Các nhà khoa học hành tinh rất cần những nghiên cứu mới về Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, vì những thế giới băng khổng lồ này đã không được ghé thăm kể từ sứ mệnh Voyager vào cuối những năm 1980. Nếu một tàu vũ trụ xuất hiện, nó sẽ trở thành một nguồn thông tin về các hành tinh này, nó cũng sẽ có thể nhìn sâu hơn vào vũ trụ. Bằng cách theo dõi chặt chẽ những thay đổi trong tín hiệu vô tuyến từ một hoặc nhiều tàu vũ trụ như vậy, các nhà thiên văn có thể nhìn thấy những gợn sóng trong lực hấp dẫn do một số sự kiện bạo lực nhất trong vũ trụ gây ra.
Những hình ảnh cận cảnh duy nhất về Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương mà chúng ta có được từ tàu vũ trụ Voyager 2, bay qua những hành tinh này vào cuối những năm 1980. Kể từ đó, chúng tôi đã gửi các tàu thăm dò tới Sao Thủy, các sứ mệnh tới Sao Mộc và Sao Thổ, thu thập mẫu của các tiểu hành tinh và sao chổi, và phóng từ máy bay này đến máy bay khác tới sao Hỏa.
Nhưng không phải sao Thiên Vương hay sao Hải Vương. Cả một thế hệ các nhà khoa học hành tinh chỉ có thể nghiên cứu chúng bằng kính viễn vọng đặt trên mặt đất và những cái nhìn thoáng qua từ Kính viễn vọng Không gian Hubble. Sự chậm trễ duy nhất là do khoảng cách rất xa so với Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương, nên việc phóng tải trọng ở đó là vô cùng khó khăn.
Nếu chúng ta thực hiện một sứ mệnh vào đầu những năm 2030 trên một tên lửa đủ mạnh, chẳng hạn như Hệ thống Phóng vào Không gian của NASA, thì sứ mệnh này có thể đến được Sao Mộc chỉ trong vòng chưa đầy hai năm. Một tàu vũ trụ có thể tách thành hai thành phần, một hướng tới Sao Thiên Vương (đến nó vào năm 2042) và một hướng tới Sao Hải Vương (đạt đến quỹ đạo của nó vào năm 2044). Khi đã vào vị trí, với sự may mắn, những tàu quỹ đạo này có thể duy trì trạm của chúng trong hơn 10 năm, giống như sứ mệnh Cassini nổi tiếng đã làm đối với Sao Thổ.
Các nghiên cứu bổ sung
Trong cuộc hành trình dài tới những nơi băng giá này, cùng một tàu thăm dò không gian cũng có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về một loại khoa học rất khác - sóng hấp dẫn. Trên Trái đất, các nhà vật lý phản xạ chùm tia laze dọc theo các đường ray dài vài dặm để đo độ dài của sóng hấp dẫn. Khi sóng (là những gợn sóng trong cấu trúc của không-thời gian) đi qua Trái đất, chúng làm biến dạng các vật thể bằng cách luân phiên nén và kéo giãn chúng. Bên trong máy dò, những sóng này thay đổi một chút về độ dài giữa các gương ở xa, ảnh hưởng đến đường đi của ánh sáng trong các đài quan sát sóng hấp dẫn một lượng rất nhỏ (thường nhỏ hơn chiều rộng của một nguyên tử).
Đối với liên lạc vô tuyến với một sứ mệnh không gian từ xa trở về Trái đất, ảnh hưởng cũng tương tự. Nếu một sóng hấp dẫn đi qua hệ mặt trời, nó sẽ thay đổi khoảng cách tới tàu vũ trụ, khiến tàu thăm dò gần chúng ta hơn một chút, rồi lại xa, rồi lại gần. Nếu tàu vũ trụ truyền tín hiệu trong suốt chuyến bay của nó, chúng ta sẽ thấy sự thay đổi của Doppler trong tần số liên lạc vô tuyến của nó. Việc có hai tàu vũ trụ như vậy hoạt động đồng thời sẽ giúp các nhà thiên văn quan sát chính xác hơn về sự thay đổi này.
Nói cách khác, những tàu thăm dò không gian xa xôi này có thể thực hiện hai nhiệm vụ như một đài quan sát sóng hấp dẫn lớn nhất thế giới.
Trở ngại công nghệ lớn nhất là khả năng đo tần số vô tuyến của tàu vũ trụ với độ chính xác cực cao. Khả năng của chúng tôi để đo lường nó phải tốt hơn ít nhất 100 lần so với những gì chúng tôi có thể đạt được trong chuyến bay trên sao Thổ của Cassini.
Nghe có vẻ phức tạp, nhưng đã nhiều thập kỷ kể từ khi Cassini được thiết kế và chúng tôi không ngừng cải tiến công nghệ truyền thông của mình. Và giờ đây, các nhà vật lý đang phát triển thiết bị dò sóng hấp dẫn dựa trên không gian của riêng họ, chẳng hạn như Ăng-ten không gian giao thoa kế laser (LISA), dù sao cũng sẽ yêu cầu công nghệ tương tự. Vì sứ mệnh của gã khổng lồ băng còn gần mười năm nữa, chúng tôi có thể đầu tư nhiều nguồn lực hơn nữa để phát triển các công nghệ cần thiết.
Nếu chúng ta có thể phá vỡ mức độ nhạy cảm này, thì chiều dài phi thường của "cánh tay" máy dò sóng hấp dẫn này (nghĩa là dài hơn hàng tỷ lần so với các máy dò hiện tại của chúng ta) sẽ có thể phát hiện nhiều sự kiện cực đoan trong vũ trụ.
Đọc thêm: