Thiên thạch - Ẩn số từ vũ trụ

THIÊN THẠCH - ẨN SỐ TỪ VŨ TRỤNhóm 5 ĐỊNH NGHĨA VÀ ĐẶC ĐIỂMĐịnh nghĩa Cơ quan Hàng không vũ trụ Mỹ (NASA) định nghĩa thiên thạch (asteroid) là những khối đá trong vũ trụ có kích thước nhỏ hơn hành tinh (đôi khi người ta gọi chúng là tiểu hành tinh). Một số người gọi chúng là “rác vũ trụ” hay những mảnh còn sót lại trong quá trình hình thành của hệ mặt trời. Khi thiên thạch lao vào bầu khí quyển trái đất, người ta gọi chúng là sao băng ( Theo www.space.com )Hình 1.1 Thiên thạchĐặc điểm Thông thường thì tiểu hành tinh không có tầng khí quyển nhưng một số trong đó đủ lớn để tạo ra lực kéo. Trên thực tế, có những tiểu hành tinh có một hoặc hai mặt trăng đồng hành hoặc tự chúng tạo thành hệ nhị nguyên (binary system) khi hai tiểu hành tinh cùng kích cỡ xoay quanh quỹ đạo của nhau. Về cấu tạo  thành phần chủ yếu của chúng gồm sắt, niken hoặc toàn là đá. Cũng có ngư­ời cho rằng trong thiên thạch có thể có những nguyên tố hoá học mà Trái đất không có và chúng đã bị cháy hết trong quá trình thiên thạch cháy trong khí quyển. Về độ lớn, một tiểu hành tinh có thể có kích thước hàng trăm kilomet về chiều rộng, ví dụ như tiểu hành tinh Ceres (một hành tinh lùn) có chiều rộng 940 km. Trong vũ trụ, có vô vàn những tiểu hành tinh xoay quay quỹ đạo mặt trời. Vành đai tiểu hành tinh (asteroid belt) là một khu vực trong Hệ Mặt Trời ở khoảng giữa quỹ đạo của sao Hỏa và sao Mộc, là một vành đai tập trung phần lớn tiểu hành tinh trong Hệ Mặt Trời. Ở đây có khoảng 750 ngàn tiểu hành tinh được tìm thấy. Vành đai tiểu hành tinh hiểu nôm na là các tiểu hành tinh có quỹ đạo nằm giữa quỹ đạo của sao Mộc và sao Hỏa. Hình 1.2 Vành đai tiểu hành tinh (màu trắng).II. NGUỒN GỐCCác tiểu hành tinh trong hệ mặt trời được cho là những gì còn sót lại của một hành tinh kiểu Trái Đất, hoặc nhỏ hơn đã không thể kết hợp lại từ khi Hệ Mặt Trời đang mới hình thành, vì sự gây nhiễu của lực hấp dẫn từ Sao Mộc.Hình 2.1 Sao Mộc ( minh họa )III. ẨN SỐ TỪ VŨ TRỤ1. Thông điệp đến từ vũ trụ.Terry Kee, một nhà sinh học vũ trụ của Đại học Leeds tại Anh đưa ra giả thiết và chứng minh rằng khi những thiên thạch bắn phá địa cầu vài tỷ năm trước, nhiều viên rơi xuống những vùng nước xung quanh núi lửa hoạt động. Nước nằm gần núi lửa hoạt động có tính axit nhẹ do nó hòa tan những vật chất từ núi lửa. Nhờ tính axit nhẹ mà nước tương tác với thiên thạch để tạo nên những hợp chất hóa học đầu tiên.Thiên thạch là mảnh vỡ của những thiên thể cổ xưa nhất trong hệ Mặt Trời. Vì thế thành phần vật chất của chúng có thể cung cấp manh mối về diện mạo và môi trường của địa cầu từ vài tỷ năm trước.Phân tích cho thấy rằng trong suốt quá trình hình thành của hệ mặt trời, khi bụi và mảnh vụn nằm trong một vành đai xung quanh Mặt Trời va chạm và dích vào nhau để hình thành những thiên thạch lớn và cuối cùng hình thành nên các hành tinh như chúng ta biết ngày nay, ngay cả khi những vật thể nhỏ hơn nhiều các hành tinh - chỉ 160 km chiều rộng - cũng đủ lớn để tan chảy hầu như hoàn toàn.Nghiên cứu của các nhà khoa học Anh mới đây đã chỉ ra, việc "mổ xẻ" những thiên thạch có niên đại hàng tỷ năm sẽ bật mí cho chúng ta thời điểm Trái đất kết thúc.Để tiếp tục giải mã những thông điệp ẩn chứa trong thiên thạch thì các chương trình khám phá đang được triển khai như: Ngày 3/12/2014, Nhật Bản đã phóng tàu vũ trụ Hayabusa-2 với sứ mệnh tiếp cận và hạ cánh xuống thiên thạch 1999JU3, sau đó lấy mẫu và bay trở lại trái đất vào năm 2020.  NASA dự định phóng tàu vũ trụ lên thiên thạch mang tên 1999 RQ36 vào năm 2016 để lấy mẫu vật về trái đất.Hình 3.1 Vệ tinh Hayabysa - 2Một số tác dụng của thiên thạch trong dân gian: Dân gian thường dùng tektite ( một loại đá thiên thạch ) để giảm sốt, kích thích sự oxy hóa của máu và cải thiện lưu thông và lưu lượng. Nó là một trong những viên đá tốt nhất cho vô sinh và được sử dụng cho mục đích tâm linhợc sử dụng cho phẫu thuật tâm linh. Phong Thủy: Sử dụng ở khu vực Trung tâm để giữ cân bằng năng lượng. Đặt ở hướng Đông Bắc để nâng khí. Tây Nam để sinh khí.2. Mối đe dọa từ vũ trụCác thiên thạch bay trong vũ trụ thường xuyên va chạm với Trái đất nhưng chủ yếu có kích thước nhỏ. Về mặt thống kê số học thì khả năng các mảnh thiên thạch chủ yếu rơi xuống đại dương, vì diện tích này phủ 2/3 địa cầu, hoặc nơi hoang mạc chiếm 1/3 bề mặt hành tinh trái đất. Các đô thị chỉ chiếm 3% diện tích vùng đất nổi tức là 1% diện tich địa cầu. Tuy nhiên xác xuất thiên thạch rơi vào gần các khu dân cư đô thị vẫn xảy ra. Hình 3.2 Bản đồ Trái đất bị tấn công bởi thiên thạch ( NASA )QUÁ TRÌNH VA CHẠM VỚI TRÁI ĐẤT Khi Trái đất đi qua đường đi của một thiên thạch hay đi ngang qua nhưng lực hấp dẫn đủ để hút thiên thạch đi vào Trái đất thì sẽ xảy ra va chạm hay thiên thạch chỉ bay sượt qua bầu khí quyển sau đó lại tiếp tục hành trình của thiên thạch. Khi thiên thạch lao vào bầu khí quyển, vận tốc thường rất lớn  thường lớn hơn 10 km/giây ví dụ như thiên thạch mang tên 1997XF11 sẽ đi ngang Trái đất năm 2028 giả sử nếu chúng lao vào Trái đất thì vận tốc lên tới hơn 48.000 km/h, nhanh hơn vận tốc âm thanh gần 40 lần. Khi thiên thạch chuyển động với vận tốc siêu thanh, nó sinh ra các sóng xung kích (shock wave) do nó "va chạm" với các "hạt" của khí quyển và nén chúng nhanh hơn so với chúng có thể dãn ra khỏi đường chuyển động của thiên thạch. Với vận tốc cao như vậy, các phân tử không khí trên đường đi của thiên thạch bị nung nóng bởi sóng xung kích, hoặc bị nén quá mạnh đến mức nhiệt độ của sóng xung kích tăng lên đến hàng ngàn độ và làm cho các thành phần vật chất của thiên thạch bị nung đến nóng sáng. Những sao băng sáng, thậm chí sáng hơn cả độ sáng biểu kiến của Kim Tinh, đôi khi được gọi là quả cầu lửa. Chúng ta gọi hiện tượng này là sao băng.Hình 3.3 Thiên thạch 1997XF11 ( minh họa ) Những thiên thạch có kích thước bé sẽ bị bốc cháy hết trong khí quyển hoặc nổ trên không còn những thiên thạch có kích thước đủ lớn chưa bị bốc cháy hết sẽ đi xuống bề mặt Trái đất. Nếu thiên thạch phát nổ trên không sẽ sinh ra lượng nhiệt lớn và đặc biệt là sóng xung kích có sức phá hủy lớn với bán kính hàng chục kilomet. Nếu thiên thạch vượt qua bầu khí quyển lao xuống mặt đất, tùy thuộc vào kích thước và vận tốc thiên thạch khi chạm đất mà sẽ có sự tác động khác nhau đến Trái đất. Với vận tốc và kích thước lớn, thiên thạch va chạm với bề mặt Trái đất sẽ làm rung chuyển một khu vực rộng lớn. Sóng xung kích và nhiệt lượng tỏa ra xung quanh, đất đá bị phá hủy và bay ra các khu vực lân cận. Nếu rơi xuống đại dương, có nguy cơ cao gây ra sóng thần.IV.HẬU QUẢ KHI THIÊN THẠCH RƠI XUỐNG TRÁI ĐẤT1. Hậu quả do thiên thạch rơi xuống trái đất phụ thuộc vào đường kính của chúng. Kích thước thiên thạch càng lớn, hậu quả xảy ra càng nghiêm trọng :Thiên thạch có đường kính nhỏ hơn 10m (ngày nào cũng có thể xảy ra), nhưng chẳng có tác hại gì đáng kểThiên thạch có đường kính 10 – 15m (mỗi thế kỷ có thể xẩy ra 10 lần), nổ trên cao nhưng ít có hậu quả dưới đấtThiên thạch có đường kính 15 - 50m (mỗi thế kỷ có thể xảy ra 4 đến 5 lần), nổ gần mặt đất và nhiều mảnh vụn rơi xuống, thiệt hại nặng cấp thành phố.Ngày 14/2/1013 vừa rồi tại miền Trung nước Nga, một thiên thach rơi xuống và bùng cháy gần mặt đất làm cho khoảng 300 ngôi nhà bị vỡ kính hoàn toàn. Gần 1.000 người bị thương, thiệt hại hàng tỉ đô la.Thiên thach có đường kính từ 50 – 100m (mỗi ngàn năm có thể xảy ra 3 đến 4 lần), thiệt hại gây ra trong vùng có bán kính từ 20 – 40 km bởi sóng xung kích và các mảnh vỡ của thiên thạch.Thiên thạch có đường kính từ 100 – 150m (mỗi 5.000 năm có thể xảy ra một lần), sẽ tạo ra hố sâu có đường kính 2km, những thứ vật liệu bắn ra quanh hố sẽ bao phủ một vùng rộng 10km. Mọi thứ đều bị tàn phá trong vùng bán kính 50 đến 80km.Thiên thạch có đường kính từ 150 - 1.000m (khoảng 10.000 năm mới có thể xảy ra một lần), một vùng rộng khoảng 555.000km2 (rộng hơn nước Pháp) sẽ hoàn toàn bị phá hủy. Thiên thạch có đường kính từ 1.000 đến 5.000m ( khoảng 300.000 ngàn năm có thể xảy ra chỉ một lần), sẽ tạo ra hố có đường kính 10 - 16km; sẽ gây ra hậu quả hóa lý còn chưa được biết rõ, nhưng có lẽ mọi dạng sống trên lục địa sẽ bị xóa sach.Thiên thạch có đường kính hơn 5000m (khoảng mỗi 20 triệu năm mới có thể có một lần), có lẽ lúc đó là thiên tai toàn cầu. Nhưng những sinh vật sống mạnh mẽ có thể tồn tại, chẳng hạn như loài gián, nhện, sò, ốc Theo nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc trường Đại học Southampton (Anh): Danh sách 10 nước chịu ảnh hưởng nặng nhất theo thứ tự giảm dần bao gồm: Trung Quốc, Indonesia, Ấn Độ, Nhật Bản, Mỹ, Philippines, Italia, Anh, Brazil và Nigeria. Xét về khía cạnh thiệt hại về người, Mỹ, Trung Quốc Indonesia, Ấn Độ và Nhật Bản là những quốc gia có nguy cơ nhất. Trong khi đó, các quốc gia có nguy cơ thiệt hại nặng nề về cơ sở hạ tầng khi Trái đất va chạm với thiên thạch là Canada, Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản và Thụy Điển.Hình 4.1 Thiên thạch va chạm với Trái đất ( minh họa )2. Một số sự kiện thiên thạch va chạm với trái đất tiêu biểu trong lịch sử. Vào thời kỳ sơ khai của Trái đất, thiên thạch với tần suất va chạm lớn chính là nguồn vật chất tạo nên Trái đất.Cách đây khoảng 65 triệu năm một vài thiên thạch có kích thước lớn lao vào trái đất điển hình thiên thạch kích thước tương đương hòn đảo Isle of Wight của Anh, đã rơi xuống bán đảo Yucatan tại Mexico gây động đất, lở đất, song thần và cháy rừng đã góp phần xóa sổ loài khủng long trên Trái đất.Cách đây 80.000 năm một thiên thạch có tên là Hoba đã va chạm với trai đất đã được tìm thấy trên Trái đất nằm ở một nông trại thuộc Namibia, Phi Châu. Thiên thạch này tuy chiếm diện tích hơn 6,5m2 nhưng trọng lượng ước tính đến những 66 tấn, vì Hoba gồm khoảng 84% sắt và 16% niken. Nó hiện vẫn được coi là tảng sắt tự nhiên lớn nhất của Trái đất.Hình 4.2 Thiên thạch mang tên HobaVụ tàn phá lớn của thiên thạch trên Trái đất mới nhất được ghi nhận xảy ra suýt soát 100 năm trước, năm 1908, khi thiên thạch đâm vào Trái đất xuống vùng Tunguska (Nga). Vụ nổ đã tàn phá khoảng 80 triệu cây trên diện tích 2.150 km2, thiêu rụi toàn bộ nhà cửa, gia súc trong bán kính 13 dặm.Hình 4.3 Cánh rừng bị phá hủy tại Tunguska ( Nga )Sự kiện nổ thiên thạch tại Chelyabinsk. Theo ủy ban của Pháp, vụ nổ đã tống ra năng lượng tương đương 460 kiloton TNT. Được biết, hơn 1.000 người đã bị thương khi một thiên thạch bề ngang 17m, nặng 10.000 tấn đâm vào bầu khí quyển và nổ tung trên bầu trời Chelyabinsk.Hình 4.4 Sự kiển nổ thiên thạch tại Chelyabinsk ( Nga ) Hình 4.5 Một số thiên thạch trên thế giới V. MỘT SỐ BIỆN PHÁP ĐỐI PHÓ VỚI THIÊN THẠCH1. Vũ khí hạt nhân  Vũ khí hạt nhân là công cụ mạnh và nguy hiểm nhất con người đang sở hữu. Nó là một lựa chọn logic nếu phải đối chọi lại thiên thạch lao đến từ vũ trụ. Có 2 cách mà các nhà khoa học đề xuất sử dụng. Nếu khẩn cấp, người ta phóng trực tiếp đầu đạn hạt nhân vào thiên thạch. Nhưng làm thế sẽ gây ra một vụ nổ lớn phá thiên thạch thành nhiều mảnh nhỏ và không lường trước được các mảnh nhỏ ấy rơi ở đâu.  Trường hợp có thời gian chuẩn bị, sự lựa chọn tối ưu hơn là phóng đầu đạn hạt nhân, cho phát nổ ở gần thiên thạch. Nhiệt giải phóng từ vụ nổ làm khô lớp đá bên ngoài của thiên thạch, dẫn đến trọng lượng thay đổi. Vận tốc và hướng di chuyển của thiên thạch sẽ bị lệch đi rất nhiều. Kết quả là chúng sẽ không va chạm vào Trái đất.2. Tàu vũ trụ nhỏ Để thay đổi hướng di chuyển của một thiên thạch, giới chuyên gia mới phát triển một phương cách cực kì hiệu quả là sử dụng tàu vũ trụ nhỏ. Theo đó, với một tàu vũ trụ không người lái cực nhỏ, trọng lượng khiêm tốn, nếu phóng đi với vận tốc lớn, năng lượng nó mang theo cũng sẽ không hề thấp. Chỉ cần tàu bắn trúng mục tiêu, thiên thạch, sao chổi hay tiểu hành tinh sẽ lập tức chệch hướng mà gần như không có một biểu hiện gì. Tuy nhiên, do kích thước bé nên nếu bắn chệch, tàu vũ trụ sẽ mất tác dụng hoàn toàn. Tàu Deep Impact sản xuất năm 2005 là một minh chứng điển hình. Nó nặng 370kg, có vận tốc tới 10km/s. Tàu sở hữu mức năng lượng tương đương 4,8 tấn TNT, đủ để làm lệch quỹ đạo của một sao chổi tầm trung.Hình 5.1 Tàu vũ trụ nhỏ làm lệch hướng thiên thạch3. Lực hấp dẫn“Định luật quả táo” của Isaac Newton được vận dụng trong việc "xua đuổi" thiên thạch khỏi hành tinh xanh.Công nghệ này chỉ phù hợp với các thiên thạch có tiềm năng va chạm trong thời gian dài. Theo đó, các nhà khoa học sẽ phóng những tàu vũ trụ hoặc vệ tinh theo sát thiên thạch nguy hiểm. Các vệ tinh sẽ gây ra lực hấp dẫn đối với chúng dù là rất nhỏ. Trong khoảng thời gian 15 năm trở lên, lực rất nhỏ kia cũng sẽ đủ làm chệch hướng thiên thạch, khiến nó không thể tấn công Trái đất.Đây được đánh giá là phương án khả thi để phòng chống các mối nguy tiềm ẩn trong tương lai của thế giới.Hình 5.2 Tàu vũ trụ “xua đuổi” thiên thạch4. Kéo, đẩy thiên thạchMột cách khác cũng được sử dụng nhằm thay đổi đường đi của thiên thạch hay sao chổi, đó là thiết kế tàu vũ trụ kéo mối nguy hiểm rời xa Trái đất. Có thể hiểu đơn giản, thiên thạch cũng giống như một kiện hàng lớn và bạn chế tạo một tàu vũ trụ chở hàng, kéo “kiện hàng” đó rời xa Trái đất.Nói đơn giản vậy song thực hiện cách trên thì vô cùng khó khăn, nhất là công đoạn chế tạo. Tàu vũ trụ muốn kéo được thiên thạch phải có động cơ chạy bằng nhiên liệu plasma.Kéo theo đó là hệ thống tản nhiệt cực lớn đủ sức làm mát cho con tàu. Đặc biệt, phương án này cũng phải mất từ 15-20 năm để làm lệch chuyển động của thiên thạch. Hình 5.3 Tàu vũ trụ kéo – đẩy thiên thạch5. Phương pháp sử dụng tia laserSử dụng năng lượng của tia laser được phóng từ mặt đất hoặc vệ tinh làm chệch hướng hoặc phá hủy thiên thạch khi chung còn ở xa Trái đất.VI. CÔNG TÁC DỰ BÁO SỚM THIÊN THẠCHVấn đề này đang được cả thế giới quan tâm, trong đó một số quốc gia, tổ chức đi đầu trong công tác dự báo thiên thạch như: NASA (Mỹ), Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA), Nhật Bản, Trung Quốc, Cơ quan vũ trụ liên bang Nga (FKA), Ấn Độ.Một trong những công cụ giúp phát hiện và dự báo quỹ đạo của thiên thạch là kính viễn vọng. Kính viễn vọng có thể được lắp đặt tại mặt đất hoặc được phóng lên không gian.Theo bước sóng kinh viễn vọng gồm :1 .Kính viễn vọng quang học2 .Kính viễn vọng vô tuyến3 .Kính viễn vọng hồng ngoại4 .Kính viễn vọng tử ngoại5 .Kính viễn vọng tia X6 .Kính viễn vọng tia gammaHình 6.1 Kinh viễn vọng HubbleHệ thống vệ tinh và tàu vũ trụ.Các vệ tinh và tàu vũ trụ được phóng lên không gian đảm nhiệm công việc phát hiện và theo dõi các thiên thạch.Hình 6.2 Vệ tinh NEOSSat của CANADAHệ thống siêu máy tính.Hệ thống này điều khiển các kính viễn vọng, tàu vũ trụ và vệ tinh đồng thời tiếp nhận và xử lý thông tin từ đó đưa ra các dự báo về quỹ đạo của thiên thạch cũng như xác suất va chạm với trái đất. Hình 6.3 Trung tâm điểu khiển tàu vũ trụ Cuối cùng là sự chung tay của Chính phủ các quốc gia và các nhà khoa học để bảo vệ mái nhà chung của nhân loại.-HẾT-