Xuyên qua đại dương xanh thẳm và màn đêm đen (phần 1)

2013-11-13 13:56:16

(Sóng Trẻ) - Công nghệ hiện đại ngày càng phát triển. Nhưng quan sát Trái Đất trong màn đêm đen vẫn là thách thức kéo dài suốt hàng thập kỷ đối với các nhà khoa học. Cuối cùng, đến năm 2012, quang cảnh buổi đêm của tinh cầu chúng ta mới trở nên rõ ràng trong những bức ảnh từ vệ tinh Suomi NPP.

Xuyên qua đại dương xanh thẳm và màn đêm đen (phần 2)

Cái nhìn mới về Trái Đất trong buổi đêm

Buổi đêm không tối đen như nhiều người vẫn thường nghĩ. Thực sự là, Trái Đất không bao giờ hoàn toàn chìm trong bóng tối. Và chúng ta cũng không còn phải băn khoăn về điều gì đang diễn ra trong đêm nữa – Đó là lời của Steven Miller, nhà khoa học nghiên cứu về khí quyển, ĐH bang Colorado.

Một nửa nằm trong bóng đêm của Trái Đất vẫn luôn nhấp nháy những ánh đèn. Những điểm nổi bật nhất chính là các thành phố. “Sự phân bố dân cư trên khắp thế giới được thể hiện rõ rệt nhất bằng những ánh đèn đô thị”, Chris Elvidge – nhà khoa học của Cục Quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia NOAA khẳng định, ông là người đã nghiên cứu về điều này trong suốt 20 năm.

“Ánh đèn từ thành phố giúp ta phân định khá rõ ràng về sự phân bố các khu đô thị so với vùng nông thôn; thể hiện các trung tâm tập trung người dân trên thế giới và ngược lại, những nơi dân cư thưa thớt”, William Stefanov thuộc chương trình Trạm vũ trụ quốc tế (ISS) nói.

(ảnh: Đài Quan sát Trái Đất NASA và Trung tâm Dữ liệu Địa vật lý quốc gia NOAA)

Kể cả khi tách xa khỏi nơi định cư của con người, những ánh sáng vẫn xuất hiện. Đó là ma trơi, hay những dãy núi lửa âm ỉ. Những giếng dầu khí cháy lên như ngọn nến. Cực quang nhảy múa nơi bầu trời địa cực. Mặt trăng và những ngôi sao phản chiếu trên nước, tuyết, các đám mây, và sa mạc. Đôi khi, kể cả không khí và đại dương cũng tỏa sáng.

Một nhóm đông các nhà khoa học đã quan sát những ánh sáng vào ban đêm của Trái Đất qua hơn 4 thập kỷ nhờ vệ tinh quân sự và bức ảnh từ các phi hành gia. Nhưng năm 2012, quang cảnh quan sát được mới rõ ràng hơn một cách đáng kể. Vệ tinh Suomi NPP – phóng lên không gian tháng 10 năm 2011 mang theo một bộ cảm biến thu-ít-sáng để phân biệt rõ ánh sáng ban đêm. Nài ra, là một vệ tinh khoa học thông thường, những dữ liệu thu được từ Suomi NPP có thể đến với các nhà khoa học nhanh chóng, có thể chỉ trong vài phút ngắn ngủi.

Nhờ thiết bị VIIRS mà Suomi NPP có thể quan sát cả những ánh sáng yếu như một ánh đèn cao tốc đứng trơ trọi hay đèn từ thuyền đánh cá. Thậm chí, nó thu nhận được ánh sáng mờ nhạt của màn đêm (airglow). Bằng công dụng của mình, lần đầu tiên trên thế giới, VIIRS có thể đưa ra đánh giá về lượng ánh sáng phát ra cùng sự phản chiếu của nó, phân biệt cường độ sáng và nguồn phát của những ánh sáng trong màn đêm. Tổng hợp những đánh giá này cho chúng ta cái nhìn toàn diện về dấu chân loài người trên khắp tinh cầu.

Ánh sáng từ nam cực quang, đủ sáng để nhìn được những rìa băng vùng Queen Maud của Nam Cực.

(ảnh: Đài Quan sát Trái Đất NASA và Trung tâm Dữ liệu Địa vật lý quốc gia NOAA)

“Những ánh sáng này vẫn luôn ở đây, nhưng ta chưa từng đủ khả năng để tận dụng chúng”, Miller nói, “Nhưng bây giờ, cuối cùng ta đã có cách”.

Dự báo thời tiết trong màn đêm

Mục đích ban đầu của việc quan sát Trái Đất theo cách thu-ít-sáng rất thực tế: các nhà khí tượng học của quân đội muốn theo dõi các đám mây, các cơn bão, những chùm khói, và bão bụi ở mọi thời điểm. Cụ thể, lực lượng không quân cần được dự báo thời tiết chính xác và kịp thời cho các phi công làm việc vào ban đêm, dù là họ bay ở trên biển hay trên đất liền.

Khi kết hợp với phương thức quan sát nhiệt (hay hồng nại), những hình ảnh của bầu trời trăng có thể rất hữu ích trong việc mô tả môi trường ban đêm. Những đám mây luôn thay đổi, và có những dạng mây nhất định nổi bật trong đêm. Ví dụ, sương mù thường được hình thành vào buổi đêm, khi không khí và bề mặt đất lạnh đi, và có sự ngưng đọng hơi nước. Những đám mây và cơn bão ở tầng đối lưu lại hay hình thành vào ban ngày khi Mặt trời đốt nóng mặt đất và tầng khí quyển thấp trở nên mất ổn định. Đặc điểm và sự phân bố của các đám mây thay đổi nhanh chóng trong quá trình ánh sáng ban ngày lùi dần vào bóng đêm.

Được soi tỏ bởi ánh trăng, những đám mây ở tầng cao đổ bóng lên những đám mây ở thấp hơn. Ở ảnh trên, có thể trông thấy những tầng mây trên biển dọc bờ California. Ở ảnh dưới, khi quan sát ở kênh hồng nại – chế độ quan sát khí tượng ban đêm, chỉ những đám mây tầng cao mới xuất hiện. Mây ở dưới thấp có thể gây nguy hiểm cho vận tải hàng không.

(ảnh: Đài Quan sát Trái Đất NASA và Trung tâm Dữ liệu Địa vật lý quốc gia NOAA)

Hiểu biết về những đám mây cần thiết cho cả việc dự đoán thời tiết mỗi ngày và cả đặc điểm khí hậu lâu dài. Như Miller chỉ ra, việc đo đạc các chỉ số của mây như lượng hơi nước, kích thước… khá dễ dàng vào ban ngày, nhưng khi đêm xuống thì không.

Từ những năm 1960, lực lượng không quân của Hoa Kỳ đã vận hành chương trình Phòng thủ Vệ tinh khí tượng (DMSP): có 18 vệ tinh quĩ đạo cực quan sát mây và những dạng thời tiết khác trong bước sóng hồng nại cũng như trong ánh sáng nhìn thấy được. Năm 1972, vệ tinh DMSP đã có thêm hệ thống OLS, giúp người dự báo thời tiết quan sát được cả trong bóng tối. Nó là một loại cảm biến rất thành công, nhưng lại dựa vào vào công nghệ cũ với độ phân giải thấp hơn so với kỳ vọng của các nhà khoa học. Trong rất nhiều năm, dữ liệu của DMSP được bảo mật.

Càng ngày, những nhà nghiên cứu khí quyển càng nóng lòng muốn tạo nên một công cụ quan sát màn đêm của riêng mình. Và sự ra đời của VIIRS chính là câu trả lời.

Tháng 4 năm 2012, VIIRS đã chỉ ra những đợt sóng gợn lăn tăn trong ánh sáng màn đêm mờ nhạt nơi tầng khí quyển cao phía trên Texas. Những đợt sóng này sinh ra từ một cơn bão sấm sét khổng lổ.

(ảnh: Đài Quan sát Trái Đất NASA và Trung tâm Dữ liệu Địa vật lý quốc gia NOAA)

“Chúng ta cần quan sát Trái Đất vào ban ngày, và cả ban đêm nữa”, Miller nói, ông đã làm việc với các dữ liệu DMSP cho Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân trong hai cuộc chiến tranh ở Iraq và Afghanistan. “Ta đã có khả năng nhận biết, mô tả khí quyển và những gì trên bề mặt đất. Không như con người, Trái Đất không bao giờ ngủ. Nó không ngừng di chuyển, biến đổi, bồi tụ ở nơi này, bóc mòn ở nơi kia. Có rất nhiều điều đang diễn ra trong nửa tinh cầu nằm trong màn đêm mà chúng ta chưa nắm bắt được vì hạn chế trong việc quan sát”.

“Việc sử dụng VIIRS của Sở Thời tiết Quốc gia đang phát triển”, Mitch ldberg, nhà khoa học NOAA cho biết. “Chẳng hạn, văn phòng dự báo của họ tại Monterey, California, hiện đang dùng công nghệ này để tự tin đưa ra các cảnh báo về sương mù dày đặc trên biển”.

VIIRS sử dụng ánh trăng, ánh sáng hoàng đạo, những ngôi sao… để phát hiện các thay đổi ở mây, tuyết, và băng trên biển Bắc Cực. Đây là công cụ quan trọng cho các nhà khí tượng, những người không thể có các hình ảnh trong ánh sáng ban ngày bởi đêm trường địa cực kéo dài.

(ảnh: Đài Quan sát Trái Đất NASA và Trung tâm Dữ liệu Địa vật lý quốc gia NOAA)

Sự quan sát trong buổi đêm có giá trị cụ thể cho những người sống ở vùng vĩ độ cao. Có rất nhiều vệ tinh khí tượng địa tĩnh (bay phía trên xích đạo), nhưng chúng không thể quan sát được khu vực ở vùng cực. Những vệ tinh quan sát Trái Đất khác lại chỉ có thể cung cấp những hình ảnh thuộc nửa quĩ đạo được chiếu sáng của chúng. Nhưng vệ tinh quĩ đạo cực Suomi NPP lại bay ở vùng vĩ độ cao, cho ta thấy nhiều bức hình và sự đo đạc về mây, vùng biển đóng băng, nơi tuyết phủ, những cửa sông… ở nơi mà đêm đông tối đen có thể kéo dài đến hàng tháng trời.

“Với khả năng mới này, tôi nghĩ mọi người sẽ rất ngạc nhiên với công nghệ của VIIRS”, nhà khoa học James Gleason chuộc chương trinh Suomi NPP của NASA nói. “Nhưng kể cả vậy, các hình ảnh vượt trội và phản hồi từ cộng đồng về chúng vẫn vượt quá mong đợi ban đầu của tôi".

(còn tiếp)

Michael Carlowicz, thiết kế bởi Paul Przyborski

(earthobservatory.nasa.v)

Dịch: Hạnh Dung

Báo mạng điện tử K32