Các nhà khoa học tìm ra cách mới theo dõi rác vũ trụ rơi xuống Trái Đất

Hàng nghìn vật thể do con người tạo ra đang bị bỏ lại trên quỹ đạo Trái Đất. Khi các mảnh rác vũ trụ này rơi trở lại bề mặt, chúng có thể gây ra những mối nguy hiểm thực sự đối với con người. Để xác định chính xác hơn nơi các mảnh vỡ có thể rơi xuống, một nhà khoa học tại Đại học Johns Hopkins đã góp phần phát triển một phương pháp theo dõi mới, tận dụng chính mạng lưới thiết bị quan trắc động đất đang tồn tại.

Phương pháp này dựa trên các máy đo địa chấn (seismometer) đã được lắp đặt sẵn trên mặt đất. So với những hệ thống hiện nay, cách tiếp cận mới có thể cung cấp thông tin chi tiết hơn, gần như theo thời gian thực – yếu tố giúp cơ quan chức năng đẩy nhanh quá trình tìm kiếm và thu hồi các mảnh vỡ có thể đã bị cháy, vỡ hoặc chứa chất nguy hại.

“Các sự kiện tái xâm nhập khí quyển đang xảy ra ngày càng thường xuyên. Chỉ riêng năm ngoái, đã có nhiều vệ tinh đi vào khí quyển Trái Đất mỗi ngày, nhưng chúng ta không có cách xác minh độc lập về vị trí chúng đi vào, liệu chúng có vỡ thành nhiều mảnh, cháy rụi trong khí quyển hay rơi xuống mặt đất ,” tiến sĩ Benjamin Fernando, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết. “ Đây là một vấn đề ngày càng nghiêm trọng và chắc chắn sẽ còn tệ hơn trong tương lai .”

Dùng cảm biến động đất để theo dõi tàu vũ trụ rơi xuống

Fernando cùng cộng sự Constantinos Charalambous, nghiên cứu viên tại Imperial College London, đã minh chứng cho phương pháp này bằng cách phân tích các mảnh vỡ từ tàu vũ trụ Thần Châu-15 của Trung Quốc. Mô-đun quỹ đạo của tàu đã tái xâm nhập khí quyển Trái Đất vào ngày 2/4/2024. Với đường kính khoảng 1 mét và trọng lượng hơn 1,5 tấn, vật thể này đủ lớn để có thể gây nguy hiểm cho con người dưới mặt đất.

Khi rác vũ trụ đi vào khí quyển, chúng di chuyển với tốc độ nhanh hơn vận tốc âm thanh, tạo ra các tiếng nổ siêu thanh và sóng xung kích, tương tự như những gì máy bay chiến đấu tạo ra. Khi lao xuống Trái Đất, các sóng xung kích này truyền rung động xuống mặt đất và kích hoạt các máy đo địa chấn dọc theo đường bay. Bằng cách xác định thiết bị nào ghi nhận rung động và thời điểm xảy ra, các nhà khoa học có thể lần ra quỹ đạo, hướng di chuyển và ước tính vị trí mảnh vỡ rơi xuống.

Bằng cách lập bản đồ các khu vực nơi máy đo địa chấn ở miền nam California phát hiện ra tiếng nổ siêu âm, các nhà nghiên cứu tại Đại học Johns Hopkins và Đại học Imperial College London đã có thể theo dõi đường đi của mô-đun quỹ đạo Shenzhou-15 sau khi nó quay trở lại bầu khí quyển Trái đất vào ngày 2 tháng 4 năm 2024.

Tái dựng tốc độ, độ cao và điểm vỡ

Nhóm nghiên cứu đã phân tích dữ liệu từ 127 máy đo địa chấn ở miền Nam California để tính toán tốc độ và quỹ đạo của mô-đun này. Mảnh vỡ lao qua khí quyển với vận tốc Mach 25–30, di chuyển theo hướng đông bắc qua khu vực Santa Barbara và Las Vegas, với tốc độ nhanh gấp khoảng 10 lần so với máy bay phản lực nhanh nhất hiện nay.

Cường độ tín hiệu địa chấn cũng giúp các nhà khoa học ước tính độ cao của vật thể và xác định nơi nó bắt đầu vỡ ra. Khi kết hợp dữ liệu về quỹ đạo và tốc độ, nhóm nghiên cứu kết luận rằng mô-đun này đã bay lệch khoảng 40 km về phía bắc so với quỹ đạo mà Bộ Tư lệnh Không gian Mỹ dự đoán trước đó, vốn dựa trên các phép đo quỹ đạo trước khi tái xâm nhập.

Lo ngại về sức khỏe và môi trường

Trong quá trình rơi xuống và cháy trong khí quyển, rác vũ trụ có thể giải phóng các hạt độc hại lơ lửng trong không khí suốt nhiều giờ. Gió sau đó có thể mang những hạt này đi xa, ảnh hưởng đến các khu vực khác. Việc nắm được chính xác đường đi của mảnh vỡ giúp các tổ chức dễ dàng theo dõi nơi các chất này có thể lan tới và những đối tượng có nguy cơ bị phơi nhiễm.

Khả năng theo dõi gần thời gian thực cũng cho phép cơ quan chức năng nhanh chóng thu hồi các mảnh vỡ còn sót lại sau khi rơi xuống. Điều này đặc biệt quan trọng vì một số vật thể có thể chứa các chất nguy hiểm.

“Năm 1996, mảnh vỡ từ tàu vũ trụ Mars 96 của Nga rơi khỏi quỹ đạo. Mọi người nghĩ rằng nó đã cháy rụi, nhưng nguồn năng lượng phóng xạ của tàu lại rơi nguyên vẹn xuống đại dương. Khi đó, người ta đã cố gắng truy tìm nhưng không bao giờ xác định được chính xác vị trí,” Fernando cho biết. “ Gần đây hơn, một nhóm khoa học phát hiện plutonium nhân tạo trong một sông băng ở Chile và cho rằng đó là bằng chứng cho thấy nguồn năng lượng này đã vỡ ra trong quá trình rơi xuống, gây ô nhiễm khu vực. Chúng ta sẽ được lợi rất nhiều nếu có thêm các công cụ theo dõi, đặc biệt trong những trường hợp hiếm hoi khi rác vũ trụ chứa vật liệu phóng xạ.”

Bổ sung cho các dự đoán dựa trên radar

Cho đến nay, các nhà khoa học chủ yếu dựa vào radar để theo dõi các vật thể khi chúng dần mất độ cao trên quỹ đạo Trái Đất thấp và dự đoán nơi chúng sẽ tái xâm nhập khí quyển. Trong một số trường hợp, các dự đoán này có thể sai lệch tới hàng nghìn kilomet. Dữ liệu địa chấn có thể trở thành một công cụ bổ sung quan trọng, giúp theo dõi mảnh vỡ sau khi chúng đi vào khí quyển và cho thấy chính xác đường bay thực tế.

“Nếu muốn hỗ trợ hiệu quả, việc xác định vị trí mảnh vỡ rơi xuống nhanh chóng là rất quan trọng – trong vòng 100 giây thay vì 100 ngày, chẳng hạn ,” Fernando nói. “Chúng ta cần phát triển càng nhiều phương pháp theo dõi và đánh giá rác vũ trụ càng tốt.”