Nhà vật lý thiên văn Lưu Lệ Hằng và cuộc tìm kiếm từ đỉnh núi lửa

Nhà vật lý thiên văn Lưu Lệ Hằng - Ảnh nhân vật cung cấp

Tuần trước, trong một bức email từ Paris (Pháp) gửi về Hà Nội cho GS Nguyễn Văn Hiệu và cho tôi, GS Trần Thanh Vân viết: "Tôi rất vui mừng báo với các anh rằng Jane Luu vừa được tặng Giải Kavli về vật lý thiên văn (xem TTCT số ra ngày 10-6-2012). Chắc các anh còn nhớ, tôi từng mời cô ấy về TP.HCM hồi tháng 10-1995 dự Gặp gỡ Việt Nam lần thứ II, nơi cô ấy đã trình bày một bản báo cáo về việc khám phá mấy chục tiểu hành tinh trong vành đai Kuiper".

Bao nhiêu ký ức bỗng nhiên ùa về. Nhanh quá đi thôi! Tôi quen Lưu Lệ Hằng "chốc đà mười mấy năm trời"! Đó là vào một buổi sáng mùa thu, sáng 21-10-1995 tại dinh Thống Nhất, nơi diễn ra cuộc Gặp gỡ Việt Nam lần thứ II về vật lý.

Sáng hôm ấy, Lưu Lệ Hằng (tên Mỹ là Jane X. Luu) trông giống như một nữ sinh viên đại học năm cuối, hơi "bụi", áo thun màu vàng chanh sọc đen, quần jean màu lam thẫm bó sát người, tóc cắt ngắn lộ gáy như con trai, đi giày thể thao trắng nổi gân đỏ, trên môi luôn nở nụ cười. Tôi rất khó chụp được một pô ảnh nào mà Lệ Hằng mang dáng vẻ mô phạm, dù đang là assistant professor ở Harvard.

Chị sinh năm 1963 tại quận 5, TP.HCM, tính đến tháng 10-1995 đã 32 tuổi nhưng trông trẻ quá, nên tôi mới có thể xưng hô thân mật khi chuyện trò với chị. Lệ Hằng rất vui vì sau 20 năm xa cách, giờ mới được gặp lại bao bạn bè, người thân ở Sài Gòn xưa.

Ở Mỹ có ba chức danh khoa học dành cho các thầy cô dạy đại học là assistant professor (ta dịch chưa thật chính xác là trợ lý giáo sư), associate professor (phó giáo sư) và full professor (giáo sư). 

Tuy "học hàm" chưa phải đã cao nhưng danh tiếng Jane Luu lúc ấy nổi như cồn, do chị vừa cùng David Jewitt khám phá ra mấy chục tiểu hành tinh trong vành đai Kuiper...

Can đảm bơi ngược dòng dư luận

Nhưng phải chờ đến năm 1781, William Herschel (người Anh) mới phát hiện Thiên Vương tinh (Uranus). Năm 1846, Hải Vương tinh (Neptune) mới được định vị nhờ các tính toán của Urbain Le Verrier (người Pháp) và John Adam (người Anh). Và năm 1930, Clyde Tombaugh mới tìm ra Diêm Vương tinh (Pluto).

Mãi tới năm 1991 người ta chỉ mới biết chín hành tinh thuộc Hệ Mặt trời. Sáu hành tinh đầu tiên (Kim, Mộc, Thủy, Hỏa, Thổ và Trái đất) đã được biết từ thời cổ đại Ai Cập, Hi Lạp, Trung Hoa, Ấn Độ. 

Cách gọi "bình dân", quen thuộc là Sao Kim, Sao Mộc... không chuẩn về mặt khoa học, bởi lẽ đã là "sao" (star) thì phải bức xạ ánh sáng, chứ các hành tinh (planet) như Kim tinh, Mộc tinh... thì chỉ phản xạ ánh sáng Mặt trời mà thôi. 

Mặt trời của chúng ta mới đích thực là một ngôi sao, nhưng cũng chỉ - theo GS Trịnh Xuân Thuận - vào loại "thường thường bậc trung" trong tổng số... vài trăm tỉ ngôi sao của dải Ngân hà (Milky Way) mà thôi!

Ngoài chín hành tinh mà hầu như ai ai cũng biết, còn có vô số tiểu hành tinh ngoan ngoãn quay quanh Mặt trời, trong cái mà các nhà thiên văn học gọi là "vành đai tiểu hành tinh" hay "khu dự trữ tiểu hành tinh".

Vành đai tiểu hành tinh thứ nhất nằm giữa Hỏa tinh và Mộc tinh, từ lâu các nhà thiên văn đã biết rất rõ qua quan sát bằng các kính thiên văn, cũng như qua nghiên cứu kết quả khảo sát của các trạm thăm dò không gian phóng tới vùng Hỏa tinh và Mộc tinh. 

Nếu người ta tập hợp tất cả các tiểu hành tinh của vành đai thứ nhất lại thành một thiên thể duy nhất thì nó sẽ có đường kính gần 1.500km, tức là nhỏ hơn đường kính Mặt trăng 2,3 lần, và nhỏ hơn rất nhiều so với các hành tinh trong Hệ Mặt trời.

Vành đai tiểu hành tinh thứ hai nằm ở cửa ngõ Hệ Mặt trời, tức là phía ngoài Hải Vương tinh, được gọi là "vành đai Kuiper" (Kuiper Belt), theo tên nhà thiên văn học Mỹ gốc Hà Lan Gerard Kuiper (1905-1973), người đầu tiên phỏng đoán về sự tồn tại của vành đai ấy.

Trong nhiều năm, phỏng đoán đó bị nhiều nhà thiên văn học coi như một ý tưởng "tầm phào vô căn cứ"! Cho nên việc chứng minh phỏng đoán ấy bị cho là... "phí công vô ích"! 

Bởi thế, chẳng có cơ quan nào chịu cấp kinh phí cho dự án nghiên cứu của Jewitt và Luu. Nhiều chuyên gia lúc ấy nghĩ rằng mọi ngóc ngách trong Hệ Mặt trời đều đã được các trạm thăm dò do Mỹ và Liên Xô (cũ) phóng tới tận nơi, khảo sát kỹ lưỡng lắm rồi, còn có gì bí ẩn nữa đâu để mà tìm kiếm! Ý định của "nàng Jane" kia thật là... kỳ cục!

Can đảm bơi ngược dòng dư luận, năm 1987 nghiên cứu sinh Jane Luu bắt đầu khảo sát vành đai Kuiper với sự hướng dẫn của David Jewitt. David hơn Jane năm tuổi. Anh làm việc tại Viện Thiên văn học thuộc Đại học Hawaii, cách nơi Jane làm hàng vạn dặm đường xa. 

Không được ai chi tiền, hai anh chị đành phải bỏ tiền túi ra làm. Anh là chuyên gia về cấu tạo của Hệ Mặt trời, về khoa học các hành tinh, bao gồm cả các vật thể - nếu có - ở vùng ngoài Hải Vương tinh (Trans-Neptunian Objects/TNOs) và những sao chổi phát sinh từ vùng ấy.

Cuộc kiếm tìm với "99% mồ hôi"

Mỗi mùa hè Jane rời Massachusetts bay hơn nửa vòng Trái đất tới Hawaii, cùng làm việc với David ba tuần. Hiếm khi thấy chị mặc bikini phơi mình trên những bãi tắm Hawaii cát trắng tuyệt đẹp bên bờ tây Thái Bình Dương, ở bang thứ 50 của nước Mỹ. 

Chị dành hầu hết thời gian cho việc khảo sát tại kính viễn vọng đường kính 2,2m trên đỉnh cao chót vót của ngọn núi lửa đã tắt Mauna Kea. Kính viễn vọng này cho phép chị nhìn rõ hơn so với những lần quan sát trước với kính viễn vọng trên núi Kitt Peak, bang Arizona.

Đôi khi ta vẫn hình dung nhà thiên văn học như một khách lữ hành có thể tùy ý "dạo gót hải hồ" khắp nơi nơi. Thật ra, không dễ được chấp nhận đến làm việc tại một đài thiên văn! Phải có kinh phí, phải được nhà trường phê duyệt, rồi lại phải đăng ký giữ chỗ trước cả năm trời, trần ai lắm!

Đài thiên văn Mauna Kea nằm ở độ cao hơn 4.000m trên mực nước biển, không khí loãng. Quan sát thiên văn phải tiến hành ở nơi hẻo lánh, cách ly với những nhiễu động của ánh sáng nhân tạo và sóng radio ở chốn thị thành đông đúc. Jane luôn cảm thấy mệt rã rời vì thiếu oxy.

Như cánh vạc bay, chị quen làm việc ban đêm. Mỗi tuần quan sát năm đêm. Mỗi đêm bắt đầu từ lúc chập tối tới 2g sáng mới tạm nghỉ, rồi lại làm tiếp cho đến khi trời sáng bạch. Thu dọn máy móc, đồ dùng cá nhân, đi ăn sáng, rồi trở về phòng riêng nằm lăn ra ngủ chập chờn, mộng mị do thiếu oxy, hơn nữa lại phải ngủ giữa ban ngày, khi mọi người đi làm hay đi tắm biển.

Diêm Vương tinh nằm ở vùng "biên viễn" xa tít mù khơi, cách Mặt trời 5,5 giờ - ánh sáng. Ta còn nhớ vận tốc ánh sáng là 300.000 km/giây, khoảng cách Trái đất - Mặt trăng là 1,3 giây - ánh sáng, và khoảng cách Trái đất - Mặt trời là 8 phút - ánh sáng. Trái đất quay quanh Mặt trời chỉ mất một năm, còn Diêm Vương tinh phải... 248 năm mới chu du hết một vòng như thế! Bởi lẽ quỹ đạo của thiên thể này quanh Mặt trời quá dài...

Đó là hành tinh duy nhất trong Hệ Mặt trời chưa có tàu thăm dò nào ghé thăm. Phi thuyền Chân trời mới do NASA phóng lên năm 2006, theo dự tính, phải mất chín năm trời đằng đẵng tức là đến tận năm 2015 mới mong tới được Diêm Vương tinh! Lúc ấy, việc liên lạc giữa Trái đất và Diêm Vương tinh sẽ khó khăn biết mấy! Nếu xảy ra một sự cố nào đó thì phải năm tiếng rưỡi sau các kỹ sư trên Trái đất mới biết và, do đó, mới gửi lệnh bằng tín hiệu radio cho phi thuyền khắc phục.

Nhưng dù muốn hay không cũng phải chờ thêm năm tiếng rưỡi nữa, Chân trời mới mới nhận được cái lệnh "khẩn cấp" kia để mà chấp hành! So với kích thước vũ trụ, vận tốc ánh sáng quả là... chậm như rùa bò! Albert Einstein đã từng phiền lòng "kêu" lên như thế khi đưa ra thuyết tương đối hẹp năm 1905, rồi thuyết tương đối rộng năm 1915...

Theo phỏng đoán, vành đai Kuiper nằm ở phía ngoài Hải Vương tinh, gần Diêm Vương tinh. David và Jane rất khó thu được ánh sáng của các tiểu hành tinh - nếu có - trong vành đai ấy, bởi vì nó quá mờ! 

Ai cũng biết các hành tinh (cũng như tiểu hành tinh) không hề phát ra ánh sáng mà chỉ phản xạ ánh sáng Mặt trời. Thế nhưng, vành đai Kuiper lại ở quá xa Mặt trời, khoảng 7,4 tỉ km!

Ánh sáng Mặt trời chiếu tới vành đai đó tất nhiên đã quá yếu. Ánh sáng phản xạ từ vành đai đó tới kính thiên văn trên núi Mauna Kea lại càng yếu hơn. Liệu David và Jane có "tóm" được những hạt photon yếu ớt đó không?

Mặc dù hai người đã quan sát ở một đài thiên văn mặt đất vào loại mạnh, và đã dùng máy ảnh kỹ thuật số thế hệ mới, có độ nhạy cao gấp hai lần và trường nhìn rộng gấp bốn lần so với thế hệ trước, nhưng kết quả vẫn chỉ là... con số 0 to tướng!

Kỳ cuối :Ðêm định mệnh