bộ sưu tập những bài báo hay

Bộ sưu tập cá nhân do Hoài Nghiêm thực hiện

Một trong những phát hiện sâu sắc nhất nổi bật lên từ quá khứ 40 năm thám hiểm không gian là những điều kiện môi trường giống như môi trường mà chúng ta hưởng trên Trái đất là cực kì hiếm. Tuy nhiên, có một danh sách ngắn những nơi đặc biệt trong hệ mặt trời của chúng ta mà các nhà thiên văn tin rằng có thể đã từng một lần  - hay có lẽ vẫn còn  - rất giống với Trái đất. Sao Hỏa nằm đầu danh sách đó.

Hiện nay, sao Hỏa là một thế giới lạnh, khô xác ra và không mến khách với một bề mặt lộng gió và cằn cỗi. Tuy nhiên, dữ liệu của các kính thiên văn, các sứ mệnh không gian, và những nghiên cứu về các thiên thạch đến từ sao Hỏa vẽ nên một bức tranh rất khác thuộc vài tỉ năm đầu của lịch sử hành tinh này. Bằng chứng thuyết phục hiện có là áp suất khí quyển đủ cao để nước lỏng ổn định trong những thời gian dài trên bề mặt và đóng một vai trò quan trọng trong sự tiến hóa địa chất và khí hậu của hành tinh.

Nhưng nhiều bằng chứng còn mơ hồ, và nhiều câu hỏi chú yếu vẫn chưa được giải quyết. Sao Hóa sơ khai có thật sự "ấm và ẩm" như một số nhà thiên văn giả định? Các điều kiện môi trường thay đổi chậm chạp, nhanh chóng hay thay đổi từng hồi theo thời gian? Chuyện gì đã xảy ra với nước đã từng một lần chảy trên những thể tích đáng kể trên bề mặt hành tinh? Có lẽ quan trọng nhất, sao Hỏa thuở sơ khai là một thế giới có thể ở được, và - nếu vậy - sự sống đã từng hình thành, tồn tại và tiến hóa ở đó?

 Thám hiểm sao Hỏa và thử trả lời những câu hỏi này thật không dễ dàng gì. Kể từ khi Liên Xô phóng sứ mệnh Marsnik năm 1960, các quốc gia chinh phục không gian trên thế giới đã gửi hơn 35 sứ mệnh bay ngang qua, bay trên quỹ đạo, đổ bộ và bay vòng quanh hành tinh đỏ. Tuy nhiên, chưa đến một nửa những sứ mệnh này đã thành công, do sự kết hợp của các lỗi máy móc và con người, hay chỉ đơn giản là do kém may mắn. Bất chấp những thất bại thường xuyên, chúng ta vẫn kiên trì và tiếp tục thăm dò thành công, thu thập những dữ liệu phong phú về bề mặt hành tinh, bầu khí quyển và các điều kiện bên trong. Các dữ liệu này mang đến một loạt những phát hiện và sự ngạc nhiên đã thôi thúc và gây cảm hứng cho các nhà nghiên cứu tiếp tục thám hiểm người bạn láng giềng bí ẩn của chúng ta (hình 1).

Những phát hiện ban đầu

Những thế kỉ quan sát bằng kính thiên văn cho biết sao Hỏa có một bề mặt và bầu khí quyển động lực học. Các quan trắc phổ tiến hành hồi những năm 1940 và 1950 lần đầu tiên cho phép xác định thành phần, áp suất và nhiệt độ của khí quyển sao Hỏa. Chúng ta biết là nó chủ yếu chứa carbon dioxide ở nhiệt độ trung bình 250 K (hay ­23 ^oC) và áp suất bề mặt 5-10 millibar. Các quan trắc ảnh và phổ ở những bước sóng khả kiến đến hồng ngoại gần hồi những năm 1950 và 1960 cũng cung cấp thông tin cơ bản về bề mặt hành tinh.

Các vùng sáng, hơi đỏ hình như chứa các khoáng sắt oxy hóa cao (Fe³⁺). Những vùng tối hơn, đo đỏ dường như cấu thành từ những khoáng sắt núi lửa oxy hóa kém hơn (Fe²⁺), còn các chóp cực sáng, thay đổi theo mùa có vẻ chứa nước đóng băng, và, có khả năng, carbon dioxide rắn. Mặc dù những phát hiện này đẩy kĩ thuật kính thiên văn tới các giới hạn của nó, nhưng các quan trắc về cơ bản bị giới hạn bởi độ phân giải không gian tương đối thấp mà các quan trắc trên mặt đất có thể thu được. Các chi tiết tốt nhất, nhỏ nhất có thể nghiên cứu đáng tin cậy về sao Hỏa vẫn còn ở mức hàng trăm km bề ngang.

Phi thuyền thám hiểm tiếp cận sao Hỏa bắt đầu với các tàu Mariner 4, 6 và 7 của NASA trong thập niên 1960. Các sứ mệnh này là những thành tựu kĩ thuật ngoạn mục, nhưng chúng chỉ cung cấp một cái nhìn thoáng qua sự rắc rối và bí mật của hành tinh. Có lẽ phát hiện quan trọng nhất dựa trên dữ liệu phản hồi từ các sứ mệnh này được thực hiện năm 1966 bởi nhà vật lí Robert Leighton và nhà địa chất hành tinh Bruce Murray, cả hai người đều ở Viện kĩ thuật California. Họ nhận thấy nhiệt độ và áp suất ở bề mặt Hỏa tinh cứ như là carbon dioxide trong khí quyển cân bằng với carbon dioxide trên bề mặt. Tiên đoán này và các tiên đoán khác đã được xác nhận bởi các sứ mệnh sau đó. Họ cho biết sao Hỏa hiện nay có một khí hậu dị thường bị thống trị bởi sự hóa đặc và thăng hoa của thành phần khí quyển chính của nó, carbon dioxide.

Phi thuyền đầu tiên bay quanh sao Hỏa - Mariner 9 năm 1971 và đôi tàu song sinh Viking năm 1976 - xác nhận sự tồn tại carbon dioxide ở các chóp cực. Các sứ mệnh này cũng cho biết sao Hỏa không chỉ là một chấm đỏ sáng trên bầu trời, mà thật sự là một nơi có địa chất lí thú và bầu khí quyển động lực học. Thật vậy, Mariner và Viking tiết lộ sao Hỏa là một hành tinh cao cấp trong hệ mặt trời : nó có những ngọn núi cao nhất, những hẻm núi dài nhất, và những cơn bão bụi rộng lớn nhất. Bán cầu nam có vẻ cổ xưa, thống trị ở nhiều nơi bởi cảnh tượng lởm chởm giống như mặt trăng với những miệng núi lửa do va chạm xếp khít nhau. Trong khi đó, bán cầu bắc có tương đối ít các miệng núi lửa và do đó có vẻ trẻ hơn. Nó cũng nhẵn hơn, phẳng hơn và thống trị nhiều nơi bởi những ngọn núi lửa khổng lồ với các hệ thống dòng dung nham rộng.

Những phép đo khác từ tàu quỹ đạo Viking xác nhận khí quyển sao Hỏa hiện nay rất khô. Nếu toàn bộ hơi nước trong khí quyển sao Hỏa ngưng tụ lại và trải ra như một lớp nước trên toàn hành tinh, nó chỉ hình thành một màng dày 10 µm. (Ngược lại, nếu giả định tương tự với nước trên Trái đất, sẽ tạo ra một lớp nước sâu 10 m). Bất chấp sự khô khan hiện nay của hành tinh, các ảnh Viking tiết lộ bằng chứng tuyệt vời cho một vài loại đặc điểm hình như tạo thành từ nước, chúng chỉ có thể hình thành nếu như khí quyển sao Hỏa có một số điểm ấm hơn và ở áp suất cao hơn. Thật vậy, khi xem xét gần hơn, nhiều vùng miệng núi lửa nặng nề cho thấy bằng chứng về những hình ảnh xói mòn dường như cũng phù hợp với các điều kiện khí quyển dày hơn trong quá khứ. Một số nhà thiên văn thậm chí cho rằng các đặc điểm khác nhau trong những tấm ảnh có lẽ là dải đất ven bờ của một đại dương cổ đã từng một lần trải hầu khắp bán cấu bắc (hình 2).

Trong khi tàu quỹ đạo Viking hé mở các bí mật từ trên cao, hai tổ hợp đổ bộ mà phi thuyền gửi xuống bề mặt đã ghi lại lần đầu tiên một biên niên chi tiết các điều kiện bề mặt. Các tổ hợp Viking thả xuống sao Hỏa năm 1976 và chụp ảnh các cảnh đầy bụi bậm, rải rác đá chìm ngập trong màu sắc đo đỏ của bầu khí quyển đầy bụi, tán xạ cao. Các bộ cảm biến áp suất trên tàu đổ bộ hoạt động trong vài năm sao Hỏa và ghi lại các thay đổi theo mùa của hơn 25% trong áp suất bề mặt - gấp hai lần số liệu quan sát trong những cơn bão mạnh nhất trên Trái đất. Các kết quả này xác nhận sự trao đổi đáng kể của bề mặt và carbon dioxide khí quyển thật sự xảy ra nửa năm một lần ở các vùng cực (một năm sao Hỏa tương đương 687 ngày Trái đất).

Tuy nhiên, trọng tâm khoa học của tổ hợp đổ bộ không phải là địa chất hay khí tượng mà là sinh học. Một số thí nghiệm được xây dựng để tìm kiếm bằng chứng về các phân tử hữu cơ trong đất và bụi. Có cơ quan hay phân tử hữu cơ phức tạp nào có thể biến đổi chất dinh dưỡng mang từ Trái đất đến thành năng lượng sinh học có thể dùng được không? Có những hình thức "hô hấp" nguyên thủy nào xuất hiện trên bề mặt không? Đa số các phép đo, các thí nghiệm đều phủ nhận việc tìm kiếm sự sống hay hóa học hữu cơ phức tạp trên sao Hỏa. Hóa học bề mặt phi hữu cơ được viện dẫn thay thế để giải thích hầu hết các kết quả thu được. Sự thiếu các phân tử hữu cơ ở mức một phần tỉ trong đất và bụi được tìm thấy phù hợp với sự thiếu lớp ozone trên sao Hỏa. Điều này có lẽ không có gì ngạc nhiên, khi mà bề mặt hành tinh không ngớt phơi ra trước những bức xạ tử ngoại mặt trời mạnh, chúng sẽ phá hủy các liên kết carbon-hydrogen trong bất cứ phân tử hữu cơ nào.

Đá và thiên thạch  

Các kết quả từ tổ hợp đổ bộ Viking hình như làm lóe lên tia hi vọng cho những ai nghĩ rằng sao Hỏa là một nơi có khả năng thích hợp cho sự sống ngoài Trái đất. Nhưng các quan điểm quay ngoắt lại theo cách khác vào năm 1996. Năm đó, một đội các nhà khoa học của NASA đã làm cả thế giới sửng sốt với việc công bố bằng chứng có thể có những hình thức sống hóa thạch được bảo quản trong một thiên thạch mà người ta tin là nó đến từ sao Hỏa. Tảng đá nghi vấn, gọi là ALH84001, là một trong số 20 hay những thiên thạch được biết hiện nay mà người ta cho rằng chúng trên đường đến Trái đất sau khi bị bắn khỏi sao Hỏa bởi các vụ va chạm với tiểu hành tinh hay sao chổi tương đối gần đây. Nguồn gốc sao Hỏa của những hòn đá này dựa trên việc đo đạc hay suy luận đồng vị và các tương đồng địa hóa  học với đất và đá từ sao Hỏa đã được nghiên cứu ở đúng chỗ của nó.

ALH84001 là thiên thạch sao Hỏa già nhất được biết, được sinh ra chỉ vài tỉ năm sau khi hành tinh hình thành. Hòn đá được xem xét tỉ mỉ bởi một đội các nhà nghiên cứu, đứng đầu là David McKay, một nhà địa hóa học hành tinh tại Trung tâm Không gian Johnson của NASA ở Houston, Texas, người đã nghiên cứu các tính chất địa hóa, từ, hữu cơ và hình thái của nó. MacKay và các đồng sự trở nên tin chắc rằng hòn đá đã lưu giữ bằng chứng về những tổ chức giống như vi khuẩn cổ xưa đã từng phát triển mạnh trên hành tinh đỏ.

Các luận điểm bác bỏ nguốn gốc sinh học của mỗi mảnh bằng chứng này được công bố thường xuyên, và các nhà khoa học thiên thạch vẫn chia rẻ sâu sắc trên các số báo. Không chịu đứng về một phía của một cuộc tranh luận rằng không thể phân tích các dữ liệu sẵn có, nhiều nhà thiên văn thay vì vậy lại tập trung vào việc quan sát ít mơ hồ hơn. Chúng ta biết rằng ALH84001 chứa những phân tử hữu cơ phức tạp bản xứ như hydrocarbon đa vòng thơm - chuỗi các nguyên tử carbon và hydrogen giống như các chuỗi tồn tại trong nhiều đám mây dày đặc giữa các sao. Địa hóa học và khoáng vật học của hòn đá cũng gợi ý mạnh mẽ với các nhà thiên văn rằng nó đã được đun nóng về cơ bản rất sớm trong sự tồn tại của nó và nước lỏng đã từng chảy qua các mạch của nó. Ba yếu tố này - sự có mặt của những phân tử hữu cơ, nguồn nhiệt/năng lượng, và nước lỏng - đúng là cái cần thiết nếu như hành tinh thích hợp cho sự hình thành hay tiến hóa của sự sống như chúng ta đã biết.

Trong khi cuộc tranh luận về ALH84001 đang cuồng nhiệt, thì NASA khởi động trở lại vấn đề thăm dò bề mặt sao Hỏa. Mùa hè 1997, NASA gửi tàu đổ bộ và hướng đạo Người dò đường sao Hỏa lên miệng rãnh chảy mạnh Ares Valles. Địa điểm đổ bộ - khoảng 20^° bắc và 35^° tây - được chọn sau khi tàu Viking tìm thấy bằng chứng cho thấy sự đa dạng của các loại đá có thể chuyển đến vùng này bởi những cơn lũ lớn lúc ban đầu trong lịch sử hành tinh. Nhưng Người dò đường không thật sự là một dự án khoa học. Căn bản nó là một luận chứng kĩ thuật, được thiết kế để thông qua cách tiếp cận mới "tốt hơn, nhanh hơn, rẻ hơn" của NASA cho những sứ mệnh thám hiểm hành tinh. Nó cũng có nghĩa là các kĩ thuật nhận dạng có thể được sử dụng trong những sứ mệnh đổ bộ tương lai. Tuy nhiên, Người dò đường đã thành công phi thường. Nó cũng tác động trực tiếp đến hứng thú thám hiểm không gian của công chúng nói chung bằng việc tuôn ra những bức ảnh và dữ liệu khác trước thế giới gần như tức thời bằng một môi trường tương đối mới gọi là World Wide Web (hình 3).

Ngoài những thành công kĩ thuật và liên quan đến công chúng, Người dò đường còn mang lại các kết quả khoa học mới và quan trọng làm tăng thêm hiểu biết của chúng ta về sao Hỏa. Sứ mệnh bao gồm một tàu hướng đạo nhỏ, bán tự động, gọi là Sojourner, chụp các bức ảnh cận cảnh và đo đạc hóa học cơ bản của đất và đá. Tỉ lệ tương đối của các nguyên tố được xác định tương đương với tỉ lệ thu được từ đất và bụi bởi sứ mệnh Viking hồi thập niên 1970. Điều này xác nhận rằng nhiều nơi trên sao Hỏa được bao phủ với các vật chất mịn mặt, bao gồm ít nhất là một thành phần chính được tìm thấy khắp nơi trên bề mặt hành tinh.

Tuy nhiên, các mẫu đất mà tàu Người dò đường và Viking thu thập chứa hàm lượng sulphur và chlorine rất khác nhau. Một phát hiện khác thường khác do tàu Sojourner thực hiện là sự thay đổi lớn hàm lượng silicon chứa trong các hòn đá khác nhau. Những kết quả này vẫn chưa được giải thích trọn vẹn, nhưng chúng có lẽ phản ánh các khác biệt trong sự phong hóa hóa học ở nơi Người dò đường so với các nơi khác trên hành tinh. Một khả năng khác là vùng nguồn cho cái được cho là đá núi lửa nguyên thủy ở địa điểm có một hóa học và/hoặc lịch sử bùng nổ về cơ bản là khác so với các khu vực khác của hành tinh.

 Một trong những kết quả hấp dẫn nhất từ sứ mệnh Người dò đường thu được bởi nhà động lực học William Folkner và các đồng sự đến từ Phòng thí nghiệm động cơ phản lực ở Caltech. Họ ghi nhận cẩn thận sự lệch Doppler của tín hiệu vô tuyến từ tàu đổ bộ khi thu nó trên Trái đất và rồi xác định lại từ đó chu kì quay hiện nay của sao Hỏa với độ chính xác cao. Bằng cách so sánh chu kì đó với những phép đo hồi 20 năm trước bởi Viking, họ có thể xác định được tốc độ tiến động của hành tinh và từ đó suy ra moment quán tính của nó. Được trang bị với một giá trị cho moment, các nhà nghiên cứu sau đó có thể ước lượng kích thước lõi và lớp bao của Hỏa tinh. Mặc dù các kết quả phụ thuộc vào thành phần đặc biệt và mật độ của lõi (đặc biệt là tỉ số sắt trên sulphur), dữ liệu phù hợp với hành tinh có một lõi rắn và tương đối lớn với bán kính 40-60% bán kính tổng cộng của hành tinh.

Các sứ mệnh mới, những bí ẩn mới

Sau khi lấy lại những tổn thất không may của tàu Người quan sát sao Hỏa do hỏng hóc máy móc chỉ trước khi nó tới  hành tinh đỏ năm 1993, NASA đã trở lại vấn đề tàu bay quanh sao Hỏa năm 1996. Tháng 11 năm đó, NASA đã phóng thành công tàu Mars Global Surveyor (MGS), chỉ vài tuần trước khi Người dò đường nổ tung. MGS, mang theo các camera góc rộng và độ phân giải cao, một kính quang phổ hồng ngoại, và một máy đo độ cao laser, cũng như một từ kế nhạy, đã thực hiện những phép đo cảm biến từ xa từ trên quỹ đạo hành tinh từ năm 1997 - một chu kì hơn 2 năm sao Hỏa.

MGS đã làm thay đổi hoàn toàn quan điểm của chúng ta về sao Hỏa. Địa hình của hành tinh đã được lập bản đồ tổng thể và hiện nay người ta biết là nó tốt hơn địa hình của Trái đất! Địa hình, cùng với dữ liệu trọng trường nhận được từ việc phân tích chuyển động quỹ đạo của con tàu, cho biết lớp vỏ của những vùng đất cao phía nam dày hơn khoảng hai lần lớp vỏ của những vùng đất thấp phía bắc. Khoáng vật silicate của bề mặt được lập bản đồ tổng thể bởi kính hồng ngoại MGS, cung cấp các chi tiết của thành phần và sự thay đổi thành phần của đá núi lửa trên hành tinh. Tuy nhiên, thật thú vị, không có bằng chứng nào cho đá carbonate được tìm thấy, dù là người ta cho rằng các khoáng vật này là bể chứa mà carbon dioxide từ bầu khí quyển xưa, dày hơn có thể trữ lại ở đó.

Quang phổ kế của MGS cũng ghi lại sự phát xạ nhiệt từ khí quyển, cung cấp bản đồ nhiệt độ hàng ngày của khí quyển sao Hỏa và vẽ đồ thị các mức bụi và nước. Hè năm 2001, nó đã thực hiện hàng loạt phép đo chưa từng có trong suốt thời gian cơn bão bụi lớn nhất vây quanh hành tinh quan sát được trên sao Hỏa hơn 30 năm. Kết quả từ những quan trắc hồng ngoại này được làm tăng thêm và mở rộng bởi những phép đo sao Hỏa khả kiến và tử ngoại gần như đồng thời mà một vài đồng sự và tôi đã thực hiện với Kính thiên văn vũ trụ Hubble. Hubble cung cấp một cái nhìn giống như vệ tinh thời tiết toàn cầu của hành tinh không thể thu được từ phi thuyền quỹ đạo thấp như MGS. Các ảnh và phổ bước sóng ngắn của Hubble bổ sung dữ liệu từ MGS về quang hóa học của khí quyển, sự thay đổi ngày trong aerosol, và thành phần của các khoáng vật bề mặt biến đổi ở mức độ cao (hình 4).

Trong khi đó, những phép đo tổng thể từ trường hành tinh cho thấy sao Hỏa hiện nay không có một trường lưỡng cực phát sinh bên trong, các dị thường từ khá mạnh - cả tách rời và nằm trong vùng cực tính hoán chuyển - được phát hiện trên bề mặt bởi MGS. Các dị thường này có vẻ là bằng chứng cho từ tính còn lưu trữ lại trong đá lớp vỏ từ quá khứ xa xôi khi sao Hỏa có một trường nội tại và một lõi dynamo hoạt động. Thêm nữa, bằng chứng ngoạn mục ủng hộ một quá khứ địa chất hoạt động và sôi nổi hơn cho sao Hỏa đến từ các bức ảnh phân giải cao do MGS thu được. Các ảnh này, có độ phân giải tốt hơn gấp 10 lần những bức ảnh từ tàu quỹ đạo Viking, cho thấy một sự đa dạng phức tạp và không mong đợi của cả những quá trình và địa mạo xưa và hoạt động.

Người ta có thể cho rằng một trong hai phát hiện hấp dẫn nhất từ các bức ảnh MGS trước hết là vài km bề mặt sao Hỏa có một cấu trúc phân lớp trên khắp hành tinh. Điều này biểu thị rằng phần trên của lớp vỏ không chỉ là một mớ lộn xộn - hỗn hợp trên của sự va chạm - các mảnh vỡ phát sinh, như trên Mặt trăng, mà thay vào đó là một khối nhìn bề ngoài giống như khoáng sản trầm tích dưới những điều kiện lắng đọng và môi trường về cơ bản khác nhau. Người ta không biết liệu chất lắng được hình thành từ những vụ phun núi lửa hay chúng được tạo ra bởi gió hoặc nước. Tuy nhiên, có bằng chứng cho thấy cả ba quá trình này đều là ứng cử viên tốt trong những nơi khác. Nhiều lớp đã bị xói mòn dữ dội qua thời gian, và một số vùng hình như có nhiều tình tiết xói mòn và lắng đọng, trong đó các chất lắng đá gốc cổ xưa bên dưới lần lượt phơi ra, phủ đi và lại phơi ra lần nữa.

Phát hiện lí thú khác thực hiện với MGS công bố năm 2000 bởi nhà địa mạo học hành tinh Michael Malin và Kenneth Edgett thuộc Liên hợp Khoa học không gian Malin. Họ tìm thấy bằng chứng ấn tượng rằng nuớc lỏng đã từng chảy trên bề mặt Hỏa tinh trong quá khứ gần về phương diện địa chất - có lẽ là vài tỉ năm hay ít hơn -và có lẽ nước lỏng vẫn tồn tại kể cả bây giờ ở một số nơi nằm ngay dưới bề mặt hành tinh. Hình như nước đã tỏa ra từ thành các miệng núi lửa do va chạm và những địa mạo bậc  thang khác, tự nó biểu lộ như những rãnh và kênh nhỏ, trông cực kì tinh khiết. Kết quả này dường như phảh trực giác, khi mà áp suất và nhiệt độ hiện nay của khí quyển nằm bên ngoài phần lỏng của đường cong pha của nước.

Mô hình mà Malin và Edgett - cũng như những mô hình khác như mô hình của nhà khoa học hành tinh Michael Mollen thuộc đại học Colorado và Roger Phillips thuộc đại học Washington - đưa ra rằng nước nổi lên sau khi bị giữ dưới áp suất dưới bề mặt. Ngay cả cho những điều kiện bề mặt hiện nay thì nước cũng có thể chảy được hàng trăm mét hay hơn nữa, phụ thuộc vào thể tích và tốc độ chảy, trước khi thăng hoa hoàn toàn vào khí quyển. Tuy nhiên, cách giải thích này không thuyết phục, và những cách giải thích cải tiến được đề xuất cho những rãnh nhỏ, bao gồm cả sự xói mòn gió, lở đất và sự giải phóng carbon dioxide lỏng. Lời giải thích đơn giản nhất hình như là những lớp nước lỏng không sâu đã từng có lần tồn tại trên sao Hỏa - ít nhất là ở một vài nơi trên hành tinh. Lời giải thích này cũng là những gợi ý lí thú và hào hứng nhất cho tương lai của việc thám hiểm sao Hỏa.(hình 5).

Nguồn cổ vũ gần đây hơn cho sự tồn tại của lớp nước cạn bên dưới bề mặt trên sao Hỏa đến từ những phép đo bởi phi thuyền mới nhất tiến tới hành tinh - tàu quỹ đạo Odyssey sao Hỏa của NASA. Odyssey được phóng năm 2001, chất đầy các camera khả kiến và hồng ngoại, quang phổ kế neutron, và mày dò tia gamma năng lượng cao, tất cả chúng đều được thiết kế cho việc xác định và lập bản đồ thành phần của bề mặt hành tinh. Sứ mệnh lập bản đồ của Odyssey bắt đầu vào đầu năm 2002, và các hệ thống chụp ảnh đã phản hồi các dữ liệu quan trọng ở độ phân giải 20-100 m. Độ phân giải này nằm giữa độ phân giải hàng trăm mét thu được với tàu Viking và 1,5-5 m của camera MGS.

Tuy nhiên, kết quả lí thú nhất đáng ghi nhớ đã đến từ các thí nghiệm năng lượng cao. Các thí nghiệm này bao hàm việc đo neutron thứ cấp và tia gamma phát ra khi các tia vũ trụ thuộc ngân hà và các hạt mặt trời năng lượng cao tương tác với các nguyên tố trong đá và đất bề mặt. Chỉ sau một thàng quan trắc, đội khoa học đã có thể phác thảo một bản đồ cho thấy sự phong phú của hydrogen trong mét trên cùng của bề mặt hành tinh. Sự phân bố hydrogen theo vĩ độ được tìm thấy gần như giống hệt với sự phân bố của lớp băng nền vững chắc dưới bề mặt đã được tiên đoán từ những nghiên cứu mô hình trước đây. Điều này nghĩa là hydrogen mà thiết bị Odyssey phát hiện có thể tồn tại trong các chất lắng của nước đóng băng dưới bề mặt. Mặc dù hãy còn sớm để ước lượng sự dư dật chung, nhưng các mô hình cho thấy ít nhất thì mét trên cùng hay chừng ấy của bề mặt hướng về cực 60° ở mỗi bán cầu chứa 30-50% trọng lượng băng nước. Nói cách khác thì các chất lắng đọng giống như tầng đất bị đóng băng này có khả năng là một bể chứa nước đồ sộ (hình 6).

Các sứ mệnh sắp tới

Những phát hiện lí thú mới về sao Hỏa được bổ sung thêm bởi những kết quả hấp dẫn không kém hoặc thậm chí còn hấp dẫn hơn từ một hạm đội năm tàu vũ trụ nhỏ sẽ hoạt động trong vòng vài năm tới. Các sứ mệnh này bao gồm những nghiên cứu sao Hỏa đầu tiên do Nhật Bản và Cơ quan không gian châu Âu phóng lên.

Tàu vũ trụ Nozomi của Nhật Bản được phóng năm 1998. Bị ép phải đi vào một lộ trình vòng quanh hành tinh do một trục trặc hệ thống phóng lúc đầu, nó sẽ đến sao Hỏa vào đầu năm 2004 và sẽ thực hiện những nghiên cứu chi tiết xem gió mặt trời tương tác như thế nào với khí quyển bên trên của nó. Những quan trắc này sẽ cung cấp trực tiếp các dữ liệu về tốc độ mà các chất khí khác nhau thoát khỏi phấn trên cùng khí quyển Hỏa tinh.

Trong khi đó, Cơ quan không gian châu Âu sẽ phóng tàu quỹ đạo Người đưa thư sao Hỏa vào giữa năm nay. Khi nó tới sao Hỏa vào tháng 12, nó sẽ bắt đầu một loạt các quan trắc cảm biến từ xa toàn diện sử dụng kết hợp việc chụp ảnh phân giải cao và quang phổ kế tử ngoại, khả kiến, và hồng ngoại gần. Trên tàu cũng sẽ có một hệ thống radar/máy đo độ cao được thiết kế để thăm dò cấu trúc và thành phần của lớp nông dưới bề mặt. Nghiên cứu sau cùng sẽ là lần đầu tiên thử đo chiều sâu radar quỹ đạo của hành tinh. Thật vậy, nếu Odyssey thật sự phát hiện được lớp băng mỏng dưới bề mặt, thì các kết quả radar Người đưa thư sao Hỏa có khả năng kích động các nhà khoa học và công chúng.

Tàu quỹ đạo Người đưa thư sao Hỏa cũng sẽ thả một tổ hợp đổ bộ nhỏ, gọi là Beagle 2, xuống bề mặt hành tinh vào cuối tháng 12/2003. Beagle 2 - được thiết kế và điều khiển bởi một đội, đứng đầu là Colin Pillinger thuộc Đại học Mở ở Anh - là một tổ hợp đổ bộ 30 kg không di chuyển được sẽ nghiên cứu thành phần vật chất trên bề mặt sao Hỏa và tìm kiếm bằng chứng của những hoạt động hóa học hữu cơ quá khứ hay hiện tại. So với các tổ hợp đổ bộ hành tinh trước đây, Beagle 2 sẽ có tỉ lệ các thiết bị khoa học lớn hơn nhiều. Mặc dù một số nhà thiên văn lo ngại rằng điều này có thể làm tăng thêm sự rủi ro nếu như nó không đổ bộ an toàn, nhưng phần thưởng khoa học cũng thật lớn lao nếu như sứ mệnh thành công.

Và cuối cùng, NASA sẽ phóng đôi tàu song sinh quan sát tầm xa đến sao Hỏa vào giữa năm 2003, trong một nỗ lực gọi là sứ mệnh Lang thang thám hiểm sao Hỏa (MER). Các tàu lang thang này sẽ hạ cánh ở những nơi khác nhau trên hành tinh vào tháng 1/2004 và mỗi tàu sẽ hoạt động ít nhất 90 ngày trên bề mặt. Tàu lang thang 180 kg có thể di chuyển 100 mét mỗi ngày, và mỗi tàu mang một bộ 9 camera, ba quang phổ kế và một dụng cụ cạo và chùi đá bề mặt. MER tập trung vào việc xác định thành phần và lịch sử địa chất của những địa điểm trên sao Hỏa, nơi mà các điều kiện có thể đã từng có lợi cho sự sống. Quá trình lựa chọn vị trí đổ bộ gần như đã xong, và các ứng cử viên sáng giá nhất bao gồm một miệng núi lửa được cho là cổ xưa và một vùng được cho chứa các chất khoàng có lẽ đã được lắng đọng bởi nước. NASA muốn chờ đến phút cuối cùng trước khi quyết định vị trí nhắm tới, để cho nó có thể lưu ý đến càng nhiều thông tin mới từ MGS và Odyssey càng tốt (hình 7).

Tương lai của việc thám hiểm sao Hỏa

Dây là thời gian vô cùng hào hứng cho việc thám hiểm sao Hỏa. Trong khi các sứ mệnh xa hơn  như Nozomi, Người đưa thư sao Hỏa, Beagle 2 và MER vẫn chỉ trong giai đoạn lên kế hoạch ban đầu, viễn cảnh trên thập kỉ tới và xa hơn nữa trông thật hấp dẫn. NASA định phóng Tàu quỹ đạo do thám sao Hỏa năm 2005, Cơ quan không gian Pháp thì đang xem xét một tàu quỹ đạo khoa học, trong khi Cơ quan không gian Italia (ASI) đang lên kế hoạch cho một tàu quỹ đạo viễn thông. NASA và Cơ quan không gian châu Âu đang xem xét các sứ  mệnh bề mặt nhỏ gọi là "Scout" và "Netlander", riêng từng cái, cả hai sẽ cùng đến hành tinh năm 2007. Trong khi đó, NASA và ASI đang xem xét một tàu quỹ đạo radar lập bản đồ chung cho năm 2009, và có những kế hoạch thăm dò cho các tàu quỹ đạo hay tàu đổ bộ đa quốc gia có thể bắt đầu mang những mẫu đá sao Hỏa đầu tiên về Trái đất vào năm 2011. Tuy nhiên, nhiều kế hoạch này vẫn chưa chắc chắn và các chi tiết sẽ phụ thuộc vào những kết quả khoa học từ các bộ sứ mệnh sao Hỏa hiện nay.

 Nhìn xa về phía trước những sứ mệnh máy móc này, đa số các nhà khoa học cảm thấy rằng việc con người thám hiểm sao Hỏa sẽ hầu như chắc chắn là cần thiết để tăng thêm hiểu biết của chúng ta về quá khứ có lẽ giống Trái đất của hành tinh. Tuy nhiên, có những hàng rào thực tế, kĩ thuật, chính trị, tài chính cần phải vượt qua trước khi các sứ mệnh con người đó có thể bắt đầu. Di chuyển vài năm trong không gian sẽ là một thách thức sinh lí và tâm lí, và sẽ có nhiều khó khăn thực tế trong việc đảm bảo rằng phi hành đoàn được an toàn và có đủ thực phẩm, nước và oxygen để sống sót. Việc đổ bộ xuống sao Hỏa và cho nổ tung bề mặt sẽ rất nguy hiểm, trong khi sự tài trợ và quản lí một sứ mệnh quốc tế lớn thật khó khăn trong thời đại của những nhiệm kì chính trị ngắn hạn. Bất chấp hàng rào đồ sộ này, nhiều nhà thiên văn cảm thấy việc con người thám hiểm sao Hỏa là bước tiếp theo không thể tránh được trong sự tiến bộ và tiến hóa của nhân loại chúng ta. Cái ít chắc chắn hơn là liệu những bước chân đầy bụi đầu tiên đó sẽ thực hiện trong 20 năm tới tính từ bây giờ hay là 50 năm.

Tuy nhiên, trước khi điều đó xảy ra, chúng ta có thể nhìn về phía trước đến những hình ảnh ngoạn mục hơn nữa và một sự phong phú các dữ liệu khoa học thêm vào từ các sứ mệnh sao Hỏa hiện nay. Và khi các sứ mệnh bắt đầu hành trình liên hành tinh dài ngày của chúng đến hành tinh đỏ, các nhà thiên văn sử dụng kính thiên văn đằng sau đấy -cả trên và bên ngoài Trái đất - cũng sẽ thực hiện các quan sát sao Hỏa. Chúng ta có thể chờ đợi những bức ảnh phân giải cao tuyệt vời trong tháng 8 này, khi hành tinh của chúng ta và sao Hỏa ở gần nhau nhất kể từ thập niên 1920. Thật vậy, điều này sẽ không xảy ra cho đến năm 2287 khi sao Hỏa sẽ lại tới gần chúng ta một lần nữa. Tuy nhiên, khi đó, con cháu của chúng ta có lẽ sẽ ngoái đầu nhìn lại một cách trìu mến qua các kính thiên văn sao Hỏa của chúng về phía thế giới màu xanh sáng mà chúng đã từng gọi là quê nhà.

(Hoài Nghiêm, theo Physics World, 1/2003)