Vệ tinh lập bản đồ gió đầu tiên trên thế giới
Aeolus là nhiệm vụ đã được mong chờ từ rất lâu của Cơ quan Vũ trụ châu Âu. Dữ liệu từ nhiệm vụ này sẽ giải quyết một trong những lỗ hổng lớn nhất trong hệ thống dự báo thời tiết toàn cầu.
Mô hình Aeolus.
Aeolus, một nhiệm vụ trị giá 480 triệu Euro (550 triệu đô la), sẽ sử dụng laser cực tím để theo dõi tốc độ và hướng gió trong khoảng 30 km dưới cùng của tầng khí quyển. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các laser tương tự trên máy bay để nghiên cứu gió ở các vùng cụ thể, nhưng đây sẽ là nhiệm vụ lập bản đồ gió đầu tiên bao phủ toàn bộ thế giới. Nếu Aeolus hoạt động theo kế hoạch, dữ liệu của nó có thể cải thiện dự báo ở các vùng nhiệt đới một cách đáng kể và tăng khả năng dự báo chính xác ở vĩ độ trung bình và cao của Trái đất lên một vài phần trăm. Lars Isaksen, một nhà khí tượng học tại Trung tâm dự báo thời tiết tầm trung châu Âu (ECMWF) cho biết: “Bạn có thể nghĩ rằng vài phần trăm không có vẻ gì nhiều, nhưng nếu chúng tôi cải thiện độ chính xác của dự báo thêm 2%, giá trị cho xã hội là hàng tỷ đô la”. Chẳng hạn dự báo tốt hơn cho phép mọi người chuẩn bị tốt hơn cho các cơn bão.
Cho đến nay, các nhà khí tượng học đã sử dụng các thông tin về gió từ việc chắp nối các nguồn, bao gồm các khí cầu thời tiết và các chuyến bay. Chưa vệ tinh nào từng đo gió trực tiếp, mặc dù các nhà khoa học có thể suy ra tốc độ và hướng gió từ các phép đo của vệ tinh, ví dụ từ cách các đám mây di chuyển.
ESA lên kế hoạch nhiệm vụ, đặt tên theo vua các ngọn gió trong thần thoại Hy Lạp, vào năm 1999. “Nhiệm vụ này là một hành trình dài,” Anders Elfving, quản lý dự án này nói. Đến bây giờ nó được đặt lên bệ phóng vì rất khó để xây dựng laser không gian có khả năng tạo ra công suất khoảng 10 megawatts trong mỗi xung ánh sáng (pulse).
Năm mươi lần mỗi giây, tia laser của Aeolus sẽ phóng vào bầu không khí của Trái đất một chùm hàng tỷ photon cực tím. Một vài trăm photon đó sẽ bật vào các phân tử và hạt không khí, sau đó phản xạ lại kính thiên văn chính đường kính 1,5 mét của tàu vũ trụ. Aeolus không chỉ đo lường khoảng cách đến sự phản xạ của các photon – cho biết độ cao của gió – mà còn cả những sự thay đổi rất nhỏ trong bước sóng được tạo ra khi các phân tử di chuyển đi và về.
Nhờ vào “Hiệu ứng Doppler” (Doppler shift) này, các nhà khoa học sẽ tính toán tốc độ và hướng của gió. “Việc này khó khăn hơn nhiều so với việc chỉ đo tín hiệu quay trở lại”, Oliver Reitebuch, một nhà vật lý khí quyển tại Trung tâm vũ trụ Đức ở Oberpfaffenhofen cho biết. Ông là người điều hành các chuyến bay thử nghiệm công nghệ của Aeolus. Ví dụ, thông tin sẽ cho phép các nhà khoa học theo dõi các vận tốc gió khác nhau ở các độ cao khác nhau trong khí quyển. Đây là thông tin quan trọng để họ hiểu về các cơn bão đang hình thành.
Dữ liệu của Aeolus sẽ được đưa vào dự đoán thời tiết số, trong đó các dịch vụ thời tiết quốc gia kết hợp các điều kiện khí quyển như nhiệt độ, áp suất và độ ẩm để tạo dự báo cho những ngày tới. Không kết hợp điều kiện gió có thể dẫn đến các lỗi lớn: trong một nghiên cứu, ECMWF đã phân tích một trận mưa bão ở châu Âu vào tháng 3/2014 và nhận thấy rằng, nếu chúng ta có dữ liệu tốt hơn về gió trên Thái Bình Dương ngày hôm trước sẽ dự đoán được chính xác hơn những cơn mưa lớn.
Nếu Aeolus phóng thành công, bộ điều khiển nhiệm vụ có kế hoạch bật hệ thống laser vào tháng 9. Cuối tháng 1 năm 2019 sẽ có đợt dữ liệu đầu tiên và dữ liệu sẽ được đưa vào hệ thống dự báo vào tháng 4. Nhiệm vụ có tuổi thọ là ba năm. Nhưng nếu công nghệ của Aeolus được chứng tỏ là ổn định, nó có thể mở đường cho việc lập các bản đồ gió vệ tinh trong tương lai.
Hoàng Nam lược dịch
Nguồn: https://www.nature.com/articles/d41586-018-05976-3
