Tàu MMX của Nhật Bản sẽ hạ cánh xuống Phobos và mang 10 gram mặt trăng Sao Hỏa về Trái Đất

Nhật Bản sắp thử điều mà chưa cơ quan vũ trụ nào từng làm được: đáp xuống một mặt trăng của Sao Hỏa, hốt ít nhất 10 gram vật chất trên bề mặt của nó và mang nắm bụi đó bay trở về Trái Đất. Tàu vũ trụ có tên MMX, viết tắt của Martian Moons eXploration, và mục tiêu của nó là Phobos, một mặt trăng hình củ khoai tây lởm chởm dài khoảng 27 kilômét quay quanh Sao Hỏa ở khoảng cách gần hơn bất kỳ mặt trăng nào khác so với hành tinh của nó. Nếu kế hoạch thành công, các phòng thí nghiệm trên Trái Đất sẽ có trong tay mẫu vật vật chất đầu tiên từng được lấy từ hệ thống Sao Hỏa.

Điều đó có ý nghĩa vì không ai biết Sao Hỏa lấy hai mặt trăng của mình từ đâu. Phobos và người em nhỏ hơn Deimos có thể là các tiểu hành tinh đi lạc quá gần và bị bắt giữ, hoặc chúng có thể là những mảnh vụn bị bắn vào quỹ đạo khi một vật thể khổng lồ đâm vào Sao Hỏa. Mỗi câu trả lời kể một câu chuyện khác nhau về hệ Mặt Trời sơ khai, và chỉ có một mẫu vật được phân tích trong phòng thí nghiệm mới có thể giải quyết được điều đó.

Sứ mệnh do Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) dẫn đầu, cơ quan đứng sau các tàu thăm dò Hayabusa đã mang về các hạt của hai tiểu hành tinh. NASA, Cơ quan Vũ trụ Pháp CNES, Trung tâm Hàng không Vũ trụ Đức DLR và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu là các đối tác. JAXA gọi đây là sứ mệnh hành tinh quốc tế lớn nhất mà Nhật Bản từng dẫn dắt.

"Mặt trăng Phobos của Sao Hỏa vẫn là một biên giới chưa được khám phá đối với nhân loại," quản lý dự án MMX Kawakatsu Yasuhiro cho biết trong một tuyên bố của JAXA. "Bằng cách mang mẫu vật từ Phobos về nhà, chúng tôi hy vọng khám phá cách các mặt trăng của Sao Hỏa hình thành, cách quả cầu Sao Hỏa tiến hóa, và cách nước cùng các vật liệu hữu cơ được tìm thấy trên các hành tinh đá có nguồn gốc như thế nào."

Cách MMX dự định lấy một phần của mặt trăng

Tàu vũ trụ dài khoảng 9 mét và được xây dựng từ ba mô-đun xếp chồng: một mô-đun đẩy để phanh vào quỹ đạo quanh Sao Hỏa, một mô-đun thám hiểm mang chân đáp và thiết bị lấy mẫu, và một mô-đun quay trở lại sẽ mang mẫu vật về nhà. Nó mang 11 thiết bị khoa học, bảy trên tàu chính và bốn trên một xe tự hành nhỏ, theo ESA.

Phobos quá nhỏ để bay quanh quỹ đạo thông thường. Lực hấp dẫn của nó nhỏ hơn một phần nghìn lực hấp dẫn của Trái Đất, vì vậy MMX sẽ bay theo cái mà các kỹ sư gọi là quỹ đạo vệ tinh giả: về mặt kỹ thuật, nó quay quanh Sao Hỏa, nhưng nó di chuyển đồng bộ với Phobos và dường như vòng quanh mặt trăng. Từ đó, một camera viễn vọng tên TENGOO có thể phát hiện các đặc điểm rộng khoảng 40 centimét, trong khi camera góc rộng tên OROCHI, một máy đo độ cao laser, một máy quang phổ hồng ngoại của Pháp tên MIRS và một thiết bị gamma-neutron của NASA tên MEGANE lập bản đồ địa hình, khoáng sản và các nguyên tố hóa học.

Trước khi tàu chính mạo hiểm hạ cánh, nó sẽ thả một trinh sát. Idefix, một xe tự hành nặng 25 kilôgam do CNES và DLR chế tạo, sẽ rơi từ độ cao 40 đến 100 mét trên bề mặt, tự đứng thẳng và lăn quanh trong khoảng 100 ngày. Trên Phobos, nó sẽ nặng bằng khoảng 15 gram trên Trái Đất, xấp xỉ vài tờ giấy.

Sau đó là cuộc chạm xuống. Mô-đun thám hiểm sẽ ở trên bề mặt khoảng hai tiếng rưỡi và có thể hạ cánh lần thứ hai tại một địa điểm khác. Công cụ chính của nó là một mũi khoan trên cánh tay robot cắm xuống khoảng 2 centimét, đủ sâu để chạm tới vật chất chưa bị ánh sáng Mặt Trời và bức xạ Mặt Trời làm biến đổi hóa học. Một thiết bị dự phòng do NASA cung cấp thổi các hạt bề mặt vào một thùng chứa bằng tia khí nitơ, cùng nguyên lý OSIRIS-REx đã sử dụng tại tiểu hành tinh Bennu, mặc dù trong lực hấp dẫn yếu ớt của Phobos, tia khí đó mang một rủi ro nhỏ làm lật tàu.

Tại sao là mặt trăng của Sao Hỏa, chứ không phải chính Sao Hỏa

Câu hỏi Phobos đến từ đâu thực chất là câu hỏi về cách các hành tinh có được nước của chúng. Nếu Phobos là một tiểu hành tinh bị bắt giữ, nó sẽ trông giống như các tiểu hành tinh tối, giàu carbon, những vật thể có thể đã mang nước và các phân tử hữu cơ đến các hành tinh đá trẻ. Nếu nó hình thành từ các mảnh vụn sau một va chạm khổng lồ, nó sẽ được cấu tạo phần lớn từ vỏ Sao Hỏa.

"Chìa khóa của bí ẩn này nằm ở các mặt trăng của Sao Hỏa, vốn rất giống với các tiểu hành tinh carbonaceous, những thiên thể có khả năng mang theo các thành phần cho khí quyển và nước," điều tra viên chính Kuramoto Kiyoshi cho biết. Phobos trông giống như một tiểu hành tinh bị bắt giữ từ bên ngoài, nhưng quỹ đạo của nó, gần như tròn và gần xích đạo Sao Hỏa, rất khó giải thích nếu nó chỉ đơn thuần bị chộp lấy từ luồng giao thông đi qua.

Có một phần thưởng. Các va chạm tiểu hành tinh trên Sao Hỏa đã ném đất Sao Hỏa vào không gian trong hàng tỷ năm, và Phobos quay quanh quỹ đạo gần đến mức nó được cho là quét một phần mảnh vụn đó. Do đó, một mẫu vật từ Phobos có thể chứa các hạt của chính Sao Hỏa. Với chương trình Mars Sample Return của NASA và ESA thực tế đã bị hủy bỏ sau áp lực ngân sách, MMX có thể mang vật liệu Sao Hỏa đầu tiên đến Trái Đất một cách có chủ đích thay vì dưới dạng thiên thạch.

Một mục tiêu đã đánh bại mọi vị khách cho đến nay

Quy mô của thách thức thể hiện trong lịch sử. Liên Xô đã mất cả hai tàu thăm dò Phobos trước khi chúng đến được mặt trăng, và nỗ lực lấy mẫu trở về sau đó của Nga, Phobos-Grunt, không bao giờ thoát khỏi quỹ đạo Trái Đất. Chưa có tàu vũ trụ nào từng chạm vào Phobos.

So với những gì đã xảy ra trước đây, 10 gram là một món hời lớn. Hayabusa của JAXA chỉ trả về những hạt cực nhỏ từ tiểu hành tinh Itokawa, và Hayabusa2 mang về khoảng 5,4 gram từ tiểu hành tinh Ryugu. MMX cũng sẽ trở thành tàu vũ trụ đầu tiên hạ cánh và cất cánh từ mặt trăng của một hành tinh khác, và là tàu đầu tiên quay trở lại Trái Đất sau một chuyến đi vòng quanh hệ thống Sao Hỏa.

Sứ mệnh cũng mang theo một số thứ thêm. Hai camera siêu nét được chế tạo cùng với đài truyền hình Nhật Bản NHK sẽ quay Sao Hỏa và các mặt trăng của nó ở độ phân giải 8K, và trên đường về nhà, MMX sẽ bay ngang qua Deimos, mặt trăng nhỏ hơn và thậm chí còn ít được khám phá hơn trong cặp.

Những gì MMX không thể hứa hẹn

Các sứ mệnh lấy mẫu trở về là những chuỗi dài những điều phải suôn sẻ, và MMX có một vài mắt xích yếu. Tên lửa là thứ nhất. H3 của Nhật Bản đã mất một vệ tinh dẫn đường trong một chuyến bay thất bại trước khi trở lại hoạt động với một vụ phóng thành công vào mùa hè này, vì vậy một lần phóng duy nhất mang toàn bộ sứ mệnh.

Hạ cánh là thứ hai. Không ai đo được bề mặt của Phobos cứng hay lỏng đến mức nào, đó chính xác là lý do Idefix đi trước. Thiết bị lấy mẫu dự phòng bằng khí có thể làm lật tàu, và một sứ mệnh chỉ hạ cánh một lần sẽ chỉ lấy mẫu một điểm duy nhất trên mặt trăng có màu sắc và kết cấu thay đổi trên bề mặt của nó.

Cuối cùng, ngay cả một mẫu vật hoàn hảo cũng có thể không kết thúc cuộc tranh luận. Các hạt của Sao Hỏa trộn lẫn vào đất có thể làm cho Phobos trông giống Sao Hỏa hơn thực tế, và một mặt trăng được lắp ráp từ các mảnh vụn va chạm vẫn có thể chứa vật chất tiểu hành tinh. Các nhà khoa học kỳ vọng câu trả lời sẽ đến từ các đồng vị và khoáng chất được đo đạc trong nhiều năm, chứ không phải từ một kết quả duy nhất trên tiêu đề.

Các câu hỏi thường gặp về MMX và Phobos

Khi nào MMX phóng?

MMX dự kiến sẽ cất cánh trên tên lửa H3 từ Trung tâm Vũ trụ Tanegashima ở miền nam Nhật Bản lúc 04:41 giờ Nhật Bản vào ngày 20 tháng 10 năm 2026, tức là 19:41 UTC và 21:41 CEST vào ngày 19 tháng 10. Ngày phóng có thể trượt do thời tiết hoặc các kiểm tra kỹ thuật.

MMX mất bao lâu để đến Sao Hỏa?

Khoảng một năm. Tàu vũ trụ dự kiến sẽ đi vào quỹ đạo quanh Sao Hỏa vào tháng 8 năm 2027 và bắt đầu quỹ đạo vệ tinh giả quanh Phobos vào tháng tiếp theo.

Khi nào mẫu vật từ Phobos đến Trái Đất?

Viên nang quay trở lại được lên kế hoạch hạ cánh bằng dù tại Úc vào năm 2031, sau đó nó sẽ được đưa đến Nhật Bản để phân tích. Sứ mệnh được thiết kế để mang về ít nhất 10 gram vật chất.

Tại sao Phobos lại quan trọng?

Phobos có thể là một tiểu hành tinh bị bắt giữ hoặc một mảnh vỡ của Sao Hỏa bị bắn vào không gian do một va chạm cổ đại. Thành phần của nó có thể tiết lộ điều nào, và giúp giải thích cách nước và các phân tử hữu cơ đến được Trái Đất và Sao Hỏa. Nó cũng có thể chứa các hạt đất Sao Hỏa.

Đã có ai hạ cánh xuống Phobos trước đây chưa?

Chưa. Hai tàu thăm dò của Liên Xô đã bị mất vào năm 1988 và 1989 trước khi đến được mặt trăng, và Phobos-Grunt của Nga thất bại trên quỹ đạo Trái Đất vào năm 2011. MMX sẽ là tàu vũ trụ đầu tiên chạm vào bề mặt của nó.

Điều gì sẽ xảy ra tiếp theo

Nếu vụ phóng diễn ra, MMX sẽ đến Sao Hỏa vào tháng 8 năm 2027 và đi vào quỹ đạo quanh Phobos vào tháng 9 năm 2027. Idefix dự kiến sẽ được thả vào đầu năm 2029, tàu chính dự kiến chạm xuống vào năm 2030, và viên nang mẫu vật dự kiến hạ cánh tại Úc vào năm 2031. Tàu quay quanh quỹ đạo Mars Express của ESA, được xác nhận hoạt động ít nhất đến năm 2029, có thể hỗ trợ các quan sát từ phía trên.

Thẻ: thiên văn học, Sao Hỏa, JAXA, MMX, Phobos, thám hiểm không gian