[비즈한국] SpaceX đang bao phủ bầu khí quyển Trái đất bằng vô số vệ tinh Starlink. Mục đích của dự án này rất tốt đẹp. Họ muốn lấp đầy bầu trời bằng một chòm vệ tinh nhân tạo để có thể cung cấp Internet ở bất cứ đâu trên thế giới. Tuy nhiên, Starlink đang trở thành kẻ thù mới của ngành thiên văn học. Các kính thiên văn khổng lồ trên mặt đất hiện nay phải chịu đựng cảnh các vệ tinh Starlink quét ngang qua bầu trời mỗi ngày. Mỗi khi chụp ảnh, dấu vết dài do vệ tinh để lại khiến công việc xóa bỏ chúng khỏi hầu hết dữ liệu quan sát trở thành một yêu cầu bắt buộc.
Tuy nhiên, một phân tích gây sốc hơn đã được công bố gần đây. Vệ tinh Starlink không chỉ gây hại cho việc quan sát quang học. Chúng đã bắt đầu làm gián đoạn cả việc quan sát vô tuyến. Đặc biệt, những thiệt hại to lớn đang xuất hiện trong quan sát vô tuyến tần số thấp, nơi các nhà khoa học đang tìm kiếm nguồn gốc vũ trụ và bằng chứng về vụ nổ Big Bang. Không chỉ các nhà thiên văn học quang học mà cả các nhà thiên văn học vô tuyến cũng đã bắt đầu lên tiếng phàn nàn về thiệt hại do Starlink gây ra.
Năm 2019, việc tái sử dụng tên lửa đã trở thành hiện thực. Kể từ đó, SpaceX bắt đầu phóng hàng loạt vệ tinh Starlink. Tính đến năm 2025, có hơn 8.000 vệ tinh đang hoạt động trên quỹ đạo. Hiện tại, trung bình cứ 3 ngày lại có một đợt phóng vệ tinh. Đội ngũ vệ tinh nhân tạo khổng lồ lấp đầy bầu trời tất nhiên sẽ gây hại cho các nhà quan sát trên mặt đất. Thiên văn học vô tuyến cũng không ngoại lệ.
Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), cơ quan quản lý 'sóng điện từ' của nhân loại, phân biệt rõ ràng giữa lĩnh vực đời sống thường ngày và lĩnh vực khoa học. Dưới sự bảo hộ đó, thiên văn học vô tuyến dò tìm sóng vô tuyến từ vũ trụ trong dải tần số từ 3kHz đến 900GHz. Dải tần này không chồng lấn với tần số điện thoại thông minh hay Internet mà chúng ta sử dụng hàng ngày. Do các sóng vô tuyến nhân tạo quá mạnh phát ra từ các thành phố, chúng ta không thể nhìn thấy những tín hiệu vô tuyến yếu ớt từ vũ trụ ở những dải tần số tương ứng đó nữa. Vì vậy, các đài quan sát vô tuyến đều nằm cách xa thành phố. Tuy nhiên, sóng vô tuyến từ các vệ tinh bay trên đầu thì không thể tránh khỏi dù bạn có chạy đến bất cứ đâu trên Trái đất.
Trong phân tích này, các nhà khoa học đã sử dụng kính thiên văn vô tuyến Engineering Development Array 2 (EDA2) để quan sát vũ trụ ở dải tần số thấp. Kính thiên văn này là một loại nguyên mẫu được chế tạo như một phần của SKA-Low, một mảng kính thiên văn vô tuyến tần số thấp siêu lớn dự kiến sẽ được xây dựng ở miền Tây nước Úc trong tương lai. Tận dụng thiết bị này, họ đã quan sát bầu trời ở dải tần số 50-350MHz mà SKA-Low dự kiến sẽ quan sát. Tổng cộng 76 triệu hình ảnh đã thu được trong 29 ngày. Và trong đó, rất nhiều tiếng ồn vô tuyến nhân tạo bất ngờ được phát hiện.
Tổng cộng có 111.253 trường hợp nhiễu vô tuyến được phát hiện, và kết quả phân tích cho thấy đây là nhiễu vô tuyến được tạo ra từ 1.806 vệ tinh Starlink. Tín hiệu từ các vệ tinh Starlink nhiều áp đảo so với các vệ tinh khác. Đây là kết quả tất yếu vì số lượng của chúng quá lớn. Trong một quan sát khác từ kính thiên văn vô tuyến tần số thấp LOFAR, cũng có khá nhiều tín hiệu từ các vệ tinh Starlink được phát hiện. Chỉ trong một giờ quan sát, họ đã phát hiện 68 trường hợp ở dải tần 110-188MHz, 10 trường hợp ở 88MHz và 97 trường hợp ở 100-188MHz.
Tín hiệu từ các vệ tinh Starlink được phát hiện ở dải tần số thấp dưới 5GHz không đơn thuần là tín hiệu đường xuống (downlink) của Internet. Tần số của chúng khác hẳn. Những tín hiệu này được gọi là bức xạ điện từ không chủ ý (UMER - unintentional electromagnetic radiation), phát sinh khi các thiết bị điện tử bên trong vệ tinh hoạt động. Những UMER này không bị ràng buộc bởi các quy định của ITU. ITU chỉ giới hạn các bức xạ điện từ trực tiếp nơi vệ tinh gửi và nhận tín hiệu với mặt đất. Họ không giới hạn các bức xạ điện từ vô tình rò rỉ ra ngoài khi thiết bị vận hành.
Tuy nhiên, trớ trêu thay, các vệ tinh Starlink lại đang gây ồn ào quá mức ở dải tần số thấp, làm bẩn tầm nhìn của các kính thiên văn vô tuyến. Có thể coi đây là một loại 'vùng ngoài vòng pháp luật' về sóng vô tuyến, nơi những sự việc không ai lường trước được đang diễn ra. Đặc biệt, trong dải tần số thấp dưới 5GHz này, dải tần được phân bổ cho thiên văn học vô tuyến chỉ chiếm vỏn vẹn 5%. Họ cũng không còn nơi nào khác để chuyển đến. Vì thế, thiệt hại là không thể tránh khỏi.
Vệ tinh được phát hiện nhiều nhất trong phân tích này là mẫu Starlink v2-Mini Direct-to-Cell (DTC). Tổng cộng có 175 chiếc được phát hiện. Mẫu DTC chiếm 70% tổng số vệ tinh Starlink hiện đang hoạt động. Vệ tinh DTC được thiết kế để có thể gửi tín hiệu Internet trực tiếp đến điện thoại thông minh của người dùng mà không cần qua các trạm mặt đất. Do đó, tín hiệu của chúng mạnh hơn. 1.806 vệ tinh được bắt gặp chỉ trong một tháng vừa qua chiếm khoảng 30% tổng số vệ tinh Starlink đang hoạt động hiện nay.
Để giảm thiểu khả năng nhận diện sai, các nhà thiên văn học đã tiến hành đánh giá việc phát hiện vệ tinh một cách vô cùng khắt khe và lọc bỏ tối đa các dữ liệu có xác suất thấp. Do đó, họ ước tính rằng số lượng vệ tinh thực sự gây nhiễu vô tuyến còn nhiều hơn nữa. Nhiễu vô tuyến phát hiện được trên kính thiên văn không chỉ có UMER từ Starlink. Còn có nhiều loại sóng vô tuyến khác nhau như sóng vô tuyến FM phát ra từ các ăng-ten trên mặt đất bị phản xạ lại bởi các vệ tinh nhân tạo.
Đối với các nhà thiên văn học, việc Starlink xâm lấn cả dải tần quan sát vô tuyến tần số thấp là một điều đáng sợ. Bởi vì dải tần này đặc biệt quan trọng để nhìn thấy những khoảnh khắc quý giá trong lịch sử vũ trụ. Đây chính là dải tần số tốt nhất để nhìn thấy dấu vết của thời kỳ tái ion hóa, khi cả vũ trụ được tái ion hóa bởi các ngôi sao rực rỡ và hoạt động mãnh liệt của các thiên hà ngay sau vụ nổ Big Bang. Tuy nhiên, khi vô số vệ tinh Starlink chồng chất lên những ký ức về Big Bang, chúng ta không thể nhìn trọn vẹn lịch sử quý giá của vũ trụ nữa.
Khi vấn đề này dần trở nên rõ ràng hơn, các nhà thiên văn học hiện đang kêu gọi ITU cần phải hạn chế UMER một cách có hệ thống. Tất nhiên, vẫn chưa làm rõ chính xác cách thức rò rỉ UMER từ các vệ tinh nhân tạo ngoài không gian. Nhưng nếu cứ mặc kệ như hiện tại, trong tương lai, khi có nhiều vệ tinh Starlink hơn được phóng lên, chúng ta sẽ phải chứng kiến một bầu trời tràn ngập UMER và ồn ào trong dải tần số vô tuyến. Và có lẽ, các kính thiên văn vô tuyến sẽ không còn có thể nhìn thấy vũ trụ được nữa.
Trước những lời phàn nàn này, SpaceX cũng đang bắt đầu đạt được một số thỏa thuận với Đài quan sát vô tuyến quốc gia Hoa Kỳ. Chẳng hạn như, họ sẽ tạm dừng hoạt động của các vệ tinh Starlink khi bay qua vùng trời phía trên khu vực đặt các kính thiên văn vô tuyến lớn.
Thực tế, kế hoạch Starlink đã dấy lên nhiều lo ngại từ lâu trên nhiều phương diện. Không chỉ là thiệt hại đối với thiên văn học quan sát được đề cập hôm nay, mà cả khía cạnh môi trường cũng đòi hỏi những suy nghĩ thận trọng. Vệ tinh nhân tạo chứa nhiều nhôm, thành phần mà các thiên thạch tự nhiên gần như không có. Trong quá trình vệ tinh lao xuống và xuyên qua bầu khí quyển, nhôm kết hợp với oxy trong không khí để tạo thành nhôm oxit. Theo phân tích, mỗi khi một vệ tinh Starlink rơi xuống, trung bình khoảng 30kg nhôm oxit ở mức hạt nano được tạo ra. Mỗi ngày có từ 4 đến 5 vệ tinh Starlink rơi. Đây là việc xảy ra tự nhiên do cạn kiệt nhiên liệu hoặc ảnh hưởng của hoạt động mặt trời. Nếu cộng tất cả lại, điều đó có nghĩa là có khoảng hơn 300 tấn nhôm oxit tích tụ trong bầu khí quyển mỗi năm.
Nhôm oxit gây ra phản ứng hóa học tạo ra clo trong khí quyển. Clo có thể phá hủy tầng ozone. Nhiều nhà thiên văn học lo ngại rằng ảnh hưởng của nó không thể xem nhẹ. Thậm chí, còn có phân tích cho rằng các mảnh vụn kim loại của vệ tinh nhân tạo phân tán trong không khí có thể gây ra những thay đổi nhỏ đối với từ trường Trái đất. Giờ đây, nhân loại không chỉ để lại dấu vết trên mặt đất mà còn cả phía trên đầu mình, và do đó, cuộc sống của chúng ta đang bị đe dọa theo những hình thái mới.
Nhà khoa học khí quyển Paul Crutzen, người đạt giải Nobel Hóa học năm 1995 nhờ nghiên cứu về tầng ozone, từng đề xuất phân loại thời đại ngày nay là một thời đại địa chất gọi là 'Anthropocene' (kỷ Nhân sinh), cho rằng nhân loại đã trở thành một thực thể để lại dấu vết trên quy mô địa chất dưới lòng đất. Giờ đây, khái niệm Anthropocene đã vượt ra ngoài phạm vi mặt đất. Vì chúng ta đang để lại dấu vết không chỉ dưới đất mà còn trên bầu trời. Đây là thời điểm cần những suy nghĩ ở một tầm vóc hoàn toàn mới, điều mà nhân loại chưa từng thực hiện trước đây, về việc làm thế nào để chia sẻ bầu trời và vũ trụ phía trên đầu một cách thông minh và công bằng.
Tham khảo
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023A%26A...678L...6G/abstract
https://public.nrao.edu/news/astronomers-satellite-internet-provider-develops-new-system-to-share-the-sky/
https://spaceaustralia.com/news/emerging-risk-radio-astronomy
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Khi còn nhỏ, sau khi xem 'Galaxy Express 999', anh đã nuôi ước mơ truyền bá vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh là giáo sư trợ lý tại Khoa Chương trình Tự do của Đại học Sejong, đồng thời tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như giảng dạy và viết lách. Anh đã viết các cuốn sách như 'Mỗi ngày một mảnh vũ trụ', 'Các nhà khoa học của vũ trụ đầy sao', 'Không thể đến nhưng có thể biết', 'Những câu hỏi kỳ lạ xuất hiện khi nhìn vào vũ trụ'... và dịch các cuốn sách như 'Hướng dẫn dành cho người quá giang thực thụ trong vũ trụ', 'Tại sao tôi lại giết sao Diêm Vương', 'Cuộc sống lượng tử', 'Cosmigraphics'.