Tìm ngôi nhà mới giữa các vì sao

Cho đến năm 1992, khi các ngoại hành tinh đầu tiên được phát hiện, chưa có bằng chứng trực tiếp nào về một hành tinh ngoài hệ Mặt trời của chúng ta. Ba mươi năm sau phát hiện đầu tiên này, hàng ngàn ngoại hành tinh đã được phát hiện. Hơn thế, hàng trăm trong số chúng đều có “vùng có thể cư trú được” (“habitable zone”), chỉ dấu một nơi có nước ở trạng thái lỏng và có thể có sự sống.

Tuy nhiên, để tới được đó, chúng ta cần cả phi hành đoàn dũng cảm rời hệ Mặt trời, và cả một phi hành đoàn xuyên thế hệ thậm chí còn dũng cảm hơn để tham gia vào một sứ mệnh mà khi thực hiện nó, họ sẽ không bao giờ quay lại hệ Mặt trời và có thể chỉ coi nó là một chấm sáng nào đó trong vô số các hệ khác trong vũ trụ bao la này.

Ý tưởng về một con tàu vũ trụ với nhiều thế hệ con người sống và chết trên đó không phải là ý tưởng mới. Kỹ sư tên lửa Robert Goddard lần đầu tiên mô tả điều này trong bài tiểu luận "Cuộc di cư cuối cùng" vào năm 1918. Khi chế tạo các tên lửa có thể bay vào vũ trụ, ông tự nhiên nghĩ đến một phi thuyền có thể tiếp tục di chuyển, tiến xa hơn và cuối cùng đến được một ngôi sao mới. Gần đây vào năm 2010, Cơ quan nghiên cứu quốc phòng tiên tiến (DARPA) và Cơ quan vũ trụ Mỹ (NASA) đã khởi động một dự án mang tên 100 Year Starship, với mục tiêu thúc đẩy các nghiên cứu và công nghệ cần thiết để du hành giữa các vì sao vào năm 2100.

Khoảng cách, năng lượng, và sự tấn công của hạt

Để thực hiện một sứ mệnh vĩ đại như vậy sẽ cần phải vượt qua nhiều thách thức to lớn. Đầu tiên và có lẽ rõ ràng nhất là vấn đề khoảng cách. Ngôi sao gần Trái đất nhất được biết đến, Cận Tinh (Proxima Centauri), cách chúng ta 4,24 năm ánh sáng, tức khoảng 40 nghìn tỷ km. Mặc dù ở quy mô vũ trụ thì đây chỉ là một bước nhảy nhỏ nhưng sẽ chúng ta sẽ mất khá nhiều thời gian vượt qua chặng đường này bằng công nghệ hiện tại của chúng ta. Tàu thăm dò năng lượng Mặt trời Parker được NASA phóng vào năm 2018 là con tàu di chuyển nhanh nhất từng được con người tạo ra cũng phải mất trên 6.617 năm để đến được Cận Tinh. Nói cách khác, sẽ mất khoảng 220 thế hệ con người để tàu Parker thực hiện xong chuyến đi này.

Cách duy nhất để giảm thời gian là di chuyển nhanh hơn. Điều này đưa chúng ta đến thách thức thứ hai: tìm kiếm được nguồn năng lượng cần thiết để đẩy và duy trì tàu vũ trụ. Để giảm lượng thời gian và cả lượng các thế hệ khi đến được ngôi sao mới, tốc độ của chúng ta cần được gia tăng thông qua việc đốt nhiều nhiên liệu hơn hoặc phát triển tàu vũ trụ với bậc công nghệ vượt trội hơn hiện nay.

Bất kể sử dụng công nghệ gì thì năng lượng trên tàu cũng có thể là sự kết hợp của một hoặc nhiều nguồn năng lượng: nhiên liệu dự trữ sẵn trên tàu (không thể tái tạo), năng lượng thu được từ ánh sáng của các vì sao (có thể nhiều thách thức khi di chuyển giữa các ngôi sao), khai thác các nguyên tố như hydro trong môi trường liên sao, hoặc sử dụng lực hấp dẫn của các thiên thể.

Các tiến bộ mới nhất trong công nghệ đẩy có thể giúp giải quyết cho vấn đề này. Phản ứng nhiệt hạch hứa hẹn trở thành một giải pháp khả thi vì tạo ra ít bức xạ hơn và chuyển đổi năng lượng hiệu quả hơn các phương pháp khác, giúp tàu vũ trụ đạt được các mức vận tốc cao hơn gấp nhiều lần.

Như Dự án Daedalus (1973-1977) của Hiệp hội Liên hành tinh Anh hay Dự án Longshot (1987-1988) của Học viện Hải quân Mỹ và NASA hình dung, phản ứng hạt nhân sẽ mở ra con đường du hành giữa các sao chỉ trong một đời người. Các nghiên cứu của họ tính toán rằng một tàu vũ trụ chạy bằng lò phản ứng nhiệt hạch hạt nhân có thể đạt tốc độ khoảng 100 triệu km/giờ, qua đó rút ngắn thời gian di chuyển đến các ngôi sao gần kề xuống chỉ còn 45 năm.

Tuy nhiên, chúng ta sẽ phải đối mặt với một vấn đề khác: mối đe dọa từ các tiểu thiên thạch. Hãy tưởng tượng, một hạt cát khi di chuyển với tốc độ bằng 90% tốc độ ánh sáng cũng đủ động năng để biến thành một quả bom hạt nhân loại nhỏ. Trong vũ trụ có vô số hạt trôi nổi với các mức vận tốc vô cùng cao nên bất kỳ cuộc va chạm nào cũng có thể trở thành thảm họa.

Điều này sẽ đòi hỏi kỹ thuật cao hơn để vượt qua, như có được các lớp chen chắn dày không chỉ không xuống cấp theo thời gian mà còn phải đủ nhẹ. Có một số hướng giải quyết, chẳng hạn tạo ra các polymer nhẹ hơn, có thể thay thế và sửa chữa khi cần thiết trong suốt hành trình; sử dụng hệ thống giám sát từ xa tiên tiến để phát hiện các vật thể lớn trước khi va chạm; hoặc phát triển các loại trường bảo vệ phía trước tàu, có năng lực làm chệch hướng hoặc hấp thụ tác động của các hạt phía trước.

Rủi ro sinh lý và tâm lý

Như đã được minh họa trong các dự án nghiên cứu lớn như Dự án nghiên cứu Song sinh của NASA (NASA Twins Study), Inspiration4 của SpaceX (The SpaceX Inspiration4 mission) và vô số sứ mệnh kéo dài một năm hoặc sáu tháng khác của NASA, một chuyến đi của một thế hệ các phi hành gia có thể sẽ phải đối mặt với một vấn đề khác: sự căng thẳng tâm lý và sinh lý.

Có một cách để vượt qua thời gian bay dài của tàu vũ trụ là làm chậm lại quá trình sinh học của con người để họ ngủ đông (hibernation) hoặc đình dục (disapause).

Tuy nhiên, các nghiên cứu mô phỏng ngủ đông (với người ăn rất nhiều để tích lũy chất, nằm cả ngày, ít chuyển động) hoặc các nghiên cứu nằm giường (với người nằm trên giường nghiêng một số độ để xem xét tác động của vi trọng lực và sự dịch chuyển của dịch cơ thể trong môi trường không gian) cho thấy con người có nguy cơ cao trong việc mắc các bệnh tiểu đường, béo phì, tim mạch và thậm chí tử vong.

Gấu có thể ngủ đông, vì thế người ta đã nghiên cứu xem các gene nào ảnh hưởng đến khả năng ngủ đông của gấu, từ đó học hỏi cho con người. Năm 2019, TS. Joanna Kelley tại Đại học bang Washington đã sử dụng công nghệ giải trình tự RNA Illumina (tương tự như công nghệ trong Nghiên cứu Twins của NASA) để kiểm tra những con gấu xám Bắc Mỹ khi chúng bước vào giai đoạn ăn nhiều và ngủ đông.

Họ phát hiện ra, các mô trên khắp cơ thể gấu có những thay đổi biểu hiện gene. Dù gấu đang ngủ, mô mỡ của chúng lại có hoạt động trao đổi chất rất tích cực, bao gồm cả sự thay đổi của hơn 1.000 gene trong thời gian ngủ đông. Những “gene ngủ đông” này là mục tiêu nghiên cứu hàng đầu đối với những người muốn ngủ đông trên tàu vũ trụ, thay vì phải thức trong suốt hành trình.

Một cơ chế sinh học khác mà chúng ta có thể sử dụng trên tàu thế hệ là đình dục (diapause), cơ chế cho phép các sinh vật có thể ‘tạm hoãn’ sự phát triển của mình để sống sót trong những điều kiện môi trường không thuận lợi, ví dụ nhiệt độ khắc nghiệt, hạn hán hoặc khan hiếm thức ăn.

Đình dục thực sự không phải là một sự kiện hiếm. Hiện tượng phôi thai đình dục đã được quan sát thấy ở hơn 100 loài động vật có vú. Sau khi thụ tinh, một số phôi nang của động vật có thể quyết định "chờ đợi" thay vì lập tức bám vào tử cung, duy trì trạng thái hầu như không phát triển. Do đó, con mẹ mang thai có thể duy trì thai kỳ trong một thời gian dài để đợi đến khi điều kiện môi trường thuận lợi hơn.

Tuy nhiên, các công nghệ hiện tại vẫn chưa cho phép con người bước vào giai đoạn ngủ đông hoặc đình dục, nhưng chúng có thể xuất hiện trong tương lai.

Bên cạnh đó, người ta cũng không thể đánh giá thấp tác động của môi trường không trọng lực, bức xạ và căng thẳng lên cơ bắp, khớp xương, hệ miễn dịch và mắt của phi hành gia. Những rủi ro về thể chất và tâm lý này đặc biệt đáng lo ngại, vì hầu hết các mô hình hiện có đều dựa trên các chuyến đi tương đối ngắn và được bảo vệ khỏi phần lớn bức xạ nhờ từ quyển Trái đất. Nghiên cứu rộng nhất cho đến nay là chuyến đi 340 ngày của thuyền trưởng Scott Kelly.

Trọng lực nhân tạo có thể giúp giải quyết vấn đề này, mặc dù không phải tất cả. Đối với bức xạ, có một số cách có thể thử nghiệm để giảm thiểu rủi ro, bao gồm thiết kế một lớp chắn bức xạ bao quanh tàu, sử dụng thuốc phòng ngừa phơi nhiễm bức xạ (đang được NASA tích cực nghiên cứu), theo dõi thường xuyên DNA tự do (cfDNA) trong máu của phi hành gia để phát hiện sớm các đột biến gene có thể xảy ra, hoặc áp dụng kỹ thuật chỉnh sửa tế bào và chỉnh sửa gene để tăng cường khả năng bảo vệ hoặc phản ứng với bức xạ.

Nhưng còn một vấn đề khác: những căng thẳng tâm lý do cô lập và hạn chế tương tác xã hội vẫn cần được giải quyết. Hãy tưởng tượng, con người phải sống và làm việc với đồng nghiệp và gia đình của mình trong cùng một tòa nhà trong suốt cả cuộc đời.

Trong khi thế hệ phi hành gia đầu tiên có thể được lựa chọn kỹ càng, con cái của họ sinh ra trên tàu có thể gặp khó khăn trong việc thích nghi với những khía cạnh xã hội và môi trường khác nhau của ngôi nhà mới này.

Các thí nghiệm mô phỏng được thực hiện trên Trái đất đã cho thấy, với một phi hành đoàn nhỏ sau 500 ngày bị cô lập, hầu hết các mối quan hệ giữa họ đều trở nên căng thẳng. Có rất nhiều mô tả về “hội chứng rối loạn tâm thần trong không gian” (space madness) trong các bộ phim của Hollywood, các tiểu thuyết khoa học viễn tưởng và cả trên sách vở, nhưng việc xây dựng các mô hình và xác định mối liên hệ rủi ro giữa chúng vẫn còn rất hạn chế.

Đạo đức của một con tàu thế hệ

Hạn chế cuối cùng của một con tàu thế hệ là hành khách bị mắc kẹt. Nó cho thấy một thách thức phải được giải quyết: Đạo đức của việc đặt cả một nhóm người trên một con tàu vũ trụ duy nhất, với kỳ vọng rằng họ sẽ tiếp tục sinh ra thêm nhiều thế hệ người trên con tàu đó, là gì? Những người này sẽ phải sống với nhận thức rằng con tàu mà họ tồn tại hoặc sinh ra trên đó là thế giới duy nhất mà họ biết đến. Do đó cần phải có một số cơ sở hạ tầng xã hội, kinh tế và văn hóa cùng với các hoạt động giải trí trên con tàu thế hệ.

Người ta đã bắt đầu chế tạo các bộ bodysuit, camera thực tế ảo/thực tế tăng cường và các bộ trải nghiệm nhập vai để giải trí, và những thứ này sẽ rất cần thiết cho thủy thủ đoàn của con tàu. Xét cho cùng, trò chơi điện tử không chỉ là việc khám phá và giải trí, nó còn là một chất keo công nghệ để gắn kết xã hội. Tất nhiên, trò chơi chỉ là một mảnh ghép. Cuộc sống trên một con tàu thế hệ về cơ bản sẽ rất khác so với bất cứ điều gì trải qua trên Trái Đất.

Một số người cho rằng nếu một sứ mệnh giữa các vì sao không thể được hoàn thành trong một vòng đời của phi hành đoàn thì nó không nên được bắt đầu. Thay vào đó, nên chờ sự đầy đủ về công nghệ phù hợp (cũng như các phương pháp về bộ gene và kỹ thuật sinh học). Thậm chí, có khả năng là nếu gửi một con tàu thế hệ đến Cận Tinh vào năm 2500 thì một con tàu khác tiên tiến hơn được phóng vào năm 3000 cũng có thể đến đích trước.

Tuy nhiên, một số khác lập luận rằng có thể làm cả hai việc - phóng con tàu đầu tiên vào năm 2500 và tàu thứ hai vào năm 3000. Nếu tàu mới đuổi kịp tàu cũ, chúng có thể hỗ trợ lẫn nhau và nên có kế hoạch để làm như vậy. Hơn nữa, mối lo về công nghệ lỗi thời này sẽ bỏ qua rủi ro chính là việc chờ đợi quá lâu có thể trở thành quá muộn. Chẳng may thảm họa diệt chủng mà chúng ta lo lắng xảy ra trong vòng 500 năm tới thì mọi sự sống trên Trái Đất sẽ bị xóa sổ mà không còn phương án dự phòng nào hết.

Nhưng ngay cả khi một con tàu như vậy thành hiện thực, liệu thủy thủ đoàn trên tàu vẫn nhìn chằm chằm ra ngoài cửa sổ vào bầu trời đầy sao và liên tục nghĩ về đại dương xanh của Trái Đất? Họ sẽ phấn khởi về việc trở thành "những người được chọn" với một cơ hội phi thường để khám phá và xây dựng một thế giới mới đúng nghĩa? Thực tế là con tàu này sẽ là thế giới của họ, và đối với hầu hết người trên tàu, nó sẽ là thế giới duy nhất mà họ từng biết đến.

Tuy nhiên, những trải nghiệm này thực sự không khác nhiều so với cuộc sống của tất cả những ai từng tồn tại trong lịch sử loài người. Tất cả đều bị mắc kẹt trên một thế giới, ngước lên các vì sao và nghĩ “Điều gì sẽ xảy ra nếu...?”. Trái Đất, mặc dù rộng lớn và đa dạng, vẫn chỉ là một “con tàu” duy nhất với giới hạn cảnh quan, môi trường và tài nguyên, trong đó mọi người cho đến thế kỷ 21 vẫn sinh ra và chết đi mà không thể rời khỏi đây.

Con tàu thế hệ chỉ là một phiên bản nhỏ hơn của con tàu Trái Đất, và nếu được thực hiện đúng cách, nó thậm chí có thể dẫn đến một hành tinh mới tốt hơn những gì chúng ta đã được hưởng không? Hành tinh mới có thể cho phép kéo dài sự sống, nhưng nó cũng đem lại những bài học mới về cách bảo vệ sự sống trên Trái đất này.

Nguồn: The MIT Press Reader