Vì sao nếu đường kính Trái Đất tăng lên 50%, chúng ta sẽ không thể bay ra ngoài vũ trụ?

Không như bạn nghĩ đâu, câu hỏi tưởng chừng vu vơ này chính là tầm nhìn về giới hạn của loài người trong việc khám phá vũ trụ đấy.

Với nhiều người, "cú đại nhảy vọt" của loài người thường đồng nghĩa với "những bước đi nhỏ" của Neil Armstrong lên bề mặt của mặt trăng.

Tuy nhiên nhà du hành vũ trụ của NASA, kĩ sư hóa học, và đồng thời là một học giả uyên bác Donald Pettit không đồng ý với điều này. Cú nhảy vọt, theo ông, thực ra xảy đến ở gần ngôi nhà Trái đất thân yêu của chúng ta hơn rất nhiều.

"Cú đại nhảy vọt của loài người không phải là bước đi đầu tiên trên mặt trăng, mà là việc vươn tới quỹ đạo Trái Đất," ông viết vào năm 2012.

Bước đi đầu tiên này, chạm đến khoảng cách 400km từ mặt đất, đòi hỏi một nửa số năng lượng cần thiết để chạm đến bề mặt của Sao Hỏa. Tại sao bước đầu tiên này lại cần một phí tổn khổng lồ như thế? Đó là bởi vì Lực hấp dẫn của Trái Đất là rất lớn. Và các nhà vật lý đã đi đến kết luận rằng chỉ cần chi thiếu một xu so với số tiền cần thiết, là Trái đất sẽ 'chiếm hữu' lại còn tàu vũ trụ của bạn ngay lập tức, một cách không hề nhẹ nhàng đâu nhé.

Lực hấp dẫn bao phủ lấy mọi quần thể cư trú trên Trái Đất, điều đó đồng nghĩa với việc 80 đến 90% khối lượng của những quả tên lửa hiện tại cần phải có một lực đẩy khổng lồ để có thể chạm tới khoảng không! Theo Pettit, điều này có nghĩa là ngồi trên đỉnh của một quả tên lửa thậm chí còn bấp bênh hơn là trên một thùng... xăng. Nó cũng có nghĩa là sẽ chẳng có nhiều chỗ trống còn lại cho thức ăn, máy tính, thí nghiệm khoa học, và quan trọng nhất: phi hành gia.

Bất chấp những bất lợi trên, chúng ta cần nhận ra là mình may mắn biết chừng nào.

"Nếu bán kính trái đất mà lớn hơn, có quan điểm sẽ cho rằng việc chế tạo một quả tên lửa vượt ra ngoài khoảng không là điều không tưởng," Pettit nói.

Sử dụng phương trình tên lửa của Tsiolkovsky, ông đã chỉ cho chúng ta tại sao lại có quan điểm như vậy

Giả sử chúng ta chế tạo một quả tên lửa với 96% chất nổ đẩy (4% phản lực)... có lẽ thực tế chính là giới hạn của việc phóng thiết bị lên khoảng không. Cứ cho rằng chúng ta sẽ chọn Hydro-oxy, loại lực đẩy hóa học mạnh nhất từng biết, và đang được sử dụng phổ biến hiện tại. Bằng việc đưa các số liệu này vào phương trình tên lửa, chúng ta có thể chuyển lực thoát ly được tính toán thành bán kính hành tinh tương ứng với nó. Bán kính đó sẽ vào khoảng 9.680 kilomet (Trái Đất hiện tại là 6.670 km).

Nếu đường kính trái đất mà lớn khoảng 50% thôi (trong khi vẫn giữ mật độ như hiện tại), thì chúng ta sẽ không thể du hành vũ trụ, ít nhất là nếu cứ sử dụng tên lửa như là phương tiện vận chuyển

Thí nghiệm tư duy của Pettit nhấn mạnh đến một số điểm như sau. Đầu tiên, dù là phương tiện thành công duy nhất trong việc vận chuyển con người ra ngoài vũ trụ, thì chúng vẫn không thể chối cãi, cực kì thiếu hiệu quả. Nếu có thể, chúng ta cần phải tìm ra một phương tiện mới để phá vỡ những ràng buộc của lực hấp dẫn. Rất nhiều trong số đó, đến trực tiếp từ khoa học viễn tưởng, đang được đề xuất. Một số đã được thử nghiệm.

Thứ hai, xây dựng một bệ phóng tên lửa trên mặt trăng nghe có vẻ cực kì hợp lý. Lực thoát ly của Mặt trăng chỉ bằng 21,3% so với Trái đất. Trong khi một bệ phóng trên trái đất 'gầm lên' mỗi khi hoạt động, thì so với nó, một bệ phong trên mặt trăng chỉ hầu như là tiếng 'rên rỉ' mà thôi. Mặc dù mục tiêu này còn xa mới đạt được, tuy nhiên với những tiến bộ của công nghệ in 3D và xử lý vật liệu hiện tại, nó đang trở thành một viễn cảnh ngày càng khả dĩ và cụ thể hơn.

Nói đi nói lại thì, để biến nó trở thành hiện thực, chúng ta phải chiết tách phần lớn các vật liệu cần để xây tàu vũ trụ từ... chính mặt trăng, hay các vật thể không gian gần nó như sao chổi hay các hành tinh nhỏ. Hoặc nếu không thì chúng ta có thể sử dụng Mặt Trăng thuần túy như một... trạm xăng, xử lý một biển băng trên bề mặt nó thành chất nổ đẩy hydro-oxy.

Trong các thế giới của Pettit, Trái Đất vẫn đang giành lấy quyền kiểm soát chuyên chế lên số phận của loài người. Nỗ lực 'vượt ngục' của chúng ta, chủ yếu là phá vỡ vòng vây của lực hấp dẫn, vẫn còn thật sơ khai, nhưng có tiềm năng đưa đến kết quả cuối cùng: sự tự do thật sự của nhân loại với vũ trụ, trong một tương lai có thể nhìn thấy.