HỎI. Chuyện gì sẽ xảy ra nếu bạn cố lái một chiếc máy bay phổ biến ở Trái đất trên những hành tinh khác trong Hệ Mặt trời?
— Glen Chiacchieri
ĐÁP. Đây là chiếc máy bay của chúng ta:[1]
Chúng ta phải sử dụng động cơ điện vì những động cơ tuabin khí chỉ hoạt động ở nơi có cây xanh. Ở hành tinh không có thực vật, khí oxy không tồn tại trong khí quyển – nó kết hợp với các nguyên tố khác để tạo thành những hợp chất kiểu như khí carbonic và rỉ sét. Cây cối lại thực hiện quá trình tách oxy ra và nhả lại vào không khí. Các động cơ nhiệt cần oxy trong không khí để hoạt động.[2]
Đây là phi công của chúng ta:
Đây là những điều sẽ xảy ra nếu máy bay của chúng ta được phóng đi từ bên trên bề mặt của 32 thiên thể lớn nhất của Hệ Mặt trời:
Trong hầu hết các trường hợp, hành tinh không có khí quyển nên máy bay sẽ rơi thẳng xuống đất. Nếu nó được thả từ độ cao 1 km hoặc thấp hơn, vài vụ va chạm sẽ xảy ra chậm và phi công có thể sống sót – trong khi thiết bị hỗ trợ trên máy bay có lẽ sẽ không được như vậy.
Có chín thiên thể trong Hệ Mặt trời có bầu khí quyển đủ dày để chúng ta có thể thảo luận về chuyến bay: Trái đất – hiển nhiên rồi – rồi đến Sao Hỏa, Sao Kim, bốn hành tinh khí khổng lồ, mặt trăng Titan của Sao Thổ và Mặt trời. Chúng ta hãy xem kĩ hơn chuyện gì sẽ xảy ra với chiếc máy bay trên mỗi thiên thể đó.
Mặt trời: mọi việc sẽ xảy đến đúng như bạn tưởng tượng. Nếu chiếc máy bay được thả ở rất gần khí quyển Mặt trời thì nó sẽ bốc hơi trong vòng chưa đầy một giây.
Sao Hỏa: để xem chuyện gì xảy ra với máy bay của chúng ta trên Sao Hỏa, hãy sử dụng X-Plane.
X-Plane là chương trình mô phỏng chuyến bay tiên tiến nhất trên thế giới. Nó là sản phẩm 20 năm lao động đầy ám ảnh của một người đam mê công nghệ hàng không điên cuồng[3] và cộng đồng những người hỗ trợ. Nó thực sự mô phỏng được luồng không khí qua tất cả các bộ phận của một chiếc phi cơ đang bay. Chính điều này làm cho chương trình trở thành một công cụ nghiên cứu rất có giá trị, vì nó có thể mô phỏng chính xác những mẫu thiết kế máy bay mới – và cả những môi trường mới.
Đặc biệt, nếu bạn chỉnh tập tin config của X-Plane để giảm bớt trọng lực, làm mỏng khí quyển và thu nhỏ bán kính của hành tinh, nó có thể mô phỏng chuyến bay trên Sao Hỏa.
X-Plane cho chúng ta thấy mặc dù chuyến bay trên Sao Hỏa sẽ khó khăn, nhưng không phải là không thể. NASA biết điều đó, và họ đã cân nhắc việc khảo sát Sao Hỏa bằng máy bay. Khó khăn nằm ở chỗ khí quyển ở Sao Hỏa quá mỏng nên máy bay phải chạy thật nhanh để có đủ lực nâng. Bạn cần tốc độ cỡ Mach 1 để cất cánh, và khi bạn đã di chuyển rồi thì quán tính quá lớn khi đó lại làm bạn rất khó đổi hướng – nếu bạn đổi hướng, máy bay của bạn sẽ quay vòng nhưng vẫn chuyển động theo hướng cũ. Tác giả của X-Plane đã so sánh việc lái máy bay trên Sao Hỏa với việc làm cất cánh một tàu viễn dương ở tốc độ siêu thanh.
Chiếc Cessna 172 của chúng ta sẽ không được chuẩn bị cho thử thách nàyNếu được phóng từ độ cao 1km, nó sẽ không đạt đủ vận tốc để tránh bị bổ nhào và sẽ lao vào bề mặt Sao Hỏa một cách mất kiểm soát ở tốc độ trên 60 ms. Nếu được thả từ độ cao 4-5 km, nó sẽ có đủ vận tốc để bay lướt đi như một chiếc diều lượn ở tốc độ hơn nửa tốc độ âm thanh. Phi công sẽ không sống sót sau cú hạ cánh.
Sao Kim: không may là X-Plane lại không có khả năng mô phỏng môi trường như địa ngục ở gần bề mặt của Sao Kim. Nhưng những tính toán vật lý cũng có thể cung cấp cho chúng ta ý tưởng về hành trình bay đó. Kết quả cuối cùng là: máy bay của bạn sẽ bay khá tốt, ngoại trừ việc bị cháy bùng bùng trong toàn bộ thời gian bay, sau đó thì ngừng bay, và sau đó nữa thì ngừng luôn việc là một cái máy bay.
Khí quyển trên Sao Kim đặc hơn khoảng 60 lần khí quyển Trái đất. Nó đủ đặc để một chiếc Cessna lấy đà chậm có thể cất cánh từ mặt đất. Điều không may là không khí ở đó nóng tới mức làm chảy cả chì. Sơn trên máy bay sẽ chảy ra trong vài giây, máy bay sẽ lướt xuống đất thật nhẹ nhàng vì nó đã bị rã ra hết bởi nhiệt.
Chuyến bay sẽ khá hơn nếu máy bay được bay bên trên những đám mây. Tuy bề mặt Sao Kim rất khủng khiếp nhưng tầng cao khí quyển của nó lại giống trên Trái đất một cách bất ngờ. Ở độ cao 55 km, con người có thể sống sót nếu có mặt nạ dưỡng khí và quần áo bảo hộ, không khí ở nhiệt độ phòng và áp suất tương tự như trên các đỉnh núi trên Trái đất. Tuy nhiên, bạn sẽ cần mặc đồ lặn để bảo vệ mình khỏi acid sulfuric.[4]
Acid thì chẳng hay ho gì nhưng nó tạo nên một môi trường tuyệt vời cho một chuyến bay bên trên những đám mây, miễn là những phần kim loại phơi ra ngoài không bị ăn mòn bởi acid sunfuric. Và máy bay phải có khả năng bay trong gió bão cấp 5[5], tôi đã quên đề cập điều này trên.
Sao Kim là một nơi kinh khủng.
Sao Mộc: chiếc Cessna của chúng ta không thể bay trên Sao Mộc do trọng lực quá lớn. Công suất cần thiết để duy trì trạng thái bay trên Sao Mộc lớn hơn trên Trái đất ba lần. Bắt đầu từ mức áp suất ngang mực nước biển thuận lợi, chúng ta sẽ tăng tốc xuyên qua những cơn gió xoáy với vận tốc 275 ms, liệng xuống ngày càng sâu xuyên qua những lớp mây làm từ băng ammoniac và nước đá cho tới khi cả người và máy bay bị nghiền nát. Không có bề mặt để va vào, bạn sẽ có một hành trình trơn tru từ môi trường chất khí sang chất lỏng khi bạn ngày càng đi sâu vào Sao Mộc.
Sao Thổ: tình hình ở đây khá hơn một chút so với trên Sao Mộc. Trọng trường yếu hơn – gần bằng với Trái đất – và khí quyển hơi đặc hơn (nhưng vẫn loãng), có nghĩa là chúng ta có thể vùng vẫy thêm chút nữa trước khi lại gặp những cơn gió mạnh và lạnh lẽo, rồi sau rốt cũng chịu chung số phận như trên Sao Mộc.
Sao Thiên Vương: Sao Thiên Vương là một khối cầu kỳ lạ màu xanh nhạt. Trên đó có gió lớn và rất lạnh lẽo. Nó là hành tinh khí khổng lồ thích hợp nhất với chiếc Cessna của chúng ta, và bạn có thể bay trong một thời gian ngắn. Nhưng khi xét đến việc hành tinh này gần như chẳng có gì thú vị, thì tại sao bạn lại muốn bay ở đó chứ?
Sao Hải Vương: nếu bạn muốn bay vòng quanh một cục nước đá khổng lồ, tôi khuyên bạn nên tới Sao Hải Vương[6] thay vì Sao Thiên Vương. Ít nhất là nó có một số đám mây để bạn ngắm trước khi chết cóng hoặc bị giập nát do nhiễu động khí quyển.
Titan: chúng ta đã để dành thứ đẹp nhất để nói sau cùng. Môi trường bay ở Titan còn tốt hơn trên Trái đất. Khí quyển của nó đặc nhưng trọng lực lại nhỏ, tạo nên áp suất bề mặt chỉ gấp rưỡi trên Trái đất nhưng không khí lại đặc hơn tới 4 lần. Trọng lực của nó còn nhỏ hơn cả trên Mặt trăng, có nghĩa là việc bay lên rất dễ dàng. Chiếc Cessna của chúng ta có thể dễ dàng cất cánh chỉ bằng pedal xe đạp.
Trên thực tế, con người có thể bay trên Titan bằng sức mạnh của cơ bắp. Một người mang theo diều lượn có thể thoải mái bay lên và lượn vòng quanh với sự hỗ trợ của một đôi chân vịt ngoại cỡ, hoặc thậm chí là việc vỗ đôi cánh nhân tạo. Năng lượng cần thiết để bay rất nhỏ, có lẽ sẽ không nhiều hơn việc đi bộ.
Hạn chế (bao giờ chả có một cái hạn chế) là cái lạnh. Nhiệt độ trên Titan chỉ là 72 Kelvin, cỡ nhiệt độ của nitơ lỏng. Ước tính từ một vài chỉ số của hệ thống sưởi cho máy bay hạng nhẹ, tôi đoán rằng cabin của một chiếc Cessna trên Titan sẽ giảm khoảng 2 độ mỗi phút.
Các thỏi pin sẽ tự giữ ấm cho chúng một chút, nhưng cuối cùng, chiếc máy bay cũng rơi do mất nhiệt. Tàu thăm dò Huygens hạ độ cao xuống Titan khi pin gần cạn và chỉ chụp được vài bức ảnh rất thú vị trong khi nó rơi xuống. Nó hỏng hẳn chỉ sau vài giờ đáp xuống bề mặt. Nó đã có đủ thời gian để gửi về duy nhất một bức ảnh sau khi hạ cánh. Đó là bức duy nhất chúng ta có từ bề mặt của một thiên thể xa hơn Sao Hỏa.
Nếu bay trên Titan bằng cánh nhân tạo, chúng ta có thể trở thành câu chuyện “đôi cánh Icarus” phiên bản Titan: cánh của chúng ta sẽ đóng băng, tan rã và đưa chúng ta tới cái chết.
Nhưng tôi chưa bao giờ coi câu chuyện của Icarus là bài học về những hạn chế của con người. Tôi xem nó như một bài học về hạn chế của sáp khi sử dụng làm chất kết dính. Cái lạnh trên Titan chỉ là một vấn đề kỹ thuật. Với chiếc Cessna 172 được hiệu chỉnh chính xác và được lắp nguồn nhiệt phù hợp, nó – và cả chúng ta – có thể bay được trên Titan.
❀ ❀ ❀
[1] Tương tự, thang đo cường độ gió F (Fujita) đã được thay thế bằng thang EF (Fujita mở rộng). Đôi khi, một đơn vị đo trở nên lỗi thời bởi vì xài nó rất kinh khủng – chẳng hạn, “kip” (1.000 pound lực), “kcfs” (hàng nghìn foot khối mỗi giây), và “độ Rankine” (độ F trên độ không tuyệt đối). (Tôi đã phải đọc các bài báo kỹ thuật sử dụng các đơn vị này.) Những khi khác, bạn có thể nhận thấy rằng các nhà khoa học chỉ muốn có thứ gì đó để “chỉnh” mọi người.
[2] Trong phim Star Wars, con tàu Death Star bắn một chùm tia phá hủy toàn bộ Alderaan chỉ trong một phần tí teo của giây. (ND)
[3] Một khẩu súng vạn năng, không thể bị phá hủy nhưng ta có thể nắm giữ mà không lo cánh tay bị xé nát. Đừng lo lắng, chuyện đó sau này sẽ xảy ra ngay!
[4] …trừ phi Kyp Durron sử dụng Thần lực để lôi nó lên.
[5] Nguyên văn: Tickling the dragon’s tail.
[6] Khi kéo tay ra, hãy để ý đến những triệu chứng của bệnh giảm áp suất do các bọt nitơ trong mạch máu ở tay.
