Lá chắn từ trường cho sao Hoả là một đề xuất, không phải dự án đang làm: năm 2017, nhà khoa học trưởng của NASA khi đó là Jim Green trình bày ý tưởng đặt một nam châm lưỡng cực mạnh cỡ 1–2 tesla ở điểm Lagrange L1 giữa sao Hoả và Mặt Trời, tạo "bóng từ" che hành tinh khỏi gió Mặt Trời. Ý tưởng dựa trên việc sao Hoả mất khí quyển một phần vì không còn từ trường toàn cầu. Nhưng nó có giới hạn lớn: tốc độ mất khí hiện nay rất chậm, lá chắn không tự làm dày khí quyển, và giới khoa học còn tranh luận từ trường thực sự bảo vệ khí quyển tới mức nào.
Sao Hoả từng có từ trường
Trái Đất có từ trường toàn cầu nhờ lõi sắt lỏng chuyển động, gọi là cơ chế dynamo. Sao Hoả từng có cơ chế tương tự. Năm 1997, tàu Mars Global Surveyor phát hiện nhiều vùng đá ở cao nguyên phía nam bị từ hoá mạnh, xếp thành dải. Đá chỉ giữ được từ tính kiểu này nếu đông nguội trong một từ trường. Từ đó các nhà khoa học suy ra sao Hoả từng có dynamo hoạt động, rồi tắt từ rất sớm, có lẽ khoảng 4 tỷ năm trước. Vì sao tắt vẫn còn bàn: lõi nhỏ nguội nhanh, hoặc va chạm lớn làm xáo trộn dòng nhiệt.
Không còn từ trường toàn cầu, gió Mặt Trời — dòng hạt mang điện bay ra từ Mặt Trời — va thẳng vào tầng trên khí quyển sao Hoả.
MAVEN đo sao Hoả mất khí thế nào
Tàu MAVEN tới sao Hoả tháng 9/2014, được thiết kế riêng để đo khí quyển tầng trên và quá trình thoát khí. Những kết quả chính:
- Năm 2015 (đăng trên Science), nhóm MAVEN ước tính sao Hoả hiện mất khoảng 100 gram khí mỗi giây qua đường ion bị gió Mặt Trời cuốn đi. Trong bão Mặt Trời, tốc độ này tăng mạnh, có lúc gấp 10–20 lần.
- Năm 2017, phân tích đồng vị argon cho thấy phần lớn argon ban đầu của sao Hoả đã mất ra vũ trụ. Từ đó suy ra phần lớn khí quyển cổ đã mất theo đường này qua hàng tỷ năm.
- Khi Mặt Trời còn trẻ, gió và bức xạ cực tím mạnh hơn nhiều, nên tốc độ mất khí khi đó cao hơn hiện nay rất nhiều.
Đề xuất năm 2017
Tại hội thảo Planetary Science Vision 2050 của NASA (Washington, đầu năm 2017), Jim Green và cộng sự trình bày bài "A Future Mars Environment for Science and Exploration". Nội dung chính:
- Đặt một cấu trúc tạo từ trường lưỡng cực, cường độ cỡ 1–2 tesla, tại điểm L1 giữa sao Hoả và Mặt Trời, khoảng hơn một triệu km phía trước sao Hoả.
- Từ trường này làm lệch gió Mặt Trời, tạo một "đuôi từ" bao lấy sao Hoả, như từ quyển Trái Đất.
- Mô phỏng cho thấy tốc độ mất khí giảm. Bài trình bày gợi ý rằng khi đó khí quyển có thể dày dần lên, sao Hoả ấm thêm một chút, làm băng CO₂ ở cực bắc bốc hơi, tạo vòng phản hồi.
Cần nói rõ: đây là bài trình bày tại hội thảo về tầm nhìn dài hạn, kèm mô phỏng đơn giản, không phải dự án được cấp kinh phí, cũng không phải kết quả đã qua bình duyệt kỹ như một bài báo tạp chí.
Những giới hạn lớn
Mất khí rất chậm so với đời người
Làm phép tính thô: 100 gram mỗi giây là khoảng 3.000 tấn mỗi năm. Khí quyển sao Hoả nặng khoảng 2,5 × 10¹⁶ kg. Với tốc độ hiện nay, phải mất cỡ vài tỷ năm mới mất hết lượng khí còn lại. Lá chắn từ trường chặn được phần mất mát này, nhưng phần đó không phải lý do khiến sao Hoả mỏng khí hôm nay; nó chỉ quan trọng với khí quyển trên thang thời gian hàng triệu năm.
Không tự tạo ra khí
Che chắn chỉ giữ khí, không thêm khí. Nghiên cứu năm 2018 của Jakosky và Edwards cho thấy lượng CO₂ dễ giải phóng chỉ đủ nâng áp suất lên cỡ vài chục mbar. Lá chắn không thay đổi được con số đó.
Từ trường có thật sự bảo vệ không
Sao Kim không có từ trường toàn cầu nhưng giữ khí quyển dày gấp gần trăm lần Trái Đất. Trái Đất có từ trường nhưng vẫn mất ion qua vùng cực, nơi đường sức từ mở ra ngoài. Một số nghiên cứu (như của Herbert Gunell và cộng sự, 2018) lập luận rằng từ trường nội tại không nhất thiết làm giảm tổng lượng mất khí, có trường hợp còn làm tăng, vì từ quyển lớn hứng nhiều năng lượng gió Mặt Trời hơn. Vấn đề còn tranh luận; câu chuyện "không có từ trường thì mất khí quyển" là đơn giản hoá.
Kỹ thuật
Tạo và duy trì từ trường đủ mạnh, đủ lớn ở cách hành tinh hơn một triệu km, giữ nó ổn định ở điểm L1 vốn không bền, cấp điện cho nó hàng thế kỷ — tất cả đều vượt xa mọi thứ đã từng làm trong không gian.
Lá chắn từ trường hữu ích ở đâu
Từ trường có giá trị rõ hơn với việc che chắn bức xạ cho con người. Thiết bị RAD trên xe Curiosity đo liều bức xạ trên bề mặt sao Hoả cỡ 0,6–0,7 millisievert mỗi ngày, trong khi một người trên Trái Đất nhận trung bình khoảng 2–3 millisievert mỗi năm từ phông tự nhiên. Từ trường có thể làm lệch các hạt năng lượng từ bão Mặt Trời, nhưng với tia vũ trụ năng lượng rất cao thì lớp vật chất dày (đất, nước, khí quyển) mới là lá chắn chính. Vì thế các nhóm nghiên cứu cũng xem xét những từ trường nhỏ, cục bộ, bảo vệ một căn cứ hay một con tàu, thay vì cả hành tinh. Những ý tưởng này hiện cũng chỉ ở mức thiết kế khái niệm.
Phân biệt cho rõ
| Mệnh đề | Trạng thái |
|---|---|
| Sao Hoả từng có từ trường toàn cầu | Đã xác nhận qua đá từ hoá |
| Sao Hoả đang mất khí ra vũ trụ, nhanh hơn trong bão Mặt Trời | Đã đo bởi MAVEN |
| Phần lớn khí quyển cổ đã mất ra vũ trụ | Được ủng hộ mạnh qua đồng vị argon; tỷ lệ chính xác còn bàn |
| Mất từ trường là nguyên nhân chính khiến sao Hoả mất khí | Còn tranh luận; khối lượng nhỏ và bức xạ Mặt Trời trẻ cũng quan trọng |
| Lá chắn ở L1 sẽ giúp khí quyển sao Hoả dày lên | Đề xuất, mô phỏng đơn giản, chưa qua kiểm chứng |
Góc nhìn hôm nay
Lá chắn từ trường là ví dụ điển hình của một ý tưởng nghe rất hợp lý, nhưng khi đặt cạnh các con số thì vai trò nhỏ hơn hình dung. Nó vẫn có giá trị: buộc ta đo kỹ hơn sao Hoả mất khí thế nào, và hiểu hơn vai trò thật của từ trường Trái Đất. Dữ liệu MAVEN công khai trên trang của Đại học Colorado (LASP) và NASA; bài trình bày năm 2017 của Jim Green có trong kỷ yếu hội thảo của Viện Hành tinh và Mặt Trăng (LPI).
Câu hỏi thường gặp
Lá chắn từ trường cho sao Hoả là gì?
Là đề xuất năm 2017 của Jim Green (NASA) đặt một nguồn từ trường cỡ 1–2 tesla ở điểm L1 giữa sao Hoả và Mặt Trời để làm lệch gió Mặt Trời. Mục tiêu là giảm mất khí và có thể giúp khí quyển dày dần. Đây là ý tưởng ở mức hội thảo, chưa phải dự án.
Vì sao sao Hoả không có từ trường?
Sao Hoả từng có từ trường nhờ lõi sắt lỏng chuyển động, nhưng cơ chế này tắt từ khoảng 4 tỷ năm trước. Nguyên nhân có thể là lõi nhỏ nguội nhanh. Dấu vết từ trường cổ còn lưu trong đá ở cao nguyên phía nam.
Sao Hoả mất khí quyển nhanh cỡ nào?
Theo MAVEN, hiện khoảng 100 gram mỗi giây qua đường ion, tăng mạnh trong bão Mặt Trời. Với tốc độ này phải mất cỡ vài tỷ năm mới hết lượng khí còn lại. Trong quá khứ, khi Mặt Trời trẻ và hoạt động mạnh, tốc độ cao hơn nhiều.
Có từ trường thì sao Hoả có khí quyển dày lại không?
Không tự động. Từ trường chỉ giảm mất khí, không thêm khí. Sao Hoả không đủ CO₂ dễ giải phóng để tự làm dày khí quyển, nên lá chắn một mình không cải tạo được hành tinh.
Từ trường có bảo vệ khí quyển không?
Còn tranh luận. Sao Kim không có từ trường toàn cầu nhưng giữ khí quyển rất dày, còn Trái Đất có từ trường vẫn mất ion qua vùng cực. Một số nghiên cứu cho rằng vai trò bảo vệ của từ trường bị đánh giá quá cao.
