Juno đuợc biết đến như chiếc tàu không gian nhanh nhất tiếp cận quỹ đạo của một hành tình khác, nhung thực sự thì nó có đạt đến kỷ lục như vậy? Khi nhắc đến khái niệm vận tốc, vật thể di chuyển nhanh hay chậm còn phụ thuộc vào cách đo đạc đại luợng này ra sao.
Khi Juno tiến vào quỹ đạo quanh Sao Mộc trong ngày 4/7/2016, nó dã thiết lập nên một vài kỷ lục khác nhau: Tàu không gian chạy bằng năng lượng Mặt Trời bay xa nhất, tàu không gian đầu tiên bay vào quỹ đạo cực của một hành tinh khác, tàu không gian đầu tiên sở hữu các bộ phận chế tạo từ công nghệ in 3D và tàu không gian đầu tiên được thiết kế kèm theo một mái vòm làm bằng titan để bảo vệ nó khỏi bứcc xạ. Nhưng liệu Juno đã tạo ra một kỷ lục mớii về tốc độ? Câu trả lời là có và không.
Ðể thoát khỏi sự ràng buộc của lực hấp dẫn Trái Ðất, bất kỳ tàu không gian nào cũng cần phải đạt tới một vận tốc tối thiểu - đươc gọi là vận tốc thoát - vận tốc đủ để nó thoát khỏi lực hút của hành tinh. Vận tốc này được tạo ra bởi quá trình phóng rất mạnh với sự tham gia của các tên lửa đẩy. Tàu New Horizons sở hữu kỷ lục về hệ thống động cơ có tốc độ phóng từ mặt đất lớn nhất, mặc dù vậy nó không có khả năng gia tăng vận tốc di chuyển trên quãng đường tới Pluto và vùng không gian phía sau vành đai Kuiper.
Với khối lượng bằng 5 lần chiếc New Horizons, Juno di chuyển chậm hơn khi nó đựoc tách khỏi hệ thống tên lửa đẩy của mình. Nhưng bằng cách lướt qua khu vực giếng trọng lực của Trái Ðất, tốc độ khi tách khỏi tên lửa của Juno đã tăng thêm khoảng 7.300 m/s. Khi tiếp cận Sao Mộc, Juno đã bị lực hấp dẫn của nó kéo vào trước khi đạt tới vận tốc 57.900m/s để tiến hành hãm phanh và hình thành quỹ đạo của riêng mình. Chính yếu tố này dã biến Juno thành vật thể nhanh nhất từng tiến vào quỹ đạo của một hành tình khác.
Giai đọan cuối cùng là rất quan trọng. Toàn bộ vũ trụ đang chuyển động tương đối so với một cái gì đó, vậy điểm mốc để chúng ta đo vận tốc của tàu là gì? Hai chuyên gia hoa tiêu của dự án Juno là John Bordi và Tom Pavlak, giải thích rằng: "Vận tốc luôn được đo đạc dựa trên một đối tượng nào đó". Trên hệ quy chiếu Trái Ðất, điều này khá là đơn giản: dựa trên điểm xuất phát của vật thể. Nhưng nhà vật lý thiên văn Jonathan McDowell nói rằng: "Khái niệm thông thường không có ý nghĩa gì nếu bạn thay đổi hoàn cảnh sử dụng".
Ðối với những vật thể bị ảnh hưởng chủ yếu bởi lực hấp dẫn của Trái Ðất, vấn đề đo đạc vận tốc đối với một điểm cố định như ngôi nhà củaa chúng ta là hợp lý. Nhung đối vớii những vật thể đã di chuyển ra khỏi giới hạn không gian của các điểm Lagrange - những điểm mà tại đó lực hấp dẫn củaa Mặt Trời và Trái Ðất đối với tàu là cân bằng, việc đo đạc vận tốc dựa trên một vật thể di chuyển xung quanh Mặt Trời với vận tốc 30.000m/s là không hề có ý nghĩa.
Thay vào đó, vận tốc di chuyển củaa tàu vũ trụ sẽ được đo đạc dựa vào Mặt Trời. Bordi và Pavlak giải thích rằng: "Ðối với những sứ mệnh liên hành tinh, đây là một cách tự nhiên để xem xét các vấn đề về tốc độ di chuyển khi mà các hành tinh và tàu vũ trụ trong phạm vi Hệ Mặt Trời đều đang di chuyển quanh Mặt Trời".
Bản thân McDowell cũng đồng ý vớii quan điểm này và bổ sung thêm rằng: "Vận tốc tương đối giữa tàu không gian và Trái Ðất sẽ bị chi phối và thay đổi hoàn toàn bởi việc Trái Ðất chuyển động quanh Mặt Trời".
Khi chuyển gốc của hệ quy chiếu về Mặt Trời, Juno bỗng nhiên không hề có nhiều điểm ấn tượng như trước về vấn đề vận tốc di chuyển. Tại thờii điểm nó vẫn còn ở trong quỹ đạo của Trái Ðất, vận tốc địa tâm - vận tốc tương đối so với Trái Ðất - và vận tốc nhật tâm - vận tốc tưong đối so với Mặt Trời - gần như không có sự khác biệt. Thậm chí, Juno còn tỏ ra ì ạch hơn cả Helios 1 và 2 - hai vệ tinh bay quanh Mặt Trời được phóng lên từ những năm 70, 80 của thế kỷ trước. Khi vẫn còn hoạt động, Helios 1 đạt kỷ lục nhờ vận tốc tưong đối so với Mặt Trời là 66.000m/s, con số này tăng lên 96.200m/s nếu lấy Trái Ðất là gốc hệ quy chiếu và thời điểm đo được đại lượng này chính là lúc nó bắt đầu tự tạo ra quỹ đạo của mình quanh Mặt Trời.
Juno sẽ có thể di chuyển nhanh hơn xung quanh Sao Mộc khi nó bắt đầu vòng thứ 2 trong quỹ đạo của mình, đạt vận tốc tương đối với Trái Ðất là 75.000m/s. Mặc dù vậy, nó vẫn sẽ bị những kẻ đi trước đánh bại khi xét trên khía cạnh này như Helios 2 (92.720m/s), Messenger (91.090m/s) và thậm chí là Mariner 10 (khoảng 80.000m/s). Vì sao những tàu không gian bay ở vùng trong của Hệ Mặt Trời lại giữ nhiều kỷ lục về vận tốc hơn so với những "đồng nghiệp" phải di chuyển xa hơn? Bất kể thứ gì nằm trong Hệ Mặt Trờii đều di chuyển quanh ngôi sao gần chúng ta nhất. "Càng gần Mặt Trời, lực hấp dẫn của nó càng mạnh và Mặt Trời sẽ kéo mọi thứ về phía mình tốt hơn, điều này khiến cho vận tốc của những vật thể gần Mặt Trờii trở nên ngoài sức tưởng tượng khi đo đạc," McDowell giải thích thêm, "vì thế mà vận tốc quỹ đạo càng lớn thì vật thể càng chìm sâu trong giếng trọng lực".
Ðiều này sẽ trở nên thực tế hơn đối với những tàu không gian trong tương lai. Tàu Solar Probe Plus đã được lên kế hoạch phóng vào tháng 7 năm 2018, nó sẽ được lập trình để luớt gần Mặt Trời một cách táo bạo hơn so với bất kỳ tàu không gian nào trước dó. Khi nó thực hiện được điều này, Solar Probe Plus sẽ có thể tạo ra một kỷ lục mới nhờ vận tốc tương đối so với Mặt Trời lên tới 200.000m/s. Và điều này sẽ khiến nó trở thành tàu không gian nhanh nhất cho dù chúng ta dựa trên hệ quy chiếu nào đi chăng nữa.
Ngô Long
Theo Astronomy
