Khám phá vũ trụ và bay tới các vì sao, biển cả luôn là mong ước cao đẹp của nhân loại.
Sau hàng ngàn năm phát triển, loài người đã đứng đầu chuỗi thức ăn của Trái đất. Con người ngày càng tò mò hơn về vũ trụ bao la. Để khám phá vũ trụ và các vì sao tốt hơn, con người hy vọng có thể đi ra khỏi Dải Ngân hà và đi vào vũ trụ rộng lớn.
Vậy liệu con người có thể bay ra khỏi Dải Ngân hà và khám phá vũ trụ rộng lớn hơn trong đời mình không?
Con người hy vọng có thể đi ra khỏi Dải Ngân hà và đi vào vũ trụ rộng lớn hơn. (Ảnh minh họa).
Bất cứ khi nào chúng ta nhìn lên các vì sao, trong lòng chúng ta luôn có ước muốn tưởng tượng mình rời khỏi Hệ Mặt trời và khám phá vũ trụ rộng lớn hơn. Gần đây, các nhà thiên văn học Mỹ đã tiến hành một thí nghiệm mô phỏng nhằm ước tính thời gian cần thiết để một tàu vũ trụ bay ra khỏi Dải Ngân hà với tốc độ siêu ánh sáng.
Dải Ngân hà khổng lồ dường như đã trở thành một chiếc lồng vô hình, nhốt chúng ta trong đó, và con người dù có dùng thời gian cả một đời người cũng không thể thoát ra được. Theo dữ liệu quan sát mới nhất, đường kính tổng thể của Dải Ngân hà có thể đạt tới 150.000 năm ánh sáng và Hệ Mặt trời nằm tương đối gần với rìa của Dải Ngân hà.
Do đó, dựa trên kích thước hiện tại của Dải Ngân hà, ngay cả khi chúng ta sử dụng thiết bị di chuyển với tốc độ ánh sáng, sau khi bay đến rìa Hệ Mặt trời, chúng ta vẫn cần bay khoảng 40.000 năm ánh sáng để thực sự thoát khỏi phạm vi của Dải Ngân hà.
Con số này thật đáng buồn, và dường như dù có cố gắng đến đâu, chúng ta cũng không thể thoát khỏi cái lồng khổng lồ này. Là một trong những tàu tiên phong trong hành trình khám phá không gian của con người, Voyager 1 hiện là một trong những tàu thăm dò xa Trái đất nhất.
Trên thực tế, việc con người rời khỏi Dải Ngân hà không phải là không thể. Nhưng để đạt được mục tiêu này, chúng ta cần giải quyết vấn đề về trọng lực và tăng đáng kể tốc độ bay để thoát khỏi sự ràng buộc về lực hấp dẫn của các thiên thể.
Ở trình độ công nghệ hiện nay, con người có thể thoát khỏi Trái đất bằng tốc độ vũ trụ, đây là tốc độ thấp nhất có thể vượt qua lực hấp dẫn của Trái đất. Tốc độ của vũ trụ có thể được chia thành nhiều cấp độ. Nói chung, cái mà một chiếc máy bay đạt tới là tốc độ vũ trụ đầu tiên, là tốc độ cho phép chiếc máy bay và duy trì quỹ đạo quanh Trái đất. Các vụ phóng vệ tinh và tàu vũ trụ có thể đạt tốc độ vũ trụ thứ hai, cho phép chúng thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái đất và đi vào quỹ đạo xa hơn.
Để thoát khỏi lực hấp dẫn của vật thể có khối lượng lớn hơn, chúng ta cần tốc độ vũ trụ cao hơn. (Ảnh minh họa).
Theo tính toán và thực tiễn, để rời khỏi Trái đất và thoát khỏi xiềng xích của trọng lực Trái đất, tàu vũ trụ cần đạt tốc độ vũ trụ thứ hai. Tuy nhiên, tốc độ ánh sáng là tốc độ nhanh nhất trong vũ trụ mà chúng ta hiện biết, khoảng 300.000 km/giây, được gọi là vận tốc vũ trụ thứ sáu.
Ngược lại, tàu vũ trụ Voyager 1 hiện tại đã đạt tới tốc độ vũ trụ thứ 3. Nếu đi theo mô hình quỹ đạo đã thiết lập, nó có thể đạt được mục tiêu bay ra khỏi Hệ Mặt trời. Tuy nhiên, tốc độ này còn lâu mới đủ để thoát khỏi lực hấp dẫn của Dải Ngân hà.
Để thoát khỏi lực hấp dẫn của những vật thể có khối lượng lớn hơn, chúng ta cần tốc độ vũ trụ cao hơn. Theo tính toán, tốc độ quỹ đạo của Hệ Mặt trời là khoảng 230 km/s, trong khi vận tốc thoát của Dải Ngân hà cao tới 537 km/s.
Để thực sự rời khỏi Dải Ngân hà và thoát khỏi lực hấp dẫn của nó, các nhà khoa học đã đề xuất khái niệm tốc độ vũ trụ thứ tư. Họ tin rằng nó cần phải đạt ít nhất tốc độ vũ trụ thứ tư để bay ra khỏi Dải Ngân hà. Điều này có nghĩa là tốc độ của bản thân tàu vũ trụ ít nhất phải là 317km/giây. Lấy tàu thăm dò Mặt Trời Parker nhanh nhất hiện nay làm ví dụ, tốc độ của nó đã đạt tới mức đáng kinh ngạc là 200 km/giây. Mặc dù tốc độ này vượt quá tốc độ vũ trụ thứ ba của Voyager 1, nhưng nó vẫn kém xa tốc độ cần thiết để rời khỏi Dải Ngân hà.
Tốc độ của tàu Voyager 1 vẫn kém xa tốc độ cần thiết để rời khỏi Dải Ngân hà. (Ảnh minh họa).
Ngoài tốc độ, con người còn phải đối mặt với những thách thức to lớn. So với sự thay đổi nhanh chóng của các hành tinh trong vũ trụ, tuổi thọ của chúng ta chỉ có vài chục năm, điều này khiến thời gian trở thành trở ngại chính để chúng ta thoát khỏi thiên hà.
Lấy tàu thăm dò Mặt trời Parker nhanh nhất hiện nay làm ví dụ, phải mất khoảng 1.500 năm để bay một năm ánh sáng trong không gian. Dựa trên phép tính tốc độ này, giả sử trạng thái của vũ trụ không thay đổi thì chúng ta sẽ phải mất gần 7.000 năm mới có thể du hành tới hệ sao gần nhất với chúng ta.
Tuy nhiên, thực tế là hầu hết các thiên hà trong vũ trụ đều dịch chuyển đỏ với tốc độ khác nhau, đồng nghĩa với việc khoảng cách của chúng với chúng ta không ngừng tăng lên. Sự thay đổi này nhanh hơn tốc độ ánh sáng nên thực tế bạn sẽ mất nhiều thời gian hơn để đến đích.
Xét rằng mục tiêu của chúng ta là rời khỏi Dải Ngân hà, việc di chuyển với tốc độ ánh sáng từ Hệ Mặt trời của chúng ta sẽ mất khoảng 40.000 năm để đến nơi. Nói cách khác, ngay cả khi chúng ta đạt đến vận tốc thứ sáu của vũ trụ, tức là tốc độ ánh sáng, thì chúng ta cũng phải mất 40.000 năm mới rời khỏi Dải Ngân hà.
Đối với tàu thăm dò Mặt trời Parker, cho dù may mắn tránh được nguy cơ bị lực hấp dẫn của hành tinh xé nát trong quá trình bay thì cũng phải mất hàng trăm nghìn năm mới thoát khỏi thiên hà. Cho đến lúc đó, người ta vẫn chưa biết liệu con người có tồn tại hay không.
Hầu hết các thiên hà trong vũ trụ đều dịch chuyển đỏ với tốc độ khác nhau.
Mặc dù một số nhà khoa học đã đề xuất khái niệm tốc độ siêu ánh sáng nhưng chúng ta phải thừa nhận rằng đây vẫn là một vấn đề cực kỳ phức tạp và khó khăn. Theo nghiên cứu mô phỏng của họ, khi tốc độ đạt tới 2083 lần tốc độ ánh sáng, chúng ta có thể đến Vành đai Kuiper chỉ trong mười giây và chỉ mất hơn mười giờ để đến được ngôi sao chỉ cách chúng ta 4,2 năm ánh sáng.
Tuy nhiên, với tốc độ này, chúng ta sẽ phải mất ít nhất 96 năm mới có thể bay ra khỏi Dải Ngân hà. Mặc dù thời gian đã giảm đi rất nhiều so với hàng chục nghìn năm trước nhưng đó vẫn là một con số gần như không thể đạt được đối với một đời người.
Nói cách khác, ngay cả khi công nghệ đạt đến một trình độ nhất định thì việc rời khỏi thiên hà vẫn không phải là nhiệm vụ có thể hoàn thành chỉ trong một thế hệ.