CẶP TÀU THĂM DÒ SINH ĐÔI, HAI SỐ PHẬN KHÁC NHAU
Tháng 8 năm 2012, hai tàu vũ trụ giống hệt nhau cùng rời Trái Đất: các tàu thăm dò Van Allen, A và B, được chế tạo để nghiên cứu các vành đai bức xạ bao quanh hành tinh của chúng ta. Chúng có chung hình bát giác, chung bốn tấm pin mặt trời, chung một quỹ đạo rất dẹt nghiêng 10,2 độ. Khi sứ mệnh khoa học kết thúc, tàu B được tắt vào ngày 19 tháng 7 năm 2019 và tàu A vào ngày 18 tháng 10 năm 2019. Theo các dự báo được đưa ra trước sứ mệnh, cả hai lẽ ra sẽ ở lại trên quỹ đạo đến năm 2034.
Điều đó đã không xảy ra. Tàu A đã lao trở lại khí quyển vào ngày 11 tháng 3 năm 2026. Tàu B vẫn còn trên quỹ đạo — dù nó đã bị tắt sớm hơn vài tháng. Làm sao hai anh em sinh đôi, được phóng lên cùng một quỹ đạo và tắm trong cùng một thời tiết không gian, lại có tuổi thọ khác nhau đến vậy?
Tám năm quỹ đạo được tái dựng
Ayisha Ashruf và các đồng nghiệp tại Trung tâm Vũ trụ Vikram Sarabhai và Viện Khoa học và Công nghệ Vũ trụ Ấn Độ, cả hai đều ở Thiruvananthapuram, Ấn Độ, đã tái dựng đường đi của từng tàu từ dữ liệu quỹ đạo công khai, mỗi 15 giây một điểm. Với mỗi vị trí, một mô hình khí quyển ước tính mật độ của lớp không khí loãng ở thượng tầng khí quyển — tầng nhiệt — dựa trên hoạt động của Mặt Trời và của từ trường Trái Đất tại thời điểm đó.
Ở phần thấp của quỹ đạo dẹt, gần điểm gần Trái Đất nhất gọi là cận điểm, các tàu lướt qua lớp không khí loãng này. Mỗi lần đi qua làm chúng chậm lại một chút. Đó là lực cản khí quyển, lực chính kéo các vệ tinh rơi xuống.
Một khoảng cách nhỏ cứ lớn dần
Cho đến năm 2022, hai tàu tiến triển đồng bộ. Nhưng từ năm 2021, cận điểm của chúng bắt đầu tách rời. Kỳ lạ thay, lúc đầu tàu B lại hạ xuống sâu hơn — khoảng 180 kilômét so với 200 của A — nhưng tàu A ở thấp lâu hơn: cận điểm của nó nán lại gần đáy của mỗi chu kỳ.
Trên: kích thước quỹ đạo của tàu A (đỏ sẫm) và B (xanh dương) cùng hiệu số giữa chúng (hồng). Dưới: độ cao cận điểm của chúng. Các dải tô bóng: những giai đoạn khoảng cách nhảy vọt; đường màu cam: cơn bão tháng 5 năm 2024. — Hình 1, Ashruf et al. (2026), arXiv:2610.05372.
Từ cuối năm 2022, khoảng cách trở nên rõ rệt. Cận điểm của tàu A tụt xuống dưới khoảng 190 kilômét trong khi của B vẫn ở trên. Từ giữa năm 2023 đến 2025, A xuống tới khoảng 160 kilômét, B khoảng 180. Theo văn bản, đến năm 2025 tàu A đã ở dưới độ cao 263 kilômét lâu hơn khoảng 39 giờ so với anh em sinh đôi của nó.
Ngay cả ở cùng độ cao, hai tàu không còn gặp cùng một lớp không khí: giờ đây chúng băng qua tầng khí quyển thấp ở những vĩ độ, kinh độ và giờ trong ngày khác nhau. Cùng Mặt Trời, cùng những cơn bão, nhưng không cùng một bầu khí quyển.
Vòng luẩn quẩn của lực cản
Không khí đặc lên rất nhanh khi đi xuống. Ở thấp lâu hơn một chút đồng nghĩa với lực cản nhiều hơn rất nhiều. Lực cản nhiều hơn làm quỹ đạo hạ thấp, đưa tàu xuống còn thấp hơn nữa, nơi không khí còn đặc hơn nữa. Các tác giả mô tả vòng phản hồi khuếch đại này là trung tâm của câu chuyện: một khác biệt nhỏ ban đầu tự nuôi dưỡng chính nó.
Bão như những chất xúc tác
Thời tiết không gian đã đẩy về cùng một hướng:
- Vào tháng 10 năm 2022, một loạt bão địa từ vừa phải trùng với lần nhảy vọt rõ ràng đầu tiên của khoảng cách. Lúc đó, tàu A đã ở gần 180 kilômét, B ở trên 200. Các tác giả nhắc lại rằng một cơn bão trung bình vào tháng 2 năm 2022 đã khiến 38 vệ tinh Starlink bị mất vì làm phồng lớp không khí gần độ cao 200 kilômét.
- Những cơn bão mạnh vào tháng 12 năm 2023, rồi tháng 3 và tháng 8 năm 2024, mỗi lần đều trùng với một đợt nới rộng mới của khoảng cách.
- Trong cơn bão “Gannon” tháng 5 năm 2024, sự hồi phục của tàu A dường như bị làm chậm lại, chứ không phải của B. Hai tàu khi đó đi qua vào những thời điểm khác nhau trong buổi tối, điều có thể có ý nghĩa.
- Ở phía sau, Mặt Trời đang thức giấc: lượng tia cực tím của nó tăng lên từ năm 2019 cùng chu kỳ Mặt Trời mới, làm thượng tầng khí quyển dày lên và khiến mọi khác biệt nhỏ trên quỹ đạo đều tốn kém hơn.
Bài học cho những quỹ đạo đông đúc
Không có cơn bão đơn lẻ nào giải thích được điều này: sự phân kỳ là kết quả của những khác biệt nhỏ về quỹ đạo, được khuếch đại hết lần này đến lần khác bởi các cơn bão và bởi sự gia tăng dốc đứng của mật độ không khí theo độ sâu. Các tác giả thừa nhận giới hạn của các công cụ mình dùng — một mô hình khí quyển trung bình vốn đánh giá thấp các cơn bão, dữ liệu quỹ đạo bị nhòe trong cú lao cuối cùng, và một mức mất năng lượng tính toán phải được thu nhỏ mười lần để khớp với mức quan sát được. Dù vậy, họ vẫn kết luận rằng hai tàu vũ trụ trên những quỹ đạo gần như giống hệt nhau có thể có tuổi thọ rất khác nhau dưới cùng một bầu trời — một bài học cho việc dự đoán khi nào vệ tinh và rác vũ trụ sẽ rơi xuống.