Một nghiên cứu đột phá vừa được công bố vào tháng 7 vừa qua đang làm sáng tỏ một trong những "cơn đau đầu" lớn nhất của NASA: Tại sao thời gian trên Sao Hỏa lại trôi nhanh hơn, và làm thế nào để chúng ta không đáp trượt một tàu vũ trụ trị giá hàng tỷ USD chỉ vì vài phần triệu giây?
Đây không phải là triết học, mà là vật lý khắc nghiệt. Theo tính toán của hai nhà nghiên cứu Neil Ashby và Bijunath R. Patla, một chiếc đồng hồ trên Sao Hỏa chạy nhanh hơn Trái Đất chính xác là 477 micro giây mỗi ngày. Con số này nghe có vẻ nhỏ, nhưng trong không gian, nó là cả một vấn đề khổng lồ. Một sai lệch nhỏ có thể khiến tàu vũ trụ đáp trượt mục tiêu tới hàng chục cây số.
Chênh lệch thời gian giữa hành tinh xanh và hành tinh đỏ khiến giới khoa học đau đầu.
Thách thức này còn phức tạp hơn khi NASA đang triển khai chương trình Artemis, với mục tiêu xây dựng hạ tầng trên cả Mặt Trăng và Sao Hỏa. Điều này đồng nghĩa với việc phải đồng bộ hóa thời gian giữa ba thế giới có ba nhịp đồng hồ hoàn toàn khác nhau. Nghiên cứu mới cho thấy, đồng hồ Sao Hỏa thậm chí còn chạy nhanh hơn đồng hồ trên Mặt Trăng 421,5 micro giây mỗi ngày.
Tại sao chúng ta liên tục tính sai?
Vấn đề không phải do chúng ta không hiểu thuyết tương đối của Einstein. Các nhà khoa học đã biết từ lâu rằng lực hấp dẫn làm cong không-thời gian, khiến đồng hồ chạy ở các tốc độ khác nhau. Lỗi nằm ở chỗ các mô hình tính toán trước đây đã quá đơn giản hóa.
Các phép tính cũ thường xem quỹ đạo như một "bài toán hai vật thể" (ví dụ: Trái Đất - Sao Hỏa) và bỏ qua một yếu tố cực kỳ quan trọng là Mặt Trời. Lực hấp dẫn khổng lồ của Mặt Trời tạo ra cái gọi là "thủy triều mặt trời" – những nhiễu loạn làm thay đổi quỹ đạo của các hành tinh, và do đó, thay đổi cả cách thời gian trôi qua trên đó.
Công trình của Ashby và Patla là công trình đầu tiên đưa hiệu ứng này vào tính toán một cách nghiêm túc. Khi áp dụng cho hệ Trái Đất – Mặt Trăng, độ chính xác của họ đã tăng vọt gần 100 lần so với trước đây. Đây là một bước tiến mang tính cách mạng, từ một con số ước chừng thành một dữ liệu có thể dùng để xây dựng các hệ thống trọng yếu.
Tuy nhiên, bài toán vẫn chưa có lời giải hoàn chỉnh cho hệ Trái Đất - Sao Hỏa. Các nhà nghiên cứu thừa nhận mô hình của họ vẫn còn thiếu sót khi chưa tính toán đầy đủ tác động của thủy triều mặt trời lên quỹ đạo của chính Trái Đất trong mối tương quan với Sao Hỏa.
Bài toán GPS ở quy mô liên hành tinh
Hãy tưởng tượng vấn đề này giống như việc hiệu chỉnh đồng hồ cho vệ tinh GPS, nhưng ở quy mô lớn hơn hàng triệu lần. Nếu không được điều chỉnh liên tục, hệ thống GPS trên Trái Đất sẽ sai lệch hàng km chỉ sau vài giờ. Giờ đây, NASA phải giải quyết bài toán tương tự cho các khoảng cách liên hành tinh, với nhiều trường hấp dẫn chồng chéo lên nhau.
Đây là nền tảng khoa học cấp thiết để xây dựng các hệ thống định vị và liên lạc cho các sứ mệnh tương lai, như việc đưa con người lên Sao Hỏa hay thiết lập các khu định cư vĩnh viễn. Nhà Trắng thậm chí đã chỉ đạo NASA phải tạo ra một giờ mặt trăng mang tên Coordinated Lunar Time (tương tự giờ UTC của Trái Đất). Nghiên cứu này chính là tiền đề để làm điều tương tự cho Hành tinh Đỏ.
Ảnh minh họa hệ thống GPS trên Trái Đất.
Dù các mô hình chưa hoàn hảo, chúng đã tiến một bước dài. Trong cuộc chinh phục không gian, việc biến những con số tính toán trở nên chính xác hơn chính là con đường đưa chúng ta đi từ "bất khả thi" đến "tất yếu".
Bạch Ngân - BGR
