Trong tương lai, nhân loại nhiều khả năng sẽ phát hiện ra một tiểu hành tinh đang lao về phía chúng ta - một tiểu hành tinh có khả năng phá hủy toàn bộ thành phố hoặc thậm chí cả quốc gia. Vì vậy, năm 2022, NASA đã tiến hành một cuộc diễn tập để bảo vệ Trái Đất, theo đó cân nhắc việc đưa một tàu vũ trụ không người lái đâm vào một tiểu hành tinh khác để thay đổi đường đi của nó.
Mục tiêu là một tiểu hành tinh vệ tinh dài 160 mét tên là Dimorphos, quay quanh một tiểu hành tinh mẹ dài 777 mét tên là Didymos. Cả hai đều không gây ra mối đe dọa nào đối với Trái Đất, và việc làm thay đổi quỹ đạo của tiểu hành tinh nhỏ quanh tiểu hành tinh lớn là cực kỳ khó có khả năng. Sứ mệnh này, được gọi là Thử nghiệm Chuyển hướng Tiểu hành tinh Kép (DART), đã thành công, chứng minh rằng việc chuyển hướng một tiểu hành tinh ra xa khỏi Trái Đất là điều hoàn toàn khả thi.
Tuy nhiên, khi quan sát kĩ càng hơn bằng kính viễn vọng về cặp tiểu hành tinh này, các nhà khoa học thấy được rằng cuộc chạm trán “cảm tử” của DART với Dimorphos có lực tác động mạnh đến mức tiểu vệ tinh này sẽ bật ngược lại và tạo ra một sự va chạm trọng lực lên Didymos, đẩy cả hai tiểu hành tinh sang một quỹ đạo khác quanh mặt trời.
Ông Andy Rivkin, một nhà thiên văn học hành tinh tại Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng của Đại học Johns Hopkins và là một trong những tác giả của nghiên cứu mới, được công bố hôm 6/3 trên tạp chí Science Advances, cho biết: “Giống như vụ va chạm mạnh với Mặt Trăng trước đây, chúng ta cũng làm dịch chuyển vật thể khổng lồ bên cạnh nó một chút”. Đây là sự kiện đánh dấu lần đầu tiên nhân loại làm thay đổi quỹ đạo xoay quanh mặt trời của một tiểu hành tinh.
Kết quả vượt kỳ vọng của DART
Các hệ tiểu hành tinh đôi (Binary asteroids), như Didymos và Dimorphos, có chung một trọng tâm. Trọng tâm này bị chi phối bởi vật thể nặng hơn - trong trường hợp này là Didymos, có khối lượng gấp 200 lần so với tiểu vệ tinh của nó. Nhưng nếu tác động vào vật thể nhỏ hơn, tiểu hành tinh lớn của nó cũng sẽ bị ảnh hưởng.
Trước vụ va chạm năm 2022 của DART với Dimorphos, các nhà khoa học đã phải suy tính thấu đáo mọi kết quả có thể xảy ra đối với sứ mệnh này, bao gồm cả những kịch bản tồi tệ nhất. Ông Rahil Makadia, đồng tác giả của nghiên cứu và là nhà nghiên cứu về phòng thủ hành tinh tại Đại học Illinois ở Urbana-Champaign, chia sẻ: “Điều gì sẽ xảy ra nếu thử nghiệm này đặt hệ thống Didymos vào quỹ đạo va chạm với Trái Đất? Đó rõ ràng là điều không ai mong muốn. Vì vậy, chúng tôi đã xem xét kỹ càng điều đó”.
Họ phát hiện ra rằng sẽ không có tác động đáng kể nào lên tiểu hành tinh Didymos. Trên vệ tinh có thể sẽ ghi nhận tác động lên Dimorphos, nhưng bản thân Didymos sẽ không hề xê dịch.
Vào thời điểm đó, NASA cho biết để sứ mệnh này đạt được thành công, DART sẽ phải làm thay đổi quỹ đạo của Dimorphos quanh Didymos 73 giây. Thay vào đó, tàu vũ trụ nhỏ đã làm rút ngắn quỹ đạo của tiểu hành tinh này tới 33 phút - nhờ lực từ cú đâm của DART và sự khuếch tán của các mảnh vụn đất đá bắn ra khỏi Dimorphos khi va chạm.
Trước sứ mệnh này, các nhà thiên văn học nghi ngờ rằng Dimorphos là một tiểu hành tinh có cấu trúc các khối vụn chồng lên nhau, thay vì là một tảng đá khổng lồ nguyên khối. Cấu tạo này giống như một tập hợp các tảng đá được giữ lại bởi lực hấp dẫn của chính tiểu hành tinh. Đâm vào nó bằng một con tàu vũ trụ với vận tốc 14.000 dặm/giờ, và một phần của nó chắc chắn sẽ bị cắt đứt và văng vào không gian.
Nhưng vụ va chạm của DART đã giải phóng lượng mảnh vỡ lớn hơn nhiều so với dự tính. Sự khuếch tán này hoạt động giống như lực đẩy của động cơ phản lực đẩy mạnh tiểu hành tinh về phía sau, với sức mạnh lớn hơn nhiều so với tính toán của hầu hết các chuyên gia.
Những ai chứng kiến sự kiện này diễn ra đều có chung một suy nghĩ. Bà Federica Spoto, nhà nghiên cứu động lực học tiểu hành tinh tại Trung tâm Thiên văn học Harvard và Smithsonian (không tham gia nghiên cứu mới), cho biết: “Điều này chắc chắn phải có những hậu quả không lường trước được”. Nếu Dimorphos bị ảnh hưởng lớn như vậy bởi tàu vũ trụ, thì điều gì có thể đã xảy ra với Didymos?
Tốc độ của tiểu hành tinh đã giảm
Kể từ khi DART kết thúc sứ mệnh vào năm 2022, ông Makadia và nhóm của mình đã theo dõi Didymos và Dimorphos bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là che khuất sao. Đây là một công việc phức tạp đòi hỏi phải sử dụng đúng kính viễn vọng, vào đúng thời điểm, để quan sát một thiên thể đi ngang qua phía trước một ngôi sao. Dựa trên cách vật thể tạm thời che khuất ánh sáng sao, các nhà thiên văn học có thể xác định vật thể đó di chuyển trong không gian nhanh như thế nào và theo hướng nào.
Sau gần 20 lần quan sát hiện tượng che khuất sao, nhóm của ông Makadia xác định được rằng cặp tiểu hành tinh này đã chậm lại - nhưng chỉ 22 phần triệu dặm một giờ. Để dễ hình dung, một con ốc sên vườn thông thường di chuyển nhanh hơn khoảng 1000 lần.
Khác với sự dịch chuyển quỹ đạo của Dimorphos quanh Didymos, sự thay đổi trong chuyển động quanh mặt trời của Didymos là cực kỳ nhỏ - “tương đương với việc dịch chuyển hệ thống Didymos một khoảng bằng chiều dài Tháp Eiffel trong suốt một năm”, bà Cristina Thomas, nhà thiên văn học hành tinh tại Đại học Bắc Arizona (không tham gia vào nghiên cứu), nhận định.
Ông Makadia nói: “Đây là một sự thay đổi cực kỳ, cực kỳ nhỏ”. Nhưng theo thời gian, những thay đổi tinh vi có thể tích lũy lại và làm biến đổi đáng kể quỹ đạo của các tiểu hành tinh. Để đảm bảo an toàn, các nhà khoa học đã tính toán các số liệu để xem Didymos và vệ tinh của nó có thể kết thúc ở đâu sau một khoảng thời gian dài.
“Chúng ta sẽ không phải đối diện với nguy cơ tiểu hành tinh Didymos va chạm với Trái Đất”, ông Madakia khẳng định.
Di sản lâu dài của DART
Những tính toán cho thấy các nhà thiên văn học có thể phát hiện ra những thay đổi quỹ đạo tiểu hành tinh vô cùng chính xác để bảo vệ hành tinh này. Ông Thomas chia sẻ: “Điều này thực sự rất ấn tượng”.
Như một phần thưởng đi kèm, sự rung lắc liên kết của cả Dimorphos và Didymos đã cho phép nhóm nghiên cứu xác định chính xác mật độ của cả hai tiểu hành tinh. Dimorphos có mật độ khá tương đồng với nước, điều này lý giải tại sao nó lại thay đổi hình dạng giống như một chất lỏng khi DART lao vào. Didymos đặc hơn đáng kể và có mật độ giống một ngọn núi.
Hiểu rõ mật độ của các tiểu hành tinh khác nhau có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ Trái Đất. Nếu liều lĩnh cố gắng làm chệch hướng một cấu trúc “khối mảnh vụn” như Dimorphos bằng cách đâm vào nó quá mạnh bằng một tàu vũ trụ giống DART, tiểu hành tinh này có thể vỡ vụn thành nhiều mảnh lao về phía Trái Đất. Ngược lại, một tiểu hành tinh cứng như Didymos sẽ không văng ra lượng lớn mảnh vỡ, có nghĩa là bạn sẽ cần nhiều tàu vũ trụ giống DART - hoặc duy nhất một tàu vũ trụ trang bị bom vũ khí hạt nhân - để đạt được hiệu quả như mong muốn.
Cuối năm 2026, tàu vũ trụ Hera của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu sẽ đến Dimorphos để khảo sát phân tích các mảnh vỡ do DART để lại. Việc này chắc chắn sẽ hé mở nhiều nghiên cứu mới về thử nghiệm phòng thủ hành tinh đầu tiên của nhân loại. Chiếc tàu vũ trụ đã vỡ vụn vào năm 2022, nhưng nó đã để lại vô số kiến thức khoa học thú vị có thể giúp bảo vệ Trái Đất phòng trường hợp khi nhân loại phát hiện một vật thể ngoài không gian đang lao tới.
