Những phương thức mới bảo vệ vệ tinh viễn thông và vệ tinh định vị

Sử dụng các số đo từ Explorer 1 - vệ tinh đầu tiên của Hoa Kỳ bay vào không gian, năm 1958, nhà vật lý James Van Allen đã phát hiện ra rằng không gian có tính phóng xạ. Trái đất được bao quanh bởi hai vòng bức xạ hạt điện tích cao - vòng trong gồm có các điện tử năng lượng cao và các ion dương; còn vòng ngoài gồm các điện tử năng lượng cao - hiện nay được gọi là các vành đai bức xạ Van Allen. Các hạt năng lượng cao nằm ở vành đai bức xạ Van Allen, bay với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng và tạo ra môi trường khắc nghiệt cho các vệ tinh và con người trong không gian.

Trong những năm gần đây, giới khoa học quan tâm đến việc tìm hiểu sâu hơn về các vành đai Van Allen. Các công nghệ mới hiện nay đòi hỏi các vệ tinh viễn thông mất rất nhiều thời gian trong các vành đai đó và vệ tinh hệ thống định vị toàn cầu (GPS) hoạt động ở trung tâm của các vành đai. Yuri Shprits, đồng tác giả nghiên cứu tại trường Đại học California, Los Angeles cho rằng: Với kích thước ngày càng nhỏ hơn của các thiết bị điện tử thì khả năng các vệ tinh dễ bị hỏng do bức xạ không gian sẽ cao hơn.

Các hạt gây nguy hiểm lớn nhất đối với tàu vũ trụ là các điện tử tương đối và điện tử siêu tương đối. Theo Shprits, các điện tử siêu tương đối hay "điện tử hủy diệt” đặc biệt nguy hiểm, có thể thâm nhập vào các vệ tinh có giá trị và được bảo vệ cẩn thận nhất trong không gian. Mặc dù các vệ tinh có thể được bảo vệ khỏi các hạt tương đối, nhưng việc tránh các hạt siêu tương đối trên thực tế là không thể.

Việc tìm hiểu động lực của các hạt này là thách thức lớn đối với các nhà khoa học kể từ khi Van Allen phát hiện ra bức xạ không gian. Từ cuối thập niên 60, các nhà khoa học đã thực hiện nhiều quan trắc để tìm hiểu hiện tượng mất điện tử từ các vành đai Van Allen.

Một trong những giả thuyết được đề xuất, đó là các hạt được phân tán vào khí quyển bằng sóng cyclotron ion điện từ. Các sóng này được tạo ra bằng cách bơm các ion nặng hơn điện tử và chứa rất nhiều năng lượng. Sóng cyclotron ion điện từ có khả năng phân tán điện tử vào khí quyển. Cho đến gần đây, đó vẫn là giả thuyết triển vọng nhất về hiện tượng mất điện tử từ các vành đai Van Allen.

Năm 2006, Shprits và các cộng sự đã giả thuyết về một cơ chế khác. Theo đó, hơn 99% các hạt đột nhiên bị mất do các điện tử khuếch tán vào không gian giữa các hành tinh, không bị giữ lại bởi từ trường Trái đất. Nhóm nghiên cứu đã tiến hành nhiều nghiên cứu để cung cấp thêm bằng chứng cho cơ chế này.

Mô hình số lượng lớn điện tử có mức năng lượng tương đối mà các nhà khoa học đã lập, xem ra ủng hộ cho cơ chế này và không cần đến sự tán xạ của điện tử bằng sóng cyclotron ion điện từ. Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa xác định rõ cơ chế nào hoạt động hoặc chi phối trong các cơn bão và cơ chế nào giải thích sự sụt giảm mạnh nhất các điện tử trong môi trường không gian. Hiện tượng mất các hạt rất khó xác định. Cả hai cơ chế mất điện tử được tăng cường trong các cơn bão, nên khó phân biệt giữa chúng.

Tuy nhiên, một số yếu tố kết hợp giúp giải quyết tranh cãi này. Tháng 1 năm 2013, cơn bão trong các vành đai Van Allen đã cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng máy dò để đo sự phân bố và hướng của các hạt. Các điện tử có tính tương đối và siêu tương đối cường độ mạnh nhất đã được phát hiện tại những vị trí khác nhau trong vành đai. Và các hạt siêu tương đối đã nằm sâu bên trong từ quyển (và không bị ảnh hưởng bởi hiện tượng mất điện tử ở vùng giữa từ quyển và không gian, đó là ranh giới giữa từ trường Trái đất và gió Mặt trời).

Các số liệu chi tiết của nghiên cứu bao gồm tốc độ hạt, hướng vận tốc và phân bố xuyên tâm, đã chỉ ra rằng sóng đang phân tán các hạt vào trong khí quyển, nhưng chỉ gây ảnh hưởng đến các điện tử siêu tương đối, mà không phải các hạt tương đối.

"Những phát hiện của chúng tôi đã giải quyết một vấn đề khoa học cơ bản về môi trường không gian và giúp đưa ra các phương pháp làm sạch vành đai bức xạ khỏi bức xạ độc hại và làm cho môi trường xung quanh Trái đất thân thiện hơn với các vệ tinh", Shprits nói.

N.P.D-NASATI (Theo scitechdaily)