Cả thế giới tiến lên… Mặt Trăng

Trong lần cuối cùng đổ bộ lên Mặt Trăng (12/1972), hai nhà du hành vũ trụ đã ở lại trên đó 75 giờ. Sau chuyến bay này Mỹ tuyên bố chấm dứt Chương trình Apollo; chủ yếu vì họ đã đạt mục đích diễu võ dương oai cho thế giới, nhất là cho Liên Xô, thấy rằng Mỹ mới là siêu cường số 1 toàn cầu; mặt khác cũng do Apollo tốn quá nhiều tiền: 26,5 tỷ USD (hơn 200 tỷ USD thời giá hiện nay).
Năm 1984, Liên Hợp Quốc thông qua “Hiệp ước chỉ dẫn hoạt động trên Mặt Trăng và các thiên thể khác” (gọi tắt là Hiệp ước Mặt Trăng), quy định mọi tài nguyên trên Mặt Trăng và các thiên thể khác đều là tài sản chung của nhân loại, không một quốc gia, đoàn thể hoặc cá nhân nào được chiếm làm của riêng. Năm 1989, Tổng thống Bush (cha) tuyên bố Mỹ phải trở lại Mặt Trăng.
Đầu năm 1990, Nhật Bản phóng vệ tinh MUSES-A nặng 11 kg lên Mặt Trăng.
 Bốn năm sau, Mỹ tiến hành dự án Clementine phóng vệ tinh bay vòng Mặt Trăng 71 ngày, lập bản đồ 38 triệu km2 bề mặt thiên thể này, thăm dò sự phân bố của nhiều nguyên tố trên đó và bất ngờ phát hiện có dấu hiệu tồn tại nước trên Mặt Trăng. Đầu năm 1998, Mỹ phóng Lunar Prospector bay vòng Mặt Trăng 19 tháng, lập bản đồ phân bố 11 nguyên tố, phát hiện trữ lượng khổng lồ của nhiều nguyên tố có rất ít trên Trái Đất. Thành tựu này đã kích thích mạnh mẽ nhiều nước quan tâm tới việc thăm dò Mặt Trăng, trong đó hăng hái nhất là châu Á.

Cuộc chạy đua  thám hiểm Mặt Trăng lần thứ hai
Cuộc đua này bắt đầu với việc Cơ quan Không gian châu Âu ESA phóng tàu thăm dò SMART-1 (Small Mission Advanced Research in Techonoly, 9/2003) do Thụy Điển thiết kế, áp dụng công nghệ năng lượng hoàn toàn mới. Trong 3 năm hoạt động, SMART-1 gửi về rất nhiều ảnh chụp Mặt Trăng giúp ESA vẽ bản đồ ba chiều và phân tích đất Mặt Trăng.
 

Đầu năm 2004, Tổng thống Bush công bố chiến lược mới về nghiên cứu vũ trụ, đề xuất lấy việc thăm dò Mặt Trăng và sao Hỏa làm nội dung chính để tìm hiểu toàn diện hệ Mặt Trời. Sau đó các nước liên quan đều điều chỉnh lại chiến lược nghiên cứu vũ trụ của mình; nhiều nước đặt vấn đề thăm dò Mặt Trăng và đưa người lên đó. Tháng 9/2005, NASA đưa ra Constellation Program, kéo dài 13 năm, chi phí 104 tỷ USD (tương đương 55% chương trình Apollo) nhằm đưa người trở lại Mặt Trăng năm 2018. Sở dĩ cần lâu thế, một phần là do phải chờ đến năm 2010 (khi chấm dứt khai thác tàu con thoi quá tốn kém) thì mới có tiền. Cuối 2006, NASA công bố kế hoạch: năm 2008 phóng vệ tinh Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) vẽ bản đồ toàn bộ Mặt Trăng; năm 2018 đưa người lên đó xây dựng căn cứ lắp ráp tàu vũ trụ để từ đây bay lên sao Hỏa; năm 2020 thám hiểm sao Hỏa. Khó khăn chính của NASA là thiếu kinh phí. Mới đây giám đốc NASA nói có thể người TQ sẽ lên Mặt Trăng trước Mỹ.
 

Cuộc chạy đua lên Mặt Trăng lần này khác với lần trước ở chỗ không mang tính chất chính trị mà chủ yếu nhằm mục đích dùng Mặt Trăng để quan sát nghiên cứu Trái Đất và làm nơi phóng tàu vũ trụ lên sao Hỏa; mặt khác có rất nhiều nước tham gia, hợp tác quốc tế rộng rãi. Nga, EU, Nhật Bản, Brazil, Ấn Độ, Anh, Đức, Ukraine, Áo đều đã đưa ra kế hoạch thăm dò Mặt Trăng. Từ năm 1999 tới nay, “Đại hội quốc tế thăm dò và sử dụng Mặt Trăng” được tổ chức mỗi năm một kỳ luân phiên tại các nước. Đại hội VIII họp tại Bắc Kinh (7/2006) có 240 nhà khoa học từ 18 nước tới dự đã ra Tuyên ngôn Bắc Kinh Mặt Trăng, đưa ra 13 điểm đạt được đồng thuận, trong đó có điểm “các tài liệu khảo sát được đều phải cung cấp nhanh nhất trong phạm vi rộng nhất (cho các nước)”. Đại hội VII họp tại Canada (9/2005) kêu gọi lập “Làng Mặt Trăng toàn cầu”. Tháng 4/2006, Chủ tịch Hồ Cẩm Đào thăm Mỹ có bàn với Tổng thống Bush việc hợp tác nghiên cứu vũ trụ; tiếp đó tháng 9 Giám đốc NASA Michael Griffin sang thăm TQ. Ngoài ra còn có tổ chức IADC (Inter-Agency Space Debris Coordination Committee), mỗi năm họp một lần, gồm 11 nước thành viên; năm nay đã họp tới phiên thứ 25. Sự hợp tác chặt chẽ và chia xẻ lẫn nhau các kết quả khảo sát được sẽ thúc đẩy công tác thăm dò Mặt Trăng tiến nhanh hơn trước. Các website công bố hàng ngàn bức ảnh quan sát Mặt Trăng, không chỉ đưa ra vài bức tượng trưng như hồi chiến tranh lạnh.

Điểm mặt một số anh hào
Tuy bắt đầu muộn và bị nhiều ràng buộc do các quy ước hạn chế phát triển vũ khí nặng, nhưng Nhật Bản nhanh chóng vươn lên dẫn đầu châu Á về công nghệ vũ trụ. Năm 1972, Nhật phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên của Trái Đất (sau TQ 2 năm). Đầu năm 1990 Nhật phóng vệ tinh thăm dò Mặt Trăng Hagomoro (khi lên quỹ đạo đã đổi tên là Hiten) nặng 197,3kg; trở thành quốc gia thứ 3 phóng được vệ tinh Mặt Trăng. Sau chiến tranh lạnh, công tác nghiên cứu vũ trụ của Nhật được đẩy mạnh trên tất cả các mặt: tàu vũ trụ, vệ tinh gián điệp, tên lửa mạnh, đưa người lên vũ trụ, và tích cực tham gia hợp tác quốc tế. Năm 2003, Nhật hợp nhất 3 cơ quan nghiên cứu vũ trụ vào một tổ chức chung là JAXA (Giám đốc: ông Keiji Tachikawa). Năm 2005, một nhà du hành vũ trụ Nhật đã lên trạm ISS bằng tàu con thoi Discovery.

Từ năm 1991, Nhật bắt đầu chương trình Lunar-A dự kiến phóng vệ tinh hạ cánh xuống Mặt Trăng vào năm 1995, nhưng do chưa giải quyết tốt công nghệ hạ cánh nên chương trình này sau phải bỏ. Dự án SELENE, còn gọi là Kaguya (Nữ thần Mặt Trăng) với chi phí 269 triệu USD sau 4 năm trì hoãn nay đã xác định ngày 13/9 sẽ phóng vệ tinh bằng tên lửa H-IIA từ Trung tâm Vũ trụ Tanegashima. Vào www. jaxa.jp bạn sẽ thấy mọi chi tiết cụ thể về dự án này. Khi tới gần Mặt Trăng, tên lửa sẽ phóng ra một vệ tinh mẹ nặng gần 3 tấn và hai vệ tinh con mỗi cái 50 kg, mang theo 15 thiết bị đo đạc. Một vệ tinh con chuyên trung chuyển tín hiệu giữa vệ tinh mẹ với mặt đất; một cái khác đo trọng trường Mặt Trăng. Vệ tinh mẹ bay trên quỹ đạo tròn cách Mặt Trăng 100km, tiến hành quan trắc toàn diện trong thời gian 1 năm, tiến hành phân tích thành phần hóa học, sự phân bố các khoáng sản, đặc điểm bề mặt Mặt Trăng. Hai vệ tinh con bay trên quỹ đạo e-lip. Dự án Kaguya được các nhà khoa học Mỹ đánh giá là chương trình thăm dò Mặt Trăng lớn nhất sau Apollo. Nhật còn dự định năm 2020 sẽ đưa người lên xây dựng, năm 2030 hoàn tất căn cứ địa trên Mặt Trăng.
Từ năm 2003, Trung Quốc bắt đầu thực thi Chương trình thăm dò Mặt Trăng chia ba giai đoạn: 1) Thăm dò Mặt Trăng bằng thiết bị không người lái; 2) Đưa người lên Mặt Trăng. 3) Xây dựng căn cứ địa trên Mặt Trăng. Giai đoạn I chia 3 bước. Bước một: phóng vệ tinh bay quanh Mặt Trăng chừng một năm nhằm tìm hiểu thiên thể này một cách toàn diện, hệ thống. Bước hai: đổ bộ xe tự hành lên Mặt Trăng, thực hiện thăm dò cả một vùng. Bước ba: đưa robot lên Mặt Trăng lấy mẫu đất đá mang về Trái Đất. Bước 2 và 3 sẽ bắt đầu vào năm 2012 và 2017; thời điểm cụ thể sẽ xác định tùy theo kết quả bước trước. Nếu thuận lợi thì năm 2024 đưa người lên Mặt Trăng.
TQ hiện đang thực thi bước 1 của giai đoạn I, tức dùng tên lửa CZ3 phóng vệ tinh Hằng Nga-1 (Chang’e-1); trước định vào tháng 4/2007, sau lại hoãn tới nửa cuối năm nay. Kinh phí đã duyệt cho bước 1 là 1,36 tỷ NDT (hơn 175 triệu USD, nhỏ hơn kinh phí xây dựng sân vận động Bắc Kinh Olympic 2008). Trước đó, TQ đã thực hiện chương trình đưa người lên vũ trụ kéo dài 11 năm, chi phí hết 18 tỷ NDT.
Chương trình Hằng Nga nhằm 4 mục tiêu: (1) Vẽ bản đồ lập thể 3 chiều của toàn bộ Mặt Trăng với tỷ lệ xích khá lớn (Mỹ đã vẽ nhưng bỏ trống vùng 2 cực, độ chính xác thấp). (2) Thăm dò 14 loại nguyên tố và lập bản đồ phân bố trên toàn bộ Mặt Trăng. (Mỹ đã thăm dò được 5 loại sắt, titanium, uranium, thorium, potassium). (3) Đo độ dày lớp đất trên Mặt Trăng, nhằm ước tính chính xác các tài nguyên trong đó – việc này chưa nước nào làm. Đất Mặt Trăng chứa nhiều Helium-3, nhưng cần biết chiều dày của tầng đất thì mới ước tính được chính xác trữ lượng. Ngoài ra, qua độ dày của lớp đất có thể nghiên cứu lịch sử hình thành Mặt Trăng. (4) Thăm dò các đặc trưng cơ bản của không gian hệ Mặt Trời ở độ cao 400 nghìn km giữa Mặt Trăng với Trái Đất. TQ hiện mới phóng được vệ tinh tới độ cao 60 nghìn km nên còn thiếu nhiều số liệu.
 Ấn Độ đang bắt đầu một chương trình thăm dò Mặt Trăng đầy tham vọng tuy gặp khó khăn là thiếu kinh phí. Theo kế hoạch của Cơ quan nghiên cứu Không gian Ấn Độ (ISRO), vệ tinh Chandrayaan-1 tức “Thuyền Mặt Trăng” nặng 525kg sẽ được phóng lên trong năm 2008 (kế hoạch cũ là 2007) nhằm vẽ bản đồ ba chiều của Mặt Trăng. Vệ tinh này sử dụng 4 thiết bị của EU và 2 của Mỹ.
Cơ quan Không gian Đức (DLR) cho biết ngoài việc tham gia nghiên cứu với ESA, nước này sẽ tự tiến hành thăm dò Mặt Trăng, vì đây là lĩnh vực họ có ưu thế – ngay từ năm 1942 Đức đã phóng thành công tên lửa A4 (tiền thân của V2) lên cao 100km. DLR dự kiến năm 2013 phóng vệ tinh khảo sát cấu tạo bề mặt và vẽ bản đồ 3 chiều Mặt Trăng, với chi phí 300 triệu Euro/năm. Hiện Đức chưa có dự định đưa người lên thiên thể này; nhưng do họ cấp nhiều kinh phí nhất cho chương trình đưa người lên Mặt Trăng của ESA, nên chắc hẳn người Đức sẽ được ESA đưa lên đầu tiên.
Trung tâm Không gian quốc gia Anh (BNSC) dự kiến trước năm 2010 sẽ phóng 2 vệ tinh Mặt Trăng. Anh đang phối hợp với Mỹ khảo sát khả năng có nước đá ở hai cực Mặt Trăng; đây là vấn đề rất quan trọng, vì không có nước thì khó có thể cho người ở lại Mặt Trăng để làm việc.
Cường quốc vũ trụ Nga 30 năm qua ngừng nghiên cứu Mặt Trăng; trong kế hoạch vũ trụ 2006-2015 của ROSCOSMOS không đặt vấn đề lên Mặt Trăng, nay lại thấy nói có thể trong năm 2007 sẽ sửa đổi kế hoạch này và trình chính phủ duyệt. Tổng Giám đốc công ty Energia (đơn vị thầu chế tạo tên lửa và vệ tinh) thì nói có thể năm 2009 Nga sẽ phóng tàu Phobos lấy mẫu đất Mặt Trăng về nghiên cứu, năm 2012 phóng tàu Luna-Glob; sau năm 2025 đưa người lên sao Hỏa.
Chính phủ Hàn quốc mới đây tuyên bố bắt đầu kế hoạch 10 năm 2007-2016 thăm dò Mặt Trăng và các hành tinh trong hệ Mặt Trời, với kinh phí 4,1 tỷ USD. Hiện đang hợp tác với Nga và Israel về công nghệ tên lửa. Malaysia cùng một số nước khác cũng đã đưa ra các dự án thăm dò nghiên cứu Mặt Trăng.

Vì sao các nước đều muốn lên Mặt Trăng?
Chương trình Apollo trước đây bỏ sót nhiều vấn đề chưa khảo sát; hơn nữa Mỹ giữ bí mật kết quả thăm dò được (chẳng hạn họ chỉ biếu TQ đúng một gam đất Mặt Trăng). Vì vậy còn rất nhiều điều cần tìm hiểu về Mặt Trăng. Thí dụ vùng hai cực có thể có băng nhưng chưa được thăm dò kỹ, mà nước là thứ quan trọng nhất cho sự sống; hoặc chưa vẽ được bản đồ ba chiều chính xác cho toàn bộ Mặt Trăng, chưa khảo sát kỹ trữ lượng các nguyên tố, nhất là Helium-3 – nhiên liệu lý tưởng của các nhà máy phát điện nhiệt hạch mà trong dăm chục năm nữa sẽ là nguồn chủ yếu cung cấp năng lượng cho nhân loại. Ước tính mỗi năm toàn thế giới cần 100 tấn Helium-3, nhưng Trái Đất chỉ có 15 tấn, còn trên Mặt Trăng có trữ lượng đủ dùng vài chục nghìn năm cho toàn nhân loại. Mặt Trăng còn có trữ lượng lớn các khoáng sản khác như titan, sắt… Từ Mặt Trăng có thể dễ dàng nghiên cứu về nguồn gốc của Trái Đất, vì Mặt Trăng không có không khí, gió bão, mưa… làm môi trường bị biến đổi, cho nên còn giữ được tình trạng nguyên khai. Nhiều nước còn đặt mục tiêu lập căn cứ trên Mặt Trăng để chế tạo một số vật liệu cần điều kiện chân không…, và làm nơi cư trú lâu dài nhằm khai thác khoáng sản và lắp ráp tên lửa phóng lên sao Hỏa – vì từ đây đi sao Hỏa sẽ đỡ tốn kém rất nhiều. Từ trên Mặt Trăng quan sát sự biến đổi của Trái Đất sẽ rất thuận tiện vì có thể bao quát toàn Trái Đất, nhất là sự ấm lên của khí hậu, lỗ thủng tầng ô-zôn, khả năng các tiểu hành tinh va chạm với Trái Đất….

Sân bay vũ trụ Tây Sương (TQ)

Người khai sinh ngành Vũ trụ học
 

Nhà vật lí người Mĩ Ralph Alpher, người đã đi tiên phong trong việc tính toán sự tàn dư của các nguyên tố (elements) được tạo ra trong thời kì đầu của vũ trụ cũng như tiên đoán nhiệt độ của bức xạ tàn dư còn lại sau vụ nổ Big Bang đã từ trần ở tuổi 86.
Sinh ra trong một gia đình Do thái ở Washington DC ngày 3 tháng 2 năm 1921, Ralph Alpher đã theo học tại trường Đại học George Washington. Tại đây ông đã gặp Gamow người sau đó đã nhận ông vào làm nghiên cứu sinh. Alpher cùng với Gamow bắt đầu tính toán sự tàn dư tương đối của các nguyên tố mà chúng có thể được sinh ra từ vụ nổ Big Bang cực nóng.
Hai ông đã giả thiết rằng vũ trụ ban đầu rất nóng và chứa đầy các neutrons. Hạt nhân nguyên tử được tạo thành bằng việc cùng lúc bắt giữ nhiều neutrons, với việc phân rã hạt nhân không liên tục để tạo ra một hạt nhân nặng hơn cộng với một electron và một neutrino. Các tính toán của họ đã chỉ ra một cách đúng đắn là sự bức xạ tàn dư của các nguyên tố cơ bản trong vũ trụ phải giảm dần theo khối lượng của nguyên tử.
Tuy nhiên, phiên bản đầu tiên của “Sự tổng hợp hạt nhân Big Bang” (Big Bang nucleosynthesis) đã không thể giải thích được nguồn gốc của các yếu tố cơ bản như Alpher và Gamow đã từng hy vọng – Ngày nay chúng ta biết rằng các nguyên tố nặng hơn lithium được tạo ra bên trong những ngôi sao. Tuy thế, những tính toán của họ đã đánh dấu sự bắt đầu của ngành Vũ trụ học như là một nhánh mới của Vât lí bằng việc ước tính sự tàn dư của các hạt nhân nguyên tử mà có thể kiểm chứng bằng thực nghiệm.
Alpher và Gamow đã công bố những tính toán của họ trong một bài báo vào năm 1948 trên tạp chí Physical Review. Vài tháng sau, Alpher cùng với Robert Herman, người đến từ Đại học Johns Hopkins, đã công bố một bài viết tiên đoán rằng nhiệt độ của bức xạ tàn dư sau vụ nổ Big Bang có thể là vào khoảng 5 độ Kelvil (K). (Arno Penzias và Robert Wilson ở phòng thí nghiệm Bell sau này đã chia sẻ giải thưởng Nobel dành cho Vật lí năm 1978 cho việc phát hiện ra nhiệt độ bức xạ nền của vũ trụ là 2,7 K).
Tuy nhiên, đóng góp của Alpher đã gần như bị lãng quên, một phần vì vào năm 1955 ông đã rời bỏ khỏi lĩnh vực Vũ trụ học mà gia nhập vào trung tâm nghiên cứu General Electric ở Schenectady, New York. Sau đó chuyển đến trường Union College năm 1986, ở đó ông trở thành giáo sư danh dự của trường.
Ông đã được trao giải thưởng US National Medal of Science năm 2005.
Van-Nam Do (lược dịch theo Physics World)