Flashlight

NASA nghiêm túc về việc mang người trở lại Mặt Trăng. Điều này có nghĩa là đến lúc phải tìm hiểu xem nước ở đâu. 

Cuối tuần này, ngay khi chiếc tàu Orion trở về từ chuyến du hành đầu tiên của nó đến Mặt Trăng, cơ quan đã phóng một chiếc vệ tinh kích thước cặp xách có tên là Lunar Flashlight, sẽ tìm kiếm tuyết trong các khu vực có bóng tối ở Cực Nam Mặt Trăng và bắt đầu xây dựng một bản đồ sơ bộ về nơi có thể tìm thấy nó. Đó là một bước tiến để hiểu rõ hơn về nơi mà nước đó đến từ đâu, và liệu đó có phải là một nguồn tài nguyên tái tạo mà các phi hành gia có thể uống hoặc chuyển đổi thành nhiên liệu tên lửa để trở về Trái Đất. Nếu Mặt Trăng có đủ nước, nó có thể trở thành một điểm dừng để khám phá sâu hơn vào hệ Mặt Trời. 

Lunar Flashlight liên quan đến “việc học cách sống và làm việc ngoài hành tinh, và thực sự xác lập rằng chúng ta có thể làm việc ở một địa điểm xa xôi mà không cần dây nối—mà không cần phải cung cấp đầy đủ mọi thứ liên tục,” nói Barbara Cohen, một nhà khoa học hành tinh tại Trung tâm Chuyên cơ NASA Goddard và nhà nghiên cứu chính của nhiệm vụ. 

Mặt Trăng, giống như Trái Đất, hình thành trong môi trường cực kỳ khô, vì vậy bất kỳ băng nào có mặt ngày nay đều phải đã đến từ sau. Có khả năng lớn, nước đó đến từ các thiên thạch và sao chổi đâm vào bề mặt, để lại lượng nhỏ H₂O trong các hố va đập của chúng. Hiện tượng phát ra từ núi lửa hoạt động cũng có thể đã gửi nước vào lớp vỏ lunar. Một số nhà nghiên cứu thậm chí nghĩ rằng gió mặt trời—dòng ion hydro từ mặt trời—có thể tương tác với oxy trong đất trăng để tạo nên nước. 

Nếu nước rơi vào một khu vực bị che phủ mãi mãi của mặt trăng, nó có thể bị giam giữ ở đó mãi mãi dưới dạng băng. (Cohen ví nó giống như cách tuyết tồn tại trong bóng tối của các tòa nhà chọc trời vào mùa đông, khi không có nhiệt để làm tan nó đi.) Điều đó làm cho Cực Nam Mặt Trăng, một lưu vực ở phía xa của mặt trăng chưa nhìn thấy tia nắng trong 2 tỷ năm, là một nơi lý tưởng để tìm kiếm. 

Có nhiều bằng chứng cho thấy bề mặt Cực Nam có phủ tuyết: Cả dữ liệu từ vệ tinh và từ đất trong suốt 30 năm qua đều “phù hợp với băng nước,” Cohen nói. “Không có giải thích hợp khác.” Tuy nhiên, một số nhà nghiên cứu còn do dự kết luận rằng đó là băng bởi vì các đo lường từ các thí nghiệm khác nhau không hoàn toàn khớp với nhau, và một số cũng không đồng ý với các mô hình lý thuyết. “Càng có nhiều dữ liệu, càng hữu ích,” Cohen nói.

Nhập Lunar Flashlight. Khi nó bay qua Cực Nam, máy phát xạ của vệ tinh sẽ phát bốn tia laser—mỗi tia được điều chỉnh đến một bước sóng khác nhau của ánh sáng gần hồng ngoại—vào những khu vực có bóng tối của mỗi hố, sau đó đếm xem có bao nhiêu photon phản xạ lại từ bề mặt. Hai trong số đó có bước sóng chỉ có thể được hấp thụ bởi băng nước, nên nếu vệ tinh ghi lại ít ánh sáng phản xạ hơn dự kiến, đó là một loại hình bằng chứng. Nhóm cũng sẽ có thể xác định mức độ có tuyết của bề mặt mặt trăng qua lượng ánh sáng laser bị hấp thụ. 

“Đối với tôi, đây là một phép đoạn mơ,” nói David Paige, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học California, Los Angeles, người đã tham gia vào dự án từ khi nó mới bắt đầu gần một thập kỷ trước. “Đây là cơ hội để có một bước tiến nhanh chóng với một tàu vũ trụ nhỏ như vậy.” Sau khi nhóm đã định vị phân phối băng nước trên bề mặt Cực Nam, họ có thể sử dụng nó để hướng dẫn tàu hạ cánh, robot khảo sát, và cuối cùng là con người đến những nơi họ có thể thu thập mẫu lạnh. 

Các phi hành gia ngày nay phải mang theo nước của họ. Nó nặng và không nén được, điều này có nghĩa là việc phóng lên đắt tiền và chiếm không gian mà có thể được sử dụng để đặt thêm công cụ khoa học. “Lunar Flashlight có thể là chìa khóa mở cánh cửa cho các nhiệm vụ có thời gian sống lâu hơn, thậm chí là những nhiệm vụ có tham vọng hơn,” nói nhà khoa học hành tinh Parvathy Prem của Đại học Johns Hopkins, người không liên quan đến dự án. 

Băng nước trăng cũng là một đối tượng khoa học thú vị, theo Prem, vì nó có thể bảo tồn một bản ghi cổ xưa về cách nước đến trong hệ thống Trái Đất-mặt trăng. Một ngày nào đó, mẫu lạnh từ mặt trăng có thể được chuyển đến hành tinh của chúng ta và được phân tích để phát hiện ra các dấu vết phân tử tiết lộ nguồn gốc của băng. Sự xuất hiện của cacbon, ví dụ, sẽ gợi ý rằng nước đến từ thiên thạch hoặc sao chổi. Lưu huỳnh có thể làm nó đến từ núi lửa. Hydroxyl, một phân tử chứa cùng các thành phần như nước, sẽ làm cho gió mặt trời có trách nhiệm. Bất kỳ phát hiện nào này cũng có thể gợi ý rằng mặt trăng đã—hoặc vẫn đang có—chu kỳ nước của riêng mình, một chuỗi các bước mà H₂O chảy giữa nội tại, bề mặt và khí quyển của mặt trăng. 

Cần ba tháng để Lunar Flashlight đến mặt trăng, điều hành một chuyến đi vòng qua để tiết kiệm nhiên liệu hạn chế mà nó có thể mang theo. Một khi đã đến đó, tàu vũ trụ sẽ lắng xuống một quỹ đạo hình oval kỳ lạ vì cùng một lý do, di chuyển càng gần càng 10 kilomet dưới bề mặt Cực Nam trong vài phút trong chu kỳ 6,5 ngày của nó. Paige, người đứng đầu trung tâm vận hành khoa học của nhiệm vụ, nghĩ rằng họ sẽ sẵn sàng bắt đầu lấy dữ liệu vào tháng 4 tới và kỳ vọng nhóm sẽ vận hành Lunar Flashlight ít nhất bốn tháng sau khi nó đến quỹ đạo, cho đến khi—giống như hầu hết các vệ tinh mặt trăng—cuối cùng nó sẽ va chạm vào mặt trăng. Anh ta dự đoán rằng kết quả đầu tiên sẽ được công bố vào cuối năm 2023. 

Paige lưu ý rằng tuần trước đánh dấu kỷ niệm 50 năm Apollo 17, lần cuối cùng con người đặt chân lên đất trăng. Kể từ đó, ông nói, các nhà khoa học đã tìm hiểu được nhiều hơn về những gì mặt trăng có thể tiết lộ về quá khứ vũ trụ của chúng ta và những nguồn lực nó có thể cung cấp cho tương lai liên hành tinh của chúng ta. “Sự đẩy mạnh để đến mặt trăng rất là hứng thú,” Paige nói, và Lunar Flashlight là một đóng góp quan trọng cho nỗ lực đó—“bất kể chúng ta phát hiện ra điều gì.”