SETI và dự án giám sát sự sống vũ trụ

Viễn vọng kính vô tuyến mặt trăng

Một tốp các nhà nghiên cứu nhận được sự tài trợ bởi Nghe đột phá (Breakthrough Listen, một chương trình lớn mang tầm vóc thế giới) đã đệ trình một bài viết lên Viện hàn lâm khoa học hành tinh và khảo sát sinh vật học thiên văn (NASPSADS) nhằm thiết lập một đài quan sát vô tuyến SETI ở góc tối của mặt trăng.

Cuộc khảo sát thập kỷ đã thiết lập các ưu tiên khoa học cho giai đoạn 10 năm tới, và bài báo mới mẻ đã chỉ ra một trong những thách thức lớn nhất đối với việc săn lùng trí tuệ ngoài trái đất trong thời đại ngày nay: Khối lượng sóng vô tuyến bị nhiễu. Hành tinh của chúng ta đang trở nên ồn ã đến mức mà một phần quang phổ vô tuyến do trạm SETI quan sát được đã bị đe dọa làm lấn át đi sóng tín hiệu phát ra từ một nền văn minh thông minh khác.

Viễn vọng kính vô tuyến mặt trăng được lắp đặt trên mặt trăng bởi NASA.

Trong khi ý tưởng sử dụng mặt trăng cho thiên văn học vô tuyến đã già hàng thập kỷ, song các nhà nghiên cứu đang áp dụng những thành tựu công nghệ mà cuối cùng có thể tạo ra trạm quan sát SETI mặt trăng thành sự thật. Anh Eric Michaud, một thực tập sinh tại Trung tâm nghiên cứu SETI Berkeley (Berkeley, California) và đồng thời là tác giả đầu tiên của bài báo, phát biểu: "Cơ sở hạ tầng giao thông mang lên mặt trăng rẻ hơn trước nhiều so với cách đây vài thập kỷ, vì vậy bây giờ không gì là không thể".

Ngay từ đầu, nhiễu sóng vô tuyến đã là một thách thức với SETI. Mùa Xuân năm 1960, nhà khoa học hành tinh Frank Drake, đã được đào tạo với kính viễn vọng vô tuyến khổng lồ tại Đài quan sát Green Bank (Tây Virginia) đối với 2 ngôi sao Tau Ceti và Epsilon Eridani nằm cách Trái đất khoảng 12 năm ánh sáng. Mùa hè năm đó, ông Drake dành cả ngày để nghiên cứu về các dạng tín hiệu thu được từ cái tai cơ học khổng lồ của đài Green Bank với sẽ nhận một thông điệp phát đi bởi một nền văn minh ngoài vũ trụ quay xung quanh những ngôi sao.

Được biết đến dưới tên gọi Dự án Ozma, thí nghiệm của ông Drake đã đánh dấu cho sự khởi đầu của SETI: săn lùng khoa học về trí thông minh ngoài vũ trụ. Một thời gian ngắn quan sát, ông Drake đã rất ngạc nhiên với thứ mà ông cho rằng nó là tín hiệu của nguồn gốc trí tuệ. Sau nhiều ngày uể oải theo dõi cái kim dịch chuyển lười nhác trên một tờ giấy ghi lại sự dao động ngẫu nhiên của tĩnh học vũ trụ, bất ngờ ông Drake và các đồng nghiệp đã giật nảy người khi thấy cái máy bắt đầu ghi lại các xung phát ra mạnh mẽ của một tín hiệu vô tuyến khá mạnh do kính viễn vọng tóm được.

Thời gian và độ lớn của các xung khẳng định rằng chúng là nhân tạo; không có thứ gì trong tự nhiên có thể sản sinh ra một hồ sơ vô tuyến mạnh nhường ấy. Trong cuốn sách được viết về những ngày đầu của SETI mang tựa đề "Có ai đó ngoài kia không?", tác giả Frank Drake tự hỏi: "Không ai trong chúng tôi từng nhìn thấy một thứ gì đó đại loại như thế cả.

Chúng tôi nhìn nhau: Liệu có khám phá nào dễ vậy không?". Cất công truy thực hư, cuối cùng ông Drake đã tìm thấy một chiếc máy bay, không phải là nền văn minh ngoài trái đất. Nhưng hóa ra phát hiện sai lại là động lực cho tương lai của SETI.

Trong vòng 60 năm qua kể từ khi sau thí nghiệm tiên phong của ông Drake, các nhà nghiên cứu đã tiến hành hàng tá "tầm soát SETI" trên khắp hàng ngàn ngôi sao mà vẫn trắng tay. Cùng lúc đó, các nguồn gây nhiễu vô tuyến trên mặt đất như radar quân sự, tháp truyền hình, điện thoại di động và vệ tinh đang tăng theo cấp số nhân, điều này làm tăng nguy cơ mất sóng tín hiệu ngoài trái đất do tiếng ồn lấn át.

Các thách thức từ vũ trụ

Trái đất chưa khi nào là một nơi lý tưởng để thực hiện bất kỳ loại thiên văn học vô tuyến nào do bị tầng khí quyển dày đặc khóa chặt phần lớn quang phổ vô tuyến. Sự bùng nổ của các công nghệ thông tin vô tuyến càng khiến cho tình hình trở nên phức tạp hơn. Làm một phép so sánh, mặt trăng không có khí quyển và đêm đen của nó kéo dài hàng tuần liền cũng đồng thời làm giới hạn tiếng ồn vô tuyến từ phía mặt trời.

Cuộc họp tại Ủy ban chỉ đạo thập kỷ khoa học hành tinh (PSDSC) tổ chức tại Trung tâm Beckman (Học viện quốc gia) ở Irvine (California).

Trong sứ mạng quỹ đạo mặt trăng hồi cuối thập niên 1960, NASA đã phát hiện ra rằng mặt trăng cũng đóng vai trò của một tấm khiên thiên nhiên chặn tín hiệu vô tuyến phát ra từ hướng trái đất. Nhà thiên văn học hành tinh Phillipe Zarka từng nói: "Vùng tối của Mặt trăng trong suốt đêm là nơi yên tĩnh nhất cho vô tuyến trong vũ trụ của chúng ta". Bài báo mới đăng trên Nghe đột phá đã đề xuất 2 hướng tiếp cận chính cho đài quan sát SETI mặt trăng: 1) Tàu quỹ đạo, 2) 1 kính thiên văn trên bề mặt mặt trăng.

Nguyên lý căn bản nằm sau tàu quỹ đạo mặt trăng SETI là nó sẽ quét các tín hiệu vượt qua góc tối mặt trăng và chuyển tải dữ liệu quay trở lại trái đất khi nó đi qua phía cận trái đất. Một trong những lợi thế chính của tàu quỹ đạo là chi phí. Đà gia tăng các loại vệ tinh nhỏ có khả năng theo dõi chính xác và kết hợp với các nhà cung cấp dịch vụ phóng vệ tinh nhỏ giá thành rẻ như Rocket Lab cũng đồng nghĩa tàu quỹ đạo SETI có thể được gửi lên mặt trăng với chi phí không đầy 20 triệu USD.

Như định mệnh đã xảy ra với sứ mạng đổ bộ Beresheet của Israel đã cho thấy hoạt động đổ bộ lên mặt trăng là cực kỳ thách thức khi mà mỗi chuyến đi ngốn chi phí tới 100 triệu USD. Bên cạnh đó tàu quỹ đạo mặt trăng SETI cũng có những hạn chế, như nó chỉ tiến hành các quan sát trong khoảng thời gian ngắn khi ở trên vùng tối mặt trăng, vô hình trung gây thêm khó khăn cho các quan sát bền vững. Trong khi đó kính viễn vọng trên bề mặt mặt trăng lại bị hạn chế bởi chuyển động quay của hành tinh này.

Vì quay bên trên bề mặt mặt trăng nên thách thức lớn nhất của tàu quỹ đạo là nó ít được hưởng lợi từ sự che chắn của mặt trăng và dễ bị tổn thương do nhiễu vô tuyến từ phía trái đất. Vậy một đài quan sát SETI sẽ như thế nào? Một ý tưởng nhen nhóm ở đây là sử dụng một miệng mặt trăng hình chảo parabol như một chiếc đĩa vô tuyến, kiểu như viễn vọng kính Arecibo ở Puerto Rico và viễn vọng kính FAST ở Trung Quốc vốn được xây dựng từ chỗ trũng tự nhiên trên mặt đất.

Thực ra, ý tưởng này ra đời lần đầu tiên vào cuối thập niên 1970 bởi một nhóm các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm vật lý vô tuyến ở Viện nghiên cứu Stanford (SRI). Ý tưởng của họ là tái tạo ra viễn vọng kính Arecibo trên mặt trăng bằng cách treo ăng-ten ngay miệng của một ngọn núi lửa và dùng lòng chảo làm vật phản chiếu. Lực hấp dẫn giảm trên mặt trăng sẽ cho phép viễn vọng kính vô tuyến lớn hơn trên trái đất, và làm tăng cường độ nhạy của tìm kiếm SETI.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu ở Stanford kết luận rằng đài quan sát vô tuyến mặt trăng là quá đắt đỏ nếu so với chi phí lắp đặt các viễn vọng kính SETI nếu có thể được xây dựng trên trái đất. Nhưng 40 năm sau đó, anh Michaud khẳng định rằng việc xây dựng đĩa vô tuyến trong miệng mặt trăng có thể rẻ hơn.

Một trong những động lực chính làm giảm giá thành là sự ra đời của các nhà cung cấp bệ phóng quan trọng như SpaceX và Rocket Lab, làm giảm đáng kể giá thành tiếp cận vũ trụ. Ngoài ra nỗ lực của NASA trong việc thiết lập sự hiện diện thường xuyên của con người trên mặt trăng thông qua việc phát triển một hạm đội tàu thám hiểm mặt trăng thương mại.

Eric Michaud, người ca ngợi tàu đổ bộ mặt trăng của Blue Origin và vệ tinh mặt trăng Photon của hãng Rocket Lab như là những minh họa của công nghệ tích hợp trong chương trình Artemis của NASA. Điểm mấu chốt đối với sự hiện diện của các đài quan sát mặt trăng SETI là cần phải có con người định cư trên đó để xây dựng và vận hành đĩa vô tuyến.

Lắp đặt các đầu thu vô tuyến trên mặt trăng

Tuy nhiên, nhờ có các hệ thống người máy mà con người không nhất thiết phải mó tay, điển hình là năm 2019, tàu đổ bộ Thường Nga 4 của Trung Quốc đã tự động hạ cánh xuống vùng tối của mặt trăng. Những tiến bộ trong điều hướng tự động đã đặt nền móng cho đài quan sát vô tuyến mặt trăng được xây dựng hoàn toàn bởi người máy.

Ông Saptarshi Bandyopadhyay (nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm lực đẩy phản lực), nhân vật được NASA trao ngân sách để phát triển chương trình người máy trên mặt trăng.

Đầu năm 2020, Chương trình các khái niệm đổi mới tiến bộ (AICP) của NASA đã trao một số giải thưởng uy tín cho ông Saptarshi Bandyopadhyay (nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm lực đẩy phản lực) nhằm biến điều đó thành sự thật. Ý tưởng của ông Bandyopadhyay là dùng các tàu đổ bộ để phủ một tấm lưới thép trên vùng tối mặt trăng và treo một đầu thu trên đĩa vô tuyến, nếu thành công thì đây sẽ là bước tiến đầu tiên.

Thực ra Bandyopadhyay không hề đơn độc. Ông Jack Burns, một nhà thiên văn học vô tuyến tại Đại học Colorado cũng nhận ngân sách để nghiên cứu một khái niệm sứ mạng cho chuỗi viễn vọng kính vô tuyến gọi là Farside (Vùng tối).

Thay vì dùng miệng núi lửa như một đĩa vô tuyến thì Farside sẽ triển khai một số ăng-ten nhỏ hơn trên bề mặt mặt trăng để tạo ra một viễn vọng kính vô tuyến cỡ lớn. Ông Andrew Siemion, nhà vật lý thiên văn tại Trung tâm nghiên cứu Berkeley SETI thừa nhận rằng sẽ có một số thách thức kỹ thuật nhất định nổi lên trong việc hợp tác trên đài quan sát vô tuyến mặt trăng.

Theo ông Siemion thì vấn đề lớn nhất sẽ là nhiều thiên văn vô tuyến được thực hiện ở các tần số không thật sự yêu cầu phải có đài quan sát trên mặt trăng. Nhóm nghiên cứu ở Nghe đột phá chỉ ra rằng việc xây dựng đài quan sát trên bề mặt mặt trăng sẽ đi kèm với các thách thức đáng kể về vận hành và kỹ thuật.

Hai tuần đêm đen trên bề mặt mặt trăng đồng nghĩa đài quan sát phải tìm ra điện riêng vì không thể lệ thuộc vào các tấm pin quang điện. NASA hiện tại đang phát triển các lò phản ứng hạt nhân cỡ nhỏ để tạo ra đủ lượng điện nhằm duy trì hoạt động của căn cứ mặt trăng, cũng như có thể triển khai viễn vọng kính vô tuyến mặt trăng. Song cho đến nay, các nhà nghiên cứu NASA vẫn chưa thử nghiệm cái gì tương tự ngoài trái đất. Tuy vậy, cũng không nhất thiết phải bắt đầu ở vùng tối mặt trăng.

Trong một bài báo khác gửi cho chương trình Artemis II của NASA, nhóm nghiên cứu của Nghe đột phá đã đề xuất ý tưởng xây dựng một đài quan sát SETI ở cực Nam của mặt trăng, điểm đến dự kiến của đội phi hành đoàn đầu tiên của NASA quay trở lại mặt trăng. Theo đó, một đài quan sát đặt ở sau lưng núi Malapert (gần cực Nam mặt trăng) sẽ giúp tránh nhiễu vô tuyến từ phía trái đất.

Ông Claudio Maccone, chủ tịch Hiệp hội du hành vũ trụ quốc tế (IAA) thuộc Ủy ban SETI, đã ủng hộ cho việc tạo ra một "khu bảo tồn vùng yên tĩnh vô tuyến" trên vùng tối mặt trăng nhằm tránh hiện tượng nhiễu vô tuyến.

Khái niệm này tương tự như "các vùng yên tĩnh vô tuyến" quanh các viễn vọng kính trên trái đất, nhưng có điểm khác là việc thành lập vùng yên tĩnh này trên mặt trăng đòi hỏi phải có sự hợp tác từ nhiều quốc gia và các công ty có công nghệ tiên tiến. Cả Michaud và Siemion đều tự tin có thể xây dựng được đài quan sát SETI trên hoặc quanh mặt trăng.

Phan Bình (Tổng hợp)