Hiện tượng kỳ lạ xảy ra với kim loại trong vũ trụ

Trong môi trường chân không ngoài vũ trụ, những mảnh kim loại cùng loại có thể nối lại với nhau do hiện tượng hàn nguội, gây rắc rối lớn.

Trong môi trường chân không ngoài vũ trụ, các miếng kim loại có thể nối lại với nhau do hiện tượng hàn nguội. Ảnh: SimoneN

Con người đã khai thác và sử dụng kim loại suốt hàng nghìn năm. Trong thời hiện đại, con người học được cách khiến chúng chống chịu tốt hơn với những tác động của môi trường. Nhiều người có thể cho rằng trong môi trường chân không ngoài vũ trụ, kim loại sẽ hoạt động tốt hơn mà không bị rỉ sét hay xuống cấp. Nhưng thực tế, môi trường chân không cũng mang tới nhiều vấn đề, thậm chí có thể gây hậu quả nghiêm trọng cho các nhiệm vụ không gian.

Việc nối liền các mảnh kim loại với nhau rất hữu ích. Từ rất lâu trước đây, con người đã nối kim loại bằng cách hàn. Quá trình này đòi hỏi nhiệt độ cao, nấu chảy một hoặc cả hai mảnh kim loại, ghép chúng lại với nhau và để nguội.

Hiện nay, thế giới tìm ra nhiều phương pháp khác để hàn kim loại. Hóa chất, áp suất và các phương pháp phân tử cũng có thể giúp nối kim loại với nhau. Đặc biệt, có một phương pháp có thể diễn ra trong môi trường chân không ngoài vũ trụ: hàn nguội.

Trong hàn nguội, người thợ không cần nung chảy kim loại để nối chúng lại. Nhưng kỹ thuật này có một số yêu cầu nhất định. Ví dụ, kim loại phải cùng loại. Chúng cũng cần sạch sẽ, phẳng và được đặt trong chân không. Khi các kim loại tới gần nhau, lực Van der Waals giữa các nguyên tử trở nên mạnh hơn. Lực này không mạnh bằng liên kết hóa học nhưng có thể giúp kéo gần kim loại lại. Khi các bề mặt tiếp xúc, chúng sẽ hàn lại với nhau.

Hãy lấy hai miếng vàng làm ví dụ. Chúng được đặt cùng nhau trong chân không, không có gì ở giữa. Nguyên tử vàng trên bề mặt miếng này sẽ chạm vào nguyên tử vàng trên bề mặt miếng kia. Những nguyên tử đó sẽ cảm nhận được sự tương tác với miếng vàng còn lại, đồng thời cảm nhận được sự tương tác với các nguyên tử vàng ở sâu hơn trong chính miếng vàng của chúng. Chúng không thể phân biệt giữa miếng thứ nhất và miếng thứ hai nên sẽ liên kết với nhau bằng liên kết kim loại.

Trong nhiều trường hợp, ở quy mô lớn, không thể chỉ cho các miếng kim loại chạm vào nhau là chúng sẽ được hàn nguội. Thực tế phức tạp và khó khăn hơn lý thuyết. Cần một mức áp suất nhất định để hiện tượng hàn nguội diễn ra. Nhưng ở cấp độ nano, người thợ có thể tạo ra những mối hàn sợi nano vàng khá chắc chắn, thậm chí khó có thể tin rằng chúng từng là những mảnh khác nhau.

Dù rất khó, hàn nguội ở quy mô lớn vẫn có khả năng xảy ra trong tình huống thực tế. Thậm chí, hiện tượng hàn nguội ngoài ý muốn sẽ mang đến rắc rối không nhỏ cho nhiệm vụ ngoài không gian, ví dụ như cửa của khoang kín khí đột nhiên đóng lại.

Theo báo cáo của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), tàu vũ trụ Galileo bay đến sao Mộc vào những năm 1990 đã không mở được ăng-ten định hướng do hàn nguội. Sự tương tác giữa các nhánh của ăng-ten, vốn bị khóa trong quá trình phóng, khiến chúng hàn lại với nhau. May mắn là điều này không đặt dấu chấm hết cho nhiệm vụ vì con tàu còn một ăng-ten dự phòng nhỏ hơn được mở thành công. Tuy nhiên, tàu Galileo đã không thể thu thập nhiều dữ liệu như mong đợi.

Loại trục trặc này có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng hơn cho các nhiệm vụ không gian, đặc biệt là với những nhiệm vụ có phi hành đoàn. Do đó, hàn nguội là điều mà các cơ quan vũ trụ luôn phải tính đến. Càng hiểu rõ về hiện tượng này, các nhiệm vụ không gian sẽ càng trở nên an toàn hơn.

Thu Thảo (Theo IFL Science)