Vào ngày 14 tháng 4 năm 2023 lúc 12:15 UT, JUICE của ESA lao vút lên bầu trời, được mang theo bởi một tên lửa Ariane 5 hùng mạnh.
JUICE – Tàu thám hiểm Mặt trăng Băng giá của Sao Mộc – sẽ cách điểm đến cuối cùng của nó khoảng tám năm: Sao Mộc, hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt trời và bộ sưu tập vệ tinh bí ẩn của nó.
Thông qua các chuyến bay ngang qua Trái đất và Sao Kim, sứ mệnh JUICE sẽ bắn súng cao su xuyên qua Hệ Mặt trời, băng qua vực thẳm giữa thế giới của chúng ta và hệ sao Mộc để đến đó vào mùa hè năm 2031.
Đó là hành trình mà chỉ một số ít tàu vũ trụ từng đạt được.
Khi đến Sao Mộc, JUICE sẽ lướt qua ba mặt trăng Galilean băng giá Callisto, Ganymede và Europa nhiều lần, trước khi đi vào quỹ đạo quanh Ganymede vào năm 2034.
Đối với những người làm việc trên JUICE, đây sẽ là cơ hội để đi sâu vào bí mật của những thế giới mà bí ẩn của chúng chỉ ngày càng lớn khi nhân loại biết thêm về chúng.
Giáo sư Michele Dougherty, một nhà khoa học hành tinh có trụ sở tại Đại học Hoàng gia Luân Đôn, là một trong nhiều nhà nghiên cứu mong muốn khám phá hệ thống sao Mộc.
Sự tham gia của cô ấy vào JUICE đã có một thời gian dài, kéo dài khoảng 15 năm kể từ những ngày lập kế hoạch ban đầu, khi nó sẽ là một dự án chung giữa Hoa Kỳ và Châu Âu.
Bây giờ Dougherty là nhà khoa học hàng đầu về từ kế mà JUICE sẽ mang theo nó đến Sao Mộc.
Thiết bị này, được chế tạo tại Vương quốc Anh, sẽ kiểm tra từ trường của các mặt trăng Callisto, Ganymede và Europa một cách chi tiết chưa từng có.
Và thực sự chính những lĩnh vực đó, hay đúng hơn là những gì họ gợi ý, là một trong những điểm thu hút lớn nhất để khám phá những thế giới băng giá này.
Từ trường trước đây đã được nghiên cứu bởi tàu vũ trụ Galileo của NASA, nó đã thực hiện một nghiên cứu mang tính đột phá về hệ sao Mộc vào cuối những năm 1990 và đầu những năm 2000.
Thông qua các chuyến bay ngang qua các mặt trăng Galilê – Io, Europa, Ganymede và Callisto – sứ mệnh đã vẽ nên một bức chân dung đáng chú ý về bốn mặt trăng lớn nhất của Sao Mộc, một bức tranh cho thấy mỗi vệ tinh đều có sức hấp dẫn riêng.
Những bức ảnh của Galileo cho thấy bề mặt của các mặt trăng ở mức độ chi tiết chưa từng thấy:
Tuy nhiên, chính dữ liệu từ trường từ ba lần cuối cùng đã thu hút sự chú ý đặc biệt của các nhà khoa học.
Điều này dường như gợi ý rằng sâu bên dưới lớp vỏ ngoài đóng băng của những vệ tinh này là những đại dương nước lỏng, mặn.
Với mối liên hệ của nước lỏng với môi trường có thể ở được và sự sống trên Trái đất, kết quả thật đáng kinh ngạc.
Hơn nữa, số lượng có thể rất lớn – một số ước tính cho thấy có thể có nhiều nước bên trong Ganymede hơn lượng nước chảy trên hành tinh của chúng ta.
Tua nhanh đến những phát hiện của sứ mệnh Cassini gần đây hơn – khám phá Sao Thổ và các mặt trăng của nó, quan sát những luồng hơi nước khổng lồ phun ra từ mặt trăng Enceladus và bằng chứng về một đại dương nước lỏng bên trong Titan – và rõ ràng tại sao lại quan tâm đến những băng giá này các vệ tinh chỉ tăng tốc.
Dougherty nói: “Tất cả những khám phá đó hiện đã tập trung tâm trí của chúng tôi. “Nếu chúng ta đang tìm kiếm khả năng sinh sống, chúng ta không cần chỉ tập trung vào Sao Hỏa, chúng ta có thể nhìn xa hơn trong Hệ Mặt trời của chúng ta.”
Chính trong bối cảnh này, JUICE giờ đây thấy mình bị ràng buộc với Sao Mộc xa xôi, không chỉ để khám phá một bộ sưu tập thế giới hấp dẫn mà còn để hiểu sâu hơn về môi trường tiềm năng cho sự sống trong khu vực hành tinh của chúng ta và mở rộng ra là những điểm tương tự trong các hệ sao khác .
Khi đến Sao Mộc vào năm 2031, JUICE sẽ được trang bị đầy đủ để xem xét kỹ lưỡng các mặt trăng mà nó nghiên cứu.
Cũng như máy ảnh, phần cứng tích hợp của nó bao gồm một máy đo độ cao laze, một công cụ để nghiên cứu trường hấp dẫn của các mục tiêu, máy quang phổ để thiết lập thành phần bề mặt và từ kế mà Dougherty và các đồng nghiệp của cô ấy đang nghiên cứu.
Ban đầu, nó sẽ dành vài năm để thực hiện các chuyến bay của Europa, Callisto và Ganymede, kiểm tra cận cảnh chúng.
Mặc dù Europa sẽ có khách truy cập riêng trong thập kỷ tới dưới hình thức sứ mệnh Europa Clipper của NASA, nhưng chính Ganymede mà JUICE đã nhắm đến.
Tàu vũ trụ sẽ đi vào quỹ đạo quanh mặt trăng rộng 5.260km vào tháng 12 năm 2034 và dành khoảng 9 tháng bay quanh vệ tinh để thu thập một bộ dữ liệu cực kỳ phong phú.
Trong giai đoạn này, Dougherty và các đồng nghiệp của cô ấy làm việc trên từ kế của JUICE sẽ thực sự có cơ hội xác định cấu trúc bên trong của mặt trăng và bản chất của nước nằm bên dưới lớp vỏ băng giá của nó.
Thiết bị sẽ tìm kiếm cái mà Dougherty gọi là ‘dấu hiệu cảm ứng’, dấu hiệu của từ trường phát sinh từ các dòng điện – được điều khiển bởi từ trường của chính Sao Mộc – chảy qua đại dương dưới bề mặt.
Và chúng có thể chứa manh mối về bản chất của đại dương, chẳng hạn như độ sâu và hàm lượng muối.
Tuy nhiên, sẽ mất nhiều công sức để chọn ra những ‘chữ ký’ này từ các từ trường khác trong hệ thống, bao gồm cả từ trường do Sao Mộc tạo ra, một dấu hiệu bắt nguồn từ đám mây plasma giống như tấm khổng lồ bao quanh hành tinh khí khổng lồ và một dấu hiệu khác xuất hiện từ Bản thân Ganymede.
Mỗi trường trong số này liên tục thay đổi, làm phức tạp đáng kể việc tìm kiếm các chữ ký quy nạp.
Dougherty nói: “Cách mà tôi muốn mô tả nó giống như cố gắng tìm rất nhiều kim trong đống cỏ khô và những kim đó luôn thay đổi hình dạng và màu sắc.
Khám phá những gì nằm bên dưới bề mặt của Ganymede sẽ là chìa khóa giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về những thế giới vượt xa vương quốc của Mặt trời.
Dougherty giải thích: “Chúng tôi chắc chắn rằng có nhiều hành tinh và mặt trăng khác trong Vũ trụ của chúng ta có cấu trúc bên trong tương tự như Ganymede và Ganymede cho phép chúng tôi hiểu rõ hơn về chúng và cách chúng có thể hình thành”.
Không chỉ ở Ganymede mà JUICE sẽ giải quyết những câu hỏi lớn chưa được giải quyết.
Láng giềng Callisto, dường như, là một trong số các mặt trăng băng giá của Sao Mộc, ở chỗ cấu trúc dưới bề mặt của nó dường như không phải là thứ mà các nhà khoa học hành tinh gọi là khác biệt.
“Không có lõi rắn và không có các lớp khác nhau bên trong mà chúng tôi gần như chắc chắn rằng chúng tôi có ở Europa và Ganymede, và câu hỏi đặt ra là tại sao?” Dougherty nói.
“Tất cả những mặt trăng đó được hình thành cùng một lúc. Tại sao cấu trúc bên trong của Callisto lại khác biệt như vậy?” JUICE sẽ tìm kiếm câu trả lời khi nó bay qua.
Mặc dù trọng tâm của JUICE sẽ là các thế giới băng giá xung quanh Sao Mộc, nhưng nó cũng sẽ kiểm tra chính hành tinh khí khổng lồ này.
Giáo sư Leigh Fletcher, một nhà khoa học hành tinh tại Đại học Leicester, sẽ điều phối các quan sát của JUICE về Sao Mộc và cho biết có thiết bị khoa học trên tàu “biến mặt số thành 11” so với khả năng của các tàu vũ trụ trước đó.
Chúng bao gồm Thiết bị sóng dưới milimet, có khả năng quan sát hành tinh ở bước sóng ánh sáng dưới milimet.
“Điều đó cực kỳ thú vị đối với một nhà khoa học khí quyển,” Fletcher nói, “vì nó cho phép chúng tôi đo trực tiếp gió và sự lưu thông ở tầng bình lưu, một kỳ tích mà chưa sứ mệnh nào trước đó đạt được.”
Quỹ đạo quanh hành tinh của JUICE cũng sẽ giúp nó có được những quan sát chi tiết về thế giới khổng lồ của những đám mây sôi sục và những cơn bão xoáy.
Fletcher nói: “Có những khoảng thời gian dài mà chúng ta có thể theo dõi bầu khí quyển và từ quyển để xem hệ thống Sao Mộc thay đổi và dịch chuyển như thế nào theo thời gian.
“Ảnh chụp nhanh là không đủ để hiểu hệ thống phức tạp này; chúng ta cần xem nó thay đổi như thế nào.”
Để tồn tại trong cuộc phiêu lưu kéo dài nhiều năm đáng kinh ngạc, JUICE đã phải được thiết kế để chịu được môi trường bức xạ được tìm thấy tại Sao Mộc.
“Chúng tôi cũng đã thiết kế một quỹ đạo giúp chúng tôi tránh xa những vành đai bức xạ tồi tệ nhất của Sao Mộc – đó là lý do tại sao chúng tôi chỉ mạo hiểm đến gần Europa hai lần và tại sao chúng tôi chỉ có thể quan sát Io từ xa,” giải thích Fletcher.
Tuy nhiên, anh ấy nói, chính trên hành tinh của chúng ta, nơi sứ mệnh đã phải đối mặt với thách thức lớn nhất, đó là đại dịch COVID toàn cầu.
Fletcher nói: “Thiết bị được phát triển trong phòng thí nghiệm, tổ chức và khu công nghiệp trên khắp thế giới phải được kết hợp với nhau bằng đường bộ, đường hàng không và đường biển vào thời điểm mà du lịch quốc tế và cộng tác làm việc trực tiếp đang đối mặt với một thách thức không giống ai”.
“Khi JUICE ngự trên đỉnh Ariane 5, chờ đợi để bắt đầu giai đoạn tiếp theo của hành trình, nó sẽ là minh chứng cho nỗ lực bền bỉ của hàng nghìn người ở đây trên Trái đất, trước những thách thức mà không ai lường trước được khi chúng ta lần đầu tiên mơ về sứ mệnh của châu Âu tới Sao Mộc. “
Chỉ có một số điểm trong Hệ Mặt trời của chúng ta nơi các khối nước lỏng lớn hiện diện hoặc bị nghi ngờ mạnh mẽ: chính Trái đất và phần bên trong của một số mặt trăng băng giá của các hành tinh khí khổng lồ.
Ở đâu có nước lỏng trên hành tinh của chúng ta, chúng ta hầu như luôn tìm thấy các dạng sống, và do đó, các đại dương xa xôi của các mặt trăng băng giá đã trở thành địa điểm thu hút sự quan tâm lớn trong việc tìm kiếm sự sống bên ngoài thế giới của chúng ta.
Trong số các lực được cho là đang làm nóng bên trong các mặt trăng lớn nhất của Sao Mộc là lực đẩy và lực hấp dẫn giữa chúng, cũng như với hành tinh khổng lồ – một quá trình làm chúng nóng lên thông qua ma sát.
Trong trường hợp của các mặt trăng băng giá, sự nóng lên này có thể là thứ giữ cho các đại dương bên trong của chúng ở dạng lỏng bên dưới lớp vỏ băng giá dày 15–150 km.
Tại Sao Thổ, sứ mệnh Cassini đã tìm thấy bằng chứng về hoạt động của lỗ thông thủy nhiệt có thể xảy ra trong đại dương dưới bề mặt của mặt trăng băng giá Enceladus của nó.
Liệu điều tương tự có xảy ra ở Ganymede, Callisto hay Europa?
Trên Trái đất, những địa điểm như vậy thường tràn ngập sự sống. Vi khuẩn có thể sống sót ở độ sâu của các mặt trăng Jovian này không?
Mặc dù JUICE có thể không trả lời được chắc chắn, nhưng nó mang đến cơ hội tuyệt vời để bắt đầu quá trình đó.
Bài viết này ban đầu xuất hiện trong số tháng 4 năm 2023 của Tạp chí BBC Sky at Night .